Letzten Monat haben wir 47 Edelstahlgehäuse verschrottet, weil die M6-Gewindegewinde bei der abschließenden Qualitätskontrolle die Gut/Schlecht-Prüfung nicht bestanden haben. Der Wasserhahn war neu, das Programm bewährt, das Material war dasselbe, das wir das ganze Jahr über verwendet hatten. Es stellte sich heraus, dass die Kühlmittelkonzentration innerhalb von drei Wochen von 8 % auf 4 % gesunken war und der Bediener dies nicht bemerkt hatte. Bei Edelstahl 304 ist das der Unterschied zwischen einem sauberen Gewinde und einem gerissenen Gewinde mit kaltverfestigten Flanken.

Die Gewindebearbeitung gehört zu den Prozessen, bei denen alles stimmen muss – Werkzeug, Geschwindigkeit, Vorschub, Kühlmittel, Material, Lochgröße – sonst ist das Gewinde Schrott. Und fehlerhafte Gewinde werden erst bei der Lehrenprüfung sichtbar, was bedeutet, dass Sie bereits die gesamte Bearbeitungszeit in das Teil investiert haben, bevor Sie das Problem entdecken.

Hier ist ein praktischer Vergleich der vier von uns verwendeten Gewindebearbeitungsmethoden, basierend auf Tausenden von Teilen und vielen dabei ausrangierten Gewinden.

Starres Gewindeschneiden ist in den meisten CNC-Werkstätten die Standardeinstellung. Die Spindel synchronisiert die Drehung mit dem Vorschub der Z-Achse genau im Verhältnis der Gewindesteigung. Theoretisch schneidet der Gewindebohrer jedes Mal ein perfektes Gewinde. In der Praxis funktioniert es hervorragend in Aluminium, Messing und Automatenstählen. Bei Edelstahl, Titan und allem, was kaltverfestigt wird, funktioniert es weniger gut.

Das Problem beim Klopfen besteht darin, dass Sie sich engagieren. Sobald der Gewindebohrer in das Loch eindringt, schneidet er entweder ein gutes Gewinde oder nicht – es gibt keine Möglichkeit zum Nachstellen. Der Hahn kann während des Schnitts weder beschleunigen noch verlangsamen oder die Richtung ändern. Wenn der Span nicht abfließt, füllt sich der Gewindebohrer mit Spänen und bricht oder reißt das Gewinde.

Geschwindigkeitsbegrenzungen beim Tippensind real und unversöhnlich. Bei Edelstahl 304 klopfen wir M6 mit maximal etwa 500 U/min. In Aluminium 6061 können wir denselben M6-Gewindebohrer mit 2.000 U/min betreiben. Der Unterschied liegt nicht im Gewindebohrer, sondern in der Tendenz des Materials, sich an der Schneidkante zu verfestigen. Wenn Sie beim Edelstahl die Drehzahl erhöhen, härtet das Material schneller aus, als der Gewindebohrer es schneiden kann.

Sackloch-GewindeschneidenHier treten die meisten Probleme auf. Späne müssen irgendwo hin, und in einem Sackloch häufen sie sich am Boden. Gewindebohrer mit Spiralnut ziehen die Späne nach oben (geeignet für Durchgangslöcher), Gewindebohrer mit Spiralspitze drücken die Späne nach unten (geeignet nur für Durchgangslöcher). Für Sacklöcher verwenden wir Gewindebohrer mit Spiralnut und kontrollierten Gewindeschneidzyklen – der Gewindebohrer fährt regelmäßig zurück, um Späne zu entfernen.

Beim Gewindefräsen wird ein Einzelschneidenfräser verwendet, der zum Schneiden des Gewindes einer spiralförmigen Bahn folgt. Der Fräser ist kleiner als der Gewindedurchmesser, er dreht sich also nach innen und bewegt sich gleichzeitig mit der Gewindesteigung nach unten. Es dauert 15–30 Sekunden pro Thread (gegenüber 2–5 Sekunden beim Tippen), aber die Vorteile sind erheblich.

Der größte Vorteil: Ein Gewindefräser schneidet jedes Gewinde dieser Steigung, unabhängig vom Durchmesser. Ein M6x1,0-Gewindefräser schneidet M6x1,0, M8x1,0, M10x1,0, M12x1,0 – jede Größe mit 1,0 mm Steigung. Wir haben etwa 15 Gewindefräser auf Lager und decken alle gängigen metrischen Gewindegrößen ab. Vergleichen Sie das mit dem Gewindebohren, wo Sie für jede Gewindegröße UND -tiefe UND jedes Material einen separaten Gewindebohrer benötigen.

Gewindefräsen erzeugt auch in schwierigen Materialien bessere Gewinde. Der Fräser führt den Schnitt sauber ein und aus. Der Chip ist klein und lässt sich leicht entfernen. Es besteht keine Gefahr eines Gewindebohrerbruchs – wenn der Fräser abplatzt, ersetzen Sie ihn und führen Sie das Gewinde erneut durch. Keine EDM-Absaugung, kein Ausschussteil.

Für Linksgewinde, mehrgängige Gewinde oder Gewinde mit ungewöhnlichen Profilen (NPT, BSPT, Trapez) ist das Gewindefräsen die einzig praktikable CNC-Methode. Einen Linksgewindebohrer M8x1,25 können Sie nicht im Baumarkt kaufen, aber Ihr Gewindefräser schneidet ihn mit einem G-Code-Wechsel.

Der wahre Grund für das Gewindefräsen: Wenn die Gewindetoleranz wichtig ist. Gewindegefräste Gewinde sind durchweg präziser als Gewindegewinde, da die Schnittkräfte geringer sind und die Werkzeugablenkung minimal ist. Für Gewinde, die ein enges Maß aufweisen müssen (z. B. Luft- und Raumfahrt- oder Hydraulikarmaturen), ist das Gewindefräsen die sicherere Wahl.

Beim Gewindedrehen (Einpunkt-Gewindedrehen auf einer Drehmaschine) handelt es sich um die Methode zur Herstellung von Außengewinden an Wellen, Stangen und gedrehten Bauteilen. Das Schneidwerkzeug ist ein geformter Einsatz, der dem Gewindeprofil entspricht. Die Drehmaschine synchronisiert die Spindeldrehung mit dem Vorschub der Z-Achse und führt mehrere Durchgänge mit zunehmender Tiefe durch, bis das Gewinde fertig ist.

Das Gewindedrehen funktioniert für alle Außengewinde – metrische, UNC-, UNF-, BSW-, Acme-, Trapez- und kundenspezifische Profile. Die Wendeschneidplatte ist günstig (10–25 US-Dollar) und eine Wendeschneidplatte schneidet jeden Durchmesser dieser Steigung. Wir drehen alles mit Gewinde, von M3-Gewindestiften bis hin zu M80-Propellerwellen.

Der Multiple-Pass-Ansatz ist der Schlüssel zur Qualität. Ein typisches M10x1,5-Außengewinde erfordert 8–12 Durchgänge, wobei jeweils 0,05–0,15 mm Material aus der Gewindetiefe entfernt werden. Die leichten Durchgänge verhindern die Kaltverfestigung von Edelstahl und Titan. Der letzte Federdurchgang (Schnitttiefe Null) beseitigt etwaige Abweichungen von den vorherigen Durchgängen.

Gewindedrehen vs. Gewindeschneiden: Das Einfädeln der Matrize (das Herunterfahren einer Matrize über eine Welle von Hand oder mit einem Matrizenhalter am Reitstock der Drehmaschine) geht bei einmaligen Arbeiten schnell. Die Gewinde der Matrizen weisen jedoch eine schlechte Konzentrizität auf (die Matrize richtet sich selbst aus, was bedeutet, dass das Gewinde den Vorgaben der Wellenoberfläche folgt). Beim Gewindedrehen entstehen Gewinde, die konzentrisch zu den Lagerzapfen der Welle sind, da beide in der gleichen Aufspannung geschnitten werden.

Beim Gewinderollen (auch Gewinderollen genannt) wird Material nicht geschnitten, sondern verdrängt. Der Rollstempel drückt in die Werkstückoberfläche und verformt das Material kalt zum Gewindeprofil. Die Gewindekämme entstehen durch Materialverdrängung aus den Wurzeln.

Das Ergebnis ist ein stärkerer Faden. Durch den Kaltumformprozess erhöht sich die Härte der Gewindeoberfläche um 10–30 % (Kaltverfestigung ist hier ein Vorteil, kein Problem). Die Kornstruktur folgt der Gewindekontur, anstatt quer dazu geschnitten zu werden. Die Dauerfestigkeit von gerollten Gewinden ist 30–50 % höher als die von geschnittenen Gewinden.

Rollformen eignet sich für jedes duktile Material – Aluminium, Messing, Baustahl, Edelstahl. Es funktioniert NICHT bei harten Materialien (gehärteter Stahl, Titan) oder spröden Materialien (Gusseisen, einige Kunststoffe).

Die Einschränkung liegt in der Komplexität der Einrichtung. Die Rollbacken müssen genau auf die Mittellinie des Werkstücks ausgerichtet sein und die Vorschubgeschwindigkeit muss genau mit der Gewindesteigung übereinstimmen. Auf einer CNC-Drehmaschine verwenden wir einen Gewinderollaufsatz, der am Werkzeughalter montiert wird. Die Einrichtung dauert pro Threadgröße 30–60 Minuten.

Bei Innengewinden: Beginnen Sie mit dem Gewindeschneiden. Wenn das Material leicht ist (Aluminium, Messing) und das Loch durchgehend ist, ist das Gewindeschneiden am schnellsten und kostengünstigsten. Wechseln Sie zum Gewindefräsen, wenn das Material Edelstahl oder Titan ist, wenn es sich um ein Sackloch handelt, wenn Sie mehrere Gewindegrößen benötigen oder wenn ein gebrochener Gewindebohrer katastrophale Folgen hätte (teures Teil, spät im Bearbeitungsprozess).

Bei Außengewinden: Beginnen Sie mit dem Gewindedrehen. Es ist der Standard für CNC-Drehmaschinen. Fügen Sie Rollformen hinzu, wenn das Gewinde maximale Ermüdungsfestigkeit erfordert (Motorwellen, Aufhängungskomponenten, hochzyklische Befestigungselemente).

Für die Massenproduktion: Vorteile durch Geschwindigkeit und Kosten für einfache Materialien. Das Gewindefräsen ist bei schwierigen Materialien erfolgreich, bei denen die Lebensdauer des Gewindebohrers kurz ist (für einen 10.000-teiligen Edelstahllauf verbrauchen Sie Gewindebohrer im Wert von 500 US-Dollar – ein Gewindefräser für 80 US-Dollar erledigt die gleiche Aufgabe).

Eine letzte Sache, die viele überrascht: Der Lochdurchmesser ist bei Innengewinden wichtiger als man denkt. Der Gewindebohrer (oder Gewindefräser) schneidet nicht das gesamte Gewindeprofil aus Vollmaterial. Das Loch wird auf einen bestimmten Durchmesser vorgebohrt und das Gewindeschneidwerkzeug schneidet nur die letzten 30–50 % der Gewindetiefe. Wenn Sie das Loch zu groß bohren, erhalten Sie flache, abstreifende Gewinde. Bohren Sie zu klein und der Gewindebohrer bricht (oder der Gewindefräser klappert). Die richtige Gewindebohrergröße für M6x1,0 ist 5,0 mm, nicht 5,1 mm oder 4,9 mm. Dieser Unterschied von 0,1 mm ist der Abstand zwischen einem guten Gewinde und einem Ausschussteil.