Design Tipp November 2015



Das Einmaleins für das richtige Gewinde


Bei Proto Labs können Sie ganz einfach Gewindebohrungen zu Ihren CNC-bearbeiteten Teilen hinzufügen. Durch die Erweiterung mittels Drehverfahren ergeben sich zahlreiche zusätzliche Gewindeoptionen. Es gibt zwei Arten beim Gewindeschneiden: Innengewinde und Außengewinde.


Innengewinde


Innengewinde werden mit einem einschneidigen Werkzeug und nicht mit einem traditionellen Gewindewerkzeug bearbeitet. Bei Teilen mit Kernlöchern, die ein Innengewinde benötigen, müssen die eigentlichen Gewinde aus dem CAD-Modell entfernt werden, sodass nur der Kernlochbohrungsdurchmesser verbleibt. Unsere Software erkennt ein Loch, das mit einem Gewinde zu versehen ist, wenn es:

  • in den Durchmesserbereich für das gewünschte Gewinde fällt und
  • für das Fräsverfahren auf einer der drei Hauptachsen oder
  • für das Drehverfahren senkrecht zur Drehachse liegt


Proto Labs unterstützt Bohrungen mit Rechtsgewinde an bearbeiteten Teilen bei UNC- und UNF-Gewinden zwischen N 2 und 1/2 Zoll; metrische Gewinde von M2 bis M12 sind ebenfalls erhältlich. Aufgrund ihrer vorgesehenen Position und Herstellungsmethode können manche Gewinde möglicherweise nicht ausgeführt werden.


Die von unseren Gewindewerkzeugen vorgegebenen Maximaltiefen für Gewinde sind ein weiterer entscheidender Faktor, der unbedingt berücksichtigt werden sollte. Unsere #2-Gewinde haben eine maximale Gewindetiefe von 5,1 mm, gemessen ab dem oberen Ende umliegender Merkmale. Mit einer Gewindetiefe von bis zu 25,4 mm können unsere 1/2-Zoll-Gewinde deutlich tiefer geschnitten werden. Bei metrischen Gewinden sind Gewindetiefen von 5,1 mm bis 25,4 mm möglich. Die herstellbaren Gewindetiefen nehmen mit zunehmendem Gewindedurchmesser schrittweise zu. Mehr hierzu finden Sie weiter unten im Design-Tipp.


Innengewinde sind auch bei Drehteilen erhältlich. Viele der Regeln gelten auch für die Bearbeitung von Gewinden mit angetriebenen Werkzeugen auf einer Drehmaschine. Die Auswahl an herstellbaren Gewinden ist hierbei jedoch begrenzter als beim Fräsverfahren. Die UNC- und UNF-Gewinde reichen von N 4-40 bis 1/2-20, die metrischen Gewinde von M3 bis M10. Seit der Erweiterung unserer Kapazitäten um angetriebene Werkzeuge sind wir in der Lage, Bohrungen radial, axial und auf der Achse liegend herzustellen. Dies wirkt sich auf das Gewindeschneiden aus, da manche Gewinde nur auf der Achse liegend erhältlich sind. Bitte beachten Sie genau Ihr Angebot oder wenden Sie sich an einen Kundendienstmitarbeiter, wenn weiterer Klärungsbedarf besteht. Eine vollständige Tabelle mit Gewindebohrungen bei Drehteilen finden Sie unter protolabs.de. Wählen Sie „Drehteile“ unter „Standardbohrungen“ aus, um die Verfügbarkeit dieser Optionen anzuzeigen.


Die Abbildungen zeigen drei verschiedene Typen von Bohrungen, die bei Drehteilen möglich sind.

Die Abbildungen zeigen drei verschiedene Typen von Bohrungen, die bei Drehteilen möglich sind.


Bei der Bearbeitung von Innengewindebohrungen kann ein Loch häufig länger sein als von unseren Gewindewerkzeugen erreichbar. In diesem Fall stehen Ihnen je nach Ihren Bedürfnissen einige Optionen zur Verfügung.

  • Wählen Sie bei einem langen Durchgangsloch, das die maximale Reichweite überschreitet die Seite aus, von der aus die Schraube voraussichtlich eingeschraubt wird, wie in Abbildung 1 gezeigt. Wenn Ihre Schraube den gesamten Weg durch das Teil verlaufen soll, muss zusätzlich (in einem Nachbearbeitungsschritt) ein Gewindebohrer durch das Loch geführt werden, um das Gewinde fertigzustellen.
  • Sie können das Merkmal auch von beiden Seiten aus mit einem Gewinde versehen, wie in Abbildung 2 dargestellt. Beachten Sie jedoch, dass sich die maximalen Gewindetiefen in der Bohrung überschneiden. Wenn Merkmale von beiden Seiten mit einem Gewinde versehen werden, besteht die Gefahr, dass die Gewinde sich verkanten und eine Schraube möglicherweise nicht vollständig und sauber durch das Teil geschraubt werden kann. Doch solange die Gewinde sich nicht wie in Abbildung 3 gezeigt überschneiden, ist gegen die Auswahl von Gewindebohrungen von beiden Seiten in der Regel nichts einzuwenden.

Von links nach rechts, die Abbildungen 1, 2 und 3 zeigen drei Methoden zum Umgang mit maximalen Gewindetiefen.

Von links nach rechts, die Abbildungen 1, 2 und 3 zeigen drei Methoden zum Umgang mit maximalen Gewindetiefen.


Außengewinde


Mit der Einführung von Drehmaschinen erhöhten sich die Möglichkeiten zur Herstellung von Außengewinden. Sie erhalten nun Außengewinde für ausgewählte Größen, sofern sich Ihre Teile für das Drehverfahren eignen. Wir verwenden ein spezielles Gewindewerkzeug mit einer bestimmten Anzahl an Gewindegrößen, -tiefen und -positionen innerhalb der Teilegeometrie. Das moderne Drehverfahren von Proto Labs stellt jedoch Außengewinde auf der Mittelachse des Teils sowie angetriebene Werkzeuge bereit, die Bohrungen mit einem Gewinde versehen können, solange diese ähnliche Richtlinien wie beim Fräsen einhalten. Mit dem Verfahren lassen sich nicht nur auf der Achse liegende Bohrungen, sondern auch axiale und radiale Bohrungen herstellen.


Wie bei Innengewinden auch, muss für das Design von Außengewinden bei Drehteilen das Gewinde aus dem CAD-Modell entfernt werden, damit unsere Software es erkennt. Außerdem sollten Sie sich bei der Gestaltung von Außengewinden am Fräsverfahren und nicht am Drehverfahren orientieren. Nachdem Sie Ihr Angebot für das Drehverfahren erhalten haben, können Sie die geeignete Gewindegröße auswählen.


Ein fertiges Teil mit Außengewinde, das an einer Drehmaschine hergestellt wurde.

Ein fertiges Teil mit Außengewinde, das an einer Drehmaschine hergestellt wurde.


Obwohl gefräste Außengewinde bei Teilen viel seltener zum Einsatz kommen als Innengewinde, lassen sie sich effektiv bearbeiten. Gefräste Außengewinde werden über den halben Durchmesser hergestellt. Anschließend wird das Teil um 180 Grad gedreht, sodass die gegenüber liegenden Gewinde auf die gleiche Weise bearbeitet werden können. Bei größeren, groben Außengewinden funktioniert dies gut. Wir sind in der Lage, qualitativ hochwertige 1/2-Zoll-Gewinde zu fertigen. Unter Umständen möchten Sie jedoch die Gewinde nachschneiden, um Materialreste oder Versatz zu entfernen, da die Gewinde in zwei verschiedenen Bearbeitungsverfahren hergestellt werden.


Das CAD-Modell zeigt eine Ansicht des gefrästen Außengewindes, die sich ergebenden Radien sind gelb hervorgehoben. Dies gilt nur für gefräste Teile.

Das CAD-Modell zeigt eine Ansicht des gefrästen Außengewindes, die sich ergebenden Radien sind gelb hervorgehoben. Dies gilt nur für gefräste Teile.


Kleinere Außengewinde wie N 6-32UNC sind mit einer Kugel- und Schaftfräse deutlich schwieriger herzustellen, da aufgrund der zu geringen Gewindesteigung ein größerer Radius am Gewindegrund entstehen würde. Sie müssten die Gewinde in diesem Fall mit einem Schneideisen nachschneiden, um die Materialreste zu entfernen. Bei vielen Teilen würde ein Radius von 0,2 mm bis 0,4 mm zurückbleiben.


Drahtgewindeeinsätze


Wenn Sie stärkere Gewinde benötigen, stehen Ihnen außerdem Drahtgewindeeinsätze zur Verfügung. Spuleneinsatzgewinde werden für Bohrungen verwendet. Die Drahteinsätze werden jedoch nicht während der Fertigung eingesetzt. Die Einsätze müssen nach der Herstellung, jedoch vor dem Zusammenbau der Teile vom Benutzer montiert werden. Spuleneinsätze sind für UNC- und UNF-Gewinde zwischen N 2 und 1/2 Zoll sowie für metrische Gewinde zwischen M2 und M12 mit den gleichen Tiefen wie bei Standard-Gewindebohrungen erhältlich. Proto Labs ist für Einsätze der Marke HeliCoil optimiert und unterstützt Standardgrößen und -längen.


Gewinde in CAD-Programmen


Da es hinsichtlich der Spezifizierung von Gewinden keine einheitlichen Standards zwischen den CAD-Programmen gibt, bestimmt unser automatisiertes System, wo Gewinde platziert werden können und sucht dabei nach geeigneten potenziellen Durchmessern. Vermeiden Sie es, Gewinde an Teilen zu modellieren. Wir empfehlen die Auswahl des Kernbohrungsdurchmessers, solange er im Entwurf etwa 75 Prozent des Gewindedurchmessers entspricht.


Die CAD-Datei sollte in einem anderen Dateiformat als STL eingereicht werden. Wir raten dringend davon ab, für CNC-bearbeitete Teile Dateien im STL-Format hochzuladen, da unsere Software Merkmale wie Pilotbohrungen in diesem Format nicht erkennen kann. Verwenden Sie möglichst ein neutrales Dateiformat wie IGES oder STEP.


Konzipieren einer Kernlochbohrung – vor dem Gewindeschneiden – in einem CAD-Modell in Solidworks

Konzipieren einer Kernlochbohrung – vor dem Gewindeschneiden – in einem CAD-Modell in Solidworks


Bei Frästeilen, die Außengewinde benötigen müssen Sie die Gewinde an Ihrem Teil so konzipieren wie bei unserem Standard-Fräsverfahren, das Kugel- und Schaftfräsen verwendet. Wie bereits erwähnt, wäre dies nicht die bevorzugte Methode zur Herstellung von Gewinden, da diese eine sekundäre Bearbeitung zum Nachschneiden der Gewinde mit einem Schneideisen notwendig machen würde, um eine einwandfreie Montage der Teile zu gewährleisten.


Bei Drehteilen lassen sich Außengewinde deutlich besser herstellen, da das Teil mittig gedreht wird und ein scharfes einschneidiges Gewindewerkzeug ein qualitativ hochwertiges Gewinde herstellen kann. Das Design eines gedrehten Außengewindes gleicht dem der Innenbohrung. Sie müssen die Gewinde entfernen, damit die Software den Außendurchmesser digital erkennen kann, um den Typ des benötigten Gewindes zu ermitteln.


Gewinde in Angeboten


Innerhalb Ihres Proto Labs-Angebots haben Sie die Möglichkeit, Innen- und Außengewinde bei den Teilemerkmalen auszuwählen. Auf der Registerkarte „Gewindezuordnung“ Ihres Angebots sehen Sie ein vollständig interaktives Modell, in dem Sie die verfügbaren Gewindemerkmale auswählen können. Jedes auswählbare Merkmal wird hervorgehoben und Sie können manuell Gewinde auswählen. Sie können außerdem mehrere Gewinde gleichzeitig in UNC-, UNF- und metrischen Größen zuordnen, was schneller gehen kann, als Gewinde einzelnen Bohrungen zuzuordnen. Achten Sie jedoch darauf, dass Sie nicht versehentlich Bohrungen ein Gewinde zuordnen, die kein Gewinde erhalten sollten.


Ist ein gewünschtes Gewinde nicht verfügbar, sollten Sie noch einmal den Durchmesser Ihrer Merkmale überprüfen, um sicherzustellen, dass diese innerhalb der Vorgaben für das Gewindeschneiden liegen. Beachten Sie, dass Sie bei der Betrachtung unserer Gewindetabellen innerhalb jeder Registerkarte zwischen unseren Optionen für das Fräs- und das Drehverfahren wechseln können, um die Verfügbarkeit von Gewinden für die jeweilige Fertigungsmethode zu prüfen. Alle Gewinde müssen ausgewählt und gespeichert werden, bevor Sie mit der Bestellung fortfahren können. Wenn Sie das Herstellungsverfahren oder den Werkstoff zu irgendeinem Zeitpunkt ändern, prüfen Sie erneut die Registerkarte „Gewindezuordnung“, da die Auswahl unter Umständen geändert werden muss.


Im interaktiven Angebot von Proto Labs können Sie Gewindemerkmale zu Ihrem CAD-Modell zuordnen.

Im interaktiven Angebot von Proto Labs können Sie Gewindemerkmale zu Ihrem CAD-Modell zuordnen.


Proto Labs bietet Gewinde für Frästeile aus Kunststoff und Metall an. Bei Drehteilen sind Gewinde derzeit nur bei Metallen erhältlich. Im Zusammenhang mit Spuleneinsätzen bieten wir UNC-, UNF- und metrische Gewinde an (Spuleneinsätze werden von uns jedoch nicht bereitgestellt oder eingebaut). Für eine vollständige Liste mit Richtlinien für die Gewindeherstellung bei Fräs- und Drehteilen klicken Sie hier. Wenn Sie Fragen haben, können Sie sich unter customerserviceengineers@protolabs.de oder +49 (0) 6261 6436 947 jederzeit an die Mitarbeiter unseres technischen Kundendienstes wenden.