Leitfaden zur Auswahl von Hochgeschwindigkeitsstahl-Bohrern

In Metallbearbeitungsoperationen ist das Bohren allgegenwärtig, und die Wahl des Bohrers hat direkten Einfluss auf Effizienz und Qualität. Schnellarbeitsstahl (HSS)-Bohrer sind aufgrund ihrer außergewöhnlichen Verschleißfestigkeit und Hitzebeständigkeit zu den bevorzugten Schneidwerkzeugen für das Bohren von Metall geworden. Angesichts der riesigen Auswahl an HSS-Bohrern auf dem Markt ist die Auswahl des geeigneten Materials, Designs und der Spezifikationen für verschiedene Anwendungen eine entscheidende Fähigkeit, die jeder Ingenieur und Techniker beherrschen muss.

Schnellarbeitsstahl (HSS) ist ein Werkzeugstahl, der sich durch hohe Härte, überlegene Verschleißfestigkeit und ausgezeichnete Hitzebeständigkeit auszeichnet. Seine Legierungszusammensetzung umfasst Kohlenstoff, Wolfram, Molybdän, Chrom und Vanadium. Diese Elemente ermöglichen es HSS-Bohrern, scharfe Schneidkanten unter Hochgeschwindigkeitsbedingungen beizubehalten, wodurch sie effektiv zum Bohren verschiedener Metalle wie Stahl, Eisen, Kupfer und Aluminiumlegierungen sind. Im Vergleich zu herkömmlichen Bohrern aus Kohlenstoffstahl bieten HSS-Bohrer mehrere deutliche Vorteile:

• Außergewöhnliche Verschleißfestigkeit: Der hohe Karbidgehalt in HSS bietet eine überlegene Härte, die dem Verschleiß effektiv widersteht und die Werkzeugstandzeit verlängert.
• Überlegene Hitzebeständigkeit: Legierungselemente verbessern die Rotglühhärte des Stahls und erhalten die Leistung bei erhöhten Temperaturen während Hochgeschwindigkeits-Schneidvorgängen.
• Breite Anwendbarkeit: Neben Metallen bohren HSS-Bohrer effektiv Holz, Kunststoffe und andere nichtmetallische Materialien.
• Kosteneffizienz: Im Vergleich zu Hartmetallalternativen bieten HSS-Bohrer ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis und sind damit die erste Wahl für die meisten Bearbeitungsvorgänge.

Obwohl alle als HSS klassifiziert sind, führen Variationen in der Legierungszusammensetzung zu Leistungsunterschieden zwischen den Bohrern. Die primären HSS-Materialtypen umfassen:

• Standard-HSS: Der gebräuchlichste Typ, geeignet für Weichstahl, Gusseisen und Aluminiumlegierungen. Bietet geringere Kosten, aber reduzierten Verschleiß und Hitzebeständigkeit.
• Kobalt-HSS (HSS-Co): Mit zugesetztem Kobalt (typischerweise 5 % oder 8 %) weisen diese Bohrer eine verbesserte Rotglühhärte und Verschleißfestigkeit auf, ideal für Edelstahl, Titanlegierungen und hochfeste Stähle.
• Pulvermetallurgie-HSS (HSS-PM): Hergestellt unter Verwendung der Pulvermetallurgie für einen höheren Legierungsgehalt und ein gleichmäßigeres Mikrogefüge, wodurch eine überlegene Härte, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit für schwer zu bearbeitende Materialien und hochpräzise Anwendungen erzielt werden.

Das Design von HSS-Bohrern hat einen erheblichen Einfluss auf die Bohrleistung. Zu den wichtigsten Designelementen gehören:

• Spitzenwinkel: Der Winkel zwischen den Schneidkanten und der Achse. Übliche Winkel sind 118° (für weiche Materialien wie Aluminium) und 135° (für harte Materialien wie Edelstahl), wobei letzterer eine bessere Selbstzentrierfähigkeit bietet.
• Schleifstil: Konventionelles, Split-Point- oder R-förmiges Schleifen. Split-Point reduziert den Schneidwiderstand durch Zerspanen, während die R-Form die Festigkeit und Verschleißfestigkeit erhöht.
• Nutendesign: Entscheidend für die Spanabfuhr und Kühlung. Optionen sind gerade, spiralförmige und parabolische Nuten, wobei parabolische Nuten für Tieflochbohrungen überlegen sind.
• Oberflächenbeschichtungen: Verbessern die Härte, den Verschleiß und die Hitzebeständigkeit. Übliche Beschichtungen sind TiN (verbessert die Härte), TiAlN (erhöht die Hitzebeständigkeit) und DLC (reduziert die Reibung).

Um die Leistung und Langlebigkeit von HSS-Bohrern zu maximieren:

• Wählen Sie das geeignete Bohrmaterial, den Spitzenwinkel und den Schleifstil basierend auf dem Werkstückmaterial und den Bohranforderungen aus.
• Optimieren Sie die Schneidparameter – übermäßige Geschwindigkeit verursacht Überhitzung, während übermäßiger Vorschub das Risiko eines Bruchs birgt.
• Verwenden Sie geeignetes Kühlmittel (wasserbasiert zum Kühlen, ölbasiert zur Schmierung), um die Wärmeentwicklung zu steuern.
• Behalten Sie scharfe Schneidkanten durch regelmäßiges Schärfen bei, während Sie die korrekte Spitzengeometrie beibehalten.
• Minimieren Sie Seitenkräfte, indem Sie Werkstücke sichern und die senkrechte Ausrichtung beibehalten.

Typische Bohrprobleme und Lösungen:

• Bohrerbruch: Überprüfen Sie die Schneidparameter, die Bohrerqualität und die Werkstückklemmung.
• Schlechte Lochqualität: Überprüfen Sie den Bohrerverschleiß, den Spitzenwinkel und die Vibrationsquellen.
• Übermäßiger Verschleiß: Reduzieren Sie die Geschwindigkeit, erhöhen Sie den Kühlmittelfluss oder wählen Sie verschleißfesteres Material.

Da sich die Fertigungsanforderungen weiterentwickeln, entwickeln sich HSS-Bohrer in mehrere Richtungen weiter:

• Hochleistungsfähigere Materialien wie fortschrittliche Pulvermetallurgie-HSS
• Innovative Beschichtungen, einschließlich Nanobeschichtungen und Mehrschichtsysteme
• Intelligente Designs mit adaptiver Parametereinstellung und Verschleißüberwachung
• Spezialisierte Bohrer für Anwendungen im Bereich des Bohrens von Verbundwerkstoffen

HSS-Bohrer sind nach wie vor unverzichtbare Werkzeuge in der Metallbearbeitung. Durch das Verständnis ihrer Materialeigenschaften, Konstruktionsmerkmale und geeigneten Anwendungstechniken können Fachleute die Bohreffizienz und -qualität erheblich verbessern. Kontinuierliche Fortschritte in Materialien und Technologie werden HSS-Bohrer weiter in Richtung höherer Leistung, Intelligenz und Spezialisierung entwickeln und die Fertigungsinnovation unterstützen.