Nutbearbeitung: Techniken, Werkzeuge und Anwendungen

Das Einstechen wird in Fertigungsprozessen normalerweise verwendet, um präzise und genaue Rillen oder Vertiefungen in Metalle zu formen. Es ermöglicht eine präzise Passung für Teile wie Dichtungen und O-Ringe. Durch Einstechen können unterschiedliche Geometrien unterschiedlicher Größe erzeugt werden. Die Hauptparameter dieses Prozesses sind Werkzeugauswahl, Materialeinfluss oder -auswahl, Vorschubgeschwindigkeit, Geschwindigkeit und Schnitttiefe. Es dient als Grundlage moderner Fertigungsprozesse, indem es dem Endprodukt Präzision, Vielseitigkeit und Effizienz verleiht.

Was ist Einstechen bei der spanenden Bearbeitung?

Es handelt sich um einen Bearbeitungsvorgang, bei dem schmale Kanäle in einem Werkstück geformt werden. Normalerweise wird dies auf CNC-Maschinen mit speziellen Schneidwerkzeugen durchgeführt. Es ermöglicht Wege für Gewinde und eine präzise Passform für O-Ringe und Dichtungen.

Der Nutvorgang

Das Nutenschneiden ist ein CNC-Drehverfahren, um eine lange und schmale Vertiefung im Werkstück zu erzeugen. Dadurch können sich andere geometrische Teile innerhalb der Nut bewegen, wie z. B. Kanäle, die in Metalle geschnitten werden. Die Schnittgröße hängt von der Breite des Schneidwerkzeugs ab. Um breitere Nuten zu erzeugen, sind mehrere Werkzeugkanäle erforderlich.

Zweck des Einstechens

Durch Nuten können Sie Teile verbinden oder Teile für die Montage erstellen. Beispielsweise kann ein Nutrohr problemlos mit einer Sprinklerkupplung verbunden werden und stellt sicher, dass die Rohre unabhängig vom Wasserdruck in ihnen ordnungsgemäß verbunden sind. Beim Nuten werden CNC-Maschinen mit Spezialwerkzeugen verwendet.

Einstechen vs. Drehen

Einstechen und Drehen sind unterschiedliche Vorgänge. Beim Einstechen wird ein schmaler Schnitt in ein Material mit einer Schnitttiefe erzeugt, die der des Schneidwerkzeugs entspricht. Beim CNC-Drehen wird Material von einem rotierenden Material entfernt, um zylindrische Formen zu erzeugen.

Allgemeine Anwendungen

Das Nuten ist ein in der Fertigung häufig verwendetes Verfahren zum Herstellen von Ringen, Dichtungs- und Haltenuten. Es ist auch eine Hauptkomponente in Brandschutzsystemen und Nutflansche werden in HLK-Systemen für Rohrverbindungen verwendet. Weitere Anwendungen sind Wasseraufbereitungssysteme und das Verschließen von Blechnähten in Luftkanälen, Eimern und vielem mehr.

Nutmaschinen Übersicht

Das Prinzip von Nutmaschinen ist unkompliziert. Ein Satz rotierender Schneidwerkzeuge formt Nuten in das Werkstück (Blech). Nutwinkel und Schnitttiefe werden kontrolliert und verbessern die Präzision scharfer Winkel. Ein CNC-System (Computer Numerical Control) ermöglicht die Automatisierung der Nutvorgänge. Es ermöglicht hohe Präzision bei der Auswahl von Hochgeschwindigkeits-Schneidwerkzeugen.

Merkmale des Nutdrehwerkzeugs

Die Merkmale von Stechdrehmeißeln unterscheiden sich je nach Typ.

Arten von Nutwerkzeugen

Es gibt unterschiedliche Arten von Nutwerkzeugen.

Einstechwerkzeug

Ein Planstechwerkzeug bewegt sich in einer CNC-Drehmaschine entlang der Materialoberfläche. Um eine höhere Stabilität zu erreichen, ist eine geringe Schnitttiefe vorzuziehen. Beim Planstechdrehen werden hochpräzise Schneidflüssigkeiten verwendet, um die Spankontrolle und -abfuhr zu verbessern.

Innenstechwerkzeug

Es bewegt sich entlang des inneren Teils des Werkstücks. Schneidflüssigkeiten werden eingesetzt, um eine hohe Durchflussrate, Materialentfernung und Spankontrolle zu ermöglichen. Der Vorgang beginnt im hinteren Teil des Lochs und geht nach vorne, um die Spanentfernung zu ermöglichen.

Externes Einstechwerkzeug

Das Werkzeug bewegt sich radial an der Seite des Materials entlang. Bei diesem Nutvorgang erfolgt der Materialabtrag entlang der Schnittstelle.

Abstechwerkzeug vs. Stechwerkzeug

Trennwerkzeuge und Nutwerkzeuge unterscheiden sich voneinander. Trennwerkzeuge trennen Material in zwei Teile, indem sie einen schmalen Schlitz in das Werkstück schneiden. Beim Nuten hingegen werden Kanäle in der Oberfläche des Werkstücks erzeugt.

Einstecheinsätze

Stechplatten erzeugen tiefe, kleine Löcher mit einem langen Überhang. Sie werden verwendet, wenn mit Rattern und Verformung zu rechnen ist.

Hartmetalleinsätze

Es eignet sich am besten für abrasive und korrosive Materialien wie Stahl oder Gusseisen. Es erzeugt unvollständige Löcher in Materialien wie Wellen für halbunterbrochene Schnittbedingungen.

Tungaloy-Einsätze

Dies sind robuste Einsätze für Schruppbearbeitungen. Dazu gehören Schmiedestücke, Gussteile und grob gesägte Rohlinge.

Schneidwerkzeuge und Werkzeugverschleiß

Normalerweise werden beim Nutenschneiden Schneidwerkzeuge wie Handfräsen, Frästische, Kreissägen, Führungssägen, Fräshobel, Quermeißel, Tischkreissägeblätter und vieles mehr verwendet. Werkzeugverschleiß ist ein Versagen des Schneidwerkzeugs aufgrund hoher Temperaturen, ungeeigneter Bearbeitungsparameter oder Bearbeitungsvorgänge.

Einfluss des Materials auf das Einstechen

Je nach Materialart (weich oder hart) führt das Rillen zu unterschiedlichen Ergebnissen

Edelstahl

Edelstahl ist hart und weist eine hohe Kaltverfestigung auf. Dies führt zu Werkzeugverschleiß und die Nutbearbeitung erfordert eine langsame Schnittgeschwindigkeit.

Aluminium

Aluminium ist formbar und kann leicht gebogen werden. Das Rillen von Aluminium wird vorgenommen, wenn die Designstruktur speziell ist und die Herstellungsmethoden normalerweise nicht die Erwartungen erfüllen können.

Messing

Messing ist formbar und lässt sich gut bearbeiten. Es ermöglicht hohe Schnittgeschwindigkeiten und sorgt für eine bessere Oberflächengüte.

Titan

Titan ist schwer zu bearbeiten. Es hat ein niedriges Spannungs-Dehnungs-Verhältnis und eine geringe Elastizität. Beim Einstechen kann es zu Verformungen kommen. Durch die Verwendung von Strukturwerkzeugen kann jedoch die Reibung verringert und die Bearbeitbarkeit verbessert werden.

ABS-Kunststoff

ABS-Kunststoff ist spröde und weist eine geringe Hitzebeständigkeit auf. Für gute Rillergebnisse kann eine dreieckige Fräsplatte oder ein dreieckiges Anfasbrett verwendet werden. Es ist auch für viele Holzbearbeitungsgeräte geeignet und kann zum Rillen usw. verwendet werden.

PC

PC ist ein ungiftiger und schlagfester Kunststoff. Es kann mit Schneideplotterfräsen, Rollnutmaschinen und Laserschneiden genutet werden.

POM

POM wird häufig dort eingesetzt, wo hohe Toleranzen, Bearbeitungs- und Verformungsbeständigkeit erforderlich sind. Es ist ein vielseitiger technischer Kunststoff und Rillen erhöhen seine Haftung an anderen Materialien

PTFE

Das Einstechen von PTFE erfolgt auf die gleiche Weise wie das Einstechen von Gummi, insbesondere von O-Ringen. Der einzige Unterschied besteht darin, dass PTFE schmaler ist und aufgrund der relativen Steifheit des Materials weniger Druck ausgeübt wird.

Materialhärte und Nutqualität

Die Qualität der Nut hat je nach Art und Schweißverfahren erhebliche Auswirkungen auf die Härte des Materials. V-Nuten erhöhen beispielsweise die Härte der Schweißzone um 33 %. Und kleinere Schweißnuten können die Zähigkeit und Härte von Schweißnähten erhöhen. Ebenso verringert sich die Härte, wenn eine hohe Wärmezufuhr und eine langsame Abkühlungsrate erfolgen.

Elektropolieren zur Oberflächenveredelung

Elektropolieren kann auf Oberflächen mit mehreren Rillen erfolgen. Dadurch wird die Oberflächengüte eines Teils um bis zu 50 % verbessert, ohne dass die Maßtoleranz beeinträchtigt wird. Andere Faktoren wie Maßtoleranz oder Materialabtragsrate beeinflussen jedoch ebenfalls die endgültige Oberflächengüte.

Präzisionsnuttechniken

Die gängige Praxis beim Präzisionsnuten umfasst viele Faktoren. Wie zum Beispiel:

Kontrolle von Schnittkräften und Vibrationen

Durch Fixierung und richtige Platzierung des Werkstücks können Vibrationsprobleme beim Nutenschneiden verringert werden. Weitere zu berücksichtigende Faktoren sind Schnittgeschwindigkeit und niedriger Vorschub, der zur Verbesserung der Oberflächengüte und Nutqualität beiträgt. Eine geringe Schnitttiefe kann Vibrationen und Schnittkräfte verringern.

Radiale Schnitttiefe

Es misst, wie weit ein Werkzeug senkrecht zu seiner Achse in das Material eingreifen kann. Es wird auch Schnittbreite genannt. Die Qualität der Nut hängt stark von der Vorschubgeschwindigkeit, der Schnittgeschwindigkeit und der radialen Schnitttiefe ab.

Maximierung der Werkzeugeffizienz

Um die Werkzeugeffizienz zu maximieren, ist es am wichtigsten, die richtigen Stechwerkzeuge und Stecheinsätze auszuwählen. Der richtige Einsatz wird je nach Material, Stechgeometrie und Bearbeitungsparametern ausgewählt.

Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit von Nuten

Eine bessere Oberflächengüte der Nut lässt sich durch die Auswahl des richtigen Werkzeugs, Kühlmittels, der richtigen Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit, der richtigen Werkzeuggeometrie und Wiper-Technologie sowie durch die Vermeidung dünner und großer Schneidwerkzeuge erzielen.

Nutbearbeitung auf CNC-Drehmaschinen

Das Einstechen auf einer Drehmaschine umfasst mehrere Schritte

Einrichten einer CNC-Drehmaschine zum Nuten

Es beginnt mit dem festen Befestigen des Werkstücks und dem Anzeichnen der Positionen.

Anpassen der Drehmaschinenparameter für die Qualität

Wählen Sie die Nutwerkzeuge aus und kalibrieren Sie sie. Richten Sie die CNC-Drehmaschine ein und passen Sie die Drehzahleinstellung an. Rufen Sie das Programm auf und führen Sie es aus. Nach einem erfolgreichen Nutvorgang bereinigen Sie das Setup und die Werkzeuge.

Außen- vs. Innenstechen

Außen- und Innennuten unterscheiden sich hinsichtlich der Nutposition und des verwendeten Werkzeugs. Außennuten schneiden einen Kanal außerhalb des Werkstücks. Dabei bewegen sie sich entlang des Außendurchmessers des Werkstücks. Innennuten erzeugen Schnitte im Inneren des Werkstücks und erzeugen tiefe Löcher und Hohlräume.

Tiefe Rillen: Herausforderungen und Lösungen

Tiefe Nuten bringen zahlreiche Herausforderungen mit sich, wie Spanabfuhr, schwieriger Zugang zu Schneidflüssigkeiten, Werkzeugverschleiß und falsche Maschineneinstellungen, die zu Werkzeugverbiegungen und schlechter Oberflächengüte führen können. Lösungen zur Überwindung dieser Probleme sind die Verwendung von Schwungrädern zur Reduzierung von Vibrationen, ein richtig konstruiertes Schneidwerkzeug, Schmierung, richtige Ausrichtung und regelmäßiger Lageraustausch.

Vermeidung von Werkzeugverschleiß bei CNC-Bearbeitungen

Um Werkzeugverschleiß bei CNC-Bearbeitungen zu verhindern, verwenden Sie die richtigen Schnittparameter und Schneidflüssigkeiten, wählen Sie verschleißfestes Werkzeugmaterial und überwachen Sie den Werkzeugverschleiß regelmäßig.

Fehlerbehebung bei Einstechproblemen

Hier sind einige häufige Probleme, die beim Einstechen zu überprüfen sind

Chip-Kontrolllösungen

Die Spankontrolle kann durch den Einsatz von Schneidflüssigkeiten mit hohem Durchfluss, nichtlinearen Werkzeugpfaden, Seitenabstimmung, Speedpacking, der Verwendung kleiner Stangen, schmaler Einsätze, Klemmen, dickerer Klingen und der Verwendung von Werkzeugen mit großem Durchmesser passend zur Nut erfolgen.

Verwalten von Werkzeugvibrationen

Die beste Möglichkeit, Werkzeugvibrationen zu reduzieren, ist die Verwendung von Doppelkontaktspindel- und Werkzeughaltesystemen. Dies verbessert auch die Genauigkeit beim Nuten.

Anpassungen der Oberflächenbeschaffenheit

Um eine gute Oberflächengüte in Nuten zu erreichen, verwenden Sie Hochgeschwindigkeitsschneidwerkzeuge, eine geeignete Evakuierung, den richtigen Werkzeuggeräuschradius, einen Wiper-Einsatz, vermeiden Sie Verweil- und Pausenzeiten und einen großen Fräser-Anstellwinkel.

Reduzierung von Werkzeugrattern und -verschleiß

Um Werkzeugklappern und Verschleiß zu verringern, verwenden Sie enge Werkzeuge und Werkzeughalter, kurze Werkzeugüberhänge, geringere Schnittkräfte und -tiefen, verwenden Sie Schwingungsdämpfer und lassen Sie die Maschine Bögen schlagen.

5 Rilltechniken für Präzision

Tiefes Axialstechen

Das tiefe Plannutenfräsen hat normalerweise eine Tiefe von 20–25 mm. Dabei geht es darum, Nuten zu erzeugen, die axial zum Werkstück ausgerichtet sind. Dies wird beim Erzeugen von Nuten auf der Stirnfläche eines Teils durchgeführt.

Erzielen glatter Außenrillen

Außennuten werden bei der Fertigung für Wellen und Rohre angebracht. Um glatte Außennuten zu erhalten, achten Sie auf eine gute Oberflächenbeschaffenheit, damit die Nut in das Fach passt, und führen Sie mehrere Durchgänge aus, wenn die Nut breiter ist.

Optimierung der Nutgeometrie

Um eine optimierte Rillengeometrie zu erhalten, werden die folgenden Eigenschaften berücksichtigt.

Mehrschneidige Stechplatten

Mehrschneidige Stechplatten eignen sich natürlich für viele Stechoperationen. Dazu gehören CNC-Drehen, Einstechen, Gewindeschneiden, Profilieren und Abstechen.

Benutzerdefinierte Nutwerkzeugkonfigurationen

Wenn es spezielle Designanforderungen gibt, die mit normalen Werkzeugen nicht erfüllt werden können, werden kundenspezifische Nutwerkzeuge verwendet. Die Anpassung verkürzt die Zykluszeit, ermöglicht das Einfügen in speziellen Winkeln und vereinfacht die Programmierung.

So wählen Sie das richtige Nutwerkzeug aus

Bei der Auswahl des richtigen Stechwerkzeugs müssen einige Faktoren berücksichtigt werden, wie etwa Materialart, Stechform, Spankontrolle, Maschinenkonfiguration und -eigenschaften, Einsatzbreite usw.

Wichtige Überlegungen

Einige wichtige Überlegungen sind:

Werkzeugmaterial

Die Auswahl eines Werkzeugs, beispielsweise Hartmetall oder Tungaloy, hängt von Faktoren wie Materialart, Schnittbedingungen, Werkzeughalterkompatibilität, Nutgeometrie, Durchmesserbereich und vor allem dem Budget ab.

Werkzeugkompatibilität und Geometrie

Die Werkzeugkompatibilität muss auf den Materialtyp abgestimmt sein und die Geometrie muss mit der Schneide, den Spanwinkeln und den Freiwinkeln angepasst werden, um eine bessere Spanabfuhr und Oberflächengüte zu erreichen.

Auswahl zwischen internen und externen Tools

Die Auswahl externer und interner Werkzeuge hängt von der Werkzeuggröße und -form, dem Materialeinfluss, den Nutmethoden, der Wahl der Schneidflüssigkeit, der Vorschubgeschwindigkeit und der Schnittkontrolle ab.

Auswahl der Werkzeuge anhand des Werkstückmaterials

Der Einfluss des Materials auf die Werkzeuge ist ein kritischer Faktor. Harte Materialien erfordern langlebige und härtere Werkzeuge wie Hartmetalle. Duktile Materialien können problemlos mit Kohlenstoffstahl oder anderen weniger langlebigen Werkzeugen bearbeitet werden.

Werkzeuge für verschiedene Stechoperationen

Es gibt viele Werkzeugoptionen für verschiedene Stechvorgänge wie Abstechwerkzeuge, Gewindeschneider, CNC-Drehwerkzeuge, O-Ring-Einsätze, kleine Innenstechwerkzeuge, Rändelwerkzeuge usw.

Verbesserung der Effizienz und Qualität beim Nuten

Um die Effizienz und Qualität des Einstechens zu verbessern, müssen einige Faktoren berücksichtigt werden.

Optimierung von Vorschub und Schnittgeschwindigkeit

Gute Ergebnisse beim Nutenschneiden werden erzielt, wenn der Vorgang mit niedriger Vorschubgeschwindigkeit beginnt und diese schrittweise erhöht wird, um die Spankontrolle und -abfuhr zu verbessern. Passen Sie die Schnittgeschwindigkeit an die Vorschubgeschwindigkeit an, um eine längere Werkzeuglebensdauer zu erreichen.

Erzielen gleichbleibender Nutabmessungen

Die Abmessungen der Nuten können mit Messwerkzeugen wie Linealen oder Messschiebern gemessen werden. Für größere Innendurchmesser verwenden Sie einen O-Sizer oder ein Pi-Tape. Es gibt O-Ring-Rechner wie ERIKS oder Ceetak O-Ring-Rechner.

Reduzieren Sie den Werkzeugverschleiß durch die richtigen Einstellungen

Um den Werkzeugverschleiß zu reduzieren, optimieren Sie die Schnittparameter, verwenden Sie Schneidflüssigkeiten und Schmiermittel, verringern Sie die Schnittgeschwindigkeit, vermeiden Sie das Nachschneiden von Spänen und halten Sie die Ablenkung unter Kontrolle.

Bessere Ergebnisse durch den Einsatz von Schneidflüssigkeiten

Schneidflüssigkeiten verringern die Reibung und erhöhen die Lebensdauer des Werkzeugs sowie die Schnittpräzision. Flüssigkeiten reduzieren den Werkzeugverschleiß und verbessern die Schnittgenauigkeit

Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit beim Einstechen

Eine hohe Oberflächengüte kann durch Einsatzgeometrie und Wiper-Technologie erreicht werden. Der Einsatz muss enge Toleranzen und die richtigen Radien und Breiten aufweisen. Für die Massenproduktion muss der Einsatz das richtige Profil und die richtige Fase aufweisen.

Häufig gestellte Fragen zur Nutbearbeitung

Was ist der Unterschied zwischen einem Schlitz und einer Nut?

Ein Schlitz ist ein gerades, langes Loch mit Radius an den Kanten. Eine Nut hat eine zylindrische Form und Schnitte am Außen- oder Innendurchmesser.

Welche Maschinentypen werden zum Fräsen von Rillen in Metall verwendet?

Maschinen, die zum Nuten in Metall verwendet werden, sind CNC-Bearbeitungszentren, Dreh-, Fräs- und Stoßmaschinen sowie Zahnradfräsen.

Wie verhindere ich Werkzeugrattern bei Einstechvorgängen?

Durch die Verwendung starrer Werkzeuge und Werkzeughalter sowie die Anwendung eines konstanten Werkzeugdrucks lässt sich das Rattern des Werkzeugs minimieren.

Welche Materialien eignen sich am besten für Nutwerkzeuge?

Hartmetalleinsätze sind die besten Materialien zum Einstechen, da sie eine hohe Verschleißfestigkeit und Temperaturbeständigkeit aufweisen und vielseitig einsetzbar sind und eine Vielzahl von Materialien verarbeiten können.

Wie kann ich die Oberflächenbeschaffenheit von Rillen verbessern?

Eine bessere Oberflächengüte lässt sich durch eine hohe Schnittgeschwindigkeit, ein ausgewuchtetes Werkzeug zur Verringerung von Vibrationen, eine gute Dämpfung der Maschinen und durch den Einsatz von Spanbrechern und Wischern erzielen.

Ist es für eine bessere Leistung notwendig, Stechwerkzeuge zu beschichten?

Durch die Beschichtung wird die Standzeit von Stechwerkzeugen erhöht und zudem die Zykluszeiten sowie die Oberflächengüte verbessert.