VDI 3211-2015 Deep hole drilling on machining centers.pdf

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1、ICS 25.080.40 VDI-RICHTLINIEN Januar 2015 January 2015 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Tiefbohren auf Bearbeitungszentren Deep hole drilling on machining centres VDI 3211 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standa

2、rd shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Produktion und Logistik (GPL) Fachbereich Produktionstechnik und Fertigungsverfahren VDI-Handbuch Produktionstechnik und Fertigungsverfahren, Band 2: Fertigungsverfahren Vervielfl

3、tigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgabe:09.12Entwurf, deutschFormeredition:09/12Draft,inGerman onlyZu beziehen durch/ AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten/ All rightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,

4、Dsseldorf2015Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Formelzeichen und Abkrzungen . 3 3 Zum Tiefbohren eingesetzte Werkzeuge und ihre Konstruktionsmerkmale 3 3.1 Wendeltiefbohrwerkzeug (WTB-Werkzeug) 3 3.2 Zweilippentiefbohrwerkzeug (ZLB-Werkzeug) 4 3.3 E

5、inlippentiefbohrwerkzeug (ELB-Werkzeug) 5 3.4 Ejektor- und BTA-Tiefbohrwerkzeug 6 3.5 Sonderwerkzeuge . 7 4 Ausstattung eines Bearbeitungszentrums fr das Tiefbohren 8 4.1 Bearbeitungszentrum . 8 4.2 Anforderungen fr das Tiefbohren 10 5 Anforderungen der Werkzeugkonzepte an die Maschine, Qualitts- un

6、d Leistungsmerkmale, Bohrstrategien zum Tiefbohren . 13 5.1 Wendeltiefbohren (WTB) 15 5.2 Zweilippentiefbohren (ZLB) 15 5.3 Einlippentiefbohren (ELB) 17 5.4 Ejektortiefbohren und Bohren mit Sonderwerkzeugen . 18 6 Richtwerte fr das Tiefbohren auf Bearbeitungszentren 19 6.1 Wendeltiefbohren (WTB) 19

7、6.2 Zweilippentiefbohren (ZLB) 19 6.3 Einlippentiefbohren (ELB) 19 6.4 Ejektortiefbohren . 21 7 Verfahrensauswahl . 22 Schrifttum 24 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 Symbols and abbreviations . 3 3 Tools used for deep drilling and their design features . 3 3.1 Twist deep-drilling to

8、ol (WTB tool) 3 3.2 Double-lip gun drilling tool (ZLB tool) 4 3.3 Single-lip gun drill tool (ELB tools) 5 3.4 Ejector and BTA deep-drilling tools 6 3.5 Special tools . 7 4 Equipment of a machining centre for deep-hole drilling 8 4.1 Machining centre . 8 4.2 Requirements applicable to deep-hole drill

9、ing . 10 5 Tool design requirements relating to the machine, quality and performance characteristics, drilling strategies with deep-hole drilling 13 5.1 Twist deep drilling (WTB) 15 5.2 Double-lip gun drilling (ZLB) . 15 5.3 Single-lip gun-drilling (ELB) 17 5.4 Ejector deep-drilling and drilling wit

10、h special tools . 18 6 Guide values for deep-hole drilling on machining centres 19 6.1 Twist deep drilling (WTB) 19 6.2 Double-lip gun drilling (ZLB) . 19 6.3 Single-lip gun-drilling (ELB) 19 6.4 Ejector deep-drilling 21 7 Selection of methods . 22 Bibliography 24 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09

11、DCBB7EF8FD9NormCD - Stand 2015-01 2 VDI 3211 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Foto

12、kopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglic

13、h. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of re

14、-printing, reproduction (photocopying, micro copy-ing), storage in data processing systems and trans-lation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the

15、VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. Einleitung Die Forderung nach einer Komplettbearbeitung von Bauteilen in mglichst einer Aufspannung hat dazu gefhrt, dass seit Jahren hufiger auf Bearbei-tungszentren tiefgebohrt wird. Neuartige Werk-zeugkon

16、zepte, die speziell fr das Tiefbohren auf Bearbeitungszentren ausgelegt wurden, sind entwi-ckelt worden. Sie stehen in Konkurrenz zu den vorhandenen klassischen“ Tiefbohrwerkzeugen. Die Verwendung von sowohl neuartigen als auch klassischen Tiefbohrverfahren stellt jedoch speziel-le Anforderungen an

17、die Werkzeugmaschine. Alle drei Aspekte fhren in der Produktionstechnik zu stark zunehmendem Interesse an Erfahrungs-wissen zum Einsatz der Przisions- und Tiefbohr-technik auf Bearbeitungszentren. Aus diesem Grund wurde vom zustndigen VDI-Fachausschuss eine Richtlinie zu dieser Thematik erarbeitet.

18、Introduction The demand for the complete machining of com-ponents at, if at all possible, a single setting has over the years resulted in deep-hole drilling being increasingly carried out on machining centres. Innovative tool concepts designed especially for deep drilling on machining centres have b

19、een de-veloped. These are in competition with existing “classic” deep-drilling tools. The use not only of innovative but also of classic deep-drilling meth-ods does however make special demands of the machine tool. In production engineering all three aspects are leading to a marked growth in interes

20、t in the prac-tical knowledge gained from using precision and deep-hole drilling methods on machining centres. It is for this reason that the VDI technical commit-tee responsible has prepared a standard dealing with this subject. 1 Anwendungsbereich Die Richtlinie bezieht sich auf die Durchfhrung vo

21、n Tiefbohrverfahren auf Bearbeitungszentren. Die Richtlinie gibt eine bersicht ber die Anfor-derungen, die bei Verwendung der Tiefbohrverfah-ren auf Bearbeitungszentren zu beachten sind. Dazu werden zunchst die Tiefbohrwerkzeuge und Tiefbohrverfahren vorgestellt. Anschlieend wer-den die technologisc

22、hen und maschinenseitigen Anforderungen an das Tiefbohren auf Bearbei-tungszentren betrachtet. Die aufgefhrten Richt-werte sollen eine Hilfe zur richtigen Verfahrens-auswahl ermglichen. 1 Scope This standard is concerned with the practical im-plementation of deep-drilling methods on machin-ing centr

23、es. It provides an overview of the requirements to be met when using deep-drilling methods on machin-ing centres. The deep-drilling tools and deep-drilling methods are introduced first. Then the technical and machine-related requirements appli-cable to deep drilling on machining centres are examined

24、. The guide values provided are intended to assist the user in selecting a suitable method. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8FD9NormCD - Stand 2015-01All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 3211 3 2 Formelzeichen und Abkrzungen Formelzeichen In dieser Richt

25、linie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet: Formel-zeichen Bezeichnung Einheit d Bohrungsdurchmesser mm l Bohrungstiefe mm Viskositt mm2/s 2 Symbols and abbreviations Symbols The following symbols are used throughout this standard: Symbol Designation Unit d hole diameter mm l

26、drilling depth mm viscosity mm2/s Abkrzungen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Abkrzungen verwendet: BTA Boring and Trepanning Association ELB Einlippentiefbohren HSS Schnellarbeitsstahl KSS Khlschmierstoff VHM Vollhartmetall WTB Wendeltiefbohren ZLB Zweilippentiefbohren Abbre

27、viations The following abbreviations are used throughout this standard: BTA Boring and Trepanning Association ELB single-lip gun drilling HSS high-speed steel KSS cooling lubricant VHM solid carbide WTB twist deep drilling ZLB double-lip gun drilling 3 Zum Tiefbohren eingesetzte Werkzeuge und ihre K

28、onstruktionsmerkmale In der Richtlinie VDI 3210 werden Bohrungen mit einem Bohrungstiefe-Bohrungsdurchmesser-Ver-hltnis (l/d-Verhltnis) von l/d 3 als Tiefbohrun-gen bezeichnet. In Abhngigkeit vom Durchmesser der zu fertigenden Bohrung werden unterschiedli-che Tiefbohrverfahren eingesetzt, wobei es z

29、u berschneidungen der Anwendungsbereiche dieser Verfahren kommen kann (siehe Richtlinie VDI 3210). Detaillierte Informationen zu den klas-sischen Verfahren Einlippentiefbohren (ELB), BTA- und Ejektortiefbohren knnen den Richtli-nien VDI 3208 und VDI 3209 Blatt 1 entnommen werden. 3 Tools used for de

30、ep drilling and their design features In standard VDI 3210, holes with a drilling depth-to-hole diameter ratio (l/d ratio) of l/d 3 are re-ferred to as “deep” holes. Depending on the diame-ter of the hole to be drilled different deep-drilling methods are used which means that the corre-sponding area

31、s of application may overlap (see standard VDI 3210). Detailed information about the classic methods of single-lip gun-drilling (ELB), BTA and ejector deep drilling may be found in standards VDI 3208 and VDI 3209 Part 1. 3.1 Wendeltiefbohrwerkzeug (WTB-Werkzeug) Mit Wendeltiefbohrwerkzeugen (WTB-Wer

32、kzeu-gen) aus Schnellarbeitsstahl (HSS) lassen sich unter bestimmten Voraussetzungen tiefe Bohrun-gen erzeugen. Daher sind in Tabelle 3 in Ab-schnitt 6.1 auch bliche HSS-Werkzeuge berck-sichtigt worden. Die betrachteten Durchmesser der HSS-Werkzeuge liegen zwischen d = 0,2 mm und d = 12 mm. Der Schw

33、erpunkt liegt jedoch auf Vollhartmetall-werkzeugen (VHM-Werkzeugen) mit Innenkh-lung, da nur diese auf einem Bearbeitungszentrum in starker Konkurrenz zum ELB stehen. VHM-3.1 Twist deep-drilling tool (WTB tool) Provided certain conditions are met, deep holes can be drilled using twist deep-drilling

34、tools (WTB tools) made of high-speed steel (HSS). For this reason Table 3 in Section 6.1 also includes com-monly used HSS tools. The HSS tool diameters covered fall between d = 0,2 mm and d = 12 mm. The emphasis is however placed on solid-carbide tools (VHM tools) with internal cooling since on a ma

35、chining centre only these are in strong competi-tion with ELB. Solid-carbide twist deep-drilling B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8FD9NormCD - Stand 2015-01 4 VDI 3211 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 WTB-Bohrer zum Tiefbohren werden im Durch-messerbe

36、reich von d = (0,512) mm und einem l/d-Verhltnis bis zu l/d 30 eingesetzt. Diese Werkzeuge weisen den fr Wendelbohrer typi-schen symmetrischen, zweischneidigen Werkzeug-aufbau auf, der gegenber den klassischen Tief-bohrverfahren hhere Vorschubgeschwindigkeiten ermglicht. Wendelbohrer zum Tiefbohren

37、(Bild 1) verfgen ber einen an die Bearbeitungsaufgabe angepass-ten Werkzeugaufbau mit einem entsprechenden Anschliff. Neben einer speziellen Auslegung des Schneidenbereichs werden auch die Spannuten angepasst, um einen sicheren Spanabtransport zu gewhrleisten. Der Werkzeugschaft wird meist als Zylin

38、derschaft mit angepasstem Schaftende zur Khlschmierstoffzufhrung (KSS-Zufhrung) aus-gefhrt. Der Spanabtransport aus Bohrtiefen grer als l = 3 d wird durch die Wendelform der Spannuten verbessert, wodurch die Verwendung einer inneren KSS-Versorgung nicht zwingend erforderlich ist. Diese untersttzt je

39、doch den Spanabtransport und ist bei den VHM-Werkzeugen der Standard. Die geringen Khlkanaldurchmesser, besonders bei kleinen Werkzeugdurchmessern, erfordern bei einer inneren KSS-Versorgung jedoch eine Hoch-druck-KSS-Versorgung. In Abhngigkeit vom zu bearbeitenden Werkstoff werden unterschiedliche

40、Schneidstoffe eingesetzt. Hufig werden beschichtete WTB-Bohrer verwen-det. Im Durchmesserbereich von d = (1126) mm bei l/d-Verhltnissen von bis zu l/d = 7 kommen auch modular aufgebaute Werkzeuge mit wechsel-baren Schneidelementen aus Hartmetall zum Ein-satz. tools used for deep-hole drilling have a

41、 diameter range of d = (0,512) mm and an l/d ratio up to l/d 30. These tools have the symmetrical two-lip design typical of twist drills which permits higher feed rates than is the case with classic deep-drilling methods. Twist drills for deep drilling (Figure 1) have a tool design appropriate for t

42、he machining task they perform and a corresponding nose grind. In addi-tion to a special design of the cutting edge area, even the chip flutes are adapted to ensure chips are smoothly removed. The tool shank mostly takes the form of a cylindrical shaft with the end modi-fied for the cooling lubrican

43、t feed (KSS feed). The removal of chips from drilling depths greater than l = 3 d is improved by the spiral form of the chip flutes, which means that supplying cooling lubricant through the hollow tool is not absolutely necessary. This does however assist chip evacua-tion and is standard in solid ca

44、rbide tools. When the cooling lubricant is supplied internally, the narrowness of the duct, especially in the case of small tool diameters, does however make a high-pressure supply necessary. Different cutting materials are used depending on the workpiece material. Coated twist drills are frequently

45、 used. In the d = (1126) mm diameter range with l/d ratios up to l/d = 7, tools of a modu-lar design with exchangeable carbide cutting ele-ments are also used. Bild 1. Tiefbohren mit WTB-Bohrern 1 Werkstck 2 Werkzeug Figure 1. Deep drilling with twist deep-drilling tools 1 workpiece 2 tool 3.2 Zweil

46、ippentiefbohrwerkzeug (ZLB-Werkzeug) Zweilippentiefbohrwerkzeuge (ZLB-Werkzeuge) werden in einem Durchmesserbereich von ca. d = (2,832) mm eingesetzt. Sie finden bedingt durch ihren Aufbau vorwiegend Einsatz bei der Bearbeitung von kurzspanenden Werkstoffen wie Gusswerkstoffen und Automatensthlen. I

47、m Unter-schied zu WTB und ELB hat der ZLB einen gerin-3.2 Double-lip gun drilling tool (ZLB tool) Double-lip gun drilling tools (ZLB tools) are used within a diameter range of approximately d = (2,832) mm. Due to their design they are used predominantly in machining short-chipping materials such as

48、cast materials and free-cutting steels. Unlike twist deep drilling and single-lip gun drilling, double-lip gun drilling has a relatively B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8FD9NormCD - Stand 2015-01All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 3211 5 geren Marktante

49、il. Es knnen, in Abhngigkeit vom zu bearbeitenden Werkstoff, durchaus l/d-Ver-hltnisse von l/d 30 erreicht werden. ZLB-Werk-zeuge verfgen, hnlich wie WTB-Bohrer, ber einen symmetrischen, zweischneidigen Werkzeug-aufbau, wodurch sich die an den Schneiden entste-henden Passivkrfte kompensieren (Bild 2). Wie beim WTB-Bohrer knnen im Vergleich zu den ELB-Bohrern hhere Vorschbe realisiert werden. Gegenber dem WTB unterscheidet sich das ZLB bei der Gestaltung der Spannu