Beim Nutenfräsen verwendet ein Bediener eine CNC-Drehmaschine, um eine lange, schmale Vertiefung, die sogenannte Nut, in ein Werkstück einzufräsen. Diese CNC-Nuten sind funktional, können aber auch ästhetischen Zwecken dienen.
Die Stechbearbeitung ist vielseitig und findet breite Anwendung in der Teilefertigung. Dieser Artikel bietet umfassende Informationen zum Stechvorgang und erklärt den Prozess detailliert. Er umfasst den Mechanismus, die heute verwendeten Stechwerkzeuge und zeigt, wie sich der Bearbeitungsvorgang verbessern lässt.
Was ist Nutbearbeitung
Nutenschneiden ist eine Präzisionsbearbeitung, bei der schmale und scharfe, lineare Vertiefungen im Inneren oder Äußeren eines Werkstücks erzeugt werden. Diese Schnitte sind blind und trennen die Teile nicht. Form und Größe der Nut hängen vom verwendeten Nutwerkzeug ab.
Durch das Einstechen werden besondere Merkmale an einem Werkstück für dekorative oder funktionale Zwecke geschaffen. Zu den funktionalen Zwecken gehört die präzise Passung von Sicherungsringen, Dichtungen und O-Ringen. Darüber hinaus kann das Einstechen ein Schritt vor dem Abstechen oder Trennen sein.
Arten von Nutbearbeitungswerkzeugen heute
Moderne Nutwerkzeuge gibt es in verschiedenen Ausführungen. Sie lassen sich entweder nach der Materialzusammensetzung oder nach ihrer Funktion klassifizieren.
Stechwerkzeuge nach Material
Die Arten von Nutwerkzeugen basieren auf ihrer Materialzusammensetzung:
● Hochgeschwindigkeitsstahl-Stechwerkzeuge
Schnellarbeitsstahl-Stechwerkzeuge sind aufgrund ihrer Härte, Hitzebeständigkeit und Abriebfestigkeit beliebt. Sie enthalten eine einzigartige Mischung aus Wolfram, Eisen, Chrom, Molybdän, Kohlenstoff und Kobalt. Bei richtiger Pflege können diese Werkzeuge jahrelang halten.
● Hartmetall-Stechwerkzeuge
Diese Werkzeuge können Rillen in Hartmetallen wie Gusseisen, Chrom und Stahl erzeugen. Ihre Geschwindigkeit und Langlebigkeit sind unübertroffen. Daher eignen sie sich ideal für Branchen mit engen Toleranzen. Insgesamt steigern sie die Produktivität und senken die Produktionskosten.
● Polykristalline Diamant-Nutwerkzeuge
Ein polykristallines Diamant-Nutwerkzeug ist mit Nichteisenmetallen und Verbundwerkstoffen kompatibel. Es besteht aus Diamantpartikeln, die mit metallischen Bindemitteln bei hoher Temperatur und hohem Druck geformt werden. Polykristalline Diamant-Nutwerkzeuge sind verschleiß- und abriebfest.
Stechwerkzeuge basierend auf dem Arbeitsvorgang
Man kann Nutwerkzeuge auch nach ihrer Funktionsweise klassifizieren. Drei Haupttypen, basierend auf den Arbeitsvorgängen, sind:
● Werkzeuge zum Planeinstechen
Wie der Name schon sagt, bewegen sich diese Werkzeuge entlang der Oberfläche eines flachen Werkstücks. Sie haben eine schmale und scharfe Spitze über der Mittellinie des Werkstücks. Planstechwerkzeuge können entweder eine ein- oder zweischneidige Spitze haben. Sie sind kompatibel mit Metallen wie Gusseisen, rostfreier Stahl, und Aluminium.
● Werkzeuge zum Nuten von Außendurchmessern
Diese Nutwerkzeuge bearbeiten die Außenfläche des Werkstücks. Sie erzielen ihre beste Leistung, wenn die Oberfläche knapp unterhalb der Mittellinie liegt. Nutwerkzeuge für den Außendurchmesser sind vielseitig einsetzbar und in verschiedenen Formen und Größen erhältlich. Sie eignen sich für viele Nutoperationen und erzielen ein hervorragendes Finish.
● Werkzeuge zum Einstechen des Innendurchmessers
Innendurchmesser-Nutwerkzeuge erzeugen Nuten am Innendurchmesser eines Werkstücks. Sie sind präzise und wiederholgenau, da sie weniger Vibrationen erzeugen. Für optimale Ergebnisse platzieren Sie das Werkzeug knapp oberhalb der Mittellinie.
Gängige Nutbearbeitungstechniken
Abhängig von der Position der Nuten im Verhältnis zum Werkstück gibt es unterschiedliche Nutbearbeitungsverfahren. In diesem Abschnitt werden die Verfahren erläutert.
Außenstechen
Beim Außennutenfräsen werden Vertiefungen oder Absätze in die Außenfläche des Werkstücks eingearbeitet. Dabei bewegt sich das Nutwerkzeug spiralförmig, um überschüssiges Material an der Schnittstelle zu entfernen.
Das Außenstechen eignet sich zum Herstellen breiter Nuten an Wellen. Es ist jedoch ein zeitaufwändiger Prozess, der entsprechende Vorkehrungen erfordert, um ein Verklemmen der Späne zu verhindern. Es gibt vier Hauptarten des Außenstechens:
● Einschnittnuten
Das Einstechen mit einem einzigen Schnitt ist ein produktives Außennutverfahren, bei dem das Nutwerkzeug einen einzigen geraden Schnitt am Werkstück ausführt. Es findet Anwendung in der Serienfertigung von Teilen, wobei ein passgenauer Einsatz eine hochwertige Oberflächengüte gewährleistet.
● Mehrfachnuten
Bei diesem Typ werden mehrere breite Nuten erzeugt. Normalerweise ist die Tiefe der Nuten größer als ihre Breite. Dieser Typ eignet sich für Rohrverbindungsstücke wie Flansche.
● Stechdrehen
Das Stechdrehen eignet sich auch zum Herstellen breiter Nuten. Es ist jedoch das Verfahren der Wahl, wenn die Breite der Nut größer als ihre Tiefe ist.
● Ramping
Beim Rampenfräsen bewegt sich das Nutwerkzeug gleichzeitig axial und radial entlang eines Werkstücks. Diese Bewegungen helfen dem Werkzeug, komplexe Konturen nahtlos zu manövrieren.
Internes Einstechen
Beim Innennutenfräsen werden mit Werkzeugen Nuten in den Innendurchmesser eines Werkstücks gefräst. Es eignet sich hauptsächlich für den Innenbereich zylindrischer Teile, wie beispielsweise Hydraulikkomponenten.
Das Innenstechen ist vielseitig und kann sowohl einfache Innenstrukturen als auch komplexe Hinterschnitte erzeugen. Nachteile des Verfahrens sind jedoch Hitzeentwicklung und Schwierigkeiten bei der Spanabfuhr. Mit Kühlmittel und einem Werkzeug, das die Spanabfuhr verbessert, lassen sich diese vermeiden.
Geradeausdrehen
Beim Längsdrehen werden lineare Nuten in die Oberfläche eines zylindrischen Werkstücks eingebracht. Um diesen Prozess reibungslos durchzuführen, bewegen Sie das Werkzeug gleichmäßig längs, um Material schrittweise vom Werkstück abzutragen. Das Längsdrehen gewährleistet, dass der Durchmesser entlang der Werkstücklänge nicht signifikant variiert.
Planeinstechen
Beim Axialstechen erfolgt die Vertiefung entlang der Werkstückachse. Mit dieser Technik lassen sich Nuten mit einer Tiefe von über 30 mm erzeugen. Fräsen Sie in diesem Fall die halbe Nuttiefe mit der gewünschten Breite. Anschließend können Sie die Nut bis zum Anschlag fräsen, um maximale Stabilität zu gewährleisten.
Durch die Verwendung des richtigen Werkzeugs werden Spanstaus und Vibrationen vermieden, die den Bediener gefährden können.
Konturstechen
Bei diesem Verfahren werden Rillen auf unregelmäßig geformten oder gekrümmten Oberflächen erzeugt. Die verwendeten Werkzeuge folgen einem vorgegebenen Pfad und erreichen auch schwer zugängliche Bereiche. Die Komplexität der Rille bestimmt maßgeblich die Größe und Art des verwendeten Rillwerkzeugs.
Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Nutbearbeitung
Das Grundprinzip der Stechbearbeitung bleibt unabhängig vom Stechwerkzeug oder der Stechtechnik gleich. Der Bearbeitungsprozess wird Schritt für Schritt wie folgt beschrieben:
● Schritt 1: Planung und Design
Bevor Sie mit dem Nutenschneiden beginnen, müssen Sie zunächst die Projektspezifikationen verstehen. Dazu gehören Position, Größe, Tiefe, Toleranzen und Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit der Nut. So können Sie das optimale Werkzeug und die optimale Maschine auswählen.
In dieser Phase bestimmen Sie auch die erforderlichen Bearbeitungsparameter und erstellen mithilfe einer CAD/CAM-Software ein 3D-Modell des Endprodukts, um eine ordnungsgemäße Planung zu ermöglichen.
● Schritt 2: Einrichten der Maschine
Nach entsprechender Planung richten Sie die CNC-Drehmaschine für den Nutvorgang ein. Schalten Sie die Maschine ein und installieren Sie alle benötigten Werkzeuge auf dem Karussell. Laden Sie das Werkstück und richten Sie es mit einer Klemme oder einem Schraubstock aus. Überprüfen Sie beim Einrichten der Maschine unbedingt den Öl- und Kühlmittelstand.
● Schritt 3: Ausführen des Nutvorgangs
Führen Sie den Nutvorgang wie geplant durch. Beim automatischen Prozess steuert das CNC-Programm die Bewegung der Werkzeuge und bestimmt Geschwindigkeit und Tiefe der Nuten.
Der Bediener bedient die Maschine für manuelle Drehmaschinen und steuert die Stechparameter. Nach dem Stechvorgang können verschiedene Nachbearbeitungsvorgänge durchgeführt werden, um eine glattere Oberfläche zu erzielen und die Oberfläche für weitere Beschichtungsprozesse vorzubereiten.
● Schritt 4: Qualitätsprüfung
Überprüfen Sie die Nut, um sicherzustellen, dass sie den Branchenspezifikationen und -standards entspricht. Führen Sie eine Sichtprüfung durch oder nutzen Sie fortschrittliche Techniken und Maschinen, um Abweichungen zu erkennen.
Beachten Sie, dass die Qualitätsprüfung nicht erst am Ende des Nutvorgangs erfolgen sollte. Führen Sie vor und während des Vorgangs Qualitätstests und -prüfungen durch.
Überlegungen zur Verbesserung der Nutbearbeitung
Für einen erfolgreichen Stechvorgang spielen einige Parameter eine Rolle. Hier sind die wichtigsten Faktoren, die vor der Durchführung einer Stechtechnik berücksichtigt werden sollten.
● Medientyp
Berücksichtigen Sie die physikalischen und chemischen Eigenschaften des zu bearbeitenden Materials. Die verfügbaren Nutwerkzeuge sind für harte und weiche Materialien optimiert. Arbeiten Sie mit langsamer Vorschubgeschwindigkeit und verwenden Sie beim Schneiden von Hartmetallen ein langlebiges und verschleißfestes Nutwerkzeug. Verwenden Sie beim Schneiden weicherer Materialien wie Kupfer und Aluminium ein scharfes Diamantwerkzeug für schnelleres Nuten.
● Rillengeometrie
Berücksichtigen Sie vor der Bearbeitung die Größe, Eigenschaften und Funktion der Nut. Die Breite und Tiefe des Schnitts können das verwendete Werkzeug und den Gesamtaufbau des Nutvorgangs bestimmen. Die Nutgeometrie beeinflusst die Bearbeitungsgeschwindigkeit und den verwendeten Werkzeugtyp.
● Schnittparameter
Auch die Nutparameter bestimmen den Erfolg des Prozesses. Berücksichtigen Sie Vorschub, Spindeldrehzahl und Tiefe pro Durchgang. Beginnen Sie mit einem langsameren Vorschub für eine feinere Oberflächengüte und um Werkzeugbruch zu vermeiden. Vermeiden Sie eine zu hohe Spindeldrehzahl für einen schnelleren Prozess. Konstante Spindeldrehzahl reduziert den Verschleiß des Nutwerkzeugs.
● Werkzeugauswahl
Der Erfolg eines Nutenfräsens hängt maßgeblich von der richtigen Werkzeugauswahl ab. Wählen Sie ein Werkzeug mit der richtigen Größe, um die gewünschte Nut zu erzeugen. Berücksichtigen Sie außerdem Verschleißfestigkeit, Haltbarkeit und Festigkeit. Diamant-Nutenfräser beispielsweise sind aufgrund ihrer hohen Abriebfestigkeit aufgrund ihrer längeren Lebensdauer für die Großserienproduktion wirtschaftlicher.
● Chipkontrolle
Beim Nutenfräsen ist die Spanbildung unvermeidlich. Um Sicherheitsrisiken und Werkzeugbrüche zu vermeiden, müssen Art und Form der Späne effektiv kontrolliert werden. Spankontrolle erreichen Sie mit einem Spanbrecher und einem geeigneten Kühlsystem.
● Maschineneinrichtung
Schließlich ist die richtige Maschineneinstellung entscheidend für den Erfolg des Nutprozesses. Unsachgemäße Montage und Installation können zu erhöhten Ausfallraten, Fehlfunktionen und erheblichen Ausfallzeiten führen. Überprüfen Sie unbedingt alle Komponenten der CNC-Drehmaschine und ziehen Sie bei Bedarf professionelle Hilfe in Anspruch.
Häufig gestellte Fragen
Wie unterscheidet sich eine Nut von einer Nut in Bezug auf die Bearbeitung?
Eine Nut ist ein langer, schmaler, blinder Schnitt in einem Material. Ein Schlitz hingegen ist eine längliche, in eine Richtung verlaufende Nut. Zu seinen Einsatzzwecken gehören die korrekte Ausrichtung und Positionierung, Befestigung und Wärmeableitung.
Was ist der Unterschied zwischen Schleifen, Drehen und Nuten?
Beim Schleifen wird die Oberfläche von Teilen mit einer Schleifscheibe poliert und verfeinert. Dies führt zu einer glatten Oberfläche mit verbessertem Aussehen. Beim Drehen hingegen wird mit einem stationären Schneidwerkzeug Material von einem rotierenden Werkstück entfernt. Beim Nuten werden mit Spezialwerkzeugen blinde und gerade Schnitte in ein Werkstück eingebracht.
Welcher Materialtyp eignet sich am besten zur Herstellung von Nutwerkzeugen?
Verwenden Sie für das Nutwerkzeug Materialien, die stärker sind als viele technische Werkstoffe. Beispiele sind Stahl und Hartmetall. Sie können es auch mit harten Materialien wie Diamanten beschichten. Das beste Material für Ihr Projekt hängt vom verfügbaren Kapital und dem Werkstück ab.
Fazit
Der Erfolg der Nutbearbeitung liegt in der Verwendung vorprogrammierter Software zur Steuerung der Werkzeuge. Der Prozess bringt jedoch Probleme mit sich, wie Fehlausrichtung, Vorschubprobleme, Werkzeugverschleiß und -bruch sowie uneinheitliche Nutqualität.
Eine ordnungsgemäße Wartung, die Verwendung der Nutparameter und die frühzeitige Erkennung von Unregelmäßigkeiten sind bewährte Lösungen.
Was ist Stechbearbeitung? Welche Arten von Stechwerkzeugen gibt es? Wir hoffen, dieser Artikel hat alle Ihre Fragen beantwortet. Bei weiteren Fragen und Anliegen kontaktieren Sie uns gerne.
