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maschine+werkzeug 10/2016

Knochenarbeit im Turbotakt

Werkzeuge

Gewinde - Das Gewindewirbeln gibt es bereits seit 1942 und wird seither ohne große Entwicklungen für die Herstellung schraubenförmiger Teile, zum Beispiel der Knochenschraube, eingesetzt. Jetzt wurden zwei neue Verfahren entwickelt, um die Fertigung solcher Teile effizienter zu machen.

Die Anforderungen an Knochenschrauben sind hoch: Die geometrische Genauigkeit liegt je nach Einsatzzweck bei fünf Mikrometer und die eingesetzten Materialen – Titan oder Kobalt-Chrom-Legierungen - sind nicht leicht zu zerspanen. Damit sich die Schrauben schnell und sicher in den Knochen einschrauben lassen, werden standardmäßig zwei- oder dreigängige Gewinde gefertigt. Da viele Schrauben zudem selbstschneidend eingedreht werden, müssen sie eine extrem hohe Oberflächenqualität aufweisen.

Bisher werden Knochenschrauben mithilfe des Gewindewirbelns gefertigt. Bei dem fräsenden Verfahren bestimmt das Werkzeug den Abtrag; die Steigung des Gewindes wird allein durch den Vorschub und die Umdrehungszahl des Werkstücks definiert. Das Werkzeug besteht üblicherweise aus einem scheibenförmigen Grundkörper, der mit Hartmetallwendeschneidplatten bestückt ist.

Das Wirbeln bietet eine spindelnahe Bearbeitung, eine geringe Belastung und kurze Späne. Mit dem Verfahren lassen sich ein- oder mehrgängige, metrische und konische, rechts- und linksdrehende Innen- und Außengewinde mit fast beliebiger Profilform herstellen. Seit der Patentanmeldung im Jahr 1942 ist das Gewindewirbeln jedoch nahezu unverändert im Einsatz und nimmt in der Fertigung viel Zeit in Anspruch. Da sich der Markt für Knochenschrauben in den letzten Jahren stark vergrößert hat, ist das Verfahren mittlerweile nicht mehr effizient genug.

Aufgrund der hohen Stückzahlen werden beim Wirbeln Langdrehautomaten verwendet. Da das Stangenmaterial bei Langdrehautomaten nur am Außendurchmesser geführt wird, wird ins Volle gefräst. Die hierfür notwendige Führungsbüchse ist relativ kurz, so dass ein Zurückziehen des Bauteils nur bis 1,5xD möglich ist. Viele Knochenschrauben sind aber länger. Nur Wirbelwerkzeuge, die in Spindelnähe arbeiten, können diese langen Gewinde herstellen. Ein vorheriges Überdrehen ist aufgrund der Führung des Stangenmaterials nicht möglich. Daher muss mit dem Werkzeug das komplette Material bis zum Gewindeaußendurchmesser abgetragen werden. Um das Gewinde zu schneiden, darf die Schneide ihre Präzision nicht verlieren. Allerdings entfallen bei einer Schraube mit einem Kopfdurchmesser von acht Millimeter und einem Gewindeaußendurchmesser von 6,5Millimeter rund 55Prozent des Zerspanvolumens auf den reinen Materialabtrag.

Die gleichmäßige Belastung der Schneiden für das Schruppen und Schlichten ist ein großer Nachteil, denn schon geringer Verschleiß führt zu einer Verschlechterung der Gewindequalität. Wenn sich das Material auf eine andere Weise abtragen ließe, ohne die Führung an der Maschine zu verlieren, würde das die Standzeiten erhöhen und die Schraubenkontur könnte schneller fertiggestellt werden. Dazu gibt es jetzt zwei neue Ansätze.

  • Bisher werden Knochenschrauben standardmäßig mit solchen Wirbelwerkzeugen gefertigt.

    Bisher werden Knochenschrauben standardmäßig mit solchen Wirbelwerkzeugen gefertigt.

  • Beim Turbowirbelwerkzeug von Horn findet im Gegensatz zu herkömmlichen Werkzeugen eine Schnittaufteilung statt.

    Beim Turbowirbelwerkzeug von Horn findet im Gegensatz zu herkömmlichen Werkzeugen eine Schnittaufteilung statt.

  • Dank vorgelagertem Drehprozess sinken beim Drehwirbeln die Bearbeitungszeiten von Knochenschrauben erheblich.

    Dank vorgelagertem Drehprozess sinken beim Drehwirbeln die Bearbeitungszeiten von Knochenschrauben erheblich.

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Paul Horn GmbH Hartmetall Werkzeugfabrik

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