Die Fortschritte des Gewindewirbelns in der Werkzeugtechnologie

Oct 13, 2023

Von Scott Laprade, Anwendungsleiter bei Genevieve Swiss Industries Inc.

Durch die Investition in CNC-Swiss-Technologie kann eine Werkstatt Gewindeschneidvorgänge durchführen. Jeder Schweizer Maschinist sollte über die neuesten Entwicklungen auf diesem Gebiet informiert sein.

Beim Gewindeschneiden mit einer herkömmlichen „Einpunkt“-Methode auf einer Schweizer Maschine oder einer anderen Drehmaschine sind mehrere Durchgänge mit dem Werkzeug erforderlich, um die volle Tiefe der Gewindeform zu erreichen. Bei Schrauben mit größerem Durchmesser, die 60-Grad-Gewindeformen verwenden, ist dies in der Regel kein allzu großes Problem, da die Metallabtragsrate gering und die Werkstückdurchbiegung minimal ist. Daher ist auch der zum Schneiden solcher Gewinde erforderliche Werkzeugdruck relativ gering.

Aufgrund des verschiebbaren Spindelstocks und der Führungsbuchsenanordnung dieses Geräts sowie der Merkmale oder Anforderungen des zu bearbeitenden Werkstücks besteht jedoch die Möglichkeit, dass das Werkstück aus der Führungsbuchse „herausfällt“, wenn es durch das Gewindeschneidwerkzeug hin und her geführt wird Dies führt zu Durchbiegung und Steifigkeitsverlust. Diese Phänomene treten häufiger auf, wenn der Gewindeaußendurchmesser kleiner als der Schaftdurchmesser ist. Die Unterstützung durch die Führungsbuchse ist wirkungslos. Berücksichtigen Sie dann einen Teil des Metallabtrags, der erforderlich ist, um aggressivere Gewinde im „Stützpfeiler“-Stil herzustellen, wie sie häufig bei orthopädischen und traumachirurgischen Implantaten zur Knochenfixierung zu finden sind. Das Einpunktgewinden wird zu einer weniger kostengünstigen Möglichkeit, die Arbeit zu erledigen Benehmen. Für einige dieser tiefen Gewindegänge können je nach Gewindemerkmale bis zu 40 bis 50 Durchgänge erforderlich sein.

Die Grundlagen von One-Pass-Threads

Hier kann das Gewindewirbeln eingesetzt werden, um die Produktionsmöglichkeiten dieser Art von Gewinden zu erhöhen. Zur Durchführung von Gewindewirbelarbeiten sind vier Komponenten erforderlich: eine CNC-Drehmaschine mit Langdreh-/Schiebespindelstock, ein speziell für diesen Prozess entwickeltes „Wirbelgerät“ mit angetriebenem Werkzeug, ein Fräsring und -körper sowie die eigentlichen Hartmetall-Schneidwerkzeuge mit der erforderlichen Präzisionsschliffform ihnen. Diese Werkzeugkomponenten arbeiten zusammen, um Stangenmaterial in einem einzigen Durchgang vom Standarddurchmesser zu einer fertigen Standard- oder kundenspezifischen Gewindeform zu „wirbeln“.

Beim Schneidvorgang handelt es sich um einen Fräsvorgang, der dem Innendurchmesser-Gewindefräsen ähnelt, jedoch am Außendurchmesser des Werkstücks arbeitet. Dies ermöglicht eine beispiellose Kontrolle über die Oberflächenqualität und -geschwindigkeit, indem sichergestellt wird, dass das Material in der Führungsbuchse steif bleibt, aber auch durch die Modulation der Spanlast pro Zahn und der Drehzahl der C-Achse. Durch den Einsatz möglichst vieler Fräser im Fräserkörper können höhere Zerspanungsraten und bessere Oberflächengüten erreicht werden. In Kombination mit der Hochdruckkühlmittelkapazität, die bei den meisten aktuellen Maschinen üblich ist, kann die Schneidzone sauber und frei von Spänen gehalten werden. Dadurch sind hohe Geschwindigkeiten erreichbar, was zu gratfreien fertigen Gewinden in einem Durchgang führt.

Es gab eine Reihe von Fortschritten bei diesem Verfahren, einschließlich der Entwicklung von Karbidbeschichtungen. Beispielsweise hat die UTILIS AG aus der Schweiz ihr proprietäres „UHM10 TX+“-Werkzeug eingeführt, bei dem es sich um eine Kombination aus Hartmetallsubstrat und Beschichtung handelt, die sich nicht nur für Titan- und medizinische Edelstahlanwendungen, sondern auch für Hochtemperaturlegierungen als Knockout-Stanzer erweist. Diese neue Beschichtungstechnologie zeichnet sich durch eine fehlerfreie Oberflächenqualität im Submikrobereich aus, die sich für die Schnittbelastungen eignet, denen das Hartmetall beim Gewindewirbeln ausgesetzt ist.

Die Kantenqualität spielt eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Gewindeformgenauigkeit und das TX+-Angebot stärkt den Kantenzustand, ohne die Form der Geometrie zu verformen. Dies ist ein wichtiger Aspekt des Prozesses, da die Einstellung des Steigungswinkels, der Werkzeugmittenposition und der Einsatzgenauigkeit entscheidend für die Herstellung perfekter Gewinde am Werkstück sind, insbesondere bei Gewindeaußendurchmessern unter 3 mm, bei denen die Schärfe der Gewindespitze eine wichtige Anforderung sein kann.

Bei der Herstellung spezieller Gewindeformen mit kleinem Durchmesser können die Steifigkeit des Aufbaus und der Abstand zur Führungsbuchse ein Problem darstellen. Traditionell wird diesem Problem dadurch begegnet, dass eine Führungsbuchse mit „verlängerter Nase“ verwendet wird, um das Material und das Werkstück näher am „Flugkreis“ der Gewindewirbelschneidplatte zu halten und so zu verhindern, dass Oberschwingungen entstehen, die das Finish und die Wendeschneidplatte zerstören. Der Betrieb einer Führungsbuchse mit verlängerter Spitze kann umständlich werden, da herkömmliche Drehwerkzeuge jetzt von der Werkzeugplatte nach außen verschoben werden müssen, um die Verschiebung der Führungsbuchse auszugleichen. Damit der Wirbelvorgang bei diesen Werkstücken mit kleinerem Durchmesser funktioniert, ist eine Menge zusätzlicher Arbeit erforderlich.

Eine Alternative besteht darin, den Flugkreis der Wendeschneidplatte näher an das Werkstück heranzuführen. Für eine große Auswahl an handelsüblichen Wirbelaufsätzen, entweder von OEMs von Werkzeugmaschinenherstellern oder auf dem Ersatzteilmarkt, gibt es jetzt Fräsringe mit integrierten positiven Verschiebungen in der Positionierung des Wendekreises der Wendeschneidplatte. Nehmen wir zum Beispiel an, dass die Positionierung des angetriebenen Wirbelwerkzeugs einer Drehmaschine einen Abstand von 15 mm von der Standardführungsbuchse zur Mittellinie des Hartmetalleinsatzes hat. Die Arbeit erfordert das Wirbeln einer Gewindeform mit doppeltem Stützpfeiler und 2,5 mm Außendurchmesser aus 6AL-4V-Titan. Zur Herstellung dieser Gewinde verfügt die Werkstatt über Stangenmaterial mit kleinem Durchmesser. Obwohl dies der perfekte Gewindetyp zum Wirbeln ist, müssen wir aufgrund des Durchmessers besondere Sorgfalt bei der Kontrolle der Vibrationen anwenden, die beim gleichzeitigen Schneiden von zwei Gewindegängen aus dem Rohlingsdurchmesser auftreten können. Hier befindet sich ein verschobener Ring, der den Flugkreis des Einsatzes näher an die Führungsbuchse mit Standardlänge heranrückt, um einen Teil dieser Distanz auszugleichen. Es wird eine einfache Korrektur der Y-Verschiebung vorgenommen, um die Wendeschneidplattenform wieder auf die Schnittposition des Stangenmaterials zu zentrieren. Oft ist es möglich, mit einem verschobenen Ring ohne verlängerte Nasenführungsbuchse einen Erfolg zu erzielen.

Beschleunigen Sie es und kühlen Sie es ab

Moderne Langdrehmaschinen sind mit Antrieben für angetriebene Werkzeuge ausgestattet, die von Haus aus viel schnellere Geschwindigkeiten ermöglichen. Dies ist zum großen Teil auf Fortschritte in der intelligenten Motortechnologie zurückzuführen, aber auch auf die Notwendigkeit einer höheren Drehzahl für den Einsatz mit Mikrowerkzeugen. Viele Modelle verfügen über angetriebene Werkzeuggeschwindigkeiten von 5.000 bis 10.000 U/min auf dem angetriebenen Werkzeugantrieb. Eine Überlegung, die bei der Implementierung des Wirbelns bei einer Arbeit berücksichtigt werden sollte, sind alle Mikrofräs- oder Live-Mikrobohrarbeiten, die möglicherweise zusätzlich zum Gewindewirbeln durchgeführt werden müssen. Bei Wirbelarbeiten sind in den meisten Anwendungen meist nur 2000 bis 3000 U/min am angetriebenen Werkzeug erforderlich, wohingegen zusätzliche Anforderungen an angetriebene Werkzeuge bei Mikrowerkzeugen erfordern, dass der Motor mit der vollen verfügbaren Drehzahl läuft, wodurch die Wirbelspindel Drehzahlen ausgesetzt wird, die sonst möglicherweise nicht erforderlich wären operiert bei. Die meisten Schweizer Maschinenmodelle treiben alle angetriebenen Werkzeuge an den betreffenden Werkzeugpositionen von einem einzigen Motor aus. Wenn Sie also einen Bohrer oder Schaftfräser betreiben, dreht sich die Wirbelspindel auch mit dieser höheren Drehzahl, während sie nicht im Schnitt ist, was sie einem zusätzlichen Verschleiß aussetzt. Eine gute Möglichkeit, die Einrichtung zu optimieren, um nicht nur die beste Produktivität aus der Maschine herauszuholen, sondern auch eine längere Lebensdauer einer Wirbelspindel und anderer angetriebener Werkzeuge zu erzielen, besteht darin, die Maschine mit einer Hochgeschwindigkeitsspindeleinheit zu koppeln, die hilfreich sein kann Reduzieren Sie die Gesamtmotorgeschwindigkeit, mit der das angetriebene Werkzeug betrieben wird, und behalten Sie gleichzeitig die optimale Oberflächengeschwindigkeit für den Betrieb des Mikrowerkzeugs bei. Getriebegetriebene Geschwindigkeitsvervielfacherspindeln sind für viele Marken und Modelle von Schweizer Maschinen leicht erhältlich.

Weitere Überlegungen bei der Einrichtung, die niemals außer Acht gelassen werden sollten, sind die Fähigkeit, für ausreichende Kühlung und Spanabfuhr aus der Schneidzone zu sorgen. Bisher wurde dies üblicherweise dadurch erreicht, dass man eine Hochdruck-Kühlmittelleitung zur Schneidzone verlegte und den Strahlstrahl mithilfe eines biegsamen Rohrstücks sorgfältig ausrichtete. Dadurch werden die körnigen Späne, die durch die Wirbelbewegung entstehen, wirksam entfernt, die Einstellung und das genaue Zielen kann jedoch umständlich sein, was zu kostspieliger Rüstzeit führt.

Es stehen neue Produkte zur Verfügung, darunter eine Kühlmitteldurchflussdüse mit Wirbelaufsätzen und Schneidringen, die von PCM Willen SA aus der Schweiz für ihre Reihe von Wirbelaufsätzen entwickelt wurde. Dieser optimierte Aufbau kann eine zuverlässige Kühlmittelzufuhr gewährleisten, die die Schneidflüssigkeit in die Schneidzone drückt, um die Späne abzuleiten und die Schmierfähigkeit und Werkzeuglebensdauer aufrechtzuerhalten und so die Kühlung zu verlängern. Kühlmittel und Hochdrucköl werden durch den Schneidring selbst und in Kühlmittelkanäle im Inneren des Schneidrings gedrückt. Die Hochdruckölstrahlen sind nur leicht abgewinkelt und auf die Messlänge des Einsatzes abgestimmt, sodass keine Frage mehr besteht, ob Schmierfähigkeit und optimale Kühlung erreicht werden. Der zusätzliche Vorteil des neuen Kühlmittelringdesigns besteht darin, dass sie auch von der Rückseite des Wirbelaufsatzes über kleine Federarretierungsschrauben befestigt werden können, was Zeit sparen kann, wenn es an der Zeit ist, das Hartmetall an eine neue Kante zu bringen. In Kombination mit Hochdruck-Schnellspannleitungen ist der Austausch der Einsätze einfacher als je zuvor.

Bleiben Sie vorne

Täuschen Sie sich nicht: Aggressive Schraubgewinde werden in der medizinisch-orthopädischen Industrie weiterhin ein fester Bestandteil sein und es gibt keine bessere Möglichkeit, sie mit der Geschwindigkeit, dem Grad der Verarbeitung und der Qualitätskontrolle, die der Wirbelprozess bietet, zuverlässig herzustellen. Durch die Umstellung auf Wirbeln für einfachere Gewinde wie UNC/UNF-Gewinde an langen Teilen können auch Kosteneinsparungen erzielt werden, insbesondere bei der Arbeit mit Materialien, die faserige, duktile Späne erzeugen, oder bei Anwendungen, bei denen das Gewinde segmentiert werden muss, um ein Herausfallen aus der Führungsbuchse zu verhindern. Indem Sie sicherstellen, dass in Ihren Prozessen die modernste verfügbare Werkzeugtechnologie zum Einsatz kommt, kann Ihr Betrieb auch in den kommenden Jahren wettbewerbsfähig bleiben und der Konkurrenz einen Schritt voraus sein.

Stoffe mit metallischen Eigenschaften, die aus zwei oder mehr chemischen Elementen bestehen, von denen mindestens eines ein Metall ist.

Mikroprozessorbasierte Steuerung für eine Werkzeugmaschine, die die Erstellung oder Änderung von Teilen ermöglicht. Eine programmierte numerische Steuerung aktiviert die Servos und Spindelantriebe der Maschine und steuert die verschiedenen Bearbeitungsvorgänge. Siehe DNC, direkte numerische Steuerung; NC, numerische Steuerung.

Flüssigkeit, die den Temperaturaufbau an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Werkstück während der Bearbeitung reduziert. Liegt normalerweise in Form einer Flüssigkeit vor, z. B. einer löslichen oder chemischen Mischung (halbsynthetisch, synthetisch), kann aber auch Druckluft oder ein anderes Gas sein. Aufgrund der Fähigkeit von Wasser, große Mengen an Wärme zu absorbieren, wird es häufig als Kühlmittel und Träger für verschiedene Schneidpasten verwendet, wobei das Wasser-zu-Massen-Verhältnis je nach Bearbeitungsaufgabe variiert. Siehe Schneidflüssigkeit; halbsynthetische Schneidflüssigkeit; Schneidflüssigkeit mit löslichem Öl; synthetische Schneidflüssigkeit.

Flüssigkeit zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit des Werkstücks, zur Verlängerung der Werkzeugstandzeit, zum Ausspülen von Spänen und Bearbeitungsrückständen sowie zur Kühlung des Werkstücks und des Werkzeugs. Drei Grundtypen sind: reine Öle; lösliche Öle, die in Wasser emulgieren; und synthetische Flüssigkeiten, bei denen es sich um wasserbasierte chemische Lösungen ohne Öl handelt. Siehe Kühlmittel; halbsynthetische Schneidflüssigkeit; Schneidflüssigkeit mit löslichem Öl; synthetische Schneidflüssigkeit.

Bearbeitung mit mehreren auf einer Welle montierten Fräsern, im Allgemeinen zum gleichzeitigen Schneiden.

Mechanismus zum Lösen von Werkstücken aus einer Matrize. Es wird auch Ejektor, Kickout, Liftout oder Shedder genannt.

Drehmaschine zum Sägen, Fräsen, Schleifen, Verzahnen, Bohren, Reiben, Aufbohren, Gewindeschneiden, Plandrehen, Anfasen, Nuten, Rändeln, Drehen, Abstechen, Auskegeln, Kegelschneiden sowie Nocken- und Exzenterschneiden als Stufen- und Geradeausdreher. Es gibt sie in verschiedenen Formen, von manuell über halbautomatisch bis hin zu vollautomatisch, wobei die Haupttypen Motordrehmaschinen, Dreh- und Konturdrehmaschinen, Revolverdrehmaschinen und numerisch gesteuerte Drehmaschinen sind. Die Motordrehmaschine besteht aus Spindelstock und Spindel, Reitstock, Bett, Schlitten (komplett mit Schürze) und Querschlitten. Zu den Merkmalen gehören Gang- (Geschwindigkeits-) und Vorschubwählhebel, Werkzeughalter, Verbundauflage, Leitspindel und Umkehrleitspindel, Gewindeschneidrad und Eilganghebel. Zu den speziellen Drehmaschinentypen gehören Durchgangsdrehmaschinen, Nockenwellen- und Kurbelwellendrehmaschinen, Bremstrommel- und Rotormaschinen sowie Spinn- und Pistolenlaufmaschinen. Für Präzisionsarbeiten werden Werkzeug- und Tischdrehmaschinen eingesetzt; erstere für Werkzeug- und Gesenkarbeiten und ähnliche Aufgaben, letztere für kleine Werkstücke (Instrumente, Uhren), normalerweise ohne Kraftvorschub. Modelle werden typischerweise nach ihrem „Schwung“ oder dem Werkstück mit dem größten Durchmesser, das gedreht werden kann, bezeichnet. Bettlänge oder der Abstand zwischen den Mittelpunkten; und PS erzeugt. Siehe Drehmaschine.

Winkel zwischen der Seitenschneide und der vorstehenden Seite des Werkzeugschafts oder -halters, die das Schneidwerkzeug in das Werkstück führt.

Maß für die relative Effizienz, mit der eine Schneidflüssigkeit oder ein Schmiermittel die Reibung zwischen Oberflächen verringert.

Bearbeitungsvorgang, bei dem Metall oder anderes Material durch Krafteinwirkung auf einen rotierenden Fräser entfernt wird. Beim Vertikalfräsen wird das Schneidwerkzeug vertikal auf der Spindel montiert. Beim Horizontalfräsen wird das Schneidwerkzeug horizontal montiert, entweder direkt auf der Spindel oder auf einem Dorn. Das Horizontalfräsen wird weiter in das konventionelle Fräsen unterteilt, bei dem sich der Fräser entgegen der Vorschubrichtung oder „nach oben“ in das Werkstück hinein dreht; und Gleichlauffräsen, bei dem sich der Fräser in Vorschubrichtung oder „nach unten“ in das Werkstück dreht. Zu den Fräsvorgängen gehören Plan- oder Flächenfräsen, Schaftfräsen, Planfräsen, Winkelfräsen, Formfräsen und Profilfräsen.

Begriffe, die ein formelles Programm zur Überwachung der Produktqualität bezeichnen. Die Bezeichnungen sind die gleichen, aber QC bedeutet typischerweise ein traditionelleres System zur Nachbearbeitungskontrolle, während QA einen umfassenderen Ansatz impliziert, mit Schwerpunkt auf „Gesamtqualität“, umfassenden Qualitätsprinzipien, statistischer Prozesskontrolle und anderen statistischen Methoden.

Beim Schleifen entstehen Metallfeine und Schleifscheibenpartikel.

Prozess des externen (z. B. Gewindefräsens) und internen (z. B. Gewindeschneidens, Gewindefräsens) Schneidens, Drehens und Rollens von Gewinden in ein bestimmtes Material. Zur Bestimmung der gewünschten Ergebnisse des Gewindeschneidprozesses stehen standardisierte Spezifikationen zur Verfügung. Zahlreiche Gewindeserienbezeichnungen werden für bestimmte Anwendungen geschrieben. Das Gewindeschneiden erfolgt häufig auf einer Drehmaschine. Angaben wie die Gewindehöhe sind entscheidend für die Festigkeit der Gewinde. Das verwendete Material wird bei der Bestimmung der erwarteten Ergebnisse einer bestimmten Anwendung für dieses Gewindestück berücksichtigt. Beim Außengewindeschneiden ist eine berechnete Tiefe sowie ein bestimmter Schnittwinkel erforderlich. Beim Innengewindeschneiden ist vor dem Gewindeschneiden der genaue Durchmesser des Lochs von entscheidender Bedeutung. Die Gewinde unterscheiden sich voneinander durch die angegebene Toleranz bzw. Toleranz. Siehe Drehen.

Das Werkstück wird in einem Spannfutter gehalten, auf einer Planscheibe montiert oder zwischen Spitzen befestigt und gedreht, während ein Schneidwerkzeug, normalerweise ein Einschneidewerkzeug, entlang seines Umfangs oder über sein Ende oder seine Fläche in das Werkstück eingeführt wird. Dies erfolgt in Form eines geraden Drehens (Schneiden entlang der Peripherie des Werkstücks); Kegeldrehen (Erzeugung eines Kegels); Stufendrehen (Drehen unterschiedlich großer Durchmesser am gleichen Werkstück); Anfasen (Abschrägen einer Kante oder Schulter); zugewandt (ein Ende abschneiden); Drehgewinde (normalerweise extern, können aber auch intern sein); Schruppen (großer Metallabtrag); und Endbearbeitung (letzte Lichtschnitte). Wird auf Drehmaschinen, Drehzentren, Spannmaschinen, Schraubautomaten und ähnlichen Maschinen durchgeführt.