SPANLOSE AUSSENGEWINDEFERTIGUNG - GEWINDEROLLEN

GEWINDEROLLEN - RAHMENBEDINGUNGEN

DAS VERFAHREN

Beim Gewinderollen wird die Gewindeform durch Kaltumformung des Werkstoffes hergestellt. Durch sehr hohen Druck erfolgt eine plastische Verformung des Werkstoffes. Die Gewinderollen verdrängen das Material aus dem Gewindekern und lassen es in Richtung der Gewindespitzen fließen. Dabei wird der Faserverlauf nicht unterbrochen sondern nur verändert. Das Ergebnis ist ein Gewinde mit hoher Festigkeit.

Der zum Gewinderollen erforderliche Vorbearbeitungsdurchmesser entspricht dem Flankendurchmesser des Gewindes. Die Toleranz wird so gewählt, dass der gewünschte Außendurchmesser des Gewindes erreicht wird, die Gewindespitzen aber nicht voll ausgeformt werden. Eine Veränderung des Vorbearbeitungsdurchmessers kann sich 3-5 fach im Außendurchmesser auswirken. Daher kann ein um 0,02 mm größerer Vordrehdurchmesser einen um bis zu 0,1 mm größeren Außendurchmesser bewirken. Voll ausgeformte Gewindespitzen wirken sich negativ auf die Rollenstandzeit aus und können zum Rollenbruch führen.

Verfahren axiales Gewinderollen

 

VORRAUSSETZUNGEN

  • Exaktes Vordrehmaß
  • Bruchdehnung des Werkstoffs > 5%
  • Materialfestigkeit bis ca. 1700 N/mm2

VORBEREITEN DES WERKSTÜCKS

Das Werkstück muss auf den Vorbearbeitungsdurchmesser dv vorgedreht werden, eine Fase und ggf. ein Gewindefreistich müssen angedreht werden. Der Vorbearbeitungsdurchmesser dv entspricht ungefähr dem Flankendurchmesser d2 des Gewindes, die zulässige Toleranz ist abhängig vom gewünschten Ausrollgrad und der Gewindesteigung. Je feiner die Gewindesteigung umso kleiner muss die Toleranz beim Vordrehen gehalten werden.

HINWEIS:
Zu beachten ist, dass sich eine Veränderung im Vordrehdurchmesser um das drei- bis fünffache im Außendurchmesser auswirkt.

 

Vorbearbeitetes Werkstück ohne Freistich

 

Vorbearbeitetes Werkstück mit Freistich

 

HINWEIS:
Fasen Sie das Werkstück bei Spitzgewinden mit γ = 15 - 20° (max. 30°) und bei Trapez- und Rundgewinden mit γ = 8 - 15° an.
Der Durchmesser d1 sollte mindestens 0,2 mm kleiner als der Kerndurchmesser d3 des Gewindes sein.

Anfasen des Werkstücks vor dem Gewinderollen

Anfasen des Werkstücks

 

D : Bunddurchmesser
dv : Vorbearbeitungsdurchmesser
d1 : Durchmesser am Beginn der Fase
l1 : Gewindelänge
l2 : Länge des Gewindeauslaufs
γ : Fasenwinkel

 

D : Bunddurchmesser
dv : Vorbearbeitungsdurchmesser
d1 : Durchmesser am Beginn der Fase
l1 : Gewindelänge
l2 : Länge des Gewindeauslaufs
γ : Fasenwinkel
β : Auslauffase
df : Durchmesser im Freistich

DER GEWINDEAUSLAUF

Der kleinstmögliche Gewindeauslauf bzw. Gewindefreistich l2 ist abhängig von:

  • der Gewindesteigung
  • dem Rollenangriff

 

Der Rollenangriff gibt die Umformstufen des Rollensatzes an, z.B.

A3:
3 Umformstufen, d.h. der erste Zahn der Rolle 3
formt auf volle Gewindetiefe. a ≈ 1,5 • P
 
A4:
4 Umformstufen, d.h. der zweite Zahn der Rolle 1
formt auf volle Gewindetiefe. a ≈ 2 • P
 
A7:
7 Umformstufen, d.h. der dritte Zahn der Rolle 1
formt auf volle Gewindetiefe. a ≈ 3 • P
 
 
 

ERMITTLUNG DES GEWINDEAUSLAUFS

l2 = kleinstmögliche(r) Gewindeauslauf bzw. Freistichbreite

a = Abstandsmaß bis zum ersten vollen Profilzahn

s = Sicherheitsabstand der Rolle bis zum Werkstückbund

BEISPIEL A4-ROLLENANLAUF

 

Beispiel Gewinde M12 x 1,5:

a = 2,8 mm
s = gewählt 0,5 mm
l2 = 2,8 + 0,5 = 3,3 mm

EINSTELLEN DER GEWINDELÄNGE (UMFORMLÄNGE) AUF DER MASCHINE

Konventionelle Maschine

  • Stellen Sie sicher, dass das Rollwerkzeug geöffnet ist, öffnen Sie diesen ggf. manuell.
  • Fahren Sie das Rollwerkzeug auf die gewünschte Endposition. Diese Position kann durch den Innenanschlag des Rollwerkzeuges oder durch einen Anschlag an der Maschine festgelegt werden und wird so gewählt, dass die gewünschte Gewinde- bzw. Umformlänge erreicht wird.
  • Fahren Sie in die Startposition des Rollvorganges zurück.
  • Schließen Sie das Rollwerkzeug manuell durch Verdrehen des Federgehäuses bis zum Einrasten der Kupplung.

 

 

CNC-Maschine

  • Vermessen Sie das Rollwerkzeug in geöffnetem Zustand.
  • Berechnen Sie den Verfahrweg.
  • Programmieren Sie den Verfahrweg an der Maschine.
  • Programmieren Sie den Vorschubstop bei Erreichen des Verfahrweges mit einer kurzen Verweilzeit, damit das Rollwerkzeug selbsttätig öffnet.

 

 

  

VERFAHRWEG

Berechnen des Verfahrwegs:



z :   Verfahrweg
l1 :  nutzbare Gewindelänge
lu : Umformlänge inkl. Gewindeauslauf
a : Gewindeauslauf
x : Sicherheitsabstand zum Werkstück (bei der Festlegung von x kann berücksichtigt werden, dass das Rollwerkzeug in geschlossenem Zustand 2,2 mm kürzer ist (Öffnungsweg s = 2,2 mm).

Berechnen der Verweilzeit:



ts : Verweilzeit
s :  Öffnungsweg des Rollwerkzeuges
= 2,2 mm
n : Spindeldrehzahl [min-1]
f  : Vorschub [mm]

GEWINDEROLLEN

Konventionelle Maschine
Werkstück und Gewinderollwerkzeug stehen auf einer Achse, das Rollwerkzeug ist geschlossen, das Werkstück rotiert. Das Rollwerkzeug wird nun manuell, über eine Kurve oder mit der Leitspindel möglichst steigungsgenau auf das vorgedrehte Werkstück gedrückt. Sobald die Rollen das Werkstück gefasst haben, zieht sich das Rollwerkzeug selbsttätig auf das Werkstück und formt das Gewinde. Es ist kein Druck mehr erforderlich, falls mit Leitspindel angedrückt wurde, wird diese abgeschaltet. Das Rollwerkzeug bewegt sich bis zur Endposition, zieht dann selbsttätig aus, entkuppelt und öffnet. Das Rollwerkzeug kann berührungsfrei in die Ausgangsposition zurückgefahren werden und wird manuell wieder geschlossen.

CNC-Maschine
In der Regel ist das Rollwerkzeug in einer Aufnahme des Werkzeugrevolvers eingespannt. Der Revolver fährt das Rollwerkzeug in die Ausgangsposition vor das Werkstück. Das Rollwerkzeug ist geschlossen. In der Z-Achse wird das Rollwerkzeug nun mit den festgelegten Parametern auf das vorgedrehte Werkstück bis zur Endposition geführt. Durch die festgelegte Verweilzeit zieht er aus, entkuppelt und öffnet. In der Z-Achse kann er nun in die Startposition zurückgefahren werden.

 

PRÜFEN DES WERKSTÜCKS UND FEINEINSTELLUNG

  • Prüfen Sie am gerollten Werkstück nun die Maß- und Lehrenhaltigkeit.
  • Prüfen Sie optisch den Ausrollgrad (Ausformung der Gewindespitzen)
  • Messen Sie den Außendurchmesser mit Mikrometer oder Messschieber.
  • Messen Sie den Flankendurchmesser mit einem Flankenmikrometer oder
    Prüfen Sie mit den Gewindelehrringen (Gut/Ausschuss bzw.Go/No Go).

BEISPIEL A4-ROLLENANLAUF

1. Gewindeprofil nicht ausgeformt:
Gewindeflanken nahezu vorhanden. Möglicherweise ist in manchen Fällen dieser Ausformungsgrad ausreichend für ein tragfähiges Gewinde.


2. Gewindeprofil ausgeformt:
Der Radius an der Gewindespitze ist deutlich zu erkennen. In der Mitte verbleibt eine Schließfalte. So ist ein Gewindeprofil gut ausgeformt. Dafür muss das Werkstück im Durchmesser genau vorgearbeitet werden, um ein Überrollen der Gewindespitzen zu vermeiden.


3. Gewindeprofil Überformt:
Der Radius an der Gewindespitze ist voll geschlossen. Es gibt keine Schließfalte mehr, da mit zu viel Druck gerollt wurde. Der Ausformungsgrad des Gewindeprofils wirkt sich auf die Standzeit der Rollen aus. Überrollte Gewindeprofile können zu Rollenbruch führen.

GEWINDEROLLEN - LEISTUNGSBEDARF

Die Leistung ist abhängig von der Rollgeschwindigkeit, dem Werkstoff, der Profilform und dem Ausrollgrad des Gewindes. Nach folgenden Formeln lässt sich der Leistungsbedarf ungefähr errechnen:

N~ C • p • Rm • V • 0.000056 (kW)

 

dabei bedeutet:
C = Faktor 1 für Spitzgewinde
   = Faktor 2 für Trapezgewinde
P = Gewindesteigung in mm
Rm = Zugfestigkeit N/mm²
V = Rollgeschwindigkeit
 
Es ist darauf zu achten, dass sowohl die Maschine als auch die Aufspannung des Werkstücks den Bearbeitungskräften angepasst ist.

 

GEWINDEROLLEN - BAUARTEN

Bei Wagner-Axialrollsystemen wird unterschieden in

Bauart HELIX mit Exenter

Axialrollkopf HELIX mit Exenter

 



Bauart RS/RR mit Rollenhalter

Axialrollkopf RS/RR mit Rollenhalter