Bohrungsgrößenbestimmung und Veredelungsverfahren

Was wird eigentlich gemessen oder kontrolliert?

Bohrungsgrößenbestimmung und Veredelung beschreiben den Prozess, die innere Form, Größe und Oberflächenqualität einer zylindrischen Bohrung in einem Werkstück zu definieren und zu erreichen. Anders als bei der äußeren Bearbeitung (z. B. Drehen eines Wellenabschnitts) liegt die Herausforderung darin, auf schwer zugänglichen Innenflächen präzise Abmessungen und Oberflächen zu erzeugen.

Konkret werden folgende Eigenschaften gemessen oder kontrolliert:

• Die Nenngröße der Bohrung (z. B. 10 mm Durchmesser) mit einer festgelegten Toleranz (z. B. ±0,005 mm)
• Die Rundheit der Bohrung (Abweichung von einer perfekten Kreisform)
• Die Zylindrizität (Gleichmäßigkeit der Größe und Form über die gesamte Tiefe der Bohrung)
• Die Oberflächenrauheit (z. B. Rz-Wert, der die mittlere Höhe der Rauheitsspitzen beschreibt)
• Die Geradheit der Bohrungsachse (Abweichung von einer geraden Linie über die Tiefe)

Warum ist das wichtig?

Die Qualität einer Bohrung hat direkte Auswirkungen auf die Funktion, Montage und Kosten eines Bauteils oder einer gesamten Baugruppe:

• Funktion: Bei Lagerbohrungen bestimmt die Bohrungsqualität die Laufruhe, Lebensdauer und Effizienz von Lagern. Eine zu unrunde Bohrung führt zu erhöhtem Verschleiß, Geräuschen und Ausfällen. Bei hydraulischen oder pneumatischen Bauteilen beeinflusst die Oberflächenrauheit die Dichtheit und die Reibung zwischen beweglichen Teilen.
• Montage: Passgenaue Bohrungen (z. B. für Bolzen oder Stifte) bestimmen die Ausrichtung von Bauteilen. Eine zu große Bohrung führt zu Spiel, eine zu kleine Bohrung erfordert aufwändige Nacharbeit oder verhindert die Montage vollständig.
• Kosten: Unzureichende Bohrungsqualität führt zu Ausschuss, Nacharbeit oder Garantiekosten. Eine übermäßig hohe Präzision (die nicht für die Funktion erforderlich ist) erhöht die Bearbeitungszeit und damit die Herstellungskosten unnötig.

Wie wird es gemessen oder erreicht?

Die Wahl des Verfahrens hängt von der erforderlichen Präzision, der Bohrungstiefe, dem Werkstoff und der Maschine ab. Im Folgenden werden die wichtigsten Verfahren mit ihren Genauigkeitsgrenzen beschrieben:

1. Aufbohren mit Aufbohrstangen

Aufbohrstangen (auch Bohrstangen genannt) sind Werkzeuge, die in einer CNC-Maschine eingesetzt werden, um bereits vorhandene Bohrungen zu vergrößern oder zu korrigieren. Sie bestehen aus einem Schaft, einem Schneidkopf und einem Einstellmechanismus, um den Durchmesser präzise anzupassen.

Praktische Anwendung

Aufbohrstangen werden in allen gängigen CNC-Maschinen eingesetzt, die über eine entsprechende Spindel und Werkzeugaufnahme verfügen. Beispielsweise eignet sich die GA-DV750 (vertikales Bearbeitungszentrum mit HSK-E40-Aufnahme und einer Positioniergenauigkeit von 0,003 mm) für Aufbohrarbeiten mit hohen Anforderungen an die Präzision. Für größere Bauteile mit höheren Lasten kann die GA-MV856 (vertikales Bearbeitungszentrum mit BT40-Aufnahme und einer Positioniergenauigkeit von 0,010 mm) verwendet werden.

Genauigkeitsgrenzen

• Durchmessertoleranz: ±0,005 bis ±0,02 mm
• Rundheit: 0,003 bis 0,01 mm
• Oberflächenrauheit: Ra 0,8 bis 3,2 µm

2. Feinbohren

Feinbohren ist ein spezialisiertes Aufbohrverfahren, das auf höchste Präzision ausgelegt ist. Es verwendet spezielle Feinbohrstangen mit hochpräzisen Einstellmechanismen und oft mehrere Schneiden, um die Genauigkeit weiter zu erhöhen.

Praktische Anwendung

Feinbohren erfordert eine hohe Maschinenstabilität und Positioniergenauigkeit. Die GA-UHD500 (hochpräzises 5-Achsen-Bearbeitungszentrum mit einer Positioniergenauigkeit von 0,006 mm) ist beispielsweise für Feinbohrarbeiten an komplexen Bauteilen geeignet. Für Serienfertigungen von kleinen bis mittleren Bauteilen eignet sich die GA-VT540 (Bohr- und Gewindeschneidzentrum mit einer Positioniergenauigkeit von 0,006 mm).

Genauigkeitsgrenzen

• Durchmessertoleranz: ±0,001 bis ±0,005 mm
• Rundheit: 0,001 bis 0,003 mm
• Oberflächenrauheit: Ra 0,2 bis 0,8 µm

3. Walzglätten

Walzglätten ist ein spanloses Veredelungsverfahren, bei dem eine hartmetallische oder keramische Walze unter hohem Druck über die Innenfläche der Bohrung geführt wird. Der Druck verformt die Oberfläche plastisch, glättet Rauheitsspitzen und erzeugt eine verfestigte Oberflächenschicht.

Praktische Anwendung

Walzglätten wird oft nach dem Aufbohren oder Feinbohren eingesetzt, um die Oberflächenqualität und Verschleißfestigkeit zu verbessern. Es eignet sich für alle gängigen Werkstoffe, von Stahl bis Aluminium. Die GA-MH500 (horizontales Bearbeitungszentrum mit einer Positioniergenauigkeit von 0,010 mm) kann für Walzglättarbeiten an größeren Bauteilen verwendet werden.

Genauigkeitsgrenzen

• Durchmessertoleranz: ±0,002 bis ±0,01 mm
• Rundheit: 0,002 bis 0,005 mm
• Oberflächenrauheit: Ra 0,05 bis 0,4 µm

4. Honen

Honen ist ein spanendes Veredelungsverfahren, bei dem mehrere Schleifsteine unter Druck und einer oszillierenden Bewegung über die Innenfläche der Bohrung geführt werden. Es kombiniert eine rotierende und eine axiale Bewegung, um eine gleichmäßige Oberfläche und hohe Formgenauigkeit zu erreichen.

Praktische Anwendung

Honen wird für Bohrungen mit höchsten Anforderungen an Rundheit, Zylindrizität und Oberflächenqualität eingesetzt, z. B. bei Zylinderlaufbuchsen, Hydraulikzylindern oder Lagerbohrungen. Es kann auf spezialisierten Honmaschinen oder auf CNC-Maschinen mit Honwerkzeugen durchgeführt werden. Die GA-UV1050 (5-Achsen-vertikales Bearbeitungszentrum mit einer Positioniergenauigkeit von 0,010 mm) kann für Honarbeiten an großen Bauteilen verwendet werden.

Genauigkeitsgrenzen

• Durchmessertoleranz: ±0,0005 bis ±0,002 mm
• Rundheit: 0,0002 bis 0,001 mm
• Oberflächenrauheit: Ra 0,02 bis 0,2 µm

Fehlerquellen

Die erreichte Genauigkeit hängt nicht nur vom gewählten Verfahren ab, sondern auch von verschiedenen Fehlerquellen:

1. Maschinenfehler: Ungenauigkeiten in der Positionierung der Maschine, Spiel in den Führungen oder Verformungen durch Lasten. Beispielsweise hat die GA-MV856 eine Positioniergenauigkeit von 0,010 mm, die die maximal erreichbare Genauigkeit bei Aufbohrarbeiten begrenzt.
2. Werkzeugfehler: Abnutzung der Schneidkanten, Verformung der Aufbohrstange durch Schnittkräfte oder ungenaue Einstellung des Werkzeugs. Lange, dünne Aufbohrstangen neigen stärker zu Verformungen als kurze, dicke Stangen.
3. Werkstofffehler: Ungleichmäßige Härte oder Spannungen im Werkstoff, die zu Verformungen während der Bearbeitung führen.
4. Umgebungsfehler: Temperaturänderungen, die zu Ausdehnungen oder Schrumpfungen von Werkstück, Werkzeug oder Maschine führen. Bereits eine Temperaturänderung von 1 °C kann bei einem 100 mm langen Stahlwerkstück zu einer Längenänderung von 0,0012 mm führen.
5. Messfehler: Ungenaue Messgeräte oder falsche Messverfahren, die zu einer falschen Einstellung des Werkzeugs führen.

Ehrliche Einschränkungen

Jedes Verfahren hat Grenzen, die oft überschätzt werden:

• Aufbohren mit Aufbohrstangen: Kann keine sehr hohen Anforderungen an die Oberflächenrauheit erfüllen. Lange Bohrungen (mehr als 5-facher Durchmesser) sind schwierig zu bearbeiten, da die Aufbohrstange durchbiegt.
• Feinbohren: Ist empfindlich gegenüber Maschinenstabilität und Werkstoffspannungen. Es kann keine Fehler in der Bohrungsachse korrigieren, die bereits vor der Feinbohrung vorhanden sind.
• Walzglätten: Erhöht den Durchmesser der Bohrung geringfügig (um 0,001 bis 0,005 mm), was bei sehr engen Toleranzen berücksichtigt werden muss. Es eignet sich nicht für spröde Werkstoffe wie Gusseisen mit hohem Graphitgehalt.
• Honen: Ist ein relativ langsames Verfahren, das hohe Kosten verursacht. Es kann keine großen Materialmengen abtragen, sodass es nur für die Endbearbeitung von bereits vorgebohrten Bauteilen geeignet ist.

Oft wird angenommen, dass eine höhere Präzision immer besser ist. In der Praxis führt eine übermäßig hohe Präzision jedoch nur zu höheren Kosten ohne zusätzlichen Nutzen. Beispielsweise ist eine Bohrung mit einer Toleranz von ±0,001 mm für eine Montage mit einem Bolzen mit einer Toleranz von ±0,01 mm überflüssig.

Zusammenfassungstabelle

Praktische Checkliste für die korrekte Anwendung

1. Definieren Sie die erforderliche Präzision: Legen Sie die Toleranz, Rundheit und Oberflächenrauheit basierend auf der Funktion der Bohrung fest. Vermeiden Sie übermäßig hohe Anforderungen.
2. Wählen Sie das passende Verfahren: Wählen Sie das Verfahren entsprechend der erforderlichen Präzision, dem Werkstoff und der Bohrungsgröße.
3. Prüfen Sie die Maschinenfähigkeit: Stellen Sie sicher, dass die verwendete Maschine die erforderliche Positioniergenauigkeit und Stabilität hat. Beispielsweise eignet sich die GA-DV750 für Feinbohrarbeiten, während die GA-MV856 für weniger anspruchsvolle Aufbohrarbeiten ausreicht.
4. Bereiten Sie das Werkstück vor: Entfernen Sie Spannungen aus dem Werkstoff, um Verformungen während der Bearbeitung zu vermeiden.
5. Wählen Sie das passende Werkzeug: Wählen Sie die Aufbohrstange oder das Veredelungswerkzeug entsprechend der Bohrungstiefe und dem Werkstoff. Verwenden Sie kurze, dicke Aufbohrstangen, um Durchbiegungen zu minimieren.
6. Kontrollieren Sie die Umgebung: Halten Sie die Temperatur in der Fertigungshalle konstant, um Ausdehnungen oder Schrumpfungen zu vermeiden.
7. Messen Sie korrekt: Verwenden Sie kalibrierte Messgeräte und standardisierte Messverfahren, um die Qualität der Bohrung zu überprüfen.

FAQ

1. Kann ich alle Bohrungen mit Honen veredeln? Nein. Honen eignet sich nur für bereits vorgebohrte Bauteile, da es nur sehr geringe Materialmengen abträgt. Es ist nicht geeignet, um große Bohrungen aus Vollmaterial herzustellen. Außerdem ist Honen relativ langsam und teuer, sodass es nur für Bohrungen mit höchsten Anforderungen wirtschaftlich ist.

2. Welche Maschine eignet sich für Feinbohrarbeiten an großen Bauteilen? Für große Bauteile mit hohen Anforderungen an die Präzision eignet sich die GA-UHD500 (hochpräzises 5-Achsen-Bearbeitungszentrum) mit einer Positioniergenauigkeit von 0,006 mm. Für weniger anspruchsvolle Feinbohrarbeiten an großen Bauteilen kann die GA-UV1050 (5-Achsen-vertikales Bearbeitungszentrum) verwendet werden.

3. Wie beeinflusst die Bohrungstiefe die Genauigkeit? Lange Bohrungen (mehr als 5-facher Durchmesser) sind generell schwieriger zu bearbeiten, da Aufbohrstangen oder Veredelungswerkzeuge durchbiegen. Dies führt zu Abweichungen in der Größe und Form der Bohrung. Bei sehr langen Bohrungen müssen spezielle Werkzeuge oder Verfahren verwendet werden, um die Genauigkeit zu gewährleisten.

4. Kann Walzglätten die Form einer unrunden Bohrung korrigieren? Nein. Walzglätten glättet die Oberfläche und verfestigt sie, aber es kann keine großen Formfehler wie Rundheit oder Zylindrizität korrigieren. Diese Fehler müssen bereits vor dem Walzglätten durch Aufbohren oder Feinbohren behoben werden.

5. Wie oft muss ich Aufbohrstangen einstellen? Die Einstellung der Aufbohrstange hängt von der Abnutzung der Schneidkanten und der Anzahl der bearbeiteten Bauteile ab. Bei hochpräzisen Anwendungen sollte die Einstellung nach jedem Bauteil oder nach wenigen Bauteilen überprüft werden. Bei weniger anspruchsvollen Anwendungen kann die Einstellung nach mehreren Dutzend oder Hundert Bauteilen überprüft werden. Es ist wichtig, die Abnutzung der Schneidkanten regelmäßig zu kontrollieren, um Abweichungen in der Bohrungsgröße zu vermeiden.

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