Beim Gewindewalzen handelt es sich um einen spanlosen Gewindeformprozess, bei dem über Formrollen Druck auf ein Werkstück ausgeübt wird, wodurch eine kontrollierte plastische Verformung im Metall induziert wird, um direkt Gewinde einzuprägen, die das Profil der Rollen widerspiegeln. Im Gegensatz zu spanabhebenden Methoden wie Drehen oder Fräsen entstehen beim Gewindewalzen keine Späne; Stattdessen bewirkt es, dass das Material radial und axial vom Gewindegrund aus fließt, um das Profil zu füllen, wodurch es sich um eine typische kaltverarbeitende plastische Umformtechnik handelt. Bei der Herstellung von Präzisionsbefestigungen hat dieser Prozess direkten Einfluss auf die Gewindegenauigkeit und die mechanischen Eigenschaften von Produkten-wie z. B. Schlitz-Zylinderkopf-Verbindungsschrauben- und ist somit eine unverzichtbare Verarbeitungsoption für die Produktion mittlerer{7}}bis-großer Stückzahlen.
Das Gewinderollen wird vor allem für die Bearbeitung von Außengewinden eingesetzt. Vor Beginn des Bearbeitungsprozesses ist die genaue Kontrolle des Werkstückdurchmessers von größter Bedeutung; Typischerweise muss dieser Durchmesser ungefähr dem Flankendurchmesser des zu formenden Gewindes entsprechen. Wenn der Außendurchmesser des Rohlings zu klein ist, kann das Metallmaterial nicht vollständig in die Nuten der Walzbacken fließen; Wenn die Abmessung hingegen zu groß ist, wird ein enormer, unnötiger Druck auf die Ausrüstung ausgeübt-was möglicherweise zu Schäden an der Gewindewalzmaschine führen kann. Daher sind für die Herstellung von Schlitz-Zylinderkopf-Verbindungsschrauben strenge Berechnungen und Prozessversuche -basierend auf den physikalischen Eigenschaften des Materials-unerlässlich, um den optimalen Rohlingsdurchmesser genau zu bestimmen.
Bei der überwiegenden Mehrheit der gewalzten Gewinde handelt es sich um Standardgewinde mit einem Flankenwinkel von 60 Grad. Die zu diesem Zweck eingesetzten Walzbacken verfügen über relativ scharfe Spitzen und verfügen häufig über eine abgerundete Schneidkante, um ein reibungsloses Eindringen in das Material zu ermöglichen. Jede Zahnflanke behält einen Winkel von 30 Grad bei und stellt so sicher, dass das Metallmaterial sowohl in axialer als auch radialer Richtung stabil, kontrolliert und vorgegeben fließt. Durch diesen Kaltbearbeitungsmechanismus-werden die mit dem herkömmlichen Drehen verbundenen Nachteile-insbesondere die Unterbrechung des Kornflusses des Metalls-vollständig vermieden. Darüber hinaus verleiht dieser Prozess Konstruktionsbefestigungen-wie z. B. gerillten Zylinderkopf-Konstruktionsschrauben-eine außergewöhnlich hohe Metalldichte am Gewindegrund.
Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wie Fräsen oder Schleifen weist das Gewinderollen erhebliche Vorteile auf. Erstens ist die Oberflächenrauheit gewalzter Gewinde extrem gering, was zu einer deutlich besseren Oberflächenbeschaffenheit führt. Zweitens werden durch den prozessinhärenten Kalthärtungseffekt die Festigkeit und Härte der Gewindeoberfläche erheblich erhöht. Darüber hinaus entstehen bei dem Verfahren keine Späne, was zu einer außergewöhnlich hohen Materialausnutzungseffizienz führt; Im Vergleich zu Schneidvorgängen können zwischen 15 und 20 % an Rohstoffen eingespart werden. Darüber hinaus bietet das Gewindewalzen Produktivitätsraten, die um ein Vielfaches höher sind als die von Schneidvorgängen; Der Prozess lässt sich leicht automatisieren und die Lebensdauer der Walzwerkzeuge ist außergewöhnlich hoch. Diese Eigenschaften machen es zur idealen Wahl für die Herstellung großvolumiger Produkte, wie z. B. Schlitz-Käsekopf-Gewindeschrauben.
Allerdings hat jedes Herstellungsverfahren seine Grenzen, und das Gewindewalzen bildet da keine Ausnahme. Erstens: Während die starke Kompression des Grundmaterials die Zugfestigkeit erhöht, können die begleitenden Eigenspannungen, die während der Verarbeitung entstehen, unter bestimmten Umständen komplexe Auswirkungen auf die Ermüdungslebensdauer haben. Zweitens ist die Auswahl an verwendbaren Materialien begrenzt; Typischerweise muss das Werkstückmaterial eine Härte von nicht mehr als HRC 40 aufweisen, da zu harte Materialien einer effektiven plastischen Verformung widerstehen. Drittens stellt das Verfahren äußerst strenge Anforderungen an die Maßgenauigkeit der Rohlinge sowie an die Härte und Präzision der Walzwerkzeuge selbst-was die Herstellung dieser Werkzeuge zu einer technisch anspruchsvollen Aufgabe macht. All diese Faktoren müssen bei der Planung einer Produktionslinie für gekerbte Zylinderkopfschrauben sorgfältig berücksichtigt werden.
Zusätzlich zu den oben genannten Einschränkungen ist das Gewindewalzverfahren auch für die Herstellung von Spezialgewinden mit asymmetrischen Profilen ungeeignet. Dennoch bleibt das Gewindewalzen in Branchen, in denen die mechanische Leistung von Komponenten von größter Bedeutung ist -wie Luft- und Raumfahrt, Automobilbau und Schwermaschinenbau-, sofern die Voraussetzungen hinsichtlich Materialeignung und Präzision erfüllt sind, die konkurrenzlose Methode zur Gewährleistung der Produktzuverlässigkeit. Bei der Herstellung von Industrieschrauben mit Zylinderkopf und Schlitz beispielsweise erhöht der durch den Walzvorgang erzeugte kontinuierliche Kornfluss die Bruchfestigkeit des Verbindungselements erheblich.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Gewindewalzprozess erhebliche Vorteile in Bezug auf Leistung und Kosten{0}}effizienz bietet, jedoch auch mit gewissen inhärenten Prozessbeschränkungen einhergeht. Während es die Zugfestigkeit und Oberflächengüte von Fäden erheblich steigert, schränken die hohen Anforderungen an Material und Ausrüstung die universelle Einsetzbarkeit ein. Bei praktischen technischen Anwendungen-sei es bei der Konstruktion von Schlitz-Zylinderkopfschrauben oder anderen speziellen Verbindungselementen- müssen Ingenieure die vorgesehene Anwendungsumgebung, die spezifischen Belastungseigenschaften- und das Produktionsvolumen umfassend bewerten, um den am besten geeigneten Herstellungsprozess zu bestimmen.
Häufig gestellte Fragen
1. Was ist der grundlegende Unterschied zwischen gerollten Gewinden für Verbindungselemente mit geschlitzten zylindrischen Köpfen und geschnittenen Gewinden?
Gerollte Gewinde entstehen durch spanlose plastische Verformung, wodurch die Kornstruktur des Metalls erhalten bleibt und eine höhere Festigkeit erreicht wird. Beim Schneiden von Fäden wird überschüssiges Metall entfernt, ein Prozess, der die Fasern des Materials durchtrennt und zu einer relativ geringeren Gesamtfestigkeit führt.
2. Was sind die Hauptvorteile von gerollten Gewinden?
Sie zeichnen sich durch eine hohe Oberflächengüte, eine hervorragende Gewindehärte und Zugfestigkeit, eine hohe Materialausnutzungseffizienz und schnelle Produktionsraten aus. Darüber hinaus zeichnen sich die Werkzeuge durch eine lange Lebensdauer aus, wodurch sich das Verfahren ideal für die großvolumige, standardisierte Produktion von Verbindungselementen mit geschlitztem Zylinderkopf eignet.
3. Welche betrieblichen Einschränkungen gibt es beim Gewindewalzen von Zylinderkopf-Schlitzschrauben?
Sie gilt nur für duktile Materialien mit einer Härte von HRC 40 oder niedriger. Es stellt hohe Anforderungen an die Maßgenauigkeit sowohl der Werkstückrohlinge als auch der Walzbacken; Darüber hinaus ist die Bearbeitung von Gewinden mit asymmetrischem Profil nicht möglich und die daraus resultierende Ermüdungslebensdauer ist relativ begrenzt.
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