Im Vorbeiflug: Oberflächen beim Gewindewirbeln mit Wendeschneidplatten aus Hartmetall sind dem Schleifen vergleichbar

Die Gewindeherstellungsverfahren kann man zunächst in drei Hauptgruppen einteilen: Urformen. Umformen, Trennen. Das Urformen wird hauptsächlich für Schrauben und Muttern aus Kunststoff mittels Spritzgießen angewandt.

Gewinde, die hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind, werden zu meist warm- oder kaltgeformt. Das wichtigste Verfahren ist hier sicherlich das Gewindewalzen von Außengewinden. Weil eine hohe Stückleistung bei bester Dauerfestigkeit erzielt wird.

Wegen der hohen zu erzielenden Genauigkeiten kommt dem spanenden Herstellungsverfahren eine besondere Rolle zu. So werden die meisten Bewegungsgewinde, wie Trapezspindeln. Kugelrollspindeln und Meßspindeln, bei denen eine große Genauigkeit gefordert ist. Spanend hergestellt.

Bei der spanenden Herstellungsmethode sind verschiedene Fertigungsverfahren bekannt, wie Gewindedrehen, Gewindestrehlen. Gewindeschneiden. Gewindebohren, Gewindefräsen. Gewindewirbeln und Gewindeschleifen. Welches Verfahren in einer Fertigung letztlich angewandt wird, richtet sich nach mehreren Punkten: Gesamtstückzahl, Oberflächengüte, Gewindeprofil, Toleranz, Werkstoff, Produktionseinrichtung, Anschaffungskosten, laufende Kosten (wie Werkzeuge), Stückleistung, Störanfälligkeit der Anlage.

Die langspanbildenden Verfahren, wie Gewindedrehen. Gewindeschneiden. Gewindebohren und Gewindestrehlen, sind hinreichend bekannt bezüglich ihrer Vor-, aber auch erheblichen Nachteile, besonders bei langspanbildenden Werkstoffen in Bezug auf die Störanfälligkeiten im Maschinenbereich.

Beispielhaft werden die drei kurzspanbildenden Verfahren aufgezeigt, wobei das weniger bekannte Gewindewirbelverfahren weitgehend vorgestellt wird.

Beim Gewindefräsen unterscheidet man zunächst zwei Verfahren, und zwar das Kurzgewinde- und Langgewindefräsen. Kurze Innen-und Außengewinde, zumeist Spitzprofilgewinde,werden mit einem walzenförmigen Gewindefräser, der mit dem gesamten Gewindeprofil der Länge nach versehen ist, hergestellt. Die sich anreihenden Gewindeprofilreihen des Fräsers weisen keine Steigung auf. Der Profilabstand entspricht genau der herzustellenden Gewindesteigung; die Profilzähne sind hinterschliffen. Hauptsächlich kommen HSS-Fräser zum Eingriff, wobei nur Gewinde gleicher Steigung mit einem Fräser hergestellt werden können. Zumeist wird im Gegenlauf gearbeitet.

Große Spanungskräfte beim Gewindefräsen

Als Vorteil kann die geringe Fertigungszeit angesehen werden und die Kommaförmigen, kurzen Späne. Nachteilig sind die hohen Zerspanungskräfte. die gerade bei größeren Längen die Genauigkeit und Oberflächengüte negativ beeinflussen. Des Weiteren ändert sich beim Nachschleifen, das sehr kostenintensiv ist, auch der Fräserdurchmesser, so dass eine Korrektur der Verstellwege oder des Bahnradius zum Beispiel an Bearbeitungszentren erforderlich ist.

Weil für jede Gewindesteigung ein Fräser erforderlich ist, wird dieses Verfahren hauptsächlich bei Massenfertigung angewandt. Auch die bei der Spanbildung entstehende Oberflächengeometrie ist besonders im Gewindegrund nicht ideal. Bei großen Gewindelängen wird das Langgewindefräsen verwendet. Die scheibenförmigen Profilfräser sind oft aus HSS mit hinterschliffenen Zähnen, oder auch bei größeren Profilbreiten mit Wendeplatten bestückt. Entsprechend der Gewindesteigung bzw. des Steigungswinkels wird die Fräsachse geneigt. Bei größeren Profilbreiten, die in einem Schnitt gefertigt werden sollen oder größeren Steigungswinkeln ist eine Profilkorrektur am Werkzeug erforderlich.

Bei Qualitätsgewinden wird das Gleichlauffräsen bevorzugt. Vorteilhaft ist gerade die einfache Fertigung langer Gewinde zumeist in einem Schnitt auf volle Gewindetiefe. Die entstehenden kurzen Späne können gut abgeführt werden. Weiterhin wird auch bei großen Profilbreiten wie im Extruderschneckenbereich das Stirnfräsen vorteilhaft angewandt. Bei großen Längen, kleinen Durchmessern und größeren Profilbreiten ist mit stärkeren Steigungs- abweichungen und schlechteren Oberflächengüten zu rechnen. Ähnlich wie beim Fräsen führt beim Schleifen das umlaufende Werkzeug die Schnittbewegung aus. Dabei nehmen die Ecken der Schleifkörner kommaförmige Spänchen vom Werkstück ab. Es werden zu meist gehärtete Werkstücke wie Kugelrollspindeln mit profilierten Scheiben geschliffen. Dabei sind die Teile oft mit anderen Verfahren vorprofiliert, so dass nur etwa 0,15 mm je Gewindeflanke abgetragen werden. Auch ist das Vollprofil-Tiefenschleifen sehr verbreitet, bei dem das gesamte Profil in einem Schnitt herausgetrennt wird. Die Schleifscheibe wird dabei ständig profiliert, beispielsweise mittels Abricht-Diamantrolle.

Als vorteilhaft sind die erzielbaren Oberflächengüten, die Fertigung an gehärteten Werkstoffen und die Profilgenauigkeiten zu nennen. Nachteilig sind sicherlich die hohen Anschaffungskosten der Maschinen, die aufwendige Trennung von Kühlschmiermitteln, Spänen und Schleifkorund.

Günstige Spanbildung beim Gewindewirbeln

Das Gewindewirbeln (auch Schälen genannt) von Außengewinden ist ein. spanabhebendes Fertigungsverfahren. bei dem ein Hohlkreismessersystem (Werkzeugring), dessen Stahlspitzen dem Drehmittelpunkt zugewandt sind und auf einem festen/Flugkreis laufen, gegenüber der Werkstückachse außermittig angeordnet werden, sodass die Messer einseitig bis auf Gewindetiefe schneiden (Bild 1).

Der relativ langsame Vorschub (n_R) des Werkstückes (Hauptspindel der Maschine) hat beim wirtschaftlichen Gleichlaufwirbeln stets die gleiche Drehrichtung wie der Werkzeugring. Die hartmetallbestückten Messer laufen mit hoher Umfangsgeschwindigkeit (Drehzahl n_w) erschütterungsfrei und gleichförmig um.

Der gewirbelte Span ist in seiner Dicke (s) wesentlich dünner und länger als beim Fräsen, und das bei gleichem Vorschubwinkel α so dass die Werkstückvorschubwerte weitaus größer sind – etwa drei- bis viermal so hoch. Diese günstige Spanbildung gestattet das Verwenden von spröderen standfesteren Hartmetallqualitäten. Die erzielten Oberflächengüten sind mit dem Schleifen vergleichbar. Im Gegensatz zum Drehen entsteht beim Gewindewirbeln kein Kreis, sondern ein Vieleck, dessen kleine Erhöhungen (y) jedoch nur wenige µm betragen und praktisch keinen Einfluss haben (Bild 2).

Diese Erhöhungen sind gegenüber dem Fräsen wesentlich kleiner und beziehen sich auf den Gewindekern. An den Flanken ist dieser Wert je nach Flankenwinkel des Gewindes etwa nur ¼ Y groß.

Aufgrund der hohen angewandten Schnittgeschwindigkeiten und dem günstigen Hüllkreisschnitt ergeben sich hohe Vorschubwerte und kurze Zerspanungszeiten bei höchster Qualität. In Zusammenhang mit einem anwendungsfreundlichen und wirtschaftlichen Werkzeugsystem werden Präzisionsgewinde mit großer Produktivität gefertigt. Aufgrund der kurzen kommaförmigen Späne sind Störzeiten infolge Langspanbildung wie beim Drehen ausgeschlossen.

Innengewinde großer Längen werden in sogenanntem Hubwirbelverfahren hergestellt. Das rotierende und oszillierende Werkzeug wird dabei mittels einer stehenden Führungshand in der Kernbohrung abgestützt. Die Werkzeuge sind mit einer mehrschneidigen Wendeplatte versehen.

Befestigungsinnengewinde an schweren Teilen werden zum Beispiel an großen Bohrwerken mittels besonderen Wirbelgeräten hergestellt. Dieses Verfahren ist im Turbinenbau eingeführt. Bei kleineren Werkstücken an Bearbeitungs-zentren werden die Gewinde im Zirkularverfahren nur mit entsprechenden Gewindewirbelwerkzeugen eingebracht. Die Werkzeuge weisen vierschneidige Wendeplatten auf, die nicht eingestellt werden müssen.