Für zahlreiche Bauteile in der Luft- und Raumfahrt nutzt man die besonderen Eigenschaften spezieller

Legierungen. Speziell bei Teilen für Turbinen und Raketenmotoren benötigt man eine hohe Festigkeit auch bei hohen Temperaturen. Dafür haben Werkstoffspezialisten hoch warmfeste, meist auf Nickel basierende Legierungen entwickelt. Beispiele sind Nimonic und Inconel. Aber auch sogenannte Stellite und Titanlegierungen entsprechen den gestellten Forderungen an hohe Festigkeiten.

Schwierig zu zerspanen

Wegen der hohen Festigkeiten auch bei hohen Temperaturen lassen sich diese Werkstoffe nur schwierig spanend bearbeiten. Sie verursachen hohen Verschleiß an den Werkzeugen. Man benötigt spezielle Werkzeuge. Insbesondere das Fertigen von Gewinden ist aufwendig und kritisch. Übliche Verfahren zum Fertigen von Innengewinden sind das Bohren und das Zirkularfräsen. Auf modernern Bearbeitungszentren verwirklicht man meist das Zirkularfräsen. Allerdings gibt es bei hoch warmfesten Legierungen einige Einschränkungen. Beim Zirkularfräsen kommen mehrere Gewinde-Schneidgänge und damit eine große Werkzeuglänge zeitgleich in Eingriff mit der Bohrung. Wegen der hohen Festigkeit der Werkstoffe muss man das Gewinde in mehreren seitlichen Zustellungen fräsen, um einen Bruch des Werkzeuges zu vermeiden. Daraus ergeben sich lange Bearbeitungszeiten. Zudem verschleißen die Werkzeuge rasch. Um dauerhaft die geforderte hohe Genauigkeit und Qualität der Gewinde einzuhalten, muss man häufig die Gewinde-Fräswerkzeuge wechseln. Dafür benötigt man eine Vielzahl an Schwesterwerkzeugen und häufige Werkzeugwechsel. Die erforderlichen, besonders warmfesten, meist beschichteten Werkzeuge sind zudem kostenintensiv. Deshalb ist das Zirkularfräsen von Innengewinden in hoch warmfesten Legierungen eher unwirtschaftlich.

Günstiger mit Wirbelwerkzeugen

Beim Gewindewirbeln kommen am Werkzeug nur zwei oder drei Gewindeschneiden in der Bohrung in Eingriff mit dem Werkstück. Deshalb sind die radialen Kräfte wesentlich niedriger als beim Zirkularfräsen. Das reduziert den Verschleiß speziell in hoch warmfesten Legierungen.

Dixi hat zum Gewindewirbeln eine Reihe sorgfältig abgestimmter Werkzeuge realisiert. Sie verfügen über einen stabilen, verstärkten Schaft. Ihr Hals ist auf einer Länge von etwa dem zweifachen Durchmesser eingezogen. Am Ende verfügen sie über zwei Gewinde-Schneidprofile und wahlweise, abhängig vom Gewindedurchmesser, drei oder sechs Zähne.

Rascher, kontinuierlicher Ablauf

Zum Wirbeln der Innengewinde wird das Werkzeug auf den Nenndurchmesser des Gewindes über der Bohrung

positioniert. Die Bohrung ist dabei auf die kleinste Toleranz gebohrt. In einem durchgängigen Zyklus wirbelt das Werkzeug in einer abwärts gerichteten Schraubenlinie (Helix) das Gewinde. Dabei entsteht durch den Schneideneingriff in einem Durchgang die komplette Gewindegeometrie auf die vorgesehene Toleranz und Genauigkeit. Am Gewindegrund fährt das Werkzeug in die Bohrungsachse und wird aus der Bohrung herausgefahren. Gewindewirbeln hat gegenüber dem Bohren und Zirkularfräsen einige Vorteile. Es eignet sich auch für Innengewinde mit einer mehrfachen Tiefe des Durchmessers. Gewindewirbeln erzeugt nur sehr kurze Späne. Deshalb kann man auch bei Sacklöchern in einem Durchgang arbeiten. Das Rückziehen des Werkzeugs und Entspänen der Bohrung entfällt. Dadurch steigt auch die Prozesssicherheit. Der bei Gewindebohrern immer wieder eintretende Werkzeugbruch ist nahezu ausgeschlossen. Zudem können Wirbelwerkzeuge in Sacklöchern nutzbare Gewinde nahzeu bis auf den Bohrungsgrund fertigen. Bei kleineren Bohrungstiefen erhält man eine bessere Nutzung der Gewindetiefe. Gewirbelte Gewinde sind zudem genauer. Sie sind durchgehend zylindrisch ohne konische Verjüngung zum Bohrungsgrund hin. Ihre Oberflächen sind sehr gut. Es gibt keine Grate. Das bisher unumgängliche Entgraten und sorgfältige Reinigen der Gewindebohrungen kann minimiert werden oder entfallen.

Standfeste Werkzeuge von Dixi

Beispiele zeigen die wirtschaftliche und fertigungstechnische Überlegenheit des Gewindewirbelns beim Fertigen von Innengewinden in hoch warmfesten Werkstoffen. In der korrosionsbeständigen Legierung X4CrNuMi16 5 1 mit

einer Festigkeit von 1300 Mpa sind Gewinde M5 x 0,8 zu fertigen. Ein Gewindewirbelwerkzeug Dixi 1730 SP

mit Beschichtung TiAlN arbeitet bei 50 m/min Schnittgeschwindigkeit und 0,015 mm Vorschub pro Zahn. So lassen sich 600 Gewinde ohne erkennbaren Verschleiß am Werkzeug wirbeln.

Gegenüber dem Zirkularfräsen, bei dem ein Werkzeug jeweils drei Schneid-Durchgänge benötigte und eine Standmenge von nur 20 Gewinden erreichte, erzielte der Anwender wesentliche Zeit- und Kostenvorteile.

Ähnliche Ergebnisse brachte das Gewindewirbeln von Gewinden M4 x 0,7 in Nickel-Basislegierungen (Nimonic). Schneiden mit Gewindebohrern war überhaupt nicht möglich. Das Wirbelwerkzeug Dixi 1730 mit vier Zähnen bewältigte bei 50 m/min Schnittgeschwindigkeit und Zahnvorschub von 0,007 mm bis zu 100 Gewinde. Auch in hoch warmfesten Stahllegierungen (Staballoy AG17) mit 17% Chrom- und 18 % Mangananteilen gelang das Gewindewirbeln von Gewinden M8 x 1,25 bei einer Standmenge bis zu 70 Gewinden.

Für Norm- und Sondergewinde

Gewindewirbelwerkzeuge von Dixi gibt es mit Durchmessern ab 0,8 mm. Unterschiedliche Ausführungen für

metrische und die in der Luft- und Raumfahrt häufig verwendeten zölligen Gewinde stehen zur Verfügung. Um in hoch warmfesten Legierungen beste Ergebnisse zu erreichen, werden die Schneiden wahlweise mit Beschichtungen, wie TiAlN, versehen. Auf Wunsch produzieren die Werkzeugspezialisten bei Dixi auch Gewindewirbelwerkzeuge für Gewinde mit kundenspezifischen Geometrien und Abmessungen.

Artikel erschienen in WT 110A auf Seite 68.