02.07.2021

Räumwerkzeuge: Komplizierte Innenprofile ganz einfach herstellen

Mit Räumen können anspruchsvolle Innen- und Außenprofile in der Serienproduktion erzeugt werden. Geräumt wird vor allem in Bereichen, in denen schwierig herzustellende Profile auf Außen- oder Innenflächen mit hoher Oberflächengüte und Formgenauigkeit benötigt werden. Hierzu gehören unter anderem: Innenverzahnungen, Bremssättel, Nabennuten, Bohrungen an Pleueln, Buchsen, Schalt und Schiebemuffen, Rad- und Antriebsnaben, Kupplungsträger, Verzahnungen an Zahnrädern, Zahnstangen, Zangen und Zylinderschlosskerne.

Vor rund 50 Jahren war das Räumen noch ein typisches Fertigungsverfahren für die Endbearbeitung, welches mittlerweile in nahezu allen Fertigungsstufen Einzug gehalten hat. Insbesondere im Bereich der Antriebstechnik ist das Räumen nicht mehr wegzudenken.

Räumen gehört in der spanenden Großserienfertigung von Werkstücken mit komplexen Profilen zu den wirtschaftlichsten Produktionsverfahren, wenn Zerspanungsleistung und Reproduzierbarkeit gefordert sind. Beim Räumen liegen die Vorteile klar auf der Hand, denn mit einem vielzahnigen Werkzeug, bei dem die Schneiden hintereinanderliegen und um eine Spanstärke gestaffelt sind, wird das Profil in einem Arbeitsgang gefertigt.

Herstellung von Räumwerkzeugen

Fast alle Flächen von Räumwerkzeugen werden aufgrund der hohen Präzisionsanforderungen geschliffen, inklusive Schaft und Endabschnitt. Allerdings hat sich bei der Fertigung von Räumwerkzeugen, die Komplettbearbeitung noch nicht flächendeckend durchgesetzt. So werden die gehärteten Halbfabrikate von Räumwerkzeugen teilweise auf bis zu 4 unterschiedlichen Maschinen bearbeitet, bevor diese nach dem Aufbringen der Beschichtung in der Räummaschine zum Einsatz kommen. Dies geht nicht nur mit einem hohen Platzbedarf einher, sondern ist auch im Hinblick auf Standzeiten und die erzielbaren Genauigkeiten als nicht besonders Vorteilhaft zu beurteilen. 

Schleifmaschinen aus der Multigrind® Baureihe erfüllen die hohen Anforderungen an die Profilgenauigkeit, der meist sehr unterschiedlichen Profile. Daneben bieten sie den Vorteil, dass die Räumwerkzeuge in einer Aufspannung gefertigt werden können. Die Vorteilhaftigkeit der Komplettbearbeitung lässt sich am Beispiel einer Räumnadel gut verdeutlichen.

Räumnadeln: Komplettfertigung mit der Multigrind® Baureihe – ganz einfach

An Räumnadeln werden extrem hohe Anforderungen gestellt, da diese in Räummaschinen zum Innenräumen eingesetzt werden. Um den Anforderungen Rechnung zu tragen, kommen ganz unterschiedliche Stähle zum Einsatz – vom Einsatzstahl bis hin zu hochlegiertem Werkzeugstahl. Dabei sind Räumnadeln ausschließlich zur Herstellung der Form nutzbar, für welche sie angefertigt wurden. Hierzu wird das längliche, leicht konisch zulaufende Räumwerkzeug auf einer Räummaschine durch eine bereits vorhandene Bohrung gezogen.

Bei der Herstellung von Räumnadeln können die Schleifmaschinen aus der Multigrind® Baureihe die Fertigung erheblich vereinfachen. Denn das Schleifen von aufwendigen Geometrien ist eine der Kernkompetenzen von Haas Schleifmaschinen.

Die thermostabile Multicube-Bauweise, symmetrisch gebaut, mit senkrecht zueinander ausgerichteten Linear-Achsen und die Schleifbearbeitung im Zentrum geben den Maschinen aus der Multigrind® Baureihe eine hohe Stabilität und Steifigkeit: Ideal für die Bearbeitung von langen, schmalen Werkstücken. Ebenfalls entscheidend für eine hohe Wiederholgenauigkeit bei der Fertigung von Räumnadeln sind das Spannmittel sowie die Abstützlünetten. Hier geht es um die perfekte Ausrichtung des Werkstücks während der Bearbeitung.

Gerade und spiralförmige Nuten, spiralförmiges Profil.

Jeder Zahnkranz einer Räumnadel unterscheidet sich für einen ordnungsgemäßen Räumvorgang von den folgenden.

Räumnadeln: Nachschärfen mit der Multigrind® Baureihe – so einfach, wie herstellen

Die Frage, wie lange ein Räumwerkzeug verwendet werden kann, sorgt immer wieder für angeregte Diskussionen. Im Internet lassen sich verschiedenste Meterangaben über die Nutzungsdauer finden. Allerdings hängt der tatsächliche Verschleiß, und damit der optimale Zeitpunkt zum Nachschleifen von mehreren Einflussfaktoren ab. Unter anderem haben die Werkstoffeigenschaften, der verwendete Kühlschmierstoff und die Maschineneinstellungen sowie die Beschichtung des Werkstücks einen Einfluss auf die Nutzungsdauer.

Da Räumwerkzeuge aufwendig in der Herstellung sind, liegt deren schonende Behandlung nahe, weshalb bereits das Abstumpfen eines Zahnes das Auswechseln der Nadel erfordert. Erfolgt der Austausch des Werkzeugs nicht, bricht mit hoher Wahrscheinlichkeit umgehend der nachstehende Zahn aufgrund von Überlastung aus. Zeigt das Druckmanometer der Räummaschine einen erhöhten Druck an oder wird das Maß des Profils nicht mehr eingehalten, empfiehlt sich der umgehende Austausch des Werkzeugs. Weitere Indikatoren, die auf einen umgehenden Austausch hinweisen sind, ein starkes Erwärmen der Werkstücke sowie eine Verschlechterung der Oberflächengüte der geräumten Geometrien.

Die Verlängerung der Einsatzfähigkeit einer Räumnadel, wird in der Regel durch Nachschärfen der Spanflächen erreicht. Dabei verringert sich zwar auf Grund des Freiwinkels der Durchmesser jedes einzelnen Zahns, da aber Räumwerkzeuge grundsätzlich mehrere sogenannte Reserve- bzw. Kalibrierzähne mit dem maximalen Durchmesser haben, von denen nur der jeweils vordere im Eingriff ist, kann trotz Nachschleifens der geforderte Durchmesser gehalten werden. Exakt einzuhalten ist dabei der Spanwinkel und vermieden werden müssen etwaige Absätze im Zahnfußradius. Als erfolgskritisch zu sehen ist hier neben der Schleifstrategie vor allem der perfekte Zustand der Schleifscheiben.   

Von entscheidender Bedeutung ist hier die Werkzeugvermessung sowie die Prozessauslegung für das Abrichten der Schleifscheiben. Multigrind® Horizon sowie darüber hinaus Multigrind® Styx bieten hier die Möglichkeit den Werkzeugverschleiß zum einen zu simulieren sowie zum anderen pixelgenau darzustellen. So kann den hohen Ansprüchen an den Prozess noch besser Rechnung getragen werden und es gelingt das optimale Nachsetzten der Zähne besonders einfach, ohne dass sich das eigentliche Zerspanprofil verändert.

Die Autorin

Zita Bader

Zita Bader ist im Bereich Marketing und Kommunikation der Haas Schleifmaschinen GmbH tätig.

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