Vom Design zur Leistung: Die Herstellung von Hartmetallbohrer

Die Herstellung von Hartmetallbohrern: Von der Konstruktion zur Leistung

Hartmetallbohrer vereinen Präzision, Leistung und Langlebigkeit wie kein anderer. Ob in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie oder der Schwerindustrie – Hartmetallbohrer gelten als die beste Wahl zum Bohren harter Materialien wie Edelstahl, Titan und gehärteter Legierungen.

Wie werden sie aus Rohpulver zu Hochleistungs-Schneidwerkzeugen und revolutionieren damit Spiral- und Stufenbohrer? Werfen wir einen Blick auf den faszinierenden Herstellungsprozess – von der Konzeption und Konstruktion bis hin zur praktischen Anwendung.

Was macht Hartmetallbohrer so außergewöhnlich?

Die herausragende Festigkeit und Präzision von Hartmetallbohrern beruht auf ihrer speziellen Zusammensetzung.

• Das Basismaterial ist Wolframcarbid (WC), eine Verbindung aus Wolfram und Kohlenstoff.

• Ein Bindemittel aus Kobalt oder Nickel verbessert die Zähigkeit und reduziert den Sprödbruch.

In dieser Kombination entsteht ein Verbundwerkstoff, der härter als Stahl und fast so hart wie Diamant ist. Daher eignen sich Hartmetallbohrer hervorragend für Anwendungen mit hohem Verschleiß, wie z. B. Spiralbohrer oder Stufenbohrer.

Zu den wichtigsten Vorteilen zählen:

• Hervorragende Härte und lange Lebensdauer

• Extreme Hitze- und Verschleißbeständigkeit

• Präzision bei extrem hohen Schnittgeschwindigkeiten

• Lange Werkzeugstandzeit bei geringem Wartungsaufwand

Der Herstellungsprozess von Hartmetallbohrern

Die Herstellung von Hochleistungsbohrern aus Wolframkarbidpulver ist ein präziser und durchdachter Prozess. Jeder einzelne Schritt ist wichtig, um die unübertroffene Festigkeit und Langlebigkeit der Hartmetallbohrer zu gewährleisten.

1. Vom Entwurf zum Bit: Die Designphase

Jeder Hartmetallbohrer beginnt ein sorgfältig ausgearbeitetes Konzept. Ingenieure nutzen CAD- und CAM-Software, um das Design zu modellieren und anschließend die Merkmale zu entwickeln und Optimierungen zu verifizieren, um höchste Leistung zu gewährleisten. Dabei berücksichtigen sie unter anderem folgende Aspekte:

• Spiralgeometrie zur Beeinflussung der Spanabfuhr

• Spiralwinkelkontrolle zur Steuerung des Schnittdrucks

• Spitzenwinkel und Spitzenform für präzisen Eintritt in den Bohrer

• Kühlkanäle zur Wärmeableitung. Diese Konstruktionsmerkmale gewährleisten, dass

Hartmetallbohrer können im Vergleich zu Standard-Spiral- und Stufenbohrer eine höhere Präzision und längere Lebensdauer aufweisen.

2. Vermischen der Rohstoffe

Sobald das Design feststeht, ist der erste Produktionsschritt die Aufbereitung der Rohmaterialien. Ziel dieses Aufbereitungsprozesses ist eine homogene Mischung, die für die Festigkeit und Gleichmäßigkeit des fertigen Hartmetallbohrers entscheidend ist.

Der Aufbereitungsprozess umfasst drei Phasen:

• Mischen: Die Pulver werden vermahlen, um eine homogene Mischung zu erzielen.

• Zugabe von Wachs oder Paraffin: Ein Bindemittel (Wachs oder Paraffin) wird hinzugefügt, um die Formbarkeit zu verbessern.

• Granulieren: Die vermischten Materialien werden durch Sprühtrocknung zu Granulat verarbeitet.

3. Pressen und Formen des Bohrerrohlings

Im nächsten Schritt wird das pulverförmige Material Gemisch zu einem festen, aber dennoch fragilen Rohling geformt, der in unserer Branche als „Grünling“ bezeichnet wird.

• Je nach Komplexität des Bohrers kommen folgende zwei Verfahren zum Einsatz: Uniaxiales Pressen eignet sich für einfache zylindrische Formen und Geometrien mit kleinen, flachen Merkmalen. 

• Extrusion oder Spritzgießen ermöglichen die Herstellung wesentlich komplexerer Formen, wie beispielsweise Stufenbohrer oder Bohrer mit internen Kühlmittelbohrungen.

4. Sintern: Pulver in festes Pulver verwandeln

Sintern ist ein Verfahren, das einen weichen Pressling in einen sehr festen und dichten Hartmetall Körper umwandelt. Der Pressling wird in einem Vakuum- oder Wasserstoff-Ofen belüftet und während des Sinter Prozesses auf etwa 1400–1600 °C erhitzt. Dabei herrschen extreme Bedingungen:

• Das Kobalt Bindemittel schmilzt und vermischt sich mit den Wolframcarbid Partikeln.

• Der Pressling schrumpft um etwa 20 % und erreicht seine volle Dichte.

• Die Struktur wird extrem hart und beständig.

5. Präzisionsschleifen und -veredeln

Diese Phase bestimmt die Leistungsfähigkeit des Werkzeugs.

Techniker verwenden Diamantschleifscheiben, um den Bohrer präzise zu formen und zu polieren:

• Beim Nutenschleifen entstehen die spiralförmigen Nuten, die die Späne abführen. Beim Spitzenschleifen wird die Schneidkante geformt. 

• Beim Scharfschleifen werden Form und Passung des Schafts für den Werkzeughalter optimiert. 

• Das Polieren sorgt für besseren Spänetransport und reduzierte Reibung.

6. Qualitätskontrolle: Prüfung auf Perfektion

Bevor ein Hartmetallbohrer an den Kunden ausgeliefert wird, durchläuft er eine Reihe strenger Qualitätsprüfungen, bevor er unser Werk verlässt. Die Qualitätskontrolle umfasst:

• Härte- und Dichtemessungen als Indikatoren für die Materialqualität.

• Rundlaufprüfungen gewährleisten die Rotation Genauigkeit.

• Prüfungen der Schnittleistung unter realen Verarbeitungsbedingungen.

7. Letzte Handgriffe: Kennzeichnung und Verpackung

Nach Abschluss aller Qualitätskontrollen werden die Bohrer gereinigt und anschließend per Laser mit Größe, Beschichtung und Herstellerangabe versehen. Danach werden sie verpackt.

Die Verpackung schützt die Bohrer vor Rost, Beschädigung und Witterungseinflüssen, sodass sie bei Ankunft beim Maschinenbediener und Hersteller sofort einsatzbereit sind.

Die Zukunft der Hartmetallbohrer Herstellung

Hartmetallbohrer werden kontinuierlich verbessert und sind dank modernster Technologien potenziellen Problemen stets einen Schritt voraus. Dies gilt für alle Technologiebereiche, auch für die Welt der Bohrer. Aktuell nutzen die Hersteller:

• KI-gestützte Design Software zur Formoptimierung

• 3D-Druck zur Herstellung komplexer Hartmetall Formen

• Nanobeschichtungen für höchste Verschleißfestigkeit

• Automatisierung und Robotik für das Schleifen und die Produktprüfung