6D Bohren Revolutionäre Innovation in der Bohrtechnologie

6D Bohren

Die neueste Entwicklung der LTI Motion GmbH ist eine magnetgelagerte Bohrspindel mit HSK32 Werkzeugschnittstelle, bei der die schwebende Welle ausgelenkt und die Frequenz, Amplitude und Schwingungsform frei über die CNC-Steuerung programmiert werden können. Somit ist es möglich, Spangröße, Spanform, Eintrittsgeschwindigkeit und Eintrittswinkel der Schneide optimal auf den Bohrprozess anzupassen. Durch eine integrierte Sensorik können außerdem wichtige Prozessdaten, wie z. B. Schnittkräfte, zur Bestimmung des Bohrerverschleißes online erfasst und verarbeitet werden. Ferner können beispielsweise der Bohrbeginn und unterschiedliche Materialschichten erkannt werden und die Prozessparameter im Prozess adaptiv angepasst werden.

  • Erhöhung der Produktivität (z.B. durch höhere Vorschub- und Schnittgeschwindigkeiten)
  • Erhöhung der Qualität durch Minimierung der Reibung durch sehr kleine Späne
  • Prozessoptimierung (z.B. rückseitiges Entgraten in einem Prozessschritt)
  • Intelligente Prozessüberwachung (z.B. Werkzeugverschleißerkennung)
  • Magnetgelagerte Bohrspindel mit „schwebender“ Welle (verschleißfrei)
  • Integrierte Sensorik für intelligente Prozessüberwachung
  • Anpassung der Bearbeitungsparameter wie z.B. Spangröße, Spanform, Eintrittsgeschwindigkeit und Eintrittswinkel

Grundlagen vibrationsunterstütztes Bohren Konventionelles und vibrationsunterstütztes Bohren im direkten Vergleich

Spanbildung

Spanbildung

Der grundlegende Unterschied der beiden Bohrverfahren liegt in der Geometrie und Größe des Spanes. Beim konventionellen Bohren entsteht ein langer Wendelspan. Beim Vibrationsbohren wird der Span durch das Überlagern der Drehbewegung mit einer axial oszillierenden Bewegung laufend unterbrochen und es entstehen viele kleine Späne (Chips).


Thermische Belastung

Thermische Belastung

Ein deutlicher Vorteil des Vibrationsbohrens ist die erheblich geringere thermische Belastung des Bohrwerkzeuges und des Werkstoffes. Bei einer Analyse des Bohrprozesses mittels einer Infrarot-Kamera werden die Vorteile des Vibrationsbohrverfahrens deutlich sichtbar.

Beim konventionellen Bohren steigt die Temperatur mit zunehmender Bohrungstiefe an.

Beim Vibrationsbohren ist die Bearbeitungstemperatur wesentlich niedriger und bleibt bei zunehmender Bohrtiefe konstant, da hier keine Reibung durch den Span entsteht.


Standzeit Werkzeuge

Standzeit des Werkzeugs

Eine Analyse der Werkzeugschneiden beim Bohren von CFK / Ti6Al4V zeigt anschaulich die Vorteile des Vibrationsbohrens bezüglich der Standzeit aufgrund der deutlich geringeren thermischen Belastung.

Dieser Effekt ist unabhängig von der Werkzeugbeschichtung.

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Alle Vorteile für Anwender im Überblick

Erhöhung der Produktivität

  • Höhere Vorschub- und Schnittgeschwindigkeiten
  • Einsatz von PKD-Werkzeugen möglich
    → höhere Schnittgeschwindigkeit und Standzeit
  • Optimierte Werkzeuge (z.B. Drei-Schneiden-Bohrer)
    → höhere Vorschubgeschwindigkeiten
    → höhere Standzeit

Kosteneinsparung

  • Standzeiterhöhung der Werkzeuge
  • Reduzierte Infrastruktur für Kühlmittel und Spanabfuhr
  • Höhere Lebensdauer der Spindel (aufgrund der verschleißfreien Lagerung)

Prozessoptimierung

  • Composite-Bearbeitung: Sensorische Materialerkennung bei der Composite-Bear­beitung mit automatischer Anpassung der Bearbeitungsparameter
  • Automatische Entgratung des Bohrungsaustritts
  • Werkzeugschonende Zerspanungsparameter

Prozesssicherheit

  • Online-Überwachung des Prozesses
  • Vorbeugende Fehlererkennung (z.B. Werkzeugverschleiß)
  • Prozesssichere Spanabfuhr (wichtig für Automatisierung)

Qualität

  • Erhöhung der Bohrungsqualität, insbesondere bei der Composite-Bearbeitung
  • Reduzierung des Grates am Bohrungsaustritt
  • Reduzierte Veränderung des Gefüges in der Bohrungsrandzone

Umweltschutz

  • Keine umweltbelastende Kühlemulsion
  • Energieeffizienz (keine Reibungsverluste in der Spindel)
  • Kürzere Prozeßzeiten -> Energieeinsparung durch kürzere Prozesszeiten sowie besseren Wirkungsgrad

Anwendungsbeispiel Luftfahrtindustrie

    Im Bereich der Luftfahrtindustrie kommen aufgrund von Leichtbauanforderungen zu­nehmend Mischpakete aus verschiedenen Materialien (z.B. Titan+CFK) zum Einsatz. Das Bohren dieser Art von Verbundwerkstoffen ist eine besondere Herausforderung, die mit konventionellen Bohrtechnologien bezüglich Produktivität und Qualität nur unbefrie­digend gelöst werden kann. Die langen, metallischen Späne beim konventionellen Bohrprozess (z.B. Titan oder Aluminium) reiben an der Bohrungswand und beschädigen das weichere CFK. Dies hat zur Folge, dass die geforderten Bohrlochtoleranzen nicht prozesssicher hergestellt werden können.

    Hier zeigen sich deutlich die Vorteile der neuentwickelten, innovativen Lösung der LTI Motion. Der vibrationsunterstützte Bohrprozess erzeugt ausschließlich kurze Späne.

    Durch den Luftstrom der Minimalmengenschmierung werden die kurzen Späne sehr schnell aus dem Bohrloch geblasen und reiben nicht an der Bohrungswand. Es entsteht keine Beschädigung oder Aufweitung der Bohrung!

    Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal der Technologie ist, dass unterschiedliche Material­schichten durch die hochauflösende Sensorik erkannt und die Bearbeitungsparameter an das jeweilige Material automatisch angepasst werden können.

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      Anwendungsbeispiel Tieflochbohren

      Beim konventionellen Bohren steigt die Prozesstemperatur mit zunehmender Bohrtiefe an, da die Späne länger an der Bohrungswand reiben. Neben den thermischen Vorteilen beim vibrationsunterstützten Bohren ist die optimale Spanabfuhr besonders beim Tieflochbohren von großer Bedeutung. Aufgrund der niedrigen Prozesstemperatur kann anstelle von Kühlemulsion eine umweltverträgliche Minimalmengenschmierung eingesetzt werden.

      Eine weitere Besonderheit der Technologie ist, dass die hochauflösende Sensorik die benötigte axiale Vorschubkraft erkennt und dadurch auch der Verschleiß des Werkzeugs detektiert werden kann. Ein Werkzeugbruch kann dadurch im Vorfeld vermieden werden. Die Magnetlagerung wiederum verhindert das Verlaufen des Bohrers.

      Video Magnetlagerspindel Die innovative Technologie: Bohren in 6D

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      Video Vibrationsunterstützes Bohren Die revolutionäre Innovation in der Bohrtechnologie

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