Inwiefern verbessert das Aufreiben die Bohrungsgenauigkeit und die Oberflächengüte?

Was ist Reiben?

Das Reiben ist ein Verfahren zur Endbearbeitung von Bohrungen, bei dem ein Reibwerkzeug eine sehr dünne Metallschicht von der Bohrungswand abträgt, um die Maßgenauigkeit zu verbessern und die Oberflächenrauheit zu verringern. Es wird häufig zur Endbearbeitung von Bohrungen mit mittlerem Durchmesser in nicht übermäßig harten Werkstoffen eingesetzt und kann auch als Vorbereitung für das Honen oder Läppen dienen. Das maschinelle Reiben bietet eine hohe Produktivität und einen geringen Arbeitsaufwand, wodurch es sich für die Serienfertigung eignet.

Durch das Reiben lassen sich Genauigkeitsgrade von IT9 bis IT7 sowie eine typische Oberflächenrauheit von Ra 1,6 bis 0,8 µm erzielen. Diese Leistung ergibt sich aus der speziellen Geometrie des Reibwerks, dem geringen Zugsatz und der niedrigen Schnittgeschwindigkeit.

Beispielsweise eignen sich sechs gleichmäßig verteilte Bohrungen mit den Maßen Ø20H7 und einer geforderten Oberflächengüte von Ra 1,6 für das Reiben.

Eine Bohrung der Klasse IT8 kann in der Regel in einem einzigen Reibvorgang fertiggestellt werden. Eine Bohrung der Klasse IT7 sollte zweimal gerieben werden: zunächst mit einem Reibahle, der 0,05 bis 0,2 mm unter dem Bohrungsmaß liegt, anschließend mit einer Fertigreibahle, die der Bohrungstoleranz entspricht. Eine Bohrung der Klasse IT6 sollte dreimal gerieben werden.

Da das Reiben nur in begrenztem Umfang zur Korrektur von Lagefehlern geeignet ist, muss die erforderliche Lage bereits in den vorangehenden Arbeitsschritten festgelegt werden. Eine Bohrung mit hohen Anforderungen an die Koaxialität oder die Lagetoleranz kann vorgebohrt, gebohrt, grob gebohrt und anschließend gerieben werden. Vor dem Reiben sollte die Oberflächenrauheit der Bohrung unter Ra 3,2 µm liegen.

Kühlmittel trägt dazu bei, eine bessere Oberfläche zu erzielen und Späne abzutransportieren. Da beim Reiben keine große Wärme entsteht, reicht in der Regel ein Standard-Kühlmittel aus.

Aufbau und Auswahl von Reibahlen

Aufbau einer Reibahle

In Bearbeitungszentren kommen in der Regel Standard-Reibahlen zum Einsatz. Zu den gängigen Ausführungen zählen Reibahlen mit geradem Schaft, konischem Schaft und Hülsenreibahlen. Typische Durchmesserbereiche liegen bei Ø6 bis Ø20 mm für Werkzeuge mit geradem Schaft, bei Ø10 bis Ø32 mm für Werkzeuge mit konischem Schaft und bei Ø25 bis Ø80 mm für Hülsenreibahlen. Reibahlen sind üblicherweise in den Genauigkeitsklassen H7, H8 und H9 erhältlich.

Der vordere Teil des Kopfes ist die Einlaufschräge oder der Einlauf, die dem Werkzeug das Einführen in eine nicht abgeschrägte Bohrung erleichtert. Einige Reibahlen verfügen über einen konischen Schneidabschnitt, der den Großteil der Zerspanung übernimmt. Sein kleiner Halbwinkel, in der Regel 1° bis 15°, verbessert die Zentrierung und sorgt für dünne Späne.

Der Kalibrierabschnitt korrigiert den Lochdurchmesser, glättet die Lochwand und führt das Werkzeug. Sein zylindrischer Abschnitt sorgt für die Einhaltung des Reibdurchmessers und dient als Messfläche. Eine leichte Rückverjüngung am hinteren Abschnitt verringert die Reibung an der Lochwand.

Bestimmung des Reibdurchmessers

Die Genauigkeit der Bohrungen hängt in erster Linie von der Maßgenauigkeit der Reibahle ab. Eine neue Standard-Zylinderreibahle weist häufig eine Schleifzugabe auf und kann eine unzureichende Oberflächengüte aufweisen. Bevor damit Bohrungen mit einer Genauigkeit von mehr als IT8 hergestellt werden, sollte ihr Durchmesser daher auf das erforderliche Maß geschliffen werden.

Eine aufgebohrte Bohrung kann sich ausdehnen oder zusammenziehen, und es gibt keine allgemeingültige Toleranz für dieses Verhalten. Eine praktische Methode zur Dimensionierung lautet:

• Grunddurchmesser der Reibahle = Grunddurchmesser der Bohrung.
• Obergrenze der Abweichung = zwei Drittel der Toleranz des Lochdurchmessers.
• Geringere Abweichung = ein Drittel der Toleranz des Lochdurchmessers.

Für eine Bohrung mit den Maßen Ø20H7 und einer Toleranz von +0,021/-0 mm beträgt der Grunddurchmesser des Reibers Ø20 mm, die obere Abweichung 2/3 × 0,021 = 0,014 mm und die untere Abweichung 1/3 × 0,021 = 0,007 mm. Der gewählte Reiberdurchmesser beträgt daher Ø20 mm mit Abweichungen von +0,014/+0,007 mm.

Auswahl der Zahnanzahl

Ein Reibahle ist ein mehrschneidiges Werkzeug, wobei die Anzahl der Schneiden vom Bohrungsdurchmesser und der Genauigkeit abhängt. Standard-Reibahlen haben 4 bis 12 Zähne. Zu viele Zähne erschweren die Herstellung und das Schärfen, verringern die Zahnfestigkeit bei einem festen Durchmesser, schränken den Spanraum ein und können zu Spanstau, Wandkratzern oder Kantenausbrüchen führen. Zu wenige Zähne verringern die Stabilität, erhöhen die Belastung pro Zahn und erhöhen die Wahrscheinlichkeit geometrischer Fehler.

Reibahlen können gerade oder spiralförmige Zähne haben. Eine spiralförmige Reibahle mit linksgängigen Nuten eignet sich für Durchgangslöcher, da die Spirale die Späne nach unten und in den freien Raum jenseits des Lochs drückt. Für Sacklöcher ist sie nicht geeignet.

Auswahl der Reibparameter

Aufmaß beim Reiben

Die Reibungszugabe ist die für den Reibvorgang vorgesehene Materialtiefe. Sie ist in der Regel geringer als die Zugabe beim Senken oder Bohren. Eine zu große Zugabe erhöht den Schnittdruck, kann den Reibahle beschädigen und führt zu einer schlechten Oberflächengüte. Bei einer großen Zugabe sollten separate Schrupp- und Schlichtreihdurchgänge durchgeführt werden.

Eine unzureichende Aufmaßgröße kann zu vorzeitigem Werkzeugverschleiß führen, den normalen Zerspanungsvorgang behindern und zudem die Oberflächenqualität beeinträchtigen. Ein typisches Aufmaß beträgt 0,1 bis 0,25 mm und sollte bei größeren Bohrungen 0,3 mm nicht überschreiten. Als allgemeine Empfehlung gilt, 1% bis 3% des Reiberdurchmessers als diametrales Material einzuplanen.

Vorschubgeschwindigkeit

Der Vorschub beim Reiben beträgt in der Regel das Zwei- bis Dreifache des Bohrvorschubs. Der höhere Vorschub sorgt dafür, dass der Reibahle eher schneidet als reibt, wobei die Oberflächenrauheit Ra mit steigendem Vorschub zunimmt.

Ist der Vorschub zu gering, nimmt die radiale Reibung zu. Die Reibahle nutzt sich dann schnell ab, kann zu Ruckeln neigen und eine raue Bohrungsoberfläche hinterlassen.

Spindeldrehzahl

Alle Schnittparameter beeinflussen die Oberflächenrauheit nach dem Reiben, wobei die Schnittgeschwindigkeit den größten Einfluss hat. Um mit einer Reibahle aus Schnellarbeitsstahl in Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt einen Ra-Wert von etwa 0,63 zu erzielen, sollte die Schnittgeschwindigkeit 5 m/min nicht überschreiten, damit sich möglichst keine Aufbaukante bildet. Späne aus Gusseisen zerfallen in Partikel und bilden kaum eine Aufbaukante, sodass die Geschwindigkeit auf 8 bis 10 m/min erhöht werden kann.

Ein gängiger Ausgangspunkt ist eine Reibspindeldrehzahl, die zwei Dritteln der Bohrdrehzahl im gleichen Werkstoff entspricht. Beträgt die Bohrdrehzahl beispielsweise 500 U/min, so liegt eine angemessene Reibdrehzahl bei 500 × 0,660 = 330 U/min.

Verwendung eines vordefinierten Zyklus zum Aufreiben

Der Ablauf beim Reiben ähnelt dem anderer Bohrvorgänge. Bei einem Sackloch folgt auf das Bohren das Reiben; im Loch zurückgebliebene Bohrspäne können jedoch den Reibahle beschädigen. Daher sollte vor dem Reiben ein M00-Programmstopp eingefügt werden, damit der Bediener alle Späne entfernen kann.

Auch bei Reibprogrammen kommen Festzyklen zum Einsatz. FANUC-Steuerungen verfügen zwar nicht über einen speziellen Reibzyklus, doch eignet sich der Befehl G85, da dabei der Vorschub beim Ein- und Ausfahren aus der Bohrung gleich bleibt.