Neues Werkzeugdesign

Andrea Gillhuber,

Gewinde fräsen statt bohren

Das Gewindebohren oder -formen wird in vielen Fällen dem Gewindefräsen vorgezogen. Ein neues Werkzeugkonzept soll das Gewindefräsen attraktiver machen. Walter setzt dabei auf ein Werkzeugdesign mit weniger Zähnen. Der Zahnvorschub wird allerdings erhöht.

Nach dem Vorbohren wird das Gewinde gefräst. Sobald der Reihenabstand überbrückt wurde, ist das Gewinde fertiggestellt. © Walter

Bei Gewindefräsern aus Vollhartmetall stößt man schnell an Produktivitätsgrenzen: Je höher der gefahrene Vorschub pro Zahn fZ, desto höher der Schnittdruck und damit einhergehend die Abdrängung des Fräsers. Die Folge sind zu enge Gewinde oder gar Werkzeugbruch. Niedrige Vorschubgeschwindigkeiten oder Schnittaufteilungen wiederum gewährleisten die Sicherheit des Prozesses und die gewünschte Qualität, führen aber zu einer längeren Bearbeitungszeit und damit zu höheren Kosten pro Gewinde. Aus diesem Grund ist das Gewindebohren oder -formen in vielen Fällen noch immer die erste Wahl.

Viele Anbieter von Gewindefräsern versuchen, eine Lösung für dieses Problem anzubieten. Der klassische Weg besteht darin, die Standzeit und die Bearbeitungszeit zu verbessern, indem man die Zähnezahl des Fräsers erhöht, ungleiche Drallwinkel einbaut oder Substrat und Beschichtung optimiert. Betrachtet man die Angaben, die viele Hersteller so optimierter Gewindefräser machen, zeigt sich, dass die empfohlenen Vorschubgeschwindigkeiten trotzdem relativ niedrig sind.

Walter ging bei Gewindefräsern einen anderen Weg: mehrreihige Anordnung einer reduzierten Zähnezahl. © Walter

Die aus den typischen Maßnahmen resultierenden Verbesserungen in den Leistungskennzahlen war Walter zu gering, weswegen das Unternehmen sich entschloss, das Problem anders anzugehen. Anstelle die Kontaktstellen zum Material zu erhöhen, wurde beim Gewindefräser TC620 Supreme die Zahl der Zähne reduziert und die Zähne mehrreihig angeordnet. Dadurch sinken die Schnittkräfte, die auf das Werkzeug einwirken, deutlich. Entsprechend höher kann der Vorschub nun gefahren werden. Walter empfiehlt bei der Bearbeitung von 42CrMo4 Vergütungsstahl für M8-Gewinde mit 16 mm Tiefe bei 1.050 N/mm2 zum Beispiel einen Zahnvorschub von 0,093 mm/min. Das ist über 40 Prozent mehr, als der schnellste Mitbewerber empfiehlt.

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Vom Wendeschneidplatten- zum Vollhartmetall-Fräser

Der Wendeschneidplatten-Gewindefräser Walter T2711 arbeitet bereits nach dem Prinzip der mehrreihigen Anordnung bei reduzierter Zähnezahl. Konzipiert ist er für das Fräsen von Gewinden ab M20. Für das Fräsen kleinerer Gewindedurchmesser haben die Entwicklungsingenieure das Prinzip nun auf Vollhartmetall-Werkzeuge übertragen können: Mit dem TC620 Supreme lassen sich aufgrund der geringen Schnittkräfte große Zahnvorschübe (fZ) bei hoher Prozesssicherheit fahren. Werkzeugbruch und zu enge Gewinde sind damit kein Thema mehr. Weitere Vorteile des Gewindefräsers: Aufgrund großer Zahnvorschübe wird der Verschleiß des Werkzeugs deutlich reduziert. Die Maßhaltigkeit des Gewindes bleibt so über die komplette Standzeit erhalten. Radiuskorrekturen sind erst sehr spät erforderlich.

Prozesssicherheit in unterschiedlichen ­Anwendungssituationen

Typisches Einsatzfeld für den neuen Gewindefräser sind Anwendungssituationen, in denen hohe Anforderungen an die Prozesssicherheit und die Präzision der Gewinde gestellt werden, ohne die Produktivität aus den Augen zu verlieren. Anders gesagt: Der Gewindefräser ist universell einsetzbar. Besonders häufig wird er derzeit bei Aufgaben eingesetzt, in denen anspruchsvolle Werkstoffe wie höherfeste Stähle, Duplex-Werkstoffe oder Inconel zerspant werden müssen. Hier wechseln Unternehmen aus der Luft- und Raumfahrtindustrie, aber auch aus dem Maschinenbau zunehmend vom Gewindebohren zum Fräsen der Gewinde. Mit dem TC620 Supreme gelang Walter der Durchbruch: Das Gewindefräsen kann nun auch in puncto Bearbeitungszeit mit dem Gewindebohren und Gewindeformen konkurrieren.

Fräsen versus bohren – wann lohnt der Wechsel?

Walter Gewindefräser TC620 Supreme zeichnen sich durch eine hohe Standzeit aus. © Walter

Wie stark sich der Wechsel vom Gewindebohrer zum Gewindefräsen mit dem Walter TC620 Supreme auf Effizienz und Kosten pro Gewinde auswirkt, hängt von den konkreten Gegebenheiten beim Anwender ab. Aber Kostenreduktionen von rund 30 Prozent im Bereich der Werkzeug- und Maschinenkosten sind nicht ungewöhnlich.

Gewindefräsen in der Anwendung

Bei einem Anwender aus dem allgemeinen Maschinenbau sind die Maschinen- und Werkzeugkosten pro Gewinde mit dem Walter TC620 um 35 Prozent geringer. © Walter

Ein Beispiel: Ein Anwender aus dem allgemeinen Maschinenbau konnte beim Einbringen von Grundlochgewinden M4, 6 mm tief, durch neuen Gewindefräser die Kosten um 35 Prozent reduzieren – obwohl der Gewindefräser an sich deutlich teurer als der bisher verwendete HSS-E-Gewindebohrer ist. Der TC620 Supreme schafft mit 1.200 Gewinden circa das Dreifache der Standmenge der Gewindebohrer bei deutlich erhöhter Prozess-sicherheit. Der zu bearbeitende Werkstoff 17-4 PH, ein nicht-rostender martensitischer, aushärtbarer Stahl, ist in der Bearbeitung anspruchsvoll. Weil beim Gewindebohren Werkzeugbrüche und die daraus resultierenden Mehraufwände die Kosten- und Qualitätsziele der Bearbeitung gefährdeten, wandte sich der Anwender an die Walter-Experten.

Mit einer Bearbeitungszeit pro Gewinde von 4 s und einer Standmenge von 1.200 Gewinden pro Fräser konnte der Walter TC620 Supreme die Erwartungen sogar übertreffen. Ein Channel-Partner aus Norwegen, der viele Projekte in der Öl- und Gasbranche betreut, bestätigt die Verbesserungen bei Prozesssicherheit und Geschwindigkeit ebenfalls. Gerade in schwierigen Werkstoffen wie 316L oder Inconel 718 konnte die Standzeit mehr als verdoppelt werden, bei einer deutlichen Verbesserung der Gewindequalität. Nur gelegentlich gab es geringfügige Vibrationen. Einzige Herausforderung beim neuen Prozess: Die Programmierer müssen umdenken.

Martin Hellstern, Produkt Manager Gewindefräsen bei Walter / ag

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