Synchronisierter Gewindebohrerhalter der nächsten Generation, der auf die Leistung des Gewindebohrens bei Turbolader ausgelegt ist.

Takayuki Nakajima  |  OSG Corporation Anwendungstechniker

Bearbeitungsprobleme bei der Gewindebohrerbearbeitung sind im Vergleich zu anderen rotierenden Werkzeugen, wie Bohrern und Schaftfräsern, weitaus häufiger. Hersteller haben oft Probleme mit Gewindeanwendungen, da es nur wenige effektive Lösungen gibt. Zum Beispiel, welche Art von Messungen würden Sie durchführen, um Folgendes zu erreichen?

• Verhindern Sie plötzlichen Bruch von Gewindebohrern.
• Stabilisierung der Standzeit des Gewindebohrers
• Verbesserung der Gewindequalität
• Stabilisierung der Leistung von Gewindebohrern mit kurzer Fase

Alle diese Punkte sind schwer zu erreichen. Wenn ein Gewindebohrproblem auftritt, würden die meisten Bediener Fehler beheben, indem sie die Schnittgeschwindigkeit verringern, was wiederum die Produktivität verringern würde.

Um Herstellern, die Bearbeitungszentren mit synchronen Spindeln einsetzen, dabei zu helfen, diese häufigen Gewindebohrerhindernisse zu überwinden, hat die OSG Corporation kürzlich einen synchronisierten Gewindebohrerhalter der neuen Generation - den SynchroMaster - vorgestellt, der auf die Leistung der Turboaufladung ausgelegt ist, indem er übermäßige Kräfte in einer starren Gewindebohrerumgebung dämpft.

Warum die Gewindebohrerbearbeitung schwierig ist

Eine der Ursachen ist, dass der Vorschub pro Umdrehung fixiert ist. Das Schneiden von Innengewinden erfolgt durch den Fasenabschnitt eines Gewindebohrers. Im Prinzip führt der volle Gewindebohreranteil eines geschnittenen Gewindeschneiders kein Schneiden durch, sondern folgt lediglich dem von der Fase geschnittenen Weg. Während sich der Gewindebohrer dreht, erhöht jede Schneide der Fase allmählich die Schnitttiefe entlang der Steigung, die die Gewindestangen bildet, um die Position des Gewindebohrers danach zu führen. Abbildung 1 veranschaulicht den Gewindeformprozess bei einem 4-lippig geschnittenen Gewindebohrer.

Abbildung 1. Schneidprozess des Gewindebohrers (4-lippig)

Das starre Gewindeschneiden, auch bekannt als synchrones Vorschubgewindeschneiden, ist eine der gebräuchlichsten Gewindeschneidmethoden auf modernen Bearbeitungszentren. Wenn die Spindeldrehung und der Vorschub der Maschine synchronisiert sind, um einer bestimmten Gewindesteigung zu entsprechen, während der Gewindebohrer in und aus einem Loch getrieben wird, würde die Form der Steigung korrekt geformt. Bei einem Zuführfehler (Vorlauf oder Verzögerung) würde es zu einer Zerkleinerung (Neigungsversetzung oder -vergrößerung) kommen, was die Genauigkeit der Gewinde beeinträchtigt. Abbildung 2 veranschaulicht ein Szenario, in dem der Gewindebohrerzuführungsfehler (führend) aufgrund einer zu hohen Schnittkraft auftrat, was zu einer Größenreduzierung der Innengewinde führt.

Abbildung 2. Zerkleinerung durch Schneiden durch Vorlauf

Theoretisch ist ein Vollgewindebohrerhalter ohne Zugbelastung für Bearbeitungszentren mit synchronen Spindeln geeignet. Es wird jedoch immer kleine Abweichungen zwischen der Synchronisation und der tatsächlichen Bewegung (Vorschub) des verwendeten Gewindebohrers geben. Mit zunehmendem Alter der Maschine kann die Diskrepanz zwischen Spindeldrehzahl und Vorschub und der Bewegung des Gewindeschneiders immer größer werden: Bei einem festen Halter, bei dem kein beweglicher Wert zulässig ist, würde eine Abweichung die Schubkraft auf den Gewindebohrer erhöhen, was die Standzeit und die Gewindequalität aufgrund der zusätzlich auftretenden Axialkräfte erheblich verringern würde.

Glücklicherweise kann mit der richtigen Kombination aus Bearbeitungszentrum und Gewindebohrerhalter, wie in Abbildung 3 dargestellt, ein Vorschubfehler vermieden werden.

Abbildung 3. Kombination aus Bearbeitungszentrum und Gewindeschneidfutter

Merkmale und Vorteile von SynchroMaster

Der SynchroMaster ist ein Gewindebohrerhalter, der so konstruiert ist, dass er eine geringe axiale Bewegung ermöglicht, um axiale Abweichungen auszugleichen, die beim starren Gewindeschneiden unvermeidlich sind. Sein Mikrozug-Kompressionsschwimmer eliminiert die zusätzlichen Axialkräfte auf den Gewindebohrer, was zu einer längeren Standzeit, einer konstanten Gewindetiefe und einer verbesserten Gewindequalität führt. Wie in Abbildung 4 dargestellt, nimmt die einzigartig integrierte Schwimmereinheit die Lasten in Schubrichtung auf und reduziert die beim Rückwärtsdrehen auftretenden Schubkräfte deutlich.

Abbildung 4. Vergleich der Schubkraft während der Bearbeitung

Schnittdaten

Abbildung 5 zeigt einen Standzeitvergleich eines kurzen Fasengewindeschneiders in Kombination mit dem SynchroMaster-Gewindebohrerhalter und einem Vollmaterialhalter. Das für den Test verwendete Schneidwerkzeug war ein M4 x 0,7 1P Spiralgewindebohrer mit kurzer Fase. Je kürzer die Fase, desto größer ist der Schnitt pro Schneide. Aus diesem Grund können Anwendungen mit kurzen Fasenbohrern leicht instabil werden. Der Spiralgewindebohrer M4 x 0,7 1P mit kurzer Fase und festem Halter aus S45C hat durchschnittlich etwa 200 Löcher. In Kombination mit dem SynchroMaster-Gewindebohrerhalter hingegen wurde die Schubkraft deutlich reduziert und der kurze Fasen-Gewindebohrer konnte eine fast fünffache Lebensdauer gegenüber dem festen Typenhalter erreichen.

Abbildung 5. Vergleich der Standzeiten von Spiralgewindebohrern mit kurzen Fasen

Darüber hinaus ist der SynchroMaster-Gewindebohrerhalter, wie in Abbildung 6 dargestellt, nicht nur für geschnittene Gewindebohrer, sondern auch für Formgewindebohrer wirksam. Da das Schneiden nicht mit Formgewindebohrern erfolgt und das Innengewinde unter Ausnutzung der plastischen Verformung des Materials verarbeitet wird, ist die Verarbeitungsbelastung für Formgewindebohrer noch höher als bei geschnittenen Gewinden. Wie in Abbildung 6 dargestellt, konnte der SynchroMaster-Gewindebohrerhalter die Standzeit im Vergleich zum Vollmaterialhalter auch bei Gewindebohrern verdoppeln.

Abbildung 6. Form Gewindebohrer Standzeitvergleich

Für Hersteller, die besonders mit instabiler Standzeit, schlechter Gewindequalität, geringer Produktivität und großen Tiefenunterschieden bei starren Gewindebohrungen zu kämpfen haben, bietet der SynchroMaster Gewindebohrerhalter die Möglichkeit, Ihre Gewindebohrleistung zu steigern.

Medien