Aufbohren

Aufbohren – vorhandene Bohrungen sicher vergrößern

Beim Aufbohren wird eine bereits vorhandene Bohrung auf einen größeren Durchmesser erweitert. Dabei entfernt das Werkzeug nur noch einen ringförmigen Materialquerschnitt, da die Werkstückmitte bereits durch die Vorbohrung freigelegt wurde.

Das Verfahren wird unter anderem eingesetzt, um vorgegossene, gestanzte oder vorgebohrte Öffnungen zu vergrößern. Durch spezielle Aufbohrer können auch leicht unrunde oder nicht vollständig fluchtende Bohrungen verbessert werden.

Was versteht man unter Aufbohren?

Aufbohren bezeichnet das spanende Erweitern einer vorhandenen Bohrung mit einem Werkzeug größeren Durchmessers.

Typische Anwendungen sind:

• Vergrößern einer vorgebohrten Bohrung
• Bearbeiten vorgegossener Öffnungen
• Erweitern gestanzter oder gebrannter Löcher
• stufenweises Herstellen großer Bohrungsdurchmesser
• Vorbearbeitung für das Reiben
• Vorbereitung für das Feinbohren
• Bearbeitung leicht unrunder Bohrungen
• Vergrößern von Kernlöchern

Im Gegensatz zum Bohren ins Volle muss die Querschneide eines gewöhnlichen Spiralbohrers beim Aufbohren meist kein Material mehr im Zentrum verdrängen.

Wie funktioniert das Aufbohren?

Das Aufbohrwerkzeug wird axial in eine vorhandene Bohrung geführt. Seine Schneiden tragen das Material an der Bohrungswand ab, bis der gewünschte größere Durchmesser erreicht ist.

Der zu entfernende Materialquerschnitt ergibt sich aus der Differenz zwischen:

• dem Durchmesser der Vorbohrung und
• dem endgültigen Bohrungsdurchmesser.

Beispiel

Eine vorhandene Bohrung mit 10 mm Durchmesser soll auf 14 mm erweitert werden.

Der Werkzeugdurchmesser beträgt 14 mm. Radial werden auf jeder Seite entfernt:

(14 mm − 10 mm) ÷ 2 = 2 mm

Die radiale Spanungsbreite beträgt somit 2 mm je Schneidenseite.

Warum wird vorgebohrt?

Eine Vorbohrung kann unterschiedliche Gründe haben:

• Verringerung der erforderlichen Vorschubkraft
• Entlastung der Querschneide
• stufenweise Herstellung großer Durchmesser
• Bearbeitung auf leistungsschwächeren Maschinen
• Vorbereitung einer präziseren Folgeoperation
• bessere Bearbeitung tiefer Bohrungen
• Entfernen einer vorhandenen Kernbohrung
• Bearbeitung von Guss- und Schmiedeteilen

Ein Vorbohren ist jedoch nicht bei jedem modernen Bohrer erforderlich. Viele Vollhartmetall- und Wendeplattenbohrer sind für das direkte Bohren ins Volle ausgelegt. Ob vorgebohrt werden sollte, hängt vom eingesetzten Werkzeugsystem ab.

Werkzeuge zum Aufbohren

Spiralbohrer

Für einfache Anwendungen kann eine vorhandene Bohrung mit einem größeren Spiralbohrer erweitert werden.

Vorteile:

• einfach verfügbar
• kostengünstig
• für allgemeine Werkstattarbeiten geeignet
• viele Durchmesser erhältlich

Nachteile:

• kann sich ruckartig in die Bohrung hineinziehen
• neigt bei ungünstigem Aufmaß zum Rattern
• begrenzte Durchmesser- und Positionsgenauigkeit
• nicht jeder Spiralbohrer ist für das Aufbohren optimiert

Spezieller Aufbohrer

Ein spezieller Aufbohrer besitzt einen stabilen Werkzeugkern und eine auf das Bearbeiten vorhandener Bohrungen abgestimmte Geometrie.

Mögliche Vorteile:

• bessere Führung in der Vorbohrung
• höhere Stabilität
• geringere Ratterneigung
• für leicht unrunde Bohrungen geeignet
• gleichmäßigere Schnittkräfte
• bessere Bohrungsqualität

Spezielle HSS-Aufbohrer werden beispielsweise mit einem verstärkten Kern angeboten. Laut Werkzeuganbieter eignen sie sich auch zum Verbessern unrunder oder nicht vollständig fluchtender Vorbohrungen. Dabei muss der vorgeschriebene Mindestdurchmesser der Vorbohrung eingehalten werden. Hoffmann Group

Wendeplattenbohrer

Wendeplattenbohrer können abhängig vom Werkzeugsystem ebenfalls zum Erweitern bestehender Bohrungen eingesetzt werden.

Vorteile:

• wirtschaftlicher Schneidenwechsel
• hohe Zerspanungsleistung
• für größere Durchmesser geeignet
• unterschiedliche Schneidstoffsorten verfügbar
• häufig innere Kühlmittelzuführung

Nicht jeder Wendeplattenbohrer darf außerhalb der Werkstückmitte oder in vorhandenen Bohrungen eingesetzt werden. Die zulässigen Anwendungen müssen deshalb anhand der Herstellerangaben geprüft werden.

Feinbohrwerkzeug

Feinbohrwerkzeuge besitzen eine einstellbare Schneide und werden eingesetzt, wenn hohe Anforderungen an Durchmesser, Rundheit und Oberfläche bestehen.

Sie sind besonders geeignet für:

• präzise Passungsbohrungen
• geringe Bearbeitungszugaben
• genaue Durchmessereinstellung
• hohe Oberflächenqualität
• reproduzierbare Serienfertigung

Moderne Feinaufbohrwerkzeuge verfügen teilweise über einstellbare Schneiden und eine gezielte Kühlmittelzuführung zur Schneidkante. Sandvik Coromant

Schneidstoffe

HSS

HSS-Aufbohrer sind zäh und vergleichsweise unempfindlich gegen Stoßbelastungen.

Typische Anwendungen:

• allgemeine Werkstattarbeiten
• konventionelle Maschinen
• kleine bis mittlere Schnittgeschwindigkeiten
• instabilere Bearbeitungsbedingungen
• unterschiedliche Werkstoffe

HSS-E und PM-HSS

Kobaltlegierter oder pulvermetallurgischer Schnellarbeitsstahl bietet eine höhere Warmhärte und Verschleißfestigkeit als klassisches HSS.

Diese Werkzeuge eignen sich unter anderem für:

• höherfeste Stähle
• rostfreie Stähle
• anspruchsvollere Serienbearbeitung
• höhere thermische Belastungen

Vollhartmetall

Vollhartmetall-Aufbohrer ermöglichen hohe Schnittgeschwindigkeiten und eine gute Maßhaltigkeit.

Voraussetzungen sind:

• stabile Maschine
• genaue Werkzeugaufnahme
• geringer Rundlauffehler
• sichere Werkstückspannung
• kontrollierte Kühlmittelversorgung

Wendeschneidplatten

Werkzeuge mit Wendeschneidplatten sind besonders bei größeren Durchmessern und hohen Stückzahlen wirtschaftlich. Verschlissene Schneiden können ausgetauscht werden, ohne das gesamte Werkzeug zu ersetzen.

Auswahl des Vorbohrdurchmessers

Der Vorbohrdurchmesser darf weder zu klein noch zu groß gewählt werden.

Vorbohrung zu klein

Mögliche Folgen:

• hohe Schnittkräfte
• Überlastung des Aufbohrers
• schlechte Spanabfuhr
• Werkzeugbruch
• starke Erwärmung

Vorbohrung zu groß

Mögliche Folgen:

• Schneiden greifen nur mit einem sehr kleinen Bereich
• Werkzeug kann ruckartig einziehen
• erhöhte Ratterneigung
• unruhige Spanbildung
• schlechte Oberfläche
• Maßabweichungen

Bei speziellen Aufbohrern gibt der Hersteller häufig einen zulässigen Mindestdurchmesser der Vorbohrung an. Dieser Wert darf nicht unterschritten werden.

Schnittgeschwindigkeit und Drehzahl

Die Drehzahl wird aus Schnittgeschwindigkeit und Werkzeugdurchmesser berechnet:

n = (vc × 1.000) ÷ (π × D)

Dabei gilt:

• n = Drehzahl in min⁻¹
• vc = Schnittgeschwindigkeit in m/min
• D = Durchmesser des Aufbohrwerkzeugs in mm

Beispiel

Eine Bohrung soll mit einem Werkzeugdurchmesser von 14 mm und einer Schnittgeschwindigkeit von 25 m/min aufgebohrt werden:

n = (25 × 1.000) ÷ (3,1416 × 14)

n ≈ 568 min⁻¹

Die tatsächliche Schnittgeschwindigkeit muss passend zu Werkstoff, Schneidstoff, Beschichtung und Werkzeugausführung gewählt werden.

Vorschub

Die Vorschubgeschwindigkeit berechnet sich aus:

vf = f × n

Dabei gilt:

• vf = Vorschubgeschwindigkeit in mm/min
• f = Vorschub pro Umdrehung in mm/U
• n = Drehzahl in min⁻¹

Da die Querschneide beim Aufbohren normalerweise nicht im Eingriff ist, können sich die Schnittbedingungen vom Bohren ins Volle unterscheiden.

Der Vorschub darf trotzdem nicht ohne Herstellerfreigabe erhöht werden. Werkzeuggeometrie, Vorbohrdurchmesser und radiale Bearbeitungszugabe bestimmen die Belastung der Schneiden.

Spanbildung

Beim Aufbohren entsteht an jeder Schneide ein Span aus dem ringförmigen Bearbeitungsquerschnitt.

Eine sichere Spanabfuhr ist wichtig, weil eingeklemmte Späne:

• die Bohrungswand beschädigen
• das Werkzeug blockieren
• die Schneiden überlasten
• Riefen verursachen
• die Kühlmittelzufuhr behindern
• einen Werkzeugbruch auslösen können

Bei tiefen Bohrungen kann ein regelmäßiges Entspanen erforderlich sein. Moderne Werkzeuge mit innerer Kühlmittelzuführung transportieren die Späne gezielt aus der Bohrung.

Bedeutung des Kühlschmierstoffs

Kühlschmierstoff übernimmt beim Aufbohren mehrere Aufgaben:

• Kühlung der Schneiden
• Schmierung der Kontaktflächen
• Unterstützung der Spanabfuhr
• Verringerung von Aufbauschneiden
• Verbesserung der Oberflächenqualität
• Erhöhung der Werkzeugstandzeit

Bei tiefen Bohrungen oder zähen Werkstoffen ist eine ausreichende Kühlmittelversorgung besonders wichtig.

Ob trocken, mit Minimalmengenschmierung oder nass bearbeitet werden kann, hängt vom Werkzeug und Werkstoff ab.

Aufbohren auf der CNC-Fräsmaschine

Ein typischer CNC-Arbeitsablauf umfasst:

1. Werkstück sicher spannen
2. Werkstücknullpunkt bestimmen
3. Vorbohrung herstellen oder vorhandene Bohrung vermessen
4. Aufbohrwerkzeug einwechseln
5. Werkzeugdaten kontrollieren
6. Bohrungsposition anfahren
7. Spindel und Kühlmittel einschalten
8. Werkzeug mit Arbeitsvorschub in die Bohrung führen
9. Bohrung auf die erforderliche Tiefe erweitern
10. Werkzeug kontrolliert zurückziehen
11. Bohrung messen und gegebenenfalls nachbearbeiten

Bei einer Durchgangsbohrung muss berücksichtigt werden, wann die Schneiden vollständig aus dem Werkstück austreten. Beim Austritt kann es zu Gratbildung kommen.

Aufbohren auf der Drehmaschine

Auf einer Drehmaschine kann eine axiale Bohrung mit einem größeren Bohrer oder Aufbohrer erweitert werden.

Wichtige Voraussetzungen:

• Werkzeug exakt auf Spitzenhöhe beziehungsweise Drehmitte
• korrekte Ausrichtung zur Spindelachse
• geringe Werkzeugauskragung
• stabile Werkstückspannung
• sicherer Spantransport
• ausreichende Kühlung

Eine fehlerhafte Ausrichtung kann zu einer konischen, übergroßen oder unrunden Bohrung führen.

Für höhere Genauigkeiten wird auf Drehmaschinen häufig eine Bohrstange zum Ausdrehen verwendet.

Aufbohren auf einer Bohrmaschine

Beim manuellen Aufbohren besteht die Gefahr, dass sich ein gewöhnlicher Spiralbohrer in die vorhandene Bohrung hineinzieht oder verhakt.

Deshalb gilt:

• Werkstück niemals nur mit der Hand festhalten
• Werkstück sicher im Schraubstock oder Spannmittel befestigen
• geeignete Drehzahl verwenden
• Vorschub kontrolliert aufbringen
• großen Durchmessersprung vermeiden
• Maschine nicht überlasten
• Schutzvorrichtungen verwenden

Besonders bei dünnen Blechen kann ein Spiralbohrer einhaken. Hier sind Stufenbohrer oder andere geeignete Werkzeuge häufig sicherer.

Aufbohren unrunder Bohrungen

Eine gewöhnliche Bohrung folgt häufig der bereits vorhandenen Öffnung. Dadurch wird eine fehlerhafte Position nicht zwangsläufig vollständig korrigiert.

Spezielle Aufbohrer können leichte Unrundheiten verbessern. Für eine deutliche Korrektur von Position, Rundheit oder Fluchtung sind jedoch andere Verfahren geeigneter, beispielsweise:

• Ausdrehen
• Feinbohren
• Zirkularfräsen
• Spindeln
• Reiben nach geeigneter Vorbearbeitung

Aufbohren einer schiefen Bohrung

Eine schräg verlaufende Vorbohrung lässt sich mit einem gewöhnlichen Spiralbohrer meist nicht zuverlässig korrigieren. Das größere Werkzeug folgt in vielen Fällen dem bestehenden Bohrungsverlauf.

Soll die Achslage korrigiert werden, eignen sich abhängig von Bauteil und Maschine eher:

• Ausdrehen mit einer Bohrstange
• Zirkularfräsen
• Ausspindeln
• Feinbohren
• mehrstufiges Bearbeiten mit steifen Werkzeugen

Unterschied zwischen Aufbohren und Ausbohren

Aufbohren

Beim Aufbohren wird eine vorhandene Bohrung mit einem mehrschneidigen Werkzeug auf einen größeren Durchmesser erweitert.

Typische Werkzeuge:

• Spiralbohrer
• spezieller Aufbohrer
• Wendeplattenbohrer

Ausbohren

Beim Ausbohren wird die Bohrungswand üblicherweise mit einer einstelligen Schneide bearbeitet.

Typische Werkzeuge:

• Bohrstange
• Ausdrehkopf
• Feinbohrwerkzeug

Ausbohren erlaubt eine bessere Korrektur von Durchmesser, Lage, Rundheit und Fluchtung.

Unterschied zwischen Aufbohren und Reiben

Aufbohren

• größere Materialzugabe
• Vergrößerung des Bohrungsdurchmessers
• mittlere Genauigkeit
• häufig vorbereitender Arbeitsschritt

Reiben

• sehr geringe Bearbeitungszugabe
• Verbesserung von Maß und Oberfläche
• hohe Durchmessergenauigkeit
• Reibahle mit mehreren Schneiden

Eine Reibahle ist nicht dafür vorgesehen, große Durchmesserdifferenzen abzutragen.

Unterschied zwischen Aufbohren und Senken

Beim Aufbohren wird die vorhandene Bohrung über eine bestimmte Länge oder vollständig vergrößert.

Beim Senken wird am Bohrungseingang eine begrenzte Form hergestellt, beispielsweise:

• Kegelsenkung
• zylindrische Schraubenkopfsenkung
• Planfläche
• Entgratfase

Unterschied zwischen Aufbohren und Zirkularfräsen

Beim Zirkularfräsen bewegt sich ein Fräser auf einer Kreisbahn und erzeugt dadurch den gewünschten Bohrungsdurchmesser.

Vorteile des Zirkularfräsens:

• unterschiedliche Durchmesser mit einem Werkzeug
• gute Korrektur der Bohrungsposition
• geringere axiale Kräfte
• flexible Durchmesseranpassung
• Bearbeitung großer Bohrungen

Das Aufbohren ist dagegen häufig schneller und benötigt eine einfachere Werkzeugbewegung.

Häufige Fehler beim Aufbohren

Werkzeug zieht sich in die Bohrung

Mögliche Ursachen:

• ungeeignete Werkzeuggeometrie
• zu große Vorbohrung
• zu hoher Vorschub
• Spiel in der Maschinenspindel
• ungeeigneter Spiralbohrer

Rattermarken

Mögliche Ursachen:

• instabile Werkstückspannung
• zu große Werkzeugauskragung
• ungünstige Durchmesserdifferenz
• falsche Schnittwerte
• verschlissene Schneiden
• unzureichende Maschinensteifigkeit

Bohrung wird zu groß

Mögliche Ursachen:

• Werkzeugrundlauf
• unterschiedliche Schneidenhöhen
• falsche Werkzeugausrichtung
• Werkzeugverschleiß
• instabile Bearbeitung
• Spindelspiel

Bohrung bleibt unrund

Mögliche Ursachen:

• Werkzeug folgt der fehlerhaften Vorbohrung
• zu geringe Bearbeitungszugabe
• ungeeignetes Werkzeug
• instabile Aufspannung
• ungleiche Schneidenbelastung

Schlechte Oberfläche

Mögliche Ursachen:

• Späne werden zwischen Werkzeug und Bohrungswand eingeklemmt
• stumpfe Schneiden
• unzureichende Kühlung
• falscher Vorschub
• Rattern
• Aufbauschneiden

Werkzeugbruch

Mögliche Ursachen:

• Spanstau
• zu hoher Vorschub
• zu kleine Vorbohrung
• mangelnde Kühlmittelversorgung
• Werkzeugverkantung
• unterbrochener Schnitt
• ungeeigneter Schneidstoff

Praxistipps

• Den vom Werkzeughersteller vorgeschriebenen Vorbohrdurchmesser einhalten.
• Nicht automatisch jeden Spiralbohrer zum Aufbohren verwenden.
• Werkstück und Werkzeug stabil spannen.
• Werkzeugauskragung möglichst gering halten.
• Rundlauf der Werkzeugaufnahme kontrollieren.
• Schnittwerte an die Aufbohrbearbeitung anpassen.
• Bei tiefen Bohrungen sichere Spanabfuhr gewährleisten.
• Kühlschmierstoff direkt in die Bohrung führen.
• Bei hohen Genauigkeitsanforderungen anschließend feinbohren oder reiben.
• Fehlerhafte Bohrungspositionen nicht allein durch Aufbohren korrigieren.
• Durchmesser und Rundheit nach der Bearbeitung messen.
• Bei dünnen Blechen besser einen geeigneten Stufenbohrer einsetzen.

Vorteile des Aufbohrens

• einfache Vergrößerung vorhandener Bohrungen
• geringere Axialkraft als beim Bohren ins Volle
• Entlastung der Querschneide
• für Vorbohrungen und Gussöffnungen geeignet
• mit unterschiedlichen Werkzeugen ausführbar
• gute Vorbereitung für Reiben oder Feinbohren
• wirtschaftlich bei mittleren Genauigkeitsanforderungen

Grenzen des Aufbohrens

Das Aufbohren bietet nur eingeschränkte Möglichkeiten zur Verbesserung von:

• Bohrungsposition
• Achsrichtung
• Rundheit
• Zylindrizität
• sehr engen Maßtoleranzen

Für hohe Anforderungen sind Ausdrehen, Feinbohren, Ausspindeln oder Reiben meist besser geeignet.

Zusammenfassung

Beim Aufbohren wird eine bestehende Bohrung mit einem größeren Werkzeug erweitert. Entscheidend sind ein geeigneter Vorbohrdurchmesser, eine stabile Werkzeugspannung und eine sichere Spanabfuhr.

Gewöhnliche Spiralbohrer können für einfache Arbeiten ausreichen. Für eine höhere Prozesssicherheit sind spezielle Aufbohrer mit verstärktem Kern oder geeignete Wendeplattenwerkzeuge vorteilhaft. Soll neben dem Durchmesser auch die Lage oder Rundheit deutlich verbessert werden, sollte die Bohrung ausgedreht, gespindelt oder zirkular gefräst werden.

Kurzdefinition:
Aufbohren bezeichnet das spanende Erweitern einer bereits vorhandenen Bohrung auf einen größeren Durchmesser.

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