Welche besonderen Probleme gibt es beim Gewindeschneiden von Edelstahl zu beachten?

      In der mechanischen Werkstatt ist das Gewindeschneiden von Edelstahl ein Problem, das vielen Technikern Kopfzerbrechen bereitet. Bei gängigen Edelstahlsorten wie SUS304 und SUS316L liegt die Zugfestigkeit normalerweise zwischen 520 und 720 MPa, die Härte bei etwa HBS187 bis 200. Das Hauptmerkmal dieses Materials ist seine hohe Zähigkeit und geringe Wärmeleitfähigkeit, die nur etwa ein Drittel von Kohlenstoffstahl beträgt. Zudem neigt es während des Schneidprozesses stark zur Kaltverfestigung. Dies führt dazu, dass Gewindebohrer beim Gewindeschneiden leicht kleben bleiben, der Verschleiß zunimmt und es sogar häufig zu Gewindebohrerbrüchen kommt. Für das Gewindeschneiden von Edelstahl gibt es je nach Bearbeitungsmethode, Geräteauswahl und Kühlschmierung deutliche Unterschiede. Heute besprechen wir dies anhand praktischer Parameter im Detail.

Aus Sicht des Formgebungsprinzips wird das Gewindeschneiden von Edelstahl hauptsächlich in zwei Verfahren unterteilt: spanendes Gewindeschneiden und gewalztes Gewindeschneiden. Diese unterscheiden sich deutlich in Parametereinstellung und Anwendungsszenarien. Beim spanenden Gewindeschneiden wird Material durch die Schneidkanten des Gewindebohrers entfernt, um das Gewinde zu formen. Für ein Innengewinde M8 x 1,25 aus Edelstahl wird der Kernlochdurchmesser normalerweise auf etwa 6,75 mm eingestellt, die Schnittgeschwindigkeit Vc liegt üblicherweise zwischen 5 und 12 m/min, was bei der Spindeldrehzahl etwa 200 bis 380 U/min entspricht. Beim gewalzten Gewindeschneiden, auch spanloses Gewindeschneiden genannt, wird das Material durch Druck plastisch verformt, um das Gewinde zu formen. Dieses Verfahren nutzt die Kaltverfestigungseigenschaft von Edelstahl, um die Verschleißfestigkeit der Gewindeoberfläche zu verbessern. Die Berechnung des Kernlochdurchmessers ist beim gewalzten Gewindeschneiden anders: Bei M8 muss das Kernloch auf 7,35 bis 7,4 mm vergrößert werden. Da keine Spanabfuhr erforderlich ist, kann die Walzgeschwindigkeit im Vergleich zum spanenden Gewindeschneiden verdoppelt werden, auf 15 bis 25 m/min, und die Drehzahl kann auf über 500 U/min erhöht werden, was die Bearbeitungseffizienz erheblich steigert.

Bei der Auswahl der Antriebsart gibt es grundlegende Unterschiede zwischen herkömmlichen mechanischen Antriebsköpfen und modernen CNC-Geräten. Früher verwendeten viele Fabriken gewöhnliche pneumatische Gewindeschneidköpfe oder mechanische Gewindeschneidköpfe. Diese Geräte werden über starre Kupplungen oder mechanische Nocken gesteuert, wobei der Synchronisationsfehler des Vorschubs oft über 0,1 mm liegt. Bei der Bearbeitung von Edelstahl, einem Material, das zum Ausweichen neigt, führt der Synchronisationsfehler zu zusätzlicher axialer Zugspannung auf den Gewindebohrer, was leicht zu Brüchen führt. Heutzutage empfehlen wir allgemein den Einsatz hochpräziser Servo-Antriebsköpfe, insbesondere doppelte Servo-Gewindeschneidköpfe. Bei diesen Geräten werden die Spindelrotation und der Z-Achsen-Vorschub von zwei unabhängigen Servomotoren gesteuert und über ein elektronisches Getriebe streng synchronisiert. Die Gewindesteigungs-Synchronisationsgenauigkeit kann auf ±0,01 mm genau eingestellt werden. Bei der Bearbeitung von Edelstahl-Tiefgewinden mit großer Steigung ab M10 kann diese mikrometergenaue Synchronisation axiale Zugkräfte effektiv eliminieren, wodurch die Lebensdauer des Gewindebohrers um mindestens das 3- bis 5-fache erhöht wird.

Bei der Bearbeitung von Edelstahlteilen mit mehreren Bohrungen ist auch die Prozessverknüpfung zwischen Bohren und Gewindeschneiden von großer Bedeutung. Beim herkömmlichen Verfahren wird zuerst mit einem Bohr-Antriebskopf gebohrt und dann die Spindel für das Gewindeschneiden gewechselt. Der Positionsfehler der Bohrungen durch die zweite Einspannung kann leicht 0,05 mm überschreiten. Moderne Fertigungslinien verwenden nun doppelte Servo-Bohrköpfe und doppelte Servo-Gewindeschneidköpfe für die kombinierte Bearbeitung. In der Bohrphase wird die Drehzahl des Bohrers aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl normalerweise auf 800 bis 1200 U/min eingestellt, der Vorschub auf 0,1 bis 0,15 mm/Umdrehung. Dabei wird das Pickspan-Verfahren angewendet, wobei die Pickspantiefe das 3-fache des Durchmessers nicht überschreitet. Nach dem Bohren muss der doppelte Servo-Gewindeschneidkopf nicht neu ausgerichtet werden und kann direkt mit hoher Synchronisationsgenauigkeit das Gewinde schneiden. Dieses kombinierte Verfahren hält den Positionsfehler nicht nur unter 0,02 mm, sondern verkürzt auch die Bearbeitungszeit pro Teil um etwa 40%.

Der Unterschied in der Kühlschmierung ist oft der entscheidende versteckte Faktor für den Erfolg des Gewindeschneidens von Edelstahl. Da Edelstahl eine schlechte Wärmeleitfähigkeit hat, konzentriert sich die Schnittwärme an der Schneidkante, was zu schnellem Anlassen und Verschleiß des Gewindebohrers führt. Bei herkömmlicher Emulsionskühlung liegt die Konzentration normalerweise nur bei 5% bis 8%, was bei der Bearbeitung von Edelstahl bei weitem nicht ausreicht. Für das Gewindeschneiden von Edelstahl empfehlen wir, die Emulsionskonzentration auf 10% bis 12% zu erhöhen oder direkt Schneidöl mit Hochdruckadditiven zu verwenden. Bei den Zufuhrparametern muss der Druck der zentralen Kühlmittelzufuhr 20 bis 30 bar erreichen, mit einem Durchfluss von mindestens 15 Litern pro Minute, um sicherzustellen, dass das Kühlmittel direkt an die Schneidkante gelangt, hohe Temperaturen abführt und die Reibung reduziert.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Unterschiede beim Gewindeschneiden von Edelstahl nicht nur in der Parameterwahl zwischen spanendem und gewalztem Gewindeschneiden liegen, sondern auch in der Aufrüstung der Gerätepräzision und der Optimierung des Kühlsystems. Nur durch die sinnvolle Auswahl hochpräziser Servo-Antriebsköpfe und die Abstimmung wissenschaftlicher Drehzahl- und Vorschubparameter lassen sich die Probleme von Gewindebohrerbruch und Effizienz beim Gewindeschneiden von Edelstahl endgültig lösen.