Gewindeschneiden als spanendes Fertigungsverfahren
Gewindeschneiden ist ein spanendes Fertigungsverfahren, das haben Sie sicher schon häufig gehört. Aber haben Sie sich auch schon gefragt, was das eigentlich genau bedeutet? Dieser Frage wollen wir heute gemeinsam auf den Grund gehen.
Was unterscheidet das Zerspanen von anderen Fertigungsverfahren, was genau passiert da eigentlich beim Schneiden eines Gewindes und gibt es auch noch andere Möglichkeiten, ein Gewinde herzustellen? Das und noch viel mehr finden Sie heraus, wenn Sie weiterlesen.
So werden Fertigungsverfahren unterschieden
Das gemeinsame Ziel aller Fertigungsverfahren ist es, eine zuvor geplante Werkstückform zu erzeugen, und das am besten möglichst präzise und wirtschaftlich. Um dieses Ziel zu erreichen, gibt es zahlreiche Wege. Diese werden in der Fertigungstechnik zunächst in sechs Hauptgruppen eingeteilt:
- Urformen
- Umformen
- Trennen
- Fügen
- Beschichten
- Stoffeigenschaften ändern
Spanende Verfahren gehören zu der dritten Gruppe, dem Trennen. Allen Verfahren dieser Gruppe gemein ist die Tatsache, dass hier Material abgetragen wird, um eine Formänderung beim Werkstück zu erreichen.
Welche spanenden Verfahren gibt es nach DIN 8589?
Wenn Sie über die Anzahl der Hauptgruppen schon überrascht waren, dann können wir leider noch keine Entwarnung geben. Wir sind noch lange nicht beim Gewindebohren angekommen. Denn auch die spanenden Verfahren lassen sich noch vielfältig weiter untergliedern.
Die Unterteilung der spanenden Verfahren
Das Zerspanen ist also eine Untergruppe der trennenden Fertigungsverfahren. Aber hier lassen sich noch weitere Unterteilungen vornehmen. Zunächst erfolgt die Einteilung in:
- Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide oder
- Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide
Beim Gewindebohren sind Anzahl und die genaue Geometrie der Schneiden nicht nur festgelegt, sondern extrem wichtig für das Ergebnis des Vorgangs. Es handelt sich also um Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide.
Im Kontrast dazu steht als Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide z. B. das Schleifen. Auch hier tragen Schneiden Material ab, allerdings auf mikroskopisch kleiner Ebene an den Kanten der Körner auf einer Schleifscheibe.
Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide
Auch die Gruppe der spanenden Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide lässt sich wieder in zahlreiche weitere Untergruppen aufteilen. Dazu gehören etwa das Drehen, das Fräsen und das Sägen. Eine gemeinsame Untergruppe formen Bohren, Senken und Reiben, und jetzt sind wir auch schon fast beim Gewindebohren angekommen!
Bohren, Senken, Reiben
Diese drei Verfahren werden zusammengefasst, weil sie ähnliche Schnitt- und Vorschubbedingungen teilen und sich auch die verwendeten Werkzeuge in vielen Punkten ähneln. Zum Bohren gehört neben dem Bohren ins Volle, dem Aufbohren und dem Profilbohren eben auch das Gewindebohren.
Zusammenfassend sieht die Abfolge der Gruppen als folgendermaßen aus:
Trennen → Zerspanen → Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide → Bohren, Senken, Reiben → → Bohren → Gewindebohren
Das passiert beim Spanen mit Werkzeug und Werkstück
Beim Spanen sind zwei Bewegungen ausschlaggebend, die Schnittbewegung und die Vorschubbewegung. Beim Bohren ist die Schnittbewegung kreisförmig und wird durch das Werkzeug ausgeführt – anders als etwa beim Drehen, wo das Werkstück rotiert. Der Vorschub sorgt dafür, dass das Werkzeug in den Werkstoff eindringen kann.
Ein Hauptmerkmal der Zerspanung ist die Spanbildung. Das abgetragene Material löst sich natürlich nicht einfach in Luft auf, sondern formt Späne unterschiedlichster Form. Das ist ein nicht vermeidbarer Nebeneffekt, der gerade beim Gewindebohren zu Problemen führen kann.
Die Zerspanbarkeit eines Werkstoffes ist ein zentraler Faktor, wenn es darum geht, Werkstücken per Hand oder unter Einsatz von Werkzeugmaschinen die gewünschte Form zu verleihen. Die meisten Metalle lassen sich gut zerspanen, weswegen dieses Fertigungsverfahren in der Metallbearbeitung auch von besonders großer Bedeutung ist.
Spanen beim Gewindebohren
Anders als beim Bohren ins Volle ist der erste Schritt beim Schneiden eines Gewindes die Herstellung eines Kernlochs. Die Zerspanung findet dann ganz vorne am Werkzeug statt, im Bereich des Anschnitts. Die übrigen Gewindegänge am Gewindebohrer dienen der Führung.
Auch ein Gewindebohrer führt eine Schnitt- und eine Vorschubbewegung aus, wobei der Vorschub von der Steigung des Gewindes bestimmt wird. Das abgetragene Material wird durch die Nuten je nach Art der Bohrung in Schneidrichtung oder entgegen der Schneidrichtung abtransportiert.
Mit einer Werkzeugmaschine lässt sich in einem Arbeitsschritt ein Gewinde erzeugen. Beim Gewindebohren von Hand werden jedoch immer drei (bzw. zwei bei Feingewinden) Werkzeuge benötigt: Vor-, Mittel- und Fertigschneider. Dadurch wird der Zerspanvorgang in mehrere Schritte unterteilt und erst der Fertigschneider erzeugt das vollständig ausgeprägte Gewindeprofil.
Gibt es auch nicht-spanende Verfahren zur Gewindeherstellung?
Bei der Fertigung eines Gewindes können neben dem Gewindebohren noch andere Verfahren zum Einsatz kommen. Dazu zählenden spanende Methoden wie das Drehen oder Fräsen. Aber es ist auch möglich, Gewinde ganz ohne Spanung herzustellen.
Das Gewindeformen oder Gewindefurchen ist ein nicht-spanendes Verfahren, mit dem ebenfalls häufig Gewinde erzeugt werden. Dabei wird das Material nicht abgetragen, sondern lediglich verdrängt. Entsprechend werden auch die Fasern des Werkstoffes bei dieser Methode nicht unterbrochen.
Das Gewindeformen ist eine gute Alternative für stabile Innengewinde in Werkstoffen mit einer geringen Zugfestigkeit. Da keine Späne anfallen, kann es auch nicht zu Spanproblemen kommen und das Verfahren erzeugt eine besonders glatte Werkstückoberfläche. Allerdings sind viele Werkstoffe nicht zum Gewindeformen geeignet. Zudem kann die Methode nicht per Hand angewandt werden und benötigt durch die hohe Wärmeentwicklung auch einen besonderen Fokus auf die Kühlung und Schmierung.
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