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Gewindefertigung - Gewindebohren

Gewindebohren

Gewindebohren ist ein spanendes Verfahren mit kontinuierlichem Schnitt. Das Material wird über eine Folge von radial anwachsenden Zähnen, die am Umfang des Werkzeugs in der Gewindesteigung aufgereiht sind, abgetragen. In der industriellen Fertigung kommen Maschinengewindebohrer in verschiedenen Baumaßen zum Einsatz.

Sonderformen

Bild 14: Beispiele von Sonderausführungen von Gewindebohrern

Für spezielle Gewindeprofile (Self-Lock, Trapez, Rund usw.) oder Bearbeitungsfälle gibt es weitere Ausführungsformen (Bild 14).

Werkzeugauswahl

Bei der Vielzahl an Gewindebohrertypen und -ausführungsformen ist die richtige Wahl eine Grundvoraussetzung für eine wirtschaftliche und technisch einwandfreie Bearbeitung.
Hierfür stehen für eine erste Auswahl Tabellen in den Katalogen oder auf den Homepages der Hersteller zur Verfügung. In der Regel wird das geeignete Baumaß nach den Rahmenbedingungen von Werkstückgröße und Maschine bestimmt. Als Nächstes ist zu klären ob, eine Sacklochoder Durchgangslochbohrung hergestellt werden soll. Danach richtet sich die Nutform und Drallsteigung, um einen möglichst störungsfreien Spantransport zu ermöglichen. Weiterhin spielt das zu bearbeitende Material und dessen Eigenschaften, wie Härte, Gefüge usw., eine große Rolle. Dem ist die Schneidengeometrie anzupassen. Weitere Rahmenbedingungen, wie die Spannsituation des Werkstückes, evtl. einzuhaltende Taktzeiten, Art der verfügbaren Vorschubsteuerung, die Werkzeugspannung in der Bearbeitungsmaschine und viele mehr, müssen zudem berücksichtigt werden.
In einigen Fällen kann es auch nötig werden, Sonderkonstruktionen einzusetzen.

Schneidstoffe

Schneidstoffe für Gewindebohrer sind im Wesentlichen ausgesuchte Sorten Schnellarbeitsstähle (HSS), welche schmelzmetallurgisch oder pulvermetallurgisch hergestellt sein können. Diese haben die beste Kombination aus Härte, Warmhärte, Verschleißfestigkeit und Zugfestigkeit, was besonders bei Anwendungen in Grundlöchern wegen der Notwendigkeit der Spanscherung im Rückwärtslauf von essentieller Bedeutung ist. Die Wärmebehandlung hängt von der verwendeten HSS-Sorte, dem Werkzeugtyp und dem Einsatzzweck des Werkzeuges ab und ist ein integraler Bestandteil der Werkzeugherstellung. In einigen Fällen werden auch Hartmetalle verwendet.

Beschichtungen

Bei Gewindebohrern ist eine hohe Zähigkeit des Schneidstoffes notwendig. Da erhöhte Zähigkeit in der Regel mit einer niedrigeren Härte einhergeht, kann eine Hartstoffbeschichtung die Härte an der Werkzeugoberfläche erhöhen.
Hierbei wird ein zähes Grundmaterial von einer harten Schicht überzogen. Diese erhöht die Abriebfestigkeit und somit die Standzeit der Gewindebohrer. Zudem weisen die meisten gängigen Schichten bessere Reibwerte als die blanken Oberflächen und bessere Wärmeisolation auf. Hartstoffschichten bewirken somit:
• Mögliche Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit
• Steigerung der Abriebfestigkeit
• Verringerung der Reibung zwischen Werkzeug/Werkstück sowie Werkzeug/Span
• Verringerung der Wärmeleitfähigkeit zwischen Werkzeug und Werkstück
• Vergrößerung der chemischen Stabilität der Werkzeugschneide.
All dies hat eine Erhöhung des Standwegs zur Folge.
Hartstoffschichten für HSS-Gewindebohrer werden im PVD (Physical Vapor Deposition)-Verfahren bei ca. 500 °C – also unterhalb der Anlasstemperatur – abgeschieden.
Gängige Beschichtungen sind TIN, TICN, CRN, TiAlN u. a. mit schichtabhängigen Härten im Bereich von 1.800 bis 3.800 HV 0.05.
Teilweise werden Gleitstoffdeckschichten, wie z. B. WC/C, MOS2, oder auch DLC Schichten, aufgebracht.

Schmierung

Die Schmierung bzw. Kühlschmierung ist bei Gewindewerkzeugen von großer Bedeutung und bei der Werkzeugauswahl zu berücksichtigen. Neben der Schwallkühlung mittels eines Emulsions- oder Ölstrahles wird vermehrt auch die Mindermengen-Kühlschmierung (MMKS) eingesetzt. Die Zuführung kann von Außen erfolgen, besser eignet sich die innere Kühlschmierstoffzufuhr (IKZ) durch das Werkzeug. Dabei wird das Kühlschmiermitttel durch die Maschinenspindel und das Futter durch eine axiale Bohrung im Gewindebohrer zur Schneidstelle im Anschnittbereich geführt. Je nach Bearbeitung tritt die IKZ-Bohrung an der vorderen Stirnseite des Werkzeuges (wie bei Sacklöchern) oder seitlich in den Spannuten (bei Durchgangslöchern) aus.
In Einzelfällen ist eine reine Trockenbearbeitung ohne Öl oder Emulsion möglich. Oft wird dabei zusätzlich Luft durch die innere Kühlmittelzuführung des Werkzeuges geleitet, um die Spanabfuhr zu unterstützen.

Gewindelehrung

Bild 15: Gewindegrenzlehrdorn

Gewinde werden im Fertigungsprozess am einfachsten mit einem Grenzgewinde Lehrdorn geprüft. Die GUT-Seite des Lehrdornes stellt dabei das minimale Profil dar, welches sich in das Innengewinde einschrauben lassen muss. Die Ausschussseite (mit rotem Ring gekennzeichnet) liegt über dem maximalen Profil und darf sich nicht mehr einschrauben lassen (Bild 15).

Fehler beim Gewindebohren

Bild 16: Gewinde axial verschnitten durch Voreilen des Gewindebohrers

Wenn stark rechtsspiralgenutete Werkzeuge besonders beim Anschneiden mit zu starkem Druck eingesetzt werden bzw. Schälschnitt- oder linksgedrallte Werkzeuge zu geringen Druck erhalten, kann es zum axialen Verschneiden kommen. Erkennbar ist dies an der einseitig stufenförmigen Gewindeflanke (Bild 16).

Bild 17: Kaltschweißungen

Kaltschweißungen entstehen bei nicht an den Werkstoff angepasster Schneidengeometrie, ungenügender Schmierung oder zu hohen Schnittgeschwindigkeiten (Bild 17).

Bild 18: Ausbrüche an der Schneide und daraus resultierende Profilzerstörung

Ausbrüche an der Schneide entstehen z. B. bei falsch vorgebohrtem Kernloch, bei ungenügender Spanabfuhr, Winkel- oder Positionierfehler zwischen Gewindebohrer und Werkstück oder durch Auffahren auf den Bohrungsgrund (Bild 18).


Inhaltsverzeichnis
Literaturhinweis

Bartl, R. (Hrsg.): Trockenbearbeitung prismatischer Teile. Forschungszentrum Karlsruhe, FZKA-PFT 177, Karlsruhe 1996
Biermann, D.: Zukunftweisende Entwicklungen in der spanenden Fertigung. Zerspanen im modernen Produktionsprozess. Institut für Spanende Fertigung, Technische Universität Dortmund. Dortmund 2008
EMUGE (Hrsg.): Handbuch der Gewindetechnik und Frästechnik. Publicis Corporate Publishing, Lauf 2004
Hechtle, D.: Fünffach längere Intervalle. Werkstatt + Betrieb 11, 2008
Hechtle, D.: Höhere Belastbarkeit für Schraubenverbindungen. Werkstatt + Betrieb 7-8, 2007
Klocke, F.; Essel, I.: Basics of HPC and Mechanical and Thermal Characteristics. High Performance Cutting CIRP International Conference, Aachen, 2004, S. 29 – 44
Paucksch, E.; Holsten, S.; Linß, M.; Tikal, F.: Zerspantechnik. Prozesse, Werkzeuge, Technologien. Vieweg+Teubner, Kassel/Lüneburg 2008
Spur, G.; Stöferle, Th. (Hrsg.): Handbuch der Fertigungstechnik, Band 3/2, Spanen. Carl Hanser Verlag, München 1980

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