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08
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Nahezu alle Maschinen weltweit benötigen Schrauben/Muttern, um zu funktionieren; daher auch die Hersteller/Nicht-Hersteller. Die meisten Waren gelten als Commodities, die beim günstigsten Anbieter gekauft werden, müssen aber nicht zwangsläufig Standardartikel sein, denn in vielen Fällen funktioniert diese Strategie gut.
Bei hochzuverlässigen Systemen (Raumfahrzeuge, medizinische Geräte, Rennmotoren) kann die Verwendung von Standard-Verbindungselementen jedoch zu fehlerhaften Baugruppen führen aufgrund von: überdrehten Gewinden (Fehlausrichtung); unsachgemäßer Montage (erzwungene Funktionsweise einer Baugruppe); katastrophalem Versagen (Unfähigkeit einer einzelnen Komponente innerhalb eines größeren Systems) usw., verursacht durch Probleme wie: schlecht gefertigte oder schwache Spindel(n)/Kopf/Köpfe, die bei der Verwendung an bestimmten Komponenten nicht richtig passen usw.
Bei Falcon CNC Swiss sind wir auf die Präzisionsfertigung von Verbindungselementen für anspruchsvolle Branchen spezialisiert, in denen Qualität nicht kompromittiert werden darf. Dieser Leitfaden behandelt die wichtigsten Fertigungsmethoden für die Schrauben-Muttern-Herstellung, erläutert, wann CNC- und Swiss-Bearbeitung die richtige Wahl sind, beschreibt die Materialauswahl für verschiedene Anwendungen und bietet eine Checkliste für die Auswahl des richtigen Schrauben- und Mutternherstellers für Ihr Projekt.
Die Präzisionsfertigung von Verbindungselementen bezieht sich auf die Herstellung von Schrauben, Muttern, Gewindestiften und verwandten Komponenten mit engen Toleranzen, hochwertigen Oberflächengüten und gleichbleibenden mechanischen Eigenschaften. Diese Verbindungselemente sind so konzipiert, dass sie spezifische Leistungsanforderungen erfüllen, die weit über handelsübliche Standardkomponenten hinausgehen.
Während sich viele Unternehmen zur Herstellung von Muttern und Schrauben bei der Massenproduktion hauptsächlich auf Kaltumformung und Gewindewalzen verlassen, erfordern Präzisionsanwendungen oft das Fachwissen eines CNC-Schraubenherstellers. Für komplexe Geometrien wie innengewindeverschraubte Sicherungsmuttern, Gewindebolzen mit Schaftmerkmalen und kundenspezifische Schrauben mit speziellen Antriebsarten liefern CNC-Drehen und CNC-Fräsen die Genauigkeit und Designflexibilität, die andere Verfahren nicht bieten können.
Swiss-gefertigte Schrauben und Muttern stellen die höchste Stufe der Präzisionsfertigung von Verbindungselementen dar. Swiss-Type-Drehmaschinen verwenden eine Führungsbuchse, die das Stangenmaterial extrem nah am Schneidpunkt abstützt, Durchbiegungen eliminiert und die Herstellung langer, schlanker Komponenten mit außergewöhnlicher Konzentrizität zwischen kritischen Merkmalen ermöglicht.
Schrauben und Muttern können mit verschiedenen Fertigungsverfahren hergestellt werden. Jede Methode hat ihre eigenen Stärken, Einschränkungen und Kostenaspekte.
Kaltumformung oder Kaltpressen ist eine der effizientesten Methoden zur Massenproduktion von Standardschrauben und -muttern durch den Einsatz von Hochgeschwindigkeits-Stauchautomaten zur Formgebung des Metalls bei Umgebungstemperatur. Die Kosten für das Werkzeug zur Kaltumformung liegen typischerweise zwischen 2.000 und 6.000 US-Dollar, was nur bei sehr hohen Stückzahlen wirtschaftlich ist. Dieses Verfahren eignet sich am besten für einfache Geometrien mit akzeptierten Standardabmessungen und moderaten Toleranzen.
Warmschmieden wird für Verbindungselemente mit großem Durchmesser oder hoher Festigkeit eingesetzt und erwärmt das Werkstück vor dem Schmieden. Hauptsächlich für Schwermaschinenbau- und Bauanwendungen verwendet, erfordert das Warmschmieden erhebliche Rüstzeiten und ist nur für relativ einfache Formen geeignet.
CNC-Drehen ist die primäre Fertigungsmethode für kleine/mittlere Serien kundenspezifischer Schrauben und Muttern, die mit hoher Präzision gefertigt werden müssen. Das Verfahren erstellt fertige Komponenten mit stationären Schneidwerkzeugen an rotierenden Werkstücken, um genaue Spezifikationen für Abmessungen und Gewindeformen zu erreichen. Der Vorteil des CNC-Drehens ist die sehr hohe Genauigkeit, geringe Werkzeugkosten und die Möglichkeit, Designänderungen vorzunehmen, ohne neue Werkzeuge kaufen zu müssen.
CNC-Fräsen bietet zusätzliche Möglichkeiten zur Herstellung komplexerer Schraubenköpfe, spezieller Antriebsarten und präziser Mutternmerkmale. Der Einsatz von mehrachsigen Bearbeitungszentren ermöglicht komplexe Geometrien, die durch Drehen oder Umformen nicht hergestellt werden können.
Viele Präzisionsverbindungselemente werden nach dem Drehen oder Kaltumformen gewalzt. Bei diesem Verfahren wird Material verdrängt, um Gewinde zu erzeugen, anstatt sie zu schneiden, was ein stärkeres und ermüdungsbeständigeres Gewindeprofil ergibt. Darüber hinaus weisen die durch Gewindewalzen bearbeiteten Oberflächen glattere Oberflächen auf als geschnittene Gewinde.
Swiss-Type-CNC-Drehmaschinen sind unübertroffen bei der Herstellung von Präzisionskomponenten, die die strengsten Toleranzen erfüllen müssen, insbesondere bei der Fertigung von kleindurchmessrigen Komponenten wie Schrauben für medizinische Implantate und Miniatur-Verbindungselemente für die Luft- und Raumfahrt. Die Führungsbuchse stützt das Werkstück direkt am Schneidpunkt, wodurch Durchbiegungen praktisch eliminiert werden und Toleranzen von bis zu ±0,0002 Zoll (±0,005 mm) bei Durchmessermerkmalen erreicht werden. Durch den Einsatz von Swiss-Type-Maschinen können Dreh-, Fräs-, Bohr- und Gewindeschneidoperationen in einer einzigen Aufspannung durchgeführt werden, was Toleranzstapelung verhindert und jeglichen Bedarf an Sekundäroperationen eliminiert.
Prozessvergleichstabelle
| Fertigungsmethode | Am besten geeignet für | Toleranzfähigkeit | Werkzeugkosten | Stückkosten (hohe Stückzahl) |
| Kaltumformung | Standardschrauben/-muttern, sehr hohe Stückzahlen | ±0,05–0,1 mm | Hoch | Sehr niedrig |
| Warmschmieden | Verbindungselemente mit großem Durchmesser | ±0,1–0,2 mm | Sehr hoch | Niedrig |
| CNC-Drehen | Kundenspezifische Verbindungselemente, niedrige bis mittlere Stückzahlen | ±0,005–0,01 mm | Niedrig | Mittel |
| CNC-Fräsen | Komplexe Köpfe und Antriebsmerkmale | ±0,005–0,01 mm | Niedrig | Mittel–Hoch |
| Swiss-Type-Bearbeitung | Kleine, komplexe hochpräzise Verbindungselemente | ±0,002–0,005 mm | Niedrig | Mittel |
Die Materialwahl bestimmt direkt die Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, das Gewicht und die Kosten Ihrer Verbindungselemente. Unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche Materialeigenschaften.
304 und 316/316L SS: Verbindungselemente aus nichtrostendem Stahl 304/316/316L bieten aufgrund ihrer akzeptablen Festigkeitseigenschaften eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und Vielseitigkeit für Anwendungen in der Schifffahrt, chemischen Verarbeitung, Medizintechnik und Lebensmittelindustrie. Durch Passivieren von 304/316/316L-Muttern und -Schrauben wird ihre natürliche Korrosionsbeständigkeit maximiert und ihre Leistung verbessert.
Kohlenstoffstahl: Verbindungselemente aus Kohlenstoffstahl gelten als die stärksten und günstigsten aller Verbindungselementarten; sie werden in verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter allgemeiner Maschinenbau, Automobilindustrie und Bauwesen. Verbindungselemente aus Kohlenstoffstahl sind in mehreren Güten erhältlich und können für höhere Festigkeit wärmebehandelt werden (Güte 2, 5 und 23 Titan).
Titan Güte 5, 2 und 23: Das überlegene Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, die außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit und die Biokompatibilität machen Titan-Verbindungselemente (Schrauben und Muttern) ideal für Hochleistungsanwendungen in der Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Medizintechnik. Titan wiegt etwa 60 % weniger als Stahl. Der am häufigsten verwendete Titan-Verbindungselement-Werkstoff für hochfeste Anwendungen ist Güte 5 (Ti-6Al-4V).
Aluminium: Die Leichtbauweise und Korrosionsbeständigkeit von Aluminium-Verbindungselementen machen sie zu einer guten Wahl für Anwendungen, bei denen eine Gewichtsreduzierung erforderlich ist. Drohnen (als Strukturverbindungselemente), Elektronikgehäuse und leichte Maschinenbaugruppen sind nur einige Beispiele, wo Aluminium-Verbindungselemente zu finden sind.
Messing: Messing-Verbindungselemente (Schrauben und Muttern) bieten eine gute Korrosionsbeständigkeit, ausgezeichnete Zerspanbarkeit und eine ansprechende Oberfläche; typische Anwendungen für Messing-Verbindungselemente sind Sanitärarmaturen, elektrische Anschlüsse und mechanische Baugruppen mit geringer Belastung.
Exotische Legierungen: Für Verbindungselemente, die in extremen Umgebungen eingesetzt werden, können exotische Legierungen wie Inconel, Hastelloy, MP35N usw. für Unterwasseranschlüsse, Schrauben für chemische Reaktoren und Verbindungselemente in Kernkraftwerken verwendet werden.
Die Swiss-Type-Schraubenmaschine hat sich zum Industriestandard für die Herstellung präziser, kleindurchmessriger CNC-Schrauben und -Muttern entwickelt. Dies wird erreicht, indem das Stangenmaterial direkt durch eine Präzisionsführungsbuchse geführt wird, die sich unmittelbar neben der Schneidposition auf einer Swiss-Drehmaschine befindet. Wenn das Material bearbeitet und vom Werkstück entfernt wird, wird das Werkstück genau an der Abtragsstelle gestützt, wodurch jede Durchbiegung eliminiert wird, die bei der Bearbeitung langer, dünner Teile auf einer konventionellen Drehmaschine auftreten könnte.
Bei Verwendung einer mehrachsigen Swiss-Maschine können Drehen, Fräsen, Bohren und Gewindeschneiden in einem Bearbeitungszyklus am selben Teil durchgeführt werden. Dieser einzelne Bearbeitungszyklus ermöglicht eine perfekte Ausrichtung von Außendurchmesser, inneren Merkmalen und Gewindesteigung des Teils – ein Vorteil, der nicht realisiert werden kann, wenn mehrere Prozesse über einen längeren Zeitraum auf mehreren Maschinen am selben Teil durchgeführt werden.
Typische Toleranzen für Swiss-gefertigte Verbindungse
