In de precisiebewerking is het bereiken van controle op micronniveau over de gatdiameters een aanzienlijke uitdaging. Boorgereedschappen, als gespecialiseerde snijgereedschappen voor het bewerken van gaten, zijn naar voren gekomen als de oplossing voor deze veeleisende behoefte. Deze gereedschappen dienen niet alleen als cruciale componenten voor het verbeteren van de nauwkeurigheid van onderdelen, maar ook als effectieve middelen voor het bewerken van complexe interne gatgeometrieën.

Een boorgereedschap is een snijgereedschap dat is ontworpen voor het bewerken van gaten, met als belangrijkste functies:

• Interne gatbewerking: Bestaande gaten vergroten om de maatnauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit te verbeteren.
• Uitbreiding van de gatdiameter: De gatdiameter vergroten tot de vereiste specificaties.
• Intern contourprofileren: Complexe interne geometrieën bewerken, zoals conische gaten en getrapte gaten.

In vergelijking met andere gatbewerkingsmethoden zoals boren, ruimen en brootsen, onderscheidt boren zich door zijn uitzonderlijke flexibiliteit en mogelijkheden voor precisiecontrole. Door middel van enkel- of dubbelsnijdend snijden kunnen boorgereedschappen een bewerkingsnauwkeurigheid op micronniveau bereiken, waarbij aan strenge gatverdraagzaamheidseisen tot H7 of zelfs H6-standaarden wordt voldaan. Deze gereedschappen vinden uitgebreide toepassing in verschillende bewerkingsmachines, waaronder boormachines, draaibanken en freesmachines.

Boorgereedschappen worden gecategoriseerd op basis van het aantal snijkanten en structurele kenmerken, waarbij enkelzijdige en dubbelzijdige boorgereedschappen de meest voorkomende varianten zijn.

Enkelzijdige boorgereedschappen lijken qua structuur op draaigereedschappen en hebben slechts één snijkant. Voor zeer nauwkeurige gatbewerking worden doorgaans fijninstelbare boorgereedschappen gebruikt. Deze gereedschappen bevatten precisie-instelmechanismen die een exacte controle van de snijdiameter direct op de bewerkingsmachine mogelijk maken.

Het werkingsprincipe omvat een precisie-wijzerplaatsysteem in combinatie met een fijn schroefmechanisme tussen de gereedschapshouder en de boorkop. Door aan de wijzerplaat te draaien, beweegt de gereedschapskop lineair langs geleidesleutels, waardoor diameterinstellingen op micronniveau mogelijk zijn met een precisie van 0,001 mm.

Dubbelzijdige boorgereedschappen hebben twee snijkanten die symmetrisch ten opzichte van de middellijn zijn geplaatst, waardoor gelijktijdige snijbewerkingen mogelijk zijn. Deze configuratie brengt radiale krachten in evenwicht tijdens het bewerken, waardoor de snij-efficiëntie wordt verbeterd. Op basis van de gereedschapshouderstructuur worden dubbelzijdige boorgereedschappen verder onderverdeeld in zwevende en vaste typen.

• Zwevende boorgereedschappen: Worden voornamelijk gebruikt voor nabewerking, deze gereedschappen lijken qua structuur op ruimers en kunnen gaten produceren met een hoge maatnauwkeurigheid en oppervlakteafwerking.
• Vaste boorgereedschappen: Hebben starre gereedschapshouders en zijn geschikt voor algemene boorbewerkingen.

Boorgereedschappen bestaan doorgaans uit twee hoofdonderdelen: de gereedschapskast en de snijkop. De gereedschapskast dient als de hoofdstructuur die verbinding maakt met de machine-as of gereedschapshouder, terwijl de snijkop, gemaakt van harde materialen zoals carbide, de daadwerkelijke bewerking uitvoert op basis van specifieke bewerkingsvereisten.

De materiaalkeuze voor gereedschapskasten houdt rekening met stijfheid, sterkte en trillingsdempende eigenschappen. Veelvoorkomende materialen zijn onder meer:

• Gelegeerd staal: Biedt goede sterkte en taaiheid voor algemene boortoepassingen.
• Wolfraamstaal: Biedt superieure stijfheid en trillingsdemping voor zeer nauwkeurige, veeleisende bewerkingen.
• Koolstofvezelcomposieten: Combineren lichtgewicht eigenschappen met hoge stijfheid, ideaal voor de constructie van grote boorgereedschappen.

Materialen voor de snijkop hebben direct invloed op de prestaties en levensduur van het gereedschap. Veelvoorkomende opties zijn onder meer:

• Sneldraaistaal (HSS): Beschikt over goede taaiheid en slijtvastheid voor snijden met lage snelheid.
• Carbide: Biedt hoge hardheid, slijtvastheid en hittebestendigheid voor bewerkingen met hoge snelheid.
• Keramiek: Biedt extreme hardheid en slijtvastheid voor toepassingen bij hoge temperaturen en hoge snelheden.
• Kubisch boornitride (CBN): Levert ultrahoge hardheid voor het bewerken van gehard staal en hittebestendige legeringen.
• Diamant: Bezit de hoogste hardheid en slijtvastheid voor non-ferro en niet-metalen materialen.

Boorgereedschappen vinden uitgebreide toepassing in vrijwel alle mechanische bewerkingsgebieden, waaronder:

• Bewerking van motorcilinders: Zeer nauwkeurig boren van motorcilinderboringen zorgt voor een goede werking van de zuiger.
• Bewerking van hydraulische cilinders: Precisieboren van hydraulische cilinderinterieurs handhaaft de afdichtingsprestaties van het systeem.
• Precisiebewerking van lagergaten: Nauwkeurig boren van lagergaten garandeert rotatienauwkeurigheid.
• Vormbewerking: Zeer nauwkeurig boren van vormholtes zorgt voor de maatnauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit van het product.

De boorkwaliteit hangt af van meerdere factoren, waaronder de stijfheid van het gereedschapssysteem, dynamische balans, stabiliteit van het werkstuk, geometrie van het gereedschap, snijparameters, machinespil-systemen en klemmethoden.

De stijfheid van het gereedschapssysteem heeft een cruciale invloed op de boorkwaliteit, met name voor kleine diameters, diepe gaten en het bewerken van hard materiaal, vooral bij uitkraging. Onvoldoende stijfheid veroorzaakt trillingen tijdens het snijden, wat de nauwkeurigheid en oppervlakteafwerking in gevaar brengt.

Dynamische balans verwijst naar een uniforme massaverdeling tijdens rotatie. Onbalans genereert centrifugale krachten die trillingen veroorzaken, wat met name problematisch is bij bewerkingen met hoge snelheid. Correctie van de dynamische balans verbetert de bewerkingskwaliteit.

De stijfheid van het werkstuk bepaalt de weerstand tegen vervorming. Kleine, dunwandige componenten of geometrisch beperkte werkstukken kunnen vervormen onder snijkrachten zonder de juiste bevestiging. Het verbeteren van de stijfheid van het werkstuk door middel van geschikte armaturen of extra steunpunten verbetert de bewerkingsnauwkeurigheid.

De geometrie van het gereedschap, inclusief spaanhoek, neusradius en spaanbrekerconfiguratie, beïnvloedt de snijkrachten. Verschillende geometrieën produceren verschillende weerstandsniveaus - grotere spaanhoeken verminderen bijvoorbeeld de snijkrachten, maar verminderen de sterkte van het gereedschap. De juiste geometriekeuze past bij specifieke bewerkingsvereisten.

Snijparameters - snelheid, voeding en snedediepte - hebben een aanzienlijke invloed op de resultaten. Overmatige snelheid versnelt de gereedschapsslijtage, terwijl onvoldoende snelheid de efficiëntie vermindert. Onjuiste voedingssnelheden veroorzaken overbelasting van het gereedschap of een slechte oppervlakteafwerking, terwijl een onjuiste snedediepte trillingen veroorzaakt of de bewerkingstijd verlengt. Parameteroptimalisatie zorgt voor kwaliteitsresultaten.

De kenmerken van het spilsysteem, waaronder stijfheid, lager-/tandwielprestaties en de kwaliteit van de gereedschapshouderverbinding, beïnvloeden de boorresultaten. Onvoldoende spilstijfheid veroorzaakt trillingen, terwijl slechte lager-/tandwielprestaties de rotatienauwkeurigheid verminderen. Losse verbindingen leiden tot gereedschapsinstabiliteit. Zeer nauwkeurige, starre spilsystemen zijn essentieel.

Gereedschapsklemmethoden hebben een aanzienlijke impact op de boorkwaliteit. De hoogte van het gereedschapscentrum is een cruciale factor - een onjuiste hoogte verandert de effectieve spaan- en vrijloophoeken, waardoor gereedschap-werkstukinterferentie ontstaat. Terwijl het gereedschap roteert, ontstaat er wrijving, waardoor het gereedschap mogelijk dieper in het werkstuk wordt gedreven.

Het vergroten van de spaanhoek vermindert de snijkrachten en warmteontwikkeling, maar vermindert de sterkte van de snijkant. Wanneer de vrijloophoeken afnemen, nemen de effectieve spaanhoeken toe, waardoor het gereedschap schraapt - met name problematisch bij het boren van kleine gaten. Optimale gereedschapspositionering iets boven de centerhoogte (terwijl deze zo dicht mogelijk blijft) verbetert de vrijloophoeken en snijcondities.

Tijdens trillingen buigt de gereedschapspunt naar beneden in de richting van de centerhoogte, waardoor de ideale positionering wordt benaderd. Lichte gereedschapsintrekking minimaliseert het risico op schade aan het werkstuk. Kleinere spaanhoeken stabiliseren de snijdruk, hoewel overdreven kleine hoeken (naderend tot 0°) tot gereedschapsfalen kunnen leiden - boorgereedschappen met positieve spaanhoek hebben over het algemeen de voorkeur.

Bij boorbewerkingen beperkt de interne positie van het gereedschap de toegang van snijvloeistof tot de snijkant, waardoor de spaanverwijdering wordt gecompliceerd en de levensduur van het gereedschap wordt verkort. Oplossingen zijn onder meer intern gekoelde gereedschappen en hogedruksnijvloeistofsystemen.

De selectie van boorgereedschappen hangt sterk af van de gatdiameter en -lengte (diepte en overhang). Algemene richtlijnen bevelen minimale overhang en maximale praktische gereedschapsgrootte aan. De juiste gereedschapsselectie, -toepassing en veilige klemming minimaliseren doorbuiging en trillingen.

Tijdens het snijden proberen zowel tangentiële als radiale krachten het gereedschap van het werkstuk af te buigen. Radiale doorbuiging vermindert de snedediepte en spaandikte, wat mogelijk trillingen veroorzaakt. Radiale doorbuiging beïnvloedt de gatdiameter, terwijl tangentiële doorbuiging de snijkant naar beneden beweegt vanaf de middellijn. Belangrijke overwegingen bij het boren zijn onder meer de geometrie van de inzet, de spaanverwijdering en de gereedschapsvereisten.

De loodhoek van het gereedschap beïnvloedt de richting/grootte van de axiale en radiale kracht. De neusradius en -hoek hebben een cruciale invloed op de krachtreductie - een algemene regel suggereert een neusradius die iets kleiner is dan de snedediepte. Voor intern draaien genereren geometrieën met een positieve spaanhoek lagere snijkrachten dan negatieve alternatieven. Materialen met lage wrijving, zoals keramische inzetten, dunne gecoate inzetten of ongecoate inzetten, produceren doorgaans minder snijkrachten en hebben de voorkeur.

Spaanverwijdering is cruciaal voor prestaties en veiligheid bij interne bewerkingen. Korte spanen verhogen het energieverbruik, de trillingen en de kraterslijtage, terwijl lange spanen problemen veroorzaken bij de verwijdering. Ideale spanen zijn kort en spiraalvormig, waardoor verwijdering met minimale snijkantdruk wordt vergemakkelijkt.

Centrifugale kracht drijft spanen naar buiten, hoewel ze vaak in het gat blijven, wat mogelijk zowel het werkstuk als het gereedschap kan beschadigen wanneer ze tegen bewerkte oppervlakken worden samengedrukt. Het verbeteren van de spaanverwijdering omvat interne snijvloeistoftoepassing of perslucht via spilkanalen. Achterwaarts boren helpt spanen weg te leiden van de snijkant. Verminderde snijsnelheden en kleinere snijkoppen maximaliseren de speling voor spanen.

De selectie van intern bewerkingsgereedschap volgt deze principes:

• Selecteer de grootst mogelijke diameter van de boorstang met behoud van voldoende spaanvrijheid.
• Zorg voor compatibiliteit met snijparameters en spaanvorming voor een soepele verwijdering.
• Minimaliseer de overhanglengte - de klemlengte moet groter zijn dan drie keer de staafdiameter.
• Kies loodhoeken van meer dan 75°, bij voorkeur naderend tot 90°, om krachten langs de staaas te leiden.
• Selecteer geometrieën met een positieve spaanhoek om doorbuiging te minimaliseren.
• Gebruik neusradii die kleiner zijn dan de snedediepte.
• Vermijd trillingen door onvoldoende ingrijping (wrijving-gedomineerd) of overmatige ingrijping (grote diepte/voeding).
• Geef de voorkeur aan keramische of dunne gecoate/ongecoate inzetten voor minder snijkrachten, vooral bij hoge lengte-diameterverhoudingen.
• Open spaanbrekergeometrieën komen over het algemeen ten goede aan boorbewerkingen.
• Inzetten met een hogere sterkte kunnen nodig zijn voor spaanpakking of trillingsproblemen - gewijzigde gereedschapspaden kunnen de spaanvorming verbeteren.