Gewindefertigung

Es gibt zwei Hauptgruppen von Gewinden:
Befestigungs - und Bewegungsgewinde
Diese unterscheiden sich durch ihre Aufgabe und den Reibungswinkel.

Befestigungsgewinde werden verwendet um Bauteile zerstörungsfrei zu verbinden und zu lösen. Dafür werden meistens metrische Gewinde verwendet.

Bewegungsgewinde werden zum Einstellen und Messen von Maßen (Bügelmeßschraube), zum genauem Bewegen von Maschinenteilen (Zugspindel einer Drehmaschine) und zum Spannen von Werkstücken (Schraubstock) verwendet. Dafür werden meistens Trapez - und Flachgewinde verwendet.

Rund - (Lampen - und Sicherheitsfassungen) und Whitworth - Rohrgewinde (Rohre mit Zollabmessungen) werden nur noch für Sonderfälle verwendet.

Die Herstellung kann nach zwei verschiedenen Verfahren erfolgen:
Spanlose und Spanende Herstellung von Gewinden

Spanlose Herstellung von Gewinden

Alle genormten Muttern und Schrauben werden heutzutage spanlos ( Fließpressen ) hergestellt. Kleinere Losgrößen werden durch Warmverformung bearbeitet, größere Losgrößen werden durch Kaltverformung hergestellt. Kaltverformung kann nur bei einem niedrigen C - Gehalt verwendet werden.
Vorteile gegenüber der Spanenden Herstellung:

höhere Dauerfestigkeit nicht unterbrochener Faserverlauf glattere Oberfläche und dadurch weniger Reibung wirtschaftliche Fertigung durch minimale Fertigungszeit und erheblicher Werkstoffeinsparung

Das Material kann gute Warmverformbarkeit durch den Legierungsstoff Mangan und gute Kaltverformbarkeit durch die Legierungsstoffe Nickel und Chrom erhalten.



Bild 4: Gewindewalzen
a: mit Flachbacken
b: mit Rundwerkzeugen im Einstechverfahren
c: mit Rundwerkzeugen im Durchlaufverfahren

1 ortsfestes Werkzeug
2 verstellbares Werkzeug
3 Werkstück
4 Werkstückauflage

Gewindewalzen

Beim Gewindewalzen mit Flachwerkzeugen (Bild 4a) besitzt das Backenpaar das Gewindeprofil mit dem Steigungswinkel des Gewindes, wobei eine Backe fest und die andere beweglich ist. Der Rohling wird zwischen den flachen Backen gewalzt.
Das Gewindewalzen mit Rundwerkzeugen kann durch Einstech - oder Durchlaufverfahren erfolgen. Das Werkstück wird beim Einstechverfahren mit einem Lineal gehalten und beim Durchlaufverfahren zwischen Spitzen gespannt. Beim Einstechverfahren (Bild 4b) besitzen die Walzen das Gegenprofil mit dem gleichen Steigungswinkel. Die Drehachsen des Werkstücks und der Werkzeuge müssen zueinander parallel stehen. Jedes Rollenpaar kann man nur für ein ganz bestimmtes Gewinde verwenden. Beim Durchlaufverfahren (Bild 4c) weisen die Rollen nebeneinander liegende, steigungslose Gewindeprofile auf. Sie werden um den benötigten Steigungswinkel um die horizontale Längsachse geschwenkt. Verwendung im beschränkten Maß auch bei anderen Werkstückdurchmessern möglich. Geringere Steigungsgenauigkeit als beim Einstechverfahren.

Gewindedrücken

Das Gewindedrücken (Bild5) wird zur Herstellung von Rundgewinden in dünneren Blechen verwendet. Das Gewinde wird dabei durch zwei profilierte Walzen in das Werkstück gedrückt.




Bild 5: Gewindedrücken

1 Drückwalze
2 Werkstück

Spanende Herstellung von Gewinden

In diesem Fall verwendet man meistens Automatenstahl als Ausgangswerkstoff, der wegen seiner guten Zerspanbarkeit relativ spröde ist ( Legierungswerkstoffe Schwefel und Phosphor ). Mitunter kommt auch Vergütungsstahl in Betracht, wenn vorgepreßte Rohlinge durch Drehen und Schleifen zu Taillen - oder Paßschrauben fertigbearbeitet werden.



Bild 1: Gewindeherstellung durch Spanen


a b c

Bild 6: Schraubdrehen
a: Gewindedrehen
b: Gewindestrehlen
c: Gewindeschneiden
Es gibt drei Arten von Schraubdrehen (Bild1c): Gewindedrehen, Gewindestrehlen und das Gewindeschneiden. Beim Schraubdrehen wird ein Profilwerkzeug verwendet. Der Vorschub je Werkstückumdrehung ist gleich der Steigung der Schraube.

Gewindedrehen (Bild 6a)

Beim Gewindedrehen wird ein einprofiliger Drehmeißel verwendet. Der Vorschubantrieb erfolgt über die Leitspindel. Die Gewindedrehmeißel entsprechen dem Profil eines Gewindeganges. Das Gewindeprofil wird in 6 bis 14 Schritten auf sein Fertigmaß gebracht.
Bei der Radial - /Flankenzustellung (Bild 7a) schneidet man zuerst mit der rechten Schneide vor, erst die letzten Schlichtschnitte werden mit beiden Flanken gefahren.


a b

Bild 7: Zustellungsarten
a: Radial - /Flankenzustellung
b: Radialzustellung
Beim Einsatz von Klemmhaltern werden spezielle Gewindedrehplatten verwendet, die mit der linken und rechten Schneide gleichzeitig spanen können (Radialzustellung) (Bild 7b) und beim letzten Durchlauf auch noch den Außendurchmesser nachbearbeiten: Die erforderliche Schnittzahl wird dadurch wesentlich kleiner.

Gewindestrehlen (Bild 6b)

Beim Gewindestrehlen wird das Gewinde mit einem Werkzeug erzeugt, das in Vorschubrichtung mehrere mit zunehmender Schnittiefe gestaffelte Schneidprofile aufweist und das Gewinde in einem Ãœberlauf zu erzeugen vermag.

Gewindeschneiden (Bild 6c)

Beim Gewindeschneiden wird mit einem Werkzeug gearbeitet, das mehrere radial oder tangential schneidende Strehlerbacken besitzt. Schneideisen (Bild 1a) oder Schneidkluppen (Bild 1b) werden von Hand und bei Gewinden mit geringen Genauigkeitsanforderungen verwendet. Bei Schneidkluppen entfällt das Zurückdrehen. Das hat den Vorteil, dass die Drehrichtung des Werkstückes gleichbleibt und sich die Hauptzeiten verkürzen.

Gewindebohren

Gewindebohren ist Aufbohren mit einem Gewindebohrer zur Erzeugung eines Innengewindes (Bild 1a). Die geometrische Schneidform eines Gewindebohrers ist in Bild 2 dargestellt. Der Anschnitt übernimmt den Hauptteil der Zerspanung, während der übrige Teil weitgehend der Führung dient. Es werden Hand - und Maschinengewindebohrer verwendet. Handgewindebohrer werden meist als Einschnittgewindebohrer verwendet. Bedingte Bruchgefahr sowie ungünstige Reibungsverhältnisse bedingen auch beim maschinellen Gewindebohren niedrige Schnittgeschwindigkeiten.


Bild 2: Schneidenform eines Gewindebohres

Gewindefräsen

Beim Langgewindefräsen ist die herstellbare Gewindelänge unabhängig vom Werkzeug (Bild 1d). Je nach Gewindesteigung wird die Fräserachse zur Werkstückachse geschwenkt. Es kann im Gleichlauf oder im Gegenlauf gefräst werden. Das Werkstück dreht sich langsam mit. Das Langgewindefräsen wird bei längeren Gewindestangen angewendet. Hohe Formgenauigkeit lässt sich nur durch Nachbearbeitung durch Drehen oder Schleifen erreichen.
Beim Kurzgewindefräsen werden walzenförmige Gewindefräser eingesetzt (Bild 1e). Die Walzen besitzen nebeneinander liegende Gewindeprofile ohne Steigung, deren Abstand der Gewindesteigung entspricht. Mit einem Werkzeug können nur Gewinde gleicher Steigung aber auf verschieden großen Durchmessern gefertigt werden. Werkzeug und Werkstück liegen achsenparallel. Da die radiale Zustellung auf die volle Gewindetiefe etwa 1/6 Werkstückumdrehungen erfordert, ist das Gewinde nach knapp 1 1/6 Umdrehungen fertig. Kurzgewindefräsen wird für feine bis mittlere Steigungen verwendet.

Gewindewirbeln

Bild 3: Prinzip des Gewindewirbelns
Auch Gewindeschälen, Einzahn - oder Schlagzahnfräsen genannt (Bild 1f und 3). Bei diesem Verfahren führt das Werkstück den Rundvorschub aus. Ein bis vier zum Drehmittelpunkt des Halters weisende Meißel umlaufen auf einem Flugkreis exzentrisch das Werkstück. Dabei ist der Wirbelkopf um den Steigungswinkel zum Werkstück geneigt. Das Gewinde wirbeln kann im Gleichlauf oder im Gegenlauf erfolgen. Im Gegensatz zum Langgewindefräsen bringt dieses Verfahren eine bessere Oberfläche, eine höhere Steigungsgenauigkeit und eine extreme Zeitersparnis (bis zu 90% gegenüber dem Drehen).


Bild 8: Gewindeschleifverfahren
a: Längsschleifen mit einprofiliger Schleifscheibe
b: Längsschleifen mit mehrprofiliger Schleifscheibe
c: Einstechschleifen mit mehrprofiliger Schleifscheibe

Gewindeschleifen

Mit Einprofilscheiben (Bild 1g und 8a) wie Langgewindefräsen, wird aber meistens auf speziellen Gewindeschleifmaschinen gemacht. Es können alle vorkommenden Steigungen geschliffen werden.
Mit Mehrprofilscheiben (Bild 1h, 8b und 8c) im Einstechverfahren (Bild 8c) ähnlich dem Kurzgewindefräsen, im Längsschleifverfahren (Bild 8b) für längere Gewinde. Beim Längsschleifverfahren wird das Scheibenprofil (ohne Steigung) konisch abgezogen. Mit Mehrprofilscheiben wird der Prozeß zwar beschleunigt, aber dafür nimmt die Fertigungsgenauigkeit ab.

Gewindeerodieren

Gewindeerodieren wird meist bei schwer zerspanbaren Werkstoffen, meist für die Herstellung von Innengewinden, eingesetzt. Die Werkzeugelektrode, bestehend aus Messing, Kupfer oder Stahl, besitzt das Gewindeprofil und schraubt sich in das meist mit einer Kernbohrung vorbearbeitete Werkstück.

Gewindeprüfung

Maßgebend für die Güte einer Schraubenverbindung ist das Tragen an den Flanken (Die Flanken sollen weitesgehend an den Flanken des Gegenstückes anliegen).



Bild 9: Bestimmgrößen am Gewinde
Ein Gewinde ist durch fünf Bestimmungsgrößen eindeutig festgelegt (Bild 9):

Aussendurchmesser d, D Kerndurchmesser d₁, D₁ Flankendurchmesser d₂, D₂ Steigung p Flankenwinkel α (Teilflankenwinkel α₁, α₂)

Da Steigung, Flankenwinkel und Flankendurchmesser sich gegenseitig beeinflussen, wird nur der Flankendurchmesser geprüft. Der Flankendurchmesser wird oft durch den Paarungsflankendurchmesser geprüft. Dabei wird der Flankendurchmesser mit mehrgängigen Gewindemeßrollen angetastet.

Welche Bestimmgrößen zu ermitteln sind, hängt von dem vorgesehenen Verwendungszweck ab. Der Verwendungszweck wird in vier Hauptgruppen unterteilt:

Befestigungsgewinde
lösbarer Sitz
fester Sitz Bewegungsgewinde
Ãœbertragung einer Kraft
Übertragung einer Meßbewegung
Ãœbertragung einer Steuerbewegung Dichtungsgewinde
lösbarer Sitz
fester Sitz Lehrengewinde

Eine Methode um Gewinde zu prüfen sind Gewindelehren. Um Bolzengewinde zu prüfen, verwendet man Gewindegutlehrringe. Für Mutterngewinde werden Lehrdorne verwendet.
Weiters gibt es optische Meßmethoden, die mit Mikroskopen durchgeführt werden.
Am sichersten aber ist die Dreidrahtmessung (Bild 10) die den Flankendurchmesser überprüft, bei der zwei Drähte auf der einen, und ein Draht auf der anderen Seite liegen. Man muss nur darauf achten, dass die Drähte in der Flankenmitte liegen, dann eine, der Bügelmeßschraube ähnliche, Meßschraube anlegen und der Rest besteht aus rechnen.



Bild 10: Dreidrahtmethode zur Bestimmung des Flankendurchmessers

M Prüfmaß
d₂ Flankendurchmesser
P Steigung
α/2 Teilflankenwinkel
d_D Meßdrahtdurchmesser
a Gangzahl

Gewindeherstellung

Es gibt zwei Hauptgruppen von Gewinden:
Befestigungs - und Bewegungsgewinde

Befestigungsgewinde werden verwendet um Bauteile zerstörungsfrei zu verbinden und zu lösen. Dafür werden meistens metrische Gewinde verwendet.

Bewegungsgewinde werden zum Einstellen und Messen von Maßen (Bügelmeßschraube), zum genauem Bewegen von Maschinenteilen (Zugspindel einer Drehmaschine) und zum Spannen von Werkstücken (Schraubstock) verwendet. Dafür werden meistens Trapez - und Flachgewinde verwendet.

Die Herstellung kann nach zwei verschiedenen Verfahren erfolgen:
Spanlose und Spanende Herstellung von Gewinden

Spanlose Herstellung von Gewinden

Vorteile gegenüber der Spanenden Herstellung:

höhere Dauerfestigkeit nicht unterbrochener Faserverlauf glattere Oberfläche und dadurch weniger Reibung wirtschaftliche Fertigung durch minimale Fertigungszeit und erheblicher Werkstoffeinsparung

Gewindewalzen

1.) Gewindewalzen mit Flachwerkzeugen (Bild 4a)
2.) Gewindewalzen mit Rundwerkzeugen
2.1.) Einstechverfahren (Bild 4b)
2.2.) Durchlaufverfahren (Bild 4c)

Gewindedrücken (Bild 5)

Spanende Herstellung von Gewinden

Es gibt drei Arten von Schraubdrehen (Bild1c): Gewindedrehen, Gewindestrehlen und das Gewindeschneiden.

Gewindedrehen (Bild 6a)

1.) Radial - /Flankenzustellung (Bild 7a)
2.) Radialzustellung (Bild 7b)

Gewindestrehlen (Bild 6b)

Gewindeschneiden (Bild 6c)

1.) Schneideisen (Bild 1a)
2.) Schneidkluppen (Bild 1b)

Gewindebohren (Bild 2)

1.) Handgewindebohrer
2.) Maschinengewindebohrer

Gewindefräsen

1.) Langgewindefräsen (Bild 1d)
2.) Kurzgewindefräsen (Bild 1e)

Gewindewirbeln (Bild 1f und 3)

Gewindeschleifen

1.) Einprofilscheiben (Bild 1g und 8a)
2.) Mehrprofilscheiben (Bild 1h, 8b und 8c)
2.1.) Einstechverfahren (Bild 8c)
2.2.) Längsschleifverfahren (Bild 8b)

Gewindeerodieren

Gewindeprüfung

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