Ausbohren

Ausbohren – Bohrungen präzise erweitern und korrigieren

Beim Ausbohren wird eine vorhandene Bohrung mit einem einschneidigen Werkzeug erweitert oder fertigbearbeitet. Im Gegensatz zum Aufbohren mit einem mehrschneidigen Bohrer wird beim Ausbohren normalerweise eine Bohrstange, ein Ausdrehwerkzeug oder ein einstellbarer Bohrkopf verwendet.

Das Verfahren ermöglicht eine gezielte Kontrolle des Durchmessers und kann zusätzlich Lage, Rundheit, Geradheit und Fluchtung einer vorbearbeiteten Bohrung verbessern.

Was versteht man unter Ausbohren?

Ausbohren ist ein spanendes Bearbeitungsverfahren für vorhandene Bohrungen. Dabei trägt eine einzelne Schneide Material an der inneren Bohrungswand ab.

Das Verfahren wird eingesetzt, um:

• eine Bohrung zu vergrößern
• einen genauen Durchmesser herzustellen
• Bohrungspositionen zu korrigieren
• unrunde Bohrungen zu verbessern
• konische Bohrungen herzustellen
• Absätze und Innenkonturen zu bearbeiten
• Guss- oder Schmiedebohrungen nachzubearbeiten
• eine Bohrung für das Reiben oder Honen vorzubereiten
• eine hochwertige Oberfläche herzustellen

Auf Drehmaschinen wird das Ausbohren als Innendrehen ausgeführt. Auf Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren wird häufig von Ausspindeln oder Feinbohren gesprochen.

Wie funktioniert das Ausbohren?

Beim Ausbohren benötigt das Werkzeug eine vorhandene Öffnung, in die die Bohrstange oder der Bohrkopf eingeführt werden kann. Die Schneide bearbeitet anschließend die Innenwand der Bohrung.

Je nach Maschine unterscheiden sich die Bewegungen.

Ausbohren auf der Drehmaschine

Auf der Drehmaschine rotiert das Werkstück. Die Bohrstange befindet sich im Werkzeughalter und bewegt sich axial entlang der Z-Achse durch die Bohrung.

Der Bohrungsdurchmesser wird durch die radiale Position der Schneide auf der X-Achse bestimmt.

Ausbohren auf der Fräsmaschine

Auf einer Fräsmaschine oder einem Bearbeitungszentrum rotiert das Ausbohrwerkzeug. Das Werkstück bleibt normalerweise fest eingespannt.

Der Bohrungsdurchmesser wird durch den radialen Abstand der Schneide von der Werkzeugachse festgelegt. Bei einstellbaren Ausdrehköpfen kann dieser Abstand sehr genau justiert werden.

Voraussetzungen für das Ausbohren

Damit eine Bohrung ausgedreht werden kann, muss bereits eine ausreichend große Öffnung vorhanden sein.

Die Vorbohrung muss Platz bieten für:

• Bohrstange oder Ausdrehkopf
• Wendeschneidplatte
• Spanabfuhr
• Freigang des Werkzeugkörpers
• Kühlschmierstoffzufuhr

Ist die Vorbohrung zu klein, kann der Werkzeugkörper an der Bohrungswand schleifen oder die Späne können nicht sicher abgeführt werden.

Aufbau einer Bohrstange

Eine typische Bohrstange besteht aus:

• Schaft
• Werkzeugkopf
• Plattensitz
• Wendeschneidplatte
• Spannschraube oder Klemmung
• gegebenenfalls inneren Kühlmittelkanälen

Wichtige Auswahlmerkmale sind:

• minimaler Bohrungsdurchmesser
• Bohrstangendurchmesser
• maximale Bearbeitungstiefe
• zulässige Auskraglänge
• Einstellwinkel
• Schneidplattenform
• Schneidstoff
• Spanbrechergeometrie
• Kühlmittelzuführung

Arten von Ausbohrwerkzeugen

Stahlbohrstange

Stahlbohrstangen sind robust, wirtschaftlich und für kurze bis mittlere Auskraglängen geeignet.

Vorteile:

• kostengünstig
• widerstandsfähig
• große Auswahl
• für allgemeine Anwendungen geeignet

Mit zunehmender Auskraglänge steigt jedoch die Gefahr von Durchbiegung und Vibrationen.

Vollhartmetall-Bohrstange

Vollhartmetall besitzt einen wesentlich höheren Elastizitätsmodul als Stahl. Dadurch ist eine Vollhartmetall-Bohrstange bei gleichem Durchmesser steifer.

Vorteile:

• geringere Durchbiegung
• bessere Oberflächenqualität
• höhere Stabilität
• für größere Auskraglängen geeignet
• gute Maßhaltigkeit

Vollhartmetall ist allerdings spröder und muss vor Schlägen sowie unsachgemäßer Klemmung geschützt werden.

Schwingungsgedämpfte Bohrstange

Schwingungsgedämpfte Werkzeuge besitzen ein internes Dämpfungssystem. Sie werden vor allem bei tiefen Bohrungen und großen Auskraglängen eingesetzt.

Hersteller bieten solche Systeme an, um Vibrationen bei langen Werkzeugaufbauten zu reduzieren und dadurch Oberflächenqualität und Prozessstabilität zu verbessern. Sandvik Coromant

Ausdrehkopf

Ein Ausdrehkopf wird hauptsächlich auf Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren eingesetzt. Die Schneide kann radial eingestellt werden, um den gewünschten Bohrungsdurchmesser festzulegen.

Typische Vorteile:

• genaue Durchmessereinstellung
• flexible Bearbeitung verschiedener Durchmesser
• gute Lagekorrektur
• für Schrupp- und Feinbearbeitung erhältlich
• Bearbeitung großer Bohrungen möglich

Feinbohrwerkzeug

Feinbohrwerkzeuge sind auf enge Toleranzen und hohe Oberflächenqualitäten ausgelegt. Die Schneide lässt sich häufig in sehr kleinen Schritten einstellen.

Sandvik beschreibt Feinbohroperationen als Fertigbearbeitung bestehender Bohrungen zur Herstellung enger Toleranzen, korrekter Positionierung und hoher Oberflächengüte. Sandvik Coromant

Mehrschneidiger Schruppbohrkopf

Für große Materialzugaben können Werkzeuge mit mehreren Schneiden eingesetzt werden. Sie bieten eine höhere Zerspanungsleistung, benötigen aber eine stabile Maschine und gleichmäßige Bearbeitungszugaben.

Schruppausbohren

Beim Schruppausbohren wird ein größerer Materialquerschnitt entfernt. Das Ziel ist eine wirtschaftliche Vorbearbeitung der Bohrung.

Wichtige Merkmale:

• größere Schnitttiefe
• höhere Schnittkräfte
• hohe Zerspanungsleistung
• ausreichende Zugabe für die Fertigbearbeitung
• robuste Schneidplattengeometrie
• sichere Spanabfuhr

Nach dem Schruppen bleibt ein definiertes Aufmaß für das Fertigausbohren oder Reiben stehen.

Fertigausbohren

Beim Fertigausbohren wird nur noch eine kleine Materialzugabe entfernt. Ziel sind ein genauer Durchmesser und eine hochwertige Oberfläche.

Wichtige Anforderungen:

• exakt eingestelltes Werkzeug
• geringer Rundlauf
• stabile Werkzeugaufnahme
• gleichmäßiges Aufmaß
• kontrollierte Schnittwerte
• zuverlässige Kühlung
• verschleißfreie Schneidkante

Moderne Feinbohrwerkzeuge können abhängig vom Werkzeugsystem sehr enge Toleranzen erreichen. MAPAL führt Feinbohren gemeinsam mit Reiben als Verfahren zur Präzisionsbearbeitung von Bohrungen. MAPAL

Auskraglänge und Stabilität

Die Auskraglänge ist beim Ausbohren eine der wichtigsten Einflussgrößen. Sie bezeichnet den Abstand zwischen der Einspannung der Bohrstange und der Schneide.

Je größer die Auskraglänge, desto stärker kann sich das Werkzeug unter der Schnittkraft durchbiegen.

Mögliche Folgen einer zu großen Auskraglänge:

• Vibrationen
• Rattermarken
• konische Bohrungen
• Maßabweichungen
• schlechte Oberflächenqualität
• Schneidplattenbruch
• verkürzte Standzeit
• hohe Geräuschentwicklung

Die Bohrstange sollte deshalb so kurz wie möglich und so dick wie möglich gewählt werden. Zwischen Werkzeugkörper und Bohrungswand muss dennoch ausreichend Freiraum für die Späne bleiben.

Bei Werkzeugüberhängen oberhalb von ungefähr viermal Bohrstangendurchmesser nimmt der Einfluss der Werkzeugdurchbiegung deutlich zu. Für solche Anwendungen können Hartmetall- oder schwingungsgedämpfte Bohrstangen sinnvoll sein.

Durchbiegung der Bohrstange

Die Schnittkräfte drücken die Bohrstange während der Bearbeitung von der Bohrungswand weg. Dadurch kann die tatsächliche Schnitttiefe geringer sein als programmiert.

Nach dem ersten Schnitt federt das Werkzeug zurück. Ein weiterer Durchgang ohne zusätzliche Zustellung kann deshalb noch Material entfernen. Dieser Durchgang wird häufig als Federschnitt bezeichnet.

Bei hohen Genauigkeitsanforderungen kann eine Mehrschnittstrategie eingesetzt werden:

1. erster Schnitt zur Annäherung an das Endmaß
2. zweiter Schnitt mit korrigierter Zustellung
3. letzter Fertigschnitt unter möglichst gleichen Belastungsbedingungen

Sandvik empfiehlt für enge Toleranzen bei langen Werkzeugüberhängen eine Mehrschnittstrategie, um Werkzeugauslenkung kontrolliert auszugleichen. Sandvik Coromant

Werkzeughöhe auf der Drehmaschine

Die Schneide einer Bohrstange muss korrekt zur Drehmitte ausgerichtet werden.

Eine falsche Spitzenhöhe kann verursachen:

• falsche Schneidengeometrie im Eingriff
• erhöhte Schnittkräfte
• schlechte Oberfläche
• Vibrationen
• Maßabweichungen
• unzureichenden Freigang
• Schneidplattenbruch

Bei kleinen Bohrungsdurchmessern wirkt sich eine geringe Höhenabweichung besonders stark aus.

Die Werkzeughöhe sollte deshalb mit einem geeigneten Einstellgerät oder durch eine genaue Kontrolle an der Maschine eingestellt werden.

Wahl der Wendeschneidplatte

Die Schneidplattenform beeinflusst Stabilität, Zugänglichkeit und Schnittkräfte.

Positive Schneidplatte

Positive Schneidplatten erzeugen vergleichsweise geringe Schnittkräfte.

Sie eignen sich besonders für:

• kleine Bohrungsdurchmesser
• schlanke Bohrstangen
• instabile Bauteile
• geringe Schnitttiefen
• Fertigbearbeitung

Negative Schneidplatte

Negative Schneidplatten besitzen stabilere Schneidkanten und häufig mehrere nutzbare Schneiden.

Sie benötigen jedoch:

• größere Werkzeughalter
• höhere Maschinenleistung
• stabile Bearbeitungsverhältnisse
• größere Mindestbohrungsdurchmesser

Schneideneckenradius

Ein größerer Eckenradius erhöht die Schneidenstabilität, kann aber auch die radialen Schnittkräfte und die Vibrationsneigung erhöhen.

Für lange Auskraglängen wird häufig ein kleinerer Eckenradius gewählt, sofern Werkstoff und Bearbeitungsaufgabe dies zulassen.

Schnittgeschwindigkeit und Drehzahl

Die Drehzahl berechnet sich aus:

n = (vc × 1.000) ÷ (π × D)

Dabei gilt:

• n = Drehzahl in min⁻¹
• vc = Schnittgeschwindigkeit in m/min
• D = bearbeiteter Bohrungsdurchmesser in mm

Beispiel

Eine Bohrung mit 40 mm Durchmesser soll mit einer Schnittgeschwindigkeit von 150 m/min ausgedreht werden:

n = (150 × 1.000) ÷ (3,1416 × 40)

n ≈ 1.194 min⁻¹

Die konkrete Schnittgeschwindigkeit hängt von Werkstoff, Schneidstoff, Beschichtung, Stabilität und Kühlsituation ab.

Vorschub

Die Vorschubgeschwindigkeit ergibt sich aus:

vf = f × n

Dabei gilt:

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

Der Vorschub beeinflusst:

• Oberflächenqualität
• Spanform
• Schnittkräfte
• Bearbeitungszeit
• Werkzeugauslenkung
• Schneidenverschleiß

Ein zu geringer Vorschub kann Reibung und Aufbauschneiden verursachen. Ein zu hoher Vorschub kann zu großen Schnittkräften, Maßabweichungen und einer rauen Oberfläche führen.

Schnitttiefe

Die radiale Schnitttiefe berechnet sich aus der Durchmesserdifferenz:

ap = (D₂ − D₁) ÷ 2

Dabei gilt:

• ap = radiale Schnitttiefe
• D₁ = vorhandener Bohrungsdurchmesser
• D₂ = neuer Bohrungsdurchmesser

Beispiel

Eine Bohrung soll von 30 mm auf 34 mm erweitert werden:

ap = (34 mm − 30 mm) ÷ 2

ap = 2 mm

Die radiale Schnitttiefe beträgt 2 mm.

Spanbildung und Spanabfuhr

Die Späne entstehen innerhalb der Bohrung und müssen zuverlässig abgeführt werden.

Problematische Späne können:

• die Bohrungswand beschädigen
• sich um die Bohrstange wickeln
• den Kühlschmierstoff blockieren
• zwischen Werkzeug und Werkstück geraten
• die Schneidplatte zerstören
• Maßabweichungen verursachen

Die Spanbrechergeometrie muss zum Werkstoff, Vorschub und zur Schnitttiefe passen. Besonders bei langspanenden Stählen und rostfreien Werkstoffen ist eine kontrollierte Spanbildung wichtig. MAPAL

Kühlschmierstoff

Eine gezielte Kühlschmierstoffzufuhr unterstützt:

• Kühlung der Schneidkante
• Schmierung der Kontaktzone
• Spanbruch
• Spantransport aus der Bohrung
• Vermeidung von Aufbauschneiden
• Verbesserung der Oberfläche
• Verlängerung der Standzeit

Bohrstangen mit innerer Kühlmittelzufuhr bringen den Kühlschmierstoff direkt zur Schneide. Bei tiefen Grundbohrungen muss verhindert werden, dass sich Späne am Bohrungsgrund sammeln.

Durchgangsbohrungen

Bei einer Durchgangsbohrung kann die Bohrstange vollständig durch das Werkstück fahren.

Zu beachten sind:

• Werkzeugauslauf
• Austritt der Schneide
• Gratbildung
• Kollision mit Spannmitteln
• Spanabfuhr durch die Bohrung
• ausreichende Freifläche hinter dem Werkstück

Grundbohrungen

Bei einer Grundbohrung endet die Bearbeitung im Werkstück.

Zusätzlich zu beachten sind:

• genaue Bohrungstiefe
• Form des Bohrungsgrunds
• Freigang der Schneidplatte
• Spanabfuhr
• Innenradius
• Übergang zwischen Bohrungswand und Grund
• Kollisionsgefahr

Soll gleichzeitig eine innere Planfläche hergestellt werden, muss die Bohrstange für das Innendrehen und Plandrehen geeignet sein.

Innenabsätze und Stufenbohrungen

Mit einer Bohrstange lassen sich unterschiedliche Innendurchmesser und Absätze herstellen.

Typische Anwendungen:

• Lagersitze
• Buchsensitze
• Dichtsitze
• Innenfreistiche
• gestufte Gehäusebohrungen
• Sacklochabsätze
• Aufnahmebohrungen

Bei der Programmierung müssen Werkzeugfreigang, Eckenradius und mögliche Kollisionen mit den Bohrungsstufen berücksichtigt werden.

Konische Bohrungen

Auf CNC-Drehmaschinen können konische Bohrungen durch eine gleichzeitige Bewegung der X- und Z-Achse hergestellt werden.

Mögliche Anwendungen:

• Kegelsitze
• Werkzeugaufnahmen
• Dichtflächen
• Zentrierungen
• konische Buchsen

Die Winkelgenauigkeit hängt von Maschinengeometrie, Werkzeugauslenkung und Messmethode ab.

Rückwärtsausbohren

Beim Rückwärtsausbohren oder Rückseitenbearbeiten wird eine Fläche oder ein Durchmesser auf der vom Werkzeug abgewandten Seite bearbeitet.

Typische Anwendungen:

• rückseitige Senkungen
• innere Absätze
• Rückseitenplanflächen
• schwer zugängliche Konturen

Hierfür sind spezielle Werkzeuge und sorgfältig geplante Ein- und Ausfahrbewegungen erforderlich.

Ausbohren auf dem Bearbeitungszentrum

Ein typischer Arbeitsablauf umfasst:

1. Werkstück sicher spannen
2. Vorbohrung herstellen oder vermessen
3. Ausdrehwerkzeug einstellen
4. Werkzeugdaten in die Steuerung eingeben
5. Bohrungsposition anfahren
6. Spindel und Kühlmittel einschalten
7. Werkzeug in die Vorbohrung einführen
8. Bohrung mit Arbeitsvorschub bearbeiten
9. Werkzeug kontrolliert ausfahren
10. Durchmesser messen
11. Werkzeug bei Bedarf nachstellen
12. Fertigschnitt ausführen

Beim Einführen in die Bohrung muss ausreichend Freigang vorhanden sein, damit die Schneide die Bohrungswand nicht unbeabsichtigt berührt.

Ausbohren auf der Drehmaschine

Ein typischer Ablauf auf der Drehmaschine ist:

1. Werkstück spannen
2. Stirnfläche planen
3. Vorbohrung herstellen
4. Bohrstange einspannen
5. Werkzeughöhe einstellen
6. Werkzeugkorrekturen eintragen
7. Bohrung vorschruppen
8. Bohrungsmaß kontrollieren
9. Korrektur eingeben
10. Bohrung fertig ausdrehen
11. Durchmesser und Oberfläche prüfen

Bei tiefen Bohrungen ist darauf zu achten, dass die Bohrstange beim Ein- und Ausfahren nicht an der Bohrungswand reibt.

Häufige Fehler beim Ausbohren

Rattermarken

Mögliche Ursachen:

• zu große Auskraglänge
• zu kleiner Bohrstangendurchmesser
• zu großer Eckenradius
• instabile Werkzeugaufnahme
• falsche Schnittwerte
• verschlissene Schneidplatte
• unzureichende Werkstückspannung

Bohrung wird konisch

Mögliche Ursachen:

• Durchbiegung der Bohrstange
• Werkzeugverschleiß
• thermische Veränderung
• instabile Schnittbedingungen
• fehlerhafte Maschinengeometrie
• unterschiedliche Aufmaße entlang der Bohrung

Bohrung wird zu groß

Mögliche Ursachen:

• Werkzeug falsch eingestellt
• Schneide nicht auf Mitte
• Rundlauffehler
• Aufbauschneide löst sich
• falsche Werkzeugkorrektur
• thermische Ausdehnung

Bohrung wird zu klein

Mögliche Ursachen:

• Werkzeugauslenkung
• Schneidplattenverschleiß
• falsche Durchmesserkorrektur
• zu geringe Schnitttiefe
• elastisches Zurückfedern des Werkzeugs

Schlechte Oberfläche

Mögliche Ursachen:

• Vibrationen
• ungeeigneter Vorschub
• falscher Spanbrecher
• eingeklemmte Späne
• unzureichende Kühlung
• beschädigte Schneidkante
• Werkzeug reibt beim Rückzug an der Bohrungswand

Schneidplattenbruch

Mögliche Ursachen:

• Spanstau
• Kollision am Bohrungsgrund
• zu hohe Schnitttiefe
• unterbrochener Schnitt
• ungeeignete Schneidstoffsorte
• instabile Bearbeitung
• Werkzeugkörper schleift an der Bohrungswand

Unterschied zwischen Ausbohren und Aufbohren

Aufbohren

• mehrschneidiges Werkzeug
• meist fester Werkzeugdurchmesser
• folgt überwiegend der vorhandenen Bohrung
• einfache und schnelle Durchmesservergrößerung
• Werkzeug beispielsweise Spiral- oder Aufbohrer

Ausbohren

• normalerweise einschneidiges Werkzeug
• Durchmesser einstellbar oder programmierbar
• bessere Korrektur von Lage und Fluchtung
• Herstellung von Innenkonturen und Absätzen
• Werkzeug beispielsweise Bohrstange oder Ausdrehkopf

Unterschied zwischen Ausbohren und Aufreiben

Ausbohren

• größere Bearbeitungszugaben möglich
• Durchmesser gezielt einstellbar
• Bohrungslage kann verbessert werden
• für Schrupp- und Fertigbearbeitung geeignet

Aufreiben

• sehr geringe Bearbeitungszugabe
• mehrschneidige Reibahle
• folgt weitgehend der Vorbohrung
• besonders für schnelle Passungsbearbeitung geeignet

Unterschied zwischen Ausbohren und Honen

Ausbohren

• geometrisch bestimmte Schneide
• größerer Materialabtrag
• Herstellung oder Korrektur des Durchmessers
• Schrupp- und Fertigbearbeitung möglich

Honen

• geometrisch unbestimmte Schneiden
• sehr geringer Materialabtrag
• Verbesserung von Form und Oberfläche
• typische Kreuzschliffstruktur

Praxistipps

• Bohrstange so kurz wie möglich ausspannen.
• Größtmöglichen Bohrstangendurchmesser verwenden.
• Schneide exakt auf Drehmitte einstellen.
• Werkzeugkörper auf ausreichenden Freigang prüfen.
• Schneidplatte passend zu Mindestdurchmesser und Werkstoff wählen.
• Bei langen Auskragungen Hartmetall- oder Dämpfungsstangen einsetzen.
• Kleinen Eckenradius bei vibrationsanfälligen Anwendungen bevorzugen.
• Spanbrecher an Schnitttiefe und Vorschub anpassen.
• Kühlschmierstoff direkt an die Schneide führen.
• Schrupp- und Fertigschnitt mit definiertem Aufmaß planen.
• Durchmesser erst nach thermischer Stabilisierung zuverlässig bewerten.
• Bei engen Toleranzen Werkzeugauslenkung durch mehrere kontrollierte Schnitte ausgleichen.
• Werkzeug beim Rückzug von der Bohrungswand freifahren.
• Bohrungsmaß mit einem geeigneten Innenmessgerät prüfen.

Vorteile des Ausbohrens

• flexibel einstellbarer Bohrungsdurchmesser
• Korrektur von Lage und Fluchtung möglich
• Schrupp- und Feinbearbeitung durchführbar
• Herstellung von Innenabsätzen und Konturen
• für Durchgangs- und Grundbohrungen geeignet
• gute Maß- und Oberflächenqualität erreichbar
• große Durchmesserbereiche bearbeitbar
• auf Dreh- und Fräsmaschinen einsetzbar

Grenzen des Ausbohrens

Das Ausbohren benötigt eine vorhandene Bohrung und ausreichend Platz für Werkzeug und Spanabfuhr.

Grenzen entstehen insbesondere durch:

• sehr kleine Bohrungsdurchmesser
• große Bearbeitungstiefen
• geringe Bohrstangensteifigkeit
• schwer abzuführende Späne
• störende Innenkonturen
• fehlenden Werkzeugauslauf
• instabile Werkstücke
• unzureichende Maschinengenauigkeit

Zusammenfassung

Beim Ausbohren wird eine vorhandene Bohrung mit einer Bohrstange oder einem einstellbaren Ausdrehwerkzeug erweitert und korrigiert. Gegenüber dem Aufbohren bietet das Verfahren eine bessere Kontrolle über Durchmesser, Lage, Rundheit und Bohrungsverlauf.

Die größte Herausforderung ist die Stabilität der Bohrstange. Eine kurze Auskraglänge, ein möglichst großer Stangendurchmesser, eine korrekte Werkzeughöhe und eine sichere Spanabfuhr sind entscheidend für ein gutes Ergebnis.

Kurzdefinition:
Ausbohren ist das Erweitern oder Fertigbearbeiten einer vorhandenen Bohrung mit einem überwiegend einschneidigen, einstellbaren Werkzeug wie einer Bohrstange oder einem Ausdrehkopf.