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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.

Gewindebohren: Technologie

Gewindebohren ist ein spanendes Verfahren mit kontinuierlichem Schnitt. Der Materialabtrag wird über eine am Umfang des Werkzeuges in der Gewindesteigung aufgereihten Folge von radial anwachsenden Zähnen – dem Anschnitt – bewerkstelligt, d. h. Gewindebohren kann man sich auch als rotatorisches Räumverfahren vorstellen. Die Zerspanungsarbeit wird nur von den Zähnen im Anschnitt inklusive dem ersten vollen Gewindezahn geleistet. Die restlichen Gewindezähne dienen nur der Führung des Werkzeuges (Bild 3).

Bild 3: Funktionsweise Gewindebohrer Anschnitt

Gewinde können in der Regel in Werkstücke bis zu einer Festigkeit von 63HRc geschnitten werden.
Gewinde werden üblicherweise mit einem Einschnittwerkzeug geschnitten. Satzgewindebohrer werden nur in Ausnahmefällen – bei besonders groben Profilen – oder bei Reparaturen, dann auch oft von Hand, eingesetzt.
Erschwerend bei der Prozessauslegung für das Gewindebohren ist, dass der eigentliche Spanentstehungsprozess nicht zu sehen ist, da er sich im Gewindeloch vollzieht. Es ist daher nur indirekt möglich, die Zerspanung zu beurteilen, z. B. anhand der Ausprägungsformen der Späne. Die Orientierung der Spannuten ist von erheblicher Bedeutung und im Allgemeinen abhängig davon, ob Grundloch- oder Durchgangslochbearbeitung stattfindet (Schälanschnitt oder linksgerichtete Nuten für Durchgangslöcher, rechtsorientierte Nuten für Grundlöcher bei rechtsgängigen Gewinden). Typischerweise werden pro Nut mehrere Spanzöpfe erzeugt. Die Richtung in der die Spanzöpfe fließen ist abhängig von der Nutform und kann mit oder entgegen der Vorschubrichtung gerichtet sein (Bild 4).

Spanbildung Spanzopf

Die Schnittkräfte und die Richtung der Nuten bestimmen die Richtung der resultierenden Schnittkräfte, welche den Gewindebohrer in die Bohrung hineinziehen oder aus ihr herausdrücken.
Im Fertigungsprozess werden Gewindebohrer auf einer Vielzahl unterschiedlicher Maschinen, z. B. Bohrmaschinen, Gewindeschneidmaschinen, Bearbeitungszentren, Mehrspindelmaschinen und vielen anderen mehr, eingesetzt. Diese sind alle mit unterschiedlichen Vorschubsteuerungen ausgestattet. Da beim Gewindebohren mit einer Umdrehung des Werkzeuges auch immer ein axialer Vorschub von genau einer Gewindesteigung einhergehen muss, ist die Synchronität von Drehzahl und Vorschub unabdingbar. Hierbei ist zu beachten, dass die Schnittgeschwindigkeit, also die Drehzahl, während zumindest eines Teils der Bearbeitung nicht konstant ist und bis auf Null absinkt. Besonders im Umkehrpunkt, also bei der Reversierung der Drehrichtung, kann es auch bei modernsten Maschinen zu minimalen Abweichungen der Synchronität kommen. Deshalb ist grundsätzlich von einer starren Spannung des Gewindebohrers abzuraten. Bei guter Synchronität von Vorschub und Drehzahl wird ein Soft-Synchro-Gewindeschneidfutter empfohlen, welches einen minimalen Längenausgleich von ca. ± 0,5 mm ermöglicht und somit Axialkraftspitzen im Umkehrpunkt reduziert. In allen anderen Fällen wird mit Druck- und Zugausgleichsfuttern gearbeitet, die mehrere Millimeter Längenausgleich ermöglichen. Diese nehmen die resultierenden Schnittkräfte und die Ungenauigkeiten der Steigungsführung der Maschine auf, wobei eine ausreichende Steigungsführung des Gewindebohrers durch die geeignete Wahl der Werkzeuggeometrie sichergestellt sein muss.
Bei nicht ausreichend axial geführten Werkzeugen besteht die Gefahr des axialen Verschneidens, also ein gegenüber der Gewindesteigung Vor- oder Nacheilen des Werkzeuges, das in der Praxis oft als „zu groß Schneiden“ bewertet wird. Hierbei lässt sich die Ausschuss Gewindelehre in das Gewinde einschrauben. Aber nicht der erzeugte Gewindeaußendurchmesser ist zu groß, sondern das Gewinde ist in axialer Richtung zu „breit“ geschnitten (Bild 5 und Bild 6).

Bild 5: Gewinde axial Verschneiden durch Voreilen des Werkzeuges

Bild 6: Lehrung eines axial verschnittenen Gewindes mit dem Ausschuss-Lehrdorn

Entgegen den meisten anderen Fertigungsverfahren gibt es beim Gewindebohren nur einen – in bestimmten Grenzen – frei wählbaren Schnittparameter, die Schnittgeschwindigkeit. Deshalb müssen alle anderen Parameter der jeweiligen Anwendung entsprechend bei der Konstruktion des Werkzeuges berücksichtigt sein. Die große Zahl der Anwendungsfälle macht daher die Verfügbarkeit einer immensen Vielfalt von Werkzeugausführungen notwendig, um in jedem Fall maximale Leistung zu ermöglichen.
Schneidgeometrien am Gewindebohrer reflektieren das zu bearbeitende Material, nicht nur durch den Spanwinkel, sondern auch durch den Freiwinkel, oft auch als Hinterschliff bezeichnet. Schließlich ist beim Gewindebohrer das zu erzeugende Gewindeprofil integraler Bestandteil der Gewindebohrergeometrie, da es unverändert im Werkstück abgebildet wird.


Inhaltsverzeichnis
Literaturhinweis

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Paucksch, E.; Holsten, S.; Linß, M.; Tikal, F.: Zerspantechnik. Prozesse, Werkzeuge, Technologien. Vieweg+Teubner, Kassel/Lüneburg 2008
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