DFM: Bohrungsgestaltung
Bohrungen sind das häufigste Bearbeitungsfeature und am einfachsten falsch zu machen. Diese Seite behandelt, welche Bohrungsart verwendet werden soll, wie klein Sie gehen können, wie tief, wie Sie Blind- und Gewindebohrungen gestalten und welche Positionsregeln Verzug und Ausschuss verhindern.
Bohrungsarten im Überblick
Nicht alle Bohrungen sind gleich. Jede Art dient einem anderen Zweck, erfordert ein anderes Werkzeug und hat unterschiedliche Kosten- und Toleranzauswirkungen. Wählen Sie die einfachste Art, die die funktionale Anforderung erfüllt.
| Bohrungsart | Verfahren | Typische Toleranz | Kostenfaktor | Typischer Einsatz |
|---|---|---|---|---|
| Durchgangsbohrung | Bohren | ±0,1–0,25mm | 1,0x (Basis) | Allgemeine Befestigung, Fluidführung, Gewichtsreduzierung |
| Blindbohrung | Bohren (gestoppt) | ±0,1–0,25mm Tiefe ±0,5mm | 1,1x | Gewindebohrungen, Passstifte, Madenschrauben, versteckte Befestigungen |
| Sacklochbohrung | Bohren + Schaftfräser | ±0,05–0,1mm (Durchmesser) | 1,3x | Innensechskantschrauben, Passstifte, Buchsen |
| Senkung | Senker | ±1° Winkel, ±0,1mm Durchmesser | 1,2x | Senkkopfschrauben, Entgraten, Selbsteinstellung |
| Plansenke | Schaftfräser / Stirnfräser | ±0,05mm Ebenheit | 1,2x | Lagersitz, Unterlegscheibenfläche auf rauen Gussflächen |
| Reibloch | Bohren + Reiben | ±0,005–0,02mm | 1,5–2,0x | Positionierstifte, Lagerbohrungen, Präzisionpassungen (H7) |
Einfach ist am günstigsten
Eine Durchgangsbohrung in einem Arbeitsgang ist die billigste Bohrung. Jedes zusätzliche Feature — Tiefenanschlag, Sackloch, Senkung, Reiben — fügt einen Werkzeugwechsel und Kosten hinzu.
Mindestdurchmesser nach Verfahren
Jedes Bohrverfahren hat einen praktischen Mindestdurchmesser. Unter diesen Grenzen werden Werkzeugdurchbiegung, Bruch und Späneabfuhr problematisch.
| Verfahren | Min. Durchmesser | Max. Tiefe (L/D) | Erreichbare Toleranz | Oberfläche (Ra) | Relative Kosten |
|---|---|---|---|---|---|
| Spiralbohrer (Standard) | 0,5mm | 5–8xD | ±0,05–0,15mm | 1,6–6,3μm | 1,0x (Basis) |
| Reiben | 1,0mm | 10–15xD | ±0,005–0,02mm | 0,4–1,6μm | 1,5–2,0x |
| Bohren (Einstechbohren) | 3,0mm | Bis 50xD | ±0,005–0,01mm | 0,4–1,6μm | 2,0–3,0x |
| Gun-Bohren | 2,0mm | Bis 100–150xD | ±0,01–0,05mm | 0,8–3,2μm | 3,0–5,0x |
| BTA-Tieflochbohren | 6,0mm | Bis 150xD | ±0,01–0,03mm | 0,4–1,6μm | 4,0–8,0x |
| Zentrierbohrer | 0,5mm | 1–2xD | ±0,05mm | 3,2–6,3μm | 0,3x (nur Anpunkten) |
| Funkenbohren (kleines Loch) | 0,1mm | Bis 20–50xD | ±0,005–0,02mm | 0,8–3,2μm | 5,0–10,0x |
Kleine Bohrungen in harten Werkstoffen
Bohrer unter 2mm in nichtrostendem Stahl oder Titan sind empfindlich. Rechnen Sie mit höherer Bruchquote und langsameren Vorschüben. Für Bohrungen unter 1mm in harten Werkstoffen ist Drahterosion wirtschaftlicher.
Blindbohrungs-Design
Eine Blindbohrung durchdringt das Werkstück nicht. Sie ist komplexer als eine Durchgangsbohrung, da der Bohrer an einer präzisen Tiefe anhalten muss und der Boden eine konische Form hat.
Bodengeometrie
| Bohrerspitzenwinkel | Werkstoffanwendung | Bodenkegeltiefe | Hinweis |
|---|---|---|---|
| 118° | Allgemein (Stahl, Aluminium, die meisten Werkstoffe) | ~0,3xD | Standardspitze. Häufigste. Gute Spanbildung. |
| 135° | Harte Werkstoffe (Edelstahl, Titan, Superlegierungen) | ~0,35xD | Flachere Spitze = dünnere Schneide = leichteres Eindringen. |
| 90° | Weiche Werkstoffe (Aluminium, Messing, Kunststoffe) | ~0,25xD | Spitzere Spitze, reduziert Verlaufen in weichen Werkstoffen. |
| Flacher Boden (Schaftfräser) | Wenn ein wahrer flacher Boden erforderlich ist | 0 (flach) | Erfordert Schaftfräser. Langsamer und teurer. |
Tiefenbegrenzungen
| Tiefenbereich | L/D-Verhältnis | Methode | Kostenauswirkung |
|---|---|---|---|
| Flach | ≤ 3xD | Standardbohren, einzelner Gang | Basis |
| Standard | 3–5xD | Standardbohren, Stichbohrzyklus | +10–20% |
| Tief | 5–10xD | Stichbohren, verlängerte Bohrer, reduzierter Vorschub | +30–80% |
| Sehr tief | 10–30xD | Gun-Bohren oder BTA-System | +200–500% |
| Ultratief | > 30xD | Spezielles Gun-Bohren, EDM-Lochstechen | +500%+ |
Tiefenangabe ist wichtig
Bei der Angabe einer Blindbohrungstiefe geben Sie die Tiefe des VollDurchmesser-Bereichs an, nicht die Spitze des Bohrkegels. Wenn Sie eine bestimmte Flachbodentiefe benötigen, geben Sie dies explizit an.
Gewindebohrungen
Gewindebohrungen sind das häufigste Bohrungsfeature bei CNC-bearbeiteten Bauteilen. Die richtige Tiefe, Freimaß und Einlaufsenkung verhindern Gewindebruch, schwache Verbindungen und Montageprobleme.
Mindestgewindetiefe nach Werkstoff
| Werkstoff (Gewinde) | Min. Gewindetiefe | Empfohlene Tiefe | Max. nutzbare Tiefe | Warum |
|---|---|---|---|---|
| Aluminium (6061, 7075) | 1,5xD | 1,5–2,0xD | 2,5xD | Weich — benötigt mehr Gewindegänge |
| Stahl (Baustahl, 4140) | 1,0xD | 1,0–1,5xD | 1,5xD | Stark genug mit Standard-Eingriff. |
| Edelstahl (304, 316) | 1,0xD | 1,0–1,25xD | 1,5xD | Stark. Tiefere Gewinde erhöhen Schnittzeit. |
| Titan (Ti6Al4V) | 0,75xD | 0,75–1,0xD | 1,25xD | Sehr stark — tiefe Gewinde verschwenden Bearbeitungszeit. |
| Messing / Bronze | 1,5xD | 1,5–2,0xD | 2,5xD | Weich — streift leicht. Helicoil für hochbelastete Verbindungen. |
| Kunststoffe (Nylon, Delrin) | 2,0xD | 2,0–2,5xD | 3,0xD | Sehr weich. Grobe Steigung verwenden. |
D = Nenn-Gewindedurchmesser. Beispiel: M8 in Aluminium benötigt mindestens 12mm Gewindetiefe (1,5 × 8).
Bodenfreimaß für Gewinde-Sacklöcher
Der Gewindebohrer kann Gewinde nicht bis zum Boden eines Sacklochs schneiden. Sie müssen Freimaß unter der geforderten Gewindetiefe vorsehen.
| Faktor | Wert | Erklärung |
|---|---|---|
| Gewindebohrer-Einlauf (Senkung) | 2–3 Steigungslänge | Erste 2–3 Gewindegänge vom Bohrpunkt sind unvollständig. |
| Absetzbohrer ungeschnitten | 1–2 Steigungslänge | Auch ein Absetzbohrer lässt unten ungeschnittenes Material. |
| Gesamtfreimaß unter Gewinde | 3–5 Steigungslänge | Für M10x1,5: 4,5–7,5mm unter dem letzten vollen Gewinde. |
Bohrungstiefe getrennt von Gewindetiefe angeben
Geben Sie beide Werte an: Gewindetiefe und Gesamt-Bohrtiefe. Beispiel:
M8x1.25-6H THRU 12, BOHRUNG 18 TIEF. Dies gibt dem Zerspaner klare Anweisungen.
Einlaufsenkung
| Feature | Spezifikation | Zweck |
|---|---|---|
| Interne Gewinde-Einlaufsenkung | 0,5–1,0mm × 120° Senkung | Verhindert, dass das erste Gewinde der Schraube an der scharfen Lochkante hängen bleibt. Verhindert Kreuzgewinde. |
| Externe Gewinde-Einlaufsenkung | 0,5–1,0mm × 45° | Hilft der Schraube beim Eindrehen in die Mutter. |
Tiefe Bohrungen (L/D > 5)
Wenn die Bohrungstiefe das 5-fache des Durchmessers übersteigt (L/D > 5), wird die Bohrung als „tief“ klassifiziert. Tiefe Bohrungen werden progressiv teurer.
| L/D-Bereich | Empfohlenes Verfahren | Kostenfaktor | Hinweis |
|---|---|---|---|
| 5–8xD | Stichbohren (Standard-CNC) | 1,2–1,5x | Vorschub um 30–50% reduzieren vs. Standardtiefe. |
| 8–15xD | Stichbohren oder Gun-Bohren | 1,5–3,0x | Kühlmittel durch das Werkzeug wird dringend empfohlen. |
| 15–40xD | Gun-Bohren | 3,0–5,0x | Spezielle Gun-Bohrmaschine oder CNC-Sonderaufbau. |
| 40–100xD | Gun-Bohren oder BTA | 4,0–8,0x | BTA-System fürdert Späne durch äußeren Rohr aus. Besser ab 15mm Durchmesser. |
| > 100xD | Spezielles Gun-Bohren / EDM | 8,0–15,0x | Sehr wenige Betriebe können das. Erwägen Sie Redesign. |
Kostenescalation ist exponentiell
Eine 10mm Bohrung mit 20mm Tiefe (2xD) kostet in etwa dasselbe wie eine 10mm Bohrung mit 50mm Tiefe (5xD). Aber eine 10mm Bohrung mit 100mm Tiefe (10xD) kostet 2–3x mehr. Eine mit 500mm Tiefe (50xD) kostet 5–10x mehr.
Bohrungspositionierung
Wo Sie Bohrungen auf einem Bauteil platzieren, beeinflusst die Zerspanbarkeit, Bauteilgenauigkeit und Strukturintegrität.
Kantenabstandsregeln
| Regel | Mindestwert | Warum |
|---|---|---|
| Bohrungsmitte zu Kante (allgemein) | ≥ 1,5xD | Verhindert Ausbruch an der Kante während des Bohrens. |
| Bohrungsmitte zu Kante (Senkung/Sackloch) | ≥ 1,5xD + Senkungsradius | Der größere Durchmesser der Senkung muss ebenfalls den Randabstand einhalten. |
| Bohrungsmitte zu Kante (Gewindebohrung) | ≥ 2,0xD | Material um eine Gewindebohrung muss der auswärtigen Kraft beim Gewindeschneiden standhalten. |
| Bohrungsmitte zu Kante (enge Toleranz / Reibloch) | ≥ 2,0xD | Dünne Wände biegen sich beim Reiben durch. |
Bohrungsabstandsregeln
| Regel | Mindestwert | Warum |
|---|---|---|
| Mitte-zu-Mitte (gleicher Durchmesser) | ≥ 2,0xD | Verhindert, dass die Stege zwischen Bohrungen zusammenbrechen. |
| Mitte-zu-Mitte (unterschiedliche Durchmesser) | ≥ (D1 + D2) / 2 + 1mm | Der Steg muss mindestens 1mm (besser 2mm+) betragen. |
| Versetzte Bohrungen | ≥ 1,5xD in jede Richtung | Auch versetzte Bohrungen benötigen Mindestrandabstand in beiden Achsen. |
| Bohrung zu Bearbeitungsfeature (Nut, Tasche) | ≥ 1,0mm Wand (3mm bevorzugt) | Dünne Wände biegen sich durch und verursachen Toleranzfehler. |
Verzug durch benachbarte Bohrungen
Das Bohren einer Bohrung löst innere Spannungen im Material. Bei dicht beieinanderliegenden Bohrungen kann das Bohren einer Bohrung den Steg dazwischen verziehen oder die benachbarte Bohrung unrund machen. Abhilfe: (1) Abstand vergrößern, (2) alle Bohrungen zuerst vorausbohren, (3) Spannungsarmglühen vor der Endbearbeitung.
Häufige Fehler
| # | Fehler | Was passiert | Richtiger Ansatz |
|---|---|---|---|
| 1 | Bohrung zu nahe an der Kante | Material bricht an der Kante aus. Bohrung unvollständig, Bauteil Ausschuss. | Mindestens 1,5xD von Bohrungsmitte zur nächsten Kante. Für Gewindebohrungen 2,0xD. |
| 2 | Sackloch zu flach für Gewindetiefe | Gewindebohrer läuft vor Erreichen der vollen Gewindetiefe auf. Unvollständiges Gewinde = schwache Verbindung. | Bohrungstiefe = Gewindetiefe + 3–5 Steigungslänge. |
| 3 | Gewindetiefe und Bohrtiefe nicht separat angegeben | Zerspaner muss Freimaß schätzen. | Beides angeben: „M10x1.5-6H THRU 15, BOHRUNG 22 TIEF“. |
| 4 | Flacher Boden gefordert, wenn Kegel akzeptabel wäre | Erfordert Schaftfräser statt Bohrer. 2–3x längere Zykluszeit. | Kegelförmigen Boden akzeptieren, es sei denn, er ist funktional erforderlich. |
| 5 | Tiefe Bohrung (L/D > 10) ohne Gun-Bohren zu berücksichtigen | Standard-Stichbohren erzeugt ungenaue, konische Bohrung. Werkzeugbruch. | Für L/D > 10 Gun-Bohren spezifizieren oder weitere Toleranzen akzeptieren. |
| 6 | Sacklochdurchmesser zu nahe an der Kante | Der größere Sacklochdurchmesser bricht an der Kante aus. | Randabstand muss den Sacklochdurchmesser berücksichtigen. |
| 7 | Gewindebohrung in sehr dünnwand | Wand wölbt sich beim Schneiden. Gewinde unvollständig oder Wand reißt. | Mindestwanddicke um Gewindebohrung = 0,5xD (1,0xD bevorzugt). |
| 8 | Bohrungen zu dicht beieinander | Steg bricht zusammen. Verzug verursacht Positionsfehler. | Mitte-zu-Mitte Abstand ≥ 2,0xD. Stegdicke ≥ 2mm. |
| 9 | Keine Einlaufsenkung an Gewindebohrung | Erstes Gewinde der Schraube verhakt sich an scharfer Kante. Kreuzgewinde. | Immer eine 120° Senkung (0,5–1,0mm breit) am Gewindeeingang hinzufügen. |
| 10 | Reibloch dort wo Bohrung ausreicht | Reiben fügt Werkzeugwechsel und Schlichtgang hinzu. 50–100% Teurere ohne funktionellen Nutzen. | Reiben nur für Passstifte, Lagerbohrungen und Präzisionpassungen (H7). |