VDI 3210 Blatt 1-2006 Deep-hole boring.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEURETiefbohrverfahrenDeep-hole drillingVDI 3210Blatt 1 / Part 1Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 2VDI-RICHTLINIENICS 25.080.40Mrz 2006March 2006Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Tiefbohrverfahren, verwan

2、dte Verfahrenund Werkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1 Verfahrensarten . . . . . . . . . . . . . . . 61.2 Verfahrensvarianten. . . . . . . . . . . . . 81.3 Dem Tiefbohren zugehrige Verfahren. . . 81.4 Werkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Maschinen zum Tiefbohren . . . . . . . .

3、 . . 162.1 Arbeitsweisen. . . . . . . . . . . . . . . . 162.2 Maschinentypen . . . . . . . . . . . . . . 172.3 Zusatzeinrichtungen und Gerte . . . . . . 203 Besonderheiten des Tiefbohrprozesses . . . 233.1 Anbohrvorgang . . . . . . . . . . . . . . . 233.2 Spne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4、 233.3 Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . 243.4 Fehler am Werkzeug, Werkstckund Maschine . . . . . . . . . . . . . . . . 253.5 Verschlei. . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.6 Prozessberwachung . . . . . . . . . . . . 264 Khlschmierstoff (KSS) undTiefbohrprozess . . . . . . . . . . . . . .

5、 . . 264.1 Aufgabe des Khlschmierstoffs . . . . . . 264.2 Khlschmierstoffanlage. . . . . . . . . . . 374.3 Einsatzbedingungen und Hinweise . . . . . 305Einflussgren . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35Anhang Anwendungsbeispiele . . . . . . . .

6、. . 36Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. No guarantee can be given with respect to the English transla-tion. The German version of this guideline shall be taken asau

7、thoritative.VDI-Gesellschaft Produktionstechnik (ADB)Ausschuss Przisions- und TiefbohrtechnikFrhere Ausgabe: 11.03 Entwurf,deutschFormer edition: 11/03 Draft, in German onlyZu beziehen durch / Available at Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher

8、 Ingenieure,Dsseldorf 2006Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Deep-drilling methods, related methodsand tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1 Deep-drilling methods . . . . . . . . . . . 61.2 Process variants . . . . . . . . . . . . . . 81.3 Methods assig

9、ned to deep-hole drilling . . 81.4 Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Deep-drilling machines . . . . . . . . . . . . 162.1 Modes of operation. . . . . . . . . . . . . 162.2 Machine types . . . . . . . . . . . . . . . 172.3 Additional devices and equipment . . . . . 203 Special feature

10、s of the deep-drilling process 233.1 Pilot drilling . . . . . . . . . . . . . . . . 233.2 Chips . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.3 Vibrations. . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.4 Faults in tool, workpiece, and machine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.5 Wear . . . . . . . . . .

11、 . . . . . . . . . . 253.6 Process monitoring . . . . . . . . . . . . . 264 Cooling lubricant and the deep-drilling process . . . . . . . . . . . . . 264.1 Task of the cooling lubricants . . . . . . . 264.2 Cooling lubricant system. . . . . . . . . . 374.3 Conditions of use and practical tips . . .

12、. 305 Influencing factors . . . . . . . . . . . . . . . 32Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35Annex Examples of application . . . . . . . . . . 37B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2006 2 V

13、DI 3210 Blatt 1 / Part 1VorbemerkungDie vorliegende Richtlinie gibt eine bersicht berdie Tiefbohrverfahren, die dazugehrigen Ferti-gungsmittel und deren Anwendungsbereiche. Sie be-handelt ferner Fragen, wie Platzbedarf und Einsatz-bedingungen fr wirksame Khlschmierstoffanwen-dung und andere Aspekte,

14、 die bei der Einrichtungund Durchfhrung aller Tiefbohrverfahren auftreten.Die von blichen Bohrverfahren stark abweichendenArbeitsprinzipien erfordern eine systematische Dar-stellung der ohne groen Aufwand vernderbarenEinflussgren, von denen das Gelingen eines Tief-bohrvorgangs abhngt.VDI 3210 Blatt

15、2 behandelt das Thema Tiefbohranla-gen und enthlt Formbltter fr Anfrage, Angebot,Bestellung. Weitere Hinweise fr das Tiefbohren enthalten dieRichtlinien VDI 3208 sowie VDI 3209 Blatt 1 undBlatt 2. Weiterfhrende VDI-Richtlinien zum ThemaKhlschmierstoffe siehe Schrifttum.1 Tiefbohrverfahren, verwandte

16、 Verfahren und WerkzeugeTiefbohren ist ein spanabhebendes Verfahren zurHerstellung oder Bearbeitung von Bohrungen. Tief-bohrungen im Sinne dieser Richtlinie sind Bohrun-gen mit einem Durchmesser zwischen ca. 1 mm bis1500 mm und einer Bohrtiefe ab etwa dreifachemDurchmesserma.Eine generelle Abgrenzun

17、g der Tiefbohrtechnik ge-genber anderen konventionellen“ Bohrtechnikenz.B. durch eine allgemein gltige Definition ist nichtmglich. Folgende Eigenschaften prgen die Tief-bohrtechnik:hohe Bohrungsqualittgroe ProduktivittBild 1 zeigt, dass die Tiefbohrwerkzeuge das ge-samte Feld der durch Bohren herste

18、llbaren Innenkon-turen beherrschen. Insbesondere im Bereich der tie-fen Bohrungen und der Bohrungen mit groenDurchmessern werden fast ausschlielich Tiefbohr-techniken eingesetzt.Wegen seiner hohen Produktivitt und dabei erreich-baren hohen Bohrungsgte wird das Tiefbohrenheute trotz hoher maschinelle

19、r Ausrstungen zuneh-mend auch fr Fertigungsaufgaben eingesetzt, bei de-nen das Verhltnis zwischen Bohrungstiefe und Boh-rungsdurchmesser kleiner als 10 ist. Auch im Bereichgeringerer Werkzeugdurchmesser, in dem naturge-Preliminary noteThis guideline provides an overview of deep-drillingmethods, the

20、corresponding types of productionequipment and their range of application. In additionit deals with topics such as space requirements andconditions of use for effective application of coolinglubricants as well as other aspects which may occurwhen any deep-drilling process is being installed or isin

21、progress.Since deep-drilling or -boring operation principlesare very different from other drilling methods there isa need for a systematic presentation of those variableswhich affect the process and which guarantee the suc-cess of a deep-drilling operation.VDI 3210 Part 2 is concerned with deep-dril

22、lingequipment and contains forms for enquiry, quoting,and ordering. Further information on deep drilling may be found inguidelines VDI 3208 and VDI 3209, Part 1 andPart 2. Some more detailed VDI guidelines dealingwith cooling lubricants cf. Bibliography.1 Deep-drilling methods, related methods and t

23、oolsDeep-drilling is a metal-cutting method used for pro-ducing new or machining existing drilled bore holes.Deep bore holes in the sense of this guideline meansbore holes with a diameter between approximately1 mm to 1500 mm and a drilling depth greater thanabout three times the bore hole diameter.I

24、t is not possible to provide a globally applicable def-inition allowing strict differentiation between thedeep-drilling technique and other “conventional”drilling methods. Deep-drilling is characterized bythe following properties:high quality of bore holehigh level of productivityFigure 1 demonstrat

25、es that deep-drilling tools dom-inate the whole field of internal contours which canbe made by drilling. Particularly in the field of deepbore holes and of large-diameter bore holes, deep-drilling methods are used almost predominantly.Due to its high productivity and at the good hole qual-ity, which

26、 is achievable at the same time, deep-drill-ing, despite intense usage of mechanical equipment,is today also being used increasingly for manufactur-ing tasks where the ratio between bore hole depth andbore hole diameter is less than 10. Although whentool diameters are smaller a field where naturally

27、B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2006 VDI 3210 Blatt 1 / Part 1 3 m die meisten Einsatzflle fr das Bohren liegen,zeigen zahlreiche Bearbeitungsbeispiele die Prsenzder Tiefbohrtechnik. Die Tiefbohrverfah

28、ren haben folgende typischeMerkmale:Anwendung spezieller Hartmetallbohrer mit au-erhalb des Bohrungszentrums liegender (z.B.Vollbohrer) oder ohne Schneidenspitze (z.B.Kernbohrer und Aufbohrer)Absttzung und Fhrung des Werkzeugs in der er-zeugten Bohrung durch FhrungsleistenAnbohrfhrung des Werkzeugs

29、in einer Bohr-buchse oder einer FhrungsbohrungEinrichtung fr kontinuierliche Khlschmierstoff-zufuhr, stetige Spanabfuhr ohne Ausspanhbemost cases of application for drilling occur the pres-ence of the deep-drilling technique manifests itself innumerous examples. Deep-drilling methods have the follow

30、ing typicalcharacteristics:The use of special cemented carbide drills eitherwith a cutting point located outside the bore holecentre line (solid-drilling bits, for example) orwithout a cutting point (for example: coring ortrepanning drills; borers)Guide pads are used to support the tool and guideit

31、within the bore hole being drilled.Start guidance for the deep drilling tool within astarting bush or a pilot holeDevice for continuous coolant supply and contin-uous removal of chips without periodical bit with-drawalBild 1. Einsatzfeld der Tiefbohrwerkzeuge im Vergleich zu konventionellen“ Werkzeu

32、genDie nummerierten Kreise stehen fr die Einordnung der im Anhang vorgestellten Anwendungsbeispiele.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2006 4 VDI 3210 Blatt 1 / Part 1Vorteile beim Einsatz der Tiefbohrtechnik

33、en sind:sehr hohe Zerspanleistungideale Bedingungen bezglich Khlung undSchmierungkurze Hauptzeitenhohe Bohrungsqualitt hinsichtlich Durchmesser-toleranz, Oberflchengte und geometrischerFormgenauigkeithohe Fluchtgenauigkeit, geringer Bohrungsver-laufErsatz mehrerer Arbeitsvorgnge, z.B. Vorbohren,Aufs

34、enken und Reiben, durch einen Arbeitsvor-gang TiefbohrenBearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffegroe Bohrtiefe im Verhltnis zum Durchmesser(bis maximal 250-fach)Advantages accruing when deep-drilling technique isused:very high metal removal ratesideal conditions regarding cooling and lubricationsh

35、ort primary process timehigh bore hole quality concerning diameter toler-ance, surface quality, and geometrical accuracyhigh alignment accuracy, little running off-centresubstitution of several work operations, such aspre-drilling, boring, and reaming, with a singledeep-drilling processmachining of

36、materials which are hard to cutgreat drilling depth in relation to its diameter (upto a maximum of 250 times the diameter)Figure 1. Field of application of deep-drilling tools in comparison with “conventional” toolsThe numbers within the circles stand for the classification of the example applicatio

37、ns presented in the annex of this guideline.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2006 VDI 3210 Blatt 1 / Part 1 5 Wirtschaftlichkeit auch bei kurzen Bohrtiefen geringe Gratbildung beim Ausbohren und beimber

38、bohren von QuerbohrungenDurch Tiefbohren knnen Metalle jeder Art sowieandere Werkstoffe, wie z.B. Kunststoffe, sowohl inder Massenfertigung von Kleinteilen als auch in derEinzelfertigung von Gromaschinenteilen bearbeitetwerden.Qualittsmerkmale, die beim Einsatz der Tiefbohr-verfahren erwartet werden

39、 knnen, zeigt die Tabel-le 1.economically efficient also with short drillingdepthlow burr formation during enlargement of coredholes and drilling cross-holesUsing deep-drilling it is possible to machine metalsof any kind as well as other materials, such as plas-tics, not only in the mass production

40、of small compo-nents but also in the single-part manufacturing oflarge-dimensioned machine parts.Quality characteristics which can be expected whenusing deep-drilling methods are shown in Table 1.Tabelle 1. Richtwerte fr die Leistungsfhigkeit der Tiefbohrverfahren (Bearbeitung von Stahl unter normal

41、em Auf-wand)*)Es werden auch Bohrtiefen bis 200 D und darber erreicht; bei sehr groem D sind die Werte durch die Maschinengre eingeschrnkt.*)bei einem Arbeitsgang erzielbare Werte*)Bei rotierendem Werkstck; bei stehendem Werkstck sind die Werte zu verdoppeln.Table 1. Guideline values for the capabil

42、ities of the deep-drilling technique (machining of steel under normal conditi-ons)*)Drilling depths of 200 D and more are reached; with very large D, values are limited by machine size.*)Values which can be achieved in a single working operation step.*)If the workpiece is rotating; values should be

43、doubled if it is stationary.Bohrverfahren Bohrungs-durchmesserBohrungs-tiefe*)Bohrungs-toleranz*)Bohrungs-rautiefeBohrungsmittenverlauf*)Din mml in mmRzin mbei 1 m Tiefein mmDin mmVoll-bohrenELB 0,8 bis 40 100 D IT 10 bis IT 8 16 bis 5 0,5 20BTA 6,3 bis 180 100 D IT 10 bis IT 8 16 bis 5 0,25 40Ejekt

44、or 18,4 bis 180 100 D IT 10 bis IT 9 16 bis 5 0,25 40Kern-bohrenELB 15 bis 40 40 D IT 10 bis IT 8 16 bis 5 0,25 80BTA 40 bis 630 100 D IT 10 bis IT 8 16 bis 5 0,1 80Auf-bohrenELB 2,0 bis 50 100 D IT 9 bis IT 8 16 bis 2 0,1 120BTA 20 bis 1500 100 D IT 9 bis IT 8 16 bis 2 0,1 120Ejektor 18,4 bis 250 1

45、00 D IT 10 bis IT 8 16 bis 5 0,25 120Drilling method Bore holediameterDrilling depth*)Drillingtolerance*)SurfaceroughnessMismatch of axes*)Din mml in mmRzin mat depth of 1 mmmDin mmSolid drillingGun-drilling 0,8 to 40 100 D IT 10 to IT 8 16 to 5 0,5 20BTA 6,3 to 180 100 D IT 10 to IT 8 16 to 5 0,25

46、40Ejector 18,4 to 180 100 D IT 10 to IT 9 16 to 5 0,25 40TrepanningGun-drilling 15 to 40 40 D IT 10 to IT 8 16 to 5 0,25 80BTA 40 to 630 100 D IT 10 to IT 8 16 to 5 0,1 80BoringGun-drilling 2,0 to 50 100 D IT 9 to IT 8 16 to 2 0,1 120BTA 20 to 1500 100 D IT 9 to IT 8 16 to 2 0,1 120Ejector 18,4 to 2

47、50 100 D IT 10 to IT 8 16 to 5 0,25 120B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2006 6 VDI 3210 Blatt 1 / Part 11.1 VerfahrensartenBei der Einfhrung der Verfahrensarten werden zurOrientierung Symbole angegeben, die

48、 auch im An-hang bei der Beschreibung von Arbeitsbeispielenverwendet werden.1.1.1 Einlippenbohrverfahren (ELB-Verfahren)Das Einlippenbohren wird im Durch-messerbereich von ca. 0,8 mm bis 40 mmeingesetzt. Die Zufuhr des Khlschmier-stoffes (KSS) erfolgt durch eine odermehrere Bohrungen innerhalb des W

49、erkzeugs. DieAbleitung des KSS-Spnegemisches geschieht durcheine Lngsnut (Sicke) am ueren Werkzeugschaft.Bild 2 zeigt die wesentlichen Merkmale dieses Ver-fahrens.1.1.2 BTA-BohrverfahrenDas BTA-Tiefbohren (Boring and Tre-panning Association BTA) wird imDurchmesserbereich von ca. 6 mm bis1500 mm eingesetzt. Die Zufuhr desKhlschmierstoffs geschieht von auen unter Druckin einen Ringraum zwischen B