So wählen Sie Gewindewirbel-Einsätze für die Bearbeitung von Knochenschrauben aus
Bei der Auswahl eines Gewindewirbel-Einsatzes für eine Knochenschraube geht es nicht nur darum, die Gewindesteigung anzupassen.
Das fertige Gewindeprofil wird durch mehrere miteinander zusammenhängende Faktoren bestimmt, darunter der Haupt- und Nebendurchmesser, die Flankenwinkel, die Scheitel- und Fußradien, die Gewindedrehung, der Steigungswinkel, der Fräserdurchmesser, die Position der Schneideinlage und die Konfiguration des Wirbelkopfes.
Dies ist insbesondere bei der Bearbeitung von Knochenschrauben aus Titanlegierungen von Bedeutung. Die Gewinde von Knochenschrauben sind oft tiefer und asymmetrischer als herkömmliche Maschinenschraubengewinde. Sie können zudem kundenspezifische Gewindegipfelformen, Fußübergänge oder selbstschneidende Eigenschaften aufweisen.
Ein richtig ausgewählter Einsatz sollte sich daher auf die vollständige Zeichnung der Knochenschraube stützen – und nicht nur auf einen Steigungswert oder eine grundlegende Gewindebezeichnung.
In diesem Leitfaden werden die wichtigsten Faktoren erläutert, die bei der Auswahl zu berücksichtigen sind Gewindewirbeleinsätze zur Bearbeitung von Knochenschrauben aus Titan.
Warum wird beim Bearbeiten von Knochenschrauben das Gewindewirbeln eingesetzt?
Das Gewindewirbeln wird häufig zur Herstellung langer, schlanker Schrauben mit tiefen oder speziellen Gewindeprofilen eingesetzt.
Während des Bearbeitungsvorgangs dreht sich der Wirbelmeißel mit hoher Drehzahl um das Werkstück. Das Werkstück dreht sich relativ langsam, während der Vorschub der Maschine auf die erforderliche Gewindesteigung abgestimmt ist. Der Wirbelkopf ist in der Regel entsprechend dem Gewindewinkel geneigt.
Diese Konfiguration ermöglicht die Herstellung komplexer Gewindeprofile in einem einzigen Durchgang und kann die auf ein schlankes Werkstück wirkende Schnittkraft reduzieren. Es werden spezielle kommerzielle Werkzeugsysteme für Knochenschrauben, Wirbelsäulenschrauben, Zahnimplantate und andere lange medizinische Bauteile angeboten.
Die Vorteile des Gewindewirbelns hängen jedoch stark vom Profil der Schneideinlage und der Konfiguration des Fräskörpers ab. Eine falsche Schneideinlage kann folgende Folgen haben:
- Falsche Flankengeometrie
- Zu große oder zu kleine Gewindedurchmesser
- Übermäßige Gratbildung
- Schlechte Abgrenzung von Kamm und Wurzel
- Riefen oder Facetten
- Vorzeitiges Abplatzen des Einsatzes
- Uneinheitliche Oberflächenbeschaffenheit
- Kurze und unvorhersehbare Standzeit
Aus diesem Grund sollte die Auswahl des Einsatzes bei der fertigen Knochenschraube beginnen – und nicht beim Einsatzkatalog.
1. Beginnen Sie mit der vollständigen Zeichnung der Knochenschraube
Die vollständige Schraubenzuordnung ist das wichtigste Dokument für die Auswahl oder Konstruktion eines Gewindewirbel-Einsatzes für Knochenschrauben.
Die Zeichnung sollte mindestens folgende Angaben enthalten:
- Großer Durchmesser
- Kleiner Durchmesser
- Tonhöhe
- Blei
- Anzahl der Thread-Starts
- Rechts- oder Linksgewinde
- Gewindelänge
- Flankenwinkel
- Abmessungen des Wappens
- Wurzelabmessungen
- Scheitel- und Wurzelradien
- Maßtoleranzen
- Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit
- Anforderungen an die Gratbekämpfung
Gegebenenfalls sollte der Hersteller auch die Norm für die Knochenschraube oder die kundeneigene Gewindebezeichnung angeben.
Die Norm ASTM F543 legt die Anforderungen an metallische medizinische Knochenschrauben fest und unterscheidet die Schraubentypen HA, HB, HC und HD. HA- und HB-Schrauben weisen asymmetrische Gewindeformen auf, während HC- und HD-Schrauben symmetrische Gewindeformen aufweisen. Die Norm ISO 5835 legt Maße und Toleranzen für metallische Knochenschrauben mit asymmetrischem Gewinde fest und unterscheidet zwischen Ausführungen mit flachem und tiefem Gewinde.
Eine Sonderanfertigung einer Schraube sollte nicht automatisch als ISO- oder ASTM-Profil eingestuft werden, nur weil sie einer Standard-Knochenschraube ähnelt. Die vollständigen Abmessungen müssen überprüft werden.
2. Warum die Gewindesteigung allein nicht ausreicht
Zwei Knochenschrauben können dieselbe Steigung aufweisen, benötigen jedoch völlig unterschiedliche Wirbel-Einsätze.
Die beiden folgenden Beispielzeichnungen veranschaulichen dies deutlich.
Beispielprofil A
Die erste Zeichnung zeigt ein Rechtsgewinde mit den folgenden Hauptabmessungen:
| Parameter | Beispiel A |
|---|---|
| Gewindesteigung | 1,75 mm |
| Großer Durchmesser | ca. Ø 4,5 mm |
| Kleiner Durchmesser | ca. Ø 3,0 mm |
| Hauptflankenwinkel | 35° |
| Winkel der gegenüberliegenden Flanke | 3° |
| Ausgewählte Profilradien | R0,3 und R1 |
| Gewindetyp | Asymmetrisch, rechtsseitig |
Beispielprofil B
Auch in der zweiten Zeichnung ist ein Rechtsgewinde mit einer Steigung von 1,75 mm angegeben, doch die übrige Geometrie weicht erheblich davon ab:
| Parameter | Beispiel B |
|---|---|
| Gewindesteigung | 1,75 mm |
| Großer Durchmesser | ca. Ø 4,0 mm |
| Kleiner Durchmesser | ca. Ø 1,9 mm |
| Hauptflankenwinkel | 25° |
| Winkel der gegenüberliegenden Flanke | 5° |
| Ausgewählte Profilradien | R0.1, R0.3 und R0.8 |
| Gewindetyp | Asymmetrisch, rechtsseitig |
Obwohl beide Schrauben eine Nennsteigung von 1,75 mm aufweisen, unterscheiden sich ihre Gewindetiefe, Flankenwinkel, Gewindespitzenformen und Übergangsradien.
Die ungefähre radiale Gewindetiefe lässt sich anhand folgender Formel berechnen:
Radiale Gewindetiefe = (Hauptdurchmesser − Nebendurchmesser) ÷ 2
Beispiel A:
(4,5 − 3,0) ÷ 2 = etwa 0,75 mm
Beispiel B:
(4,0 − 1,9) ÷ 2 = etwa 1,05 mm
Beispiel B erfordert daher ein deutlich tieferes Schnittprofil, obwohl die Steigung gleich ist.
Die beiden Einsätze sind nicht untereinander austauschbar.
Vergleich der beiden P1.75-Profile
| Auswahlkriterium | Beispiel A | Beispiel B | Auswirkungen auf die Gestaltung des Einsatzes |
|---|---|---|---|
| Tonhöhe | 1,75 mm | 1,75 mm | Ähnlicher axialer Zahnabstand |
| Großer Durchmesser | Ø 4,5 mm | Ø 4,0 mm | Ändert den fertigen Außenumschlag |
| Kleiner Durchmesser | Ø 3,0 mm | Ø 1,9 mm | Erzeugt eine andere Schnitttiefe |
| Radiale Gewindetiefe | ca. 0,75 mm | ca. 1,05 mm | Ändert die Schnittlast und die Profilhöhe |
| Hauptflankenwinkel | 35° | 25° | Erfordert eine andere Einsatzeite |
| Gegenüberliegender Winkel | 3° | 5° | Anpassung der Asymmetrie und des Profils |
| Radien | R0,3/R1 | R0,1/R0,3/R0,8 | Erfordert unterschiedliche Erdungsübergänge |
| Austauschbarer Einsatz | Nein | Nein | Es sind separate Profilkonstruktionen erforderlich |
Dieser Vergleich veranschaulicht eine der wichtigsten Regeln beim Umgang mit Knochenschrauben:
Wählen Sie einen Gewindeschneideinsatz für Vollprofil-Knochenschrauben niemals allein anhand der Steigung aus.
3. Unterscheidung zwischen dem fertigen Schraubenprofil und dem Einsatzprofil
Häufig wird davon ausgegangen, dass die Schneidkante des Einsetzstücks eine exakte zweidimensionale Kopie des Profils der fertigen Knochenschraube sein sollte.
Das ist nicht immer richtig.
Beim Gewindewirbeln bewegt sich der Einsatz um das Werkstück herum, während der Fräser relativ zur Werkstückachse geneigt ist. Der tatsächliche Schnittbereich wird beeinflusst durch:
- Gewindesteigungswinkel
- Durchmesser des Wirbelrings
- Einfügeposition
- Exzentrizität des Schneidwerkzeugs
- Werkstückdurchmesser
- Neigung des Schneidwerkzeugs
- Maschinenkinematik
- Anzahl und Position der Einsätze
Daher kann es erforderlich sein, das Einsatzprofil geometrisch anzupassen, um das vorgegebene Profil an der Schraube zu erzielen.
Spezialhersteller von Werkzeugen bezeichnen dies als Ausgleich für die durch den Wirbelprozess verursachte Profilverzerrung. Dieses Problem gewinnt insbesondere bei Mehrganggewinden und großen Helixwinkel, scharfe Kanten und anspruchsvolle Profiltoleranzen.
Die fertige Schraubenzeichnung sollte daher als Konstruktionsziel herangezogen werden, während das endgültige Einsatzprofil entsprechend der vollständigen Wirbelkonfiguration berechnet werden sollte.
4. Bestätigen Sie die Titanlegierungssorte
In den Beispielen dieses Artikels wird das Werkstückmaterial lediglich als Titanlegierung bezeichnet.
Dies reicht für eine erste Erörterung aus, jedoch nicht für die endgültige Freigabe des Schneidwerkzeugs.
“Der Begriff ”Titanlegierung“ kann sich auf Werkstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften beziehen:
- Chemische Zusammensetzungen
- Kraftstufen
- Härtewerte
- Wärmebehandlungsbedingungen
- Bearbeitungsverhalten
- Adhäsionstendenzen
- Thermische Eigenschaften
Vor der endgültigen Auswahl der Einsätze sollte der Kunde die genaue Werkstoffbezeichnung, die Spezifikation und den Zustand des Stangenmaterials angeben.
Der Lieferant der Einlagen sollte folgende Informationen anfordern:
- Genaue Titan-Güteklasse
- Geltende ASTM-, ISO- oder kundenspezifische Werkstoffnorm
- Härte des Materials
- Stangendurchmesser
- Geglühter oder wärmebehandelter Zustand
- Kalt- oder warmverformter Zustand
- Oberflächenbeschaffenheit des Stabes
Ohne diese Informationen sollten die Schnittdaten und die erwartete Standzeit als vorläufig betrachtet werden.
5. Wählen Sie eine für Titanlegierungen geeignete Geometrie aus
Bei der Bearbeitung von Knochenschrauben aus Titan kommt im Allgemeinen eine Schneideinsatze-Geometrie zum Einsatz, die die Schnittkräfte begrenzt und die Adhäsion an der Schneidkante kontrolliert.
Zu den wichtigen Aspekten bei der Konzeption gehören:
Spitzenklasse in Sachen Schärfe
Eine scharfe Schneide kann die Schnittkräfte verringern und die Kontur des Gewindegipfels und der Gewindeflanken verbessern.
Die Schneide sollte jedoch nicht so spröde gestaltet werden, dass sie anfällig für Mikrorisse wird. Die richtige Schneidenpräparation hängt von der Schnittbelastung, dem Hartmetallsubstrat, dem Rundlauf des Schneidwerkzeugs und der Stabilität des gesamten Prozesses ab.
Rechengeometrie
Die Spanfläche sollte den Spanfluss aus dem Schnittbereich heraus fördern. Eine geeignete positive oder anwendungsspezifische Spanflächengeometrie kann dazu beitragen, den Schnittwiderstand zu verringern.
Freiraumgeometrie
Ein ausreichender Freiraum ist erforderlich, um ein Reiben zwischen der Flanke des Schneideinsatzes und dem Werkstück zu verhindern. Der Freiraum muss unter Berücksichtigung des Spiralwinkels und der Schneidwerkzeugneigung berechnet werden.
Übergänge zwischen Wappen und Wappenbasis
Kleine Radien wie R0,1 oder R0,3 erfordern ein präzises Schleifen der Schneideinsätze und eine gleichmäßige Kantenvorbereitung. Größere Übergangsradien wie R0,8 oder R1 wirken sich sowohl auf den Schneidbereich als auch auf den Materialabtrag aus.
Chipfläche
Ein tieferes Gewindeprofil entfernt mehr Material. Der Einsatz und der Schneidkörper müssen ausreichend Spanraum bieten, um ein Nachschneiden oder ein Stauen der Späne zu verhindern.
Auch bei gewerblichen Gewindewirbelanlagen liegt der Schwerpunkt auf scharfen Schneidkanten und PVD-beschichteten Einsätzen für komplexe Knochenschraubenprofile.
6. Bewertung der TiAlSiN-Beschichtung als Teil des gesamten Schneideinsatzsystems
In den Einfügungen dieser Beispiele wird ein TiAlSiN-Beschichtung.
TiAlSiN ist eine PVD-Hartbeschichtung, die bei Schneidwerkzeugen für anspruchsvolle Zerspanungsanwendungen zum Einsatz kommt. Im Rahmen von Forschungsarbeiten wurden die feine Beschichtungsstruktur, die Härte, die Verschleißfestigkeit und die Leistungsfähigkeit dieser Beschichtung bei der Zerspanung schwer zerspanbarer Werkstoffe, darunter Titanlegierungen, untersucht.
Allerdings sagt die Bezeichnung der Beschichtung allein noch nichts über die Leistungsfähigkeit des Einsatzes aus.
Das Endergebnis hängt außerdem ab von:
- Hartmetall-Substrat
- Korngröße
- Kobaltgehalt
- Beschichtungszusammensetzung
- Schichtdicke
- Abscheidungsverfahren
- Haftfestigkeit der Beschichtung
- Kantenvorbereitung vor der Beschichtung
- Kantenbearbeitung nach dem Beschichten
- Schnittgeschwindigkeit
- Kühlmittelzufuhr
- Rundlaufabweichung des Fräsers
Bei einem Präzisions-Knochenschraubeneinsatz muss zudem die Beschichtungsdicke kontrolliert werden, da eine zu dicke oder ungleichmäßige Beschichtung im Bereich kleiner Radien die endgültige Schneidkantengeometrie beeinträchtigen kann.
TiAlSiN sollte daher als ein Bestandteil des Werkzeugsystems betrachtet werden – und nicht als universelle Lösung für jede Titanlegierung.
Eine geeignete technische Beschreibung für diese Anwendung lautet:
Die TiAlSiN-Beschichtung wurde ausgewählt, um die Verschleißfestigkeit und Kantenstabilität bei der Bearbeitung von Titanlegierungen zu gewährleisten. Die endgültige Leistungsfähigkeit muss unter Berücksichtigung des Hartmetallsubstrats, der Schneidgeometrie, der Kühlmittelstrategie und der jeweiligen Titanlegierung validiert werden.
7. Überprüfen Sie die Kompatibilität von Einsatz und Schneidkörper
Ein korrekt geschliffenes Gewindeprofil reicht nicht aus. Der Einsatz muss auch zum Wirbelkörper passen.
Die mitgelieferten Zeichnungen des Fräskörpers zeigen eine kreisförmige Anordnung mit sechs Schneideinsätzen. Sie enthalten Angaben zu den Schneideinsatzaufnahmen, Befestigungsschrauben, Passmerkmalen, Fräserdurchmessern, axialen Abmessungen und Rundlauftoleranzen. Eine Zeichnung zeigt einen Körperdurchmesser von ca. Ø 45 mm sowie sechs austauschbare Schneideinsätze, die um den inneren Schneidkreis angeordnet sind.
Vor der Herstellung oder Lieferung von Ersatzeinsätzen sollten folgende Punkte überprüft werden:
- Zeichnung des Schneidkörpers
- Anzahl der Einstecktaschen
- Sitzmaße eingeben
- Dicke des Einsatzes
- Abmessungen des eingekreisten oder Gesamt-Einsatzes
- Abmessungen der Mittellochbohrung
- Spezifikation der Klemmschraube
- Lokalisierungsflächen
- Ausrichtung des Einsatzes
- Taschenwinkel
- Schnittkreisdurchmesser
- Breite des Schneidkörpers
- Maximal zulässiger Rundlauf
- Maschinenseitige Einbaumaße
Selbst wenn zwei Einsätze ein ähnliches dreieckiges Aussehen haben, können Unterschiede bei der Aufspannfläche, der Bohrungsposition, der Dicke oder der Schneidkantenhöhe dazu führen, dass sie nicht miteinander kompatibel sind.
Warum der Rundlauf wichtig ist
Bei einem Fräser mit sechs Einsätzen sollte jede Schneide gleichmäßig am Schnitt beteiligt sein.
Wenn ein Schneideinsatz weiter innen positioniert ist als die anderen, leistet er möglicherweise nur wenig oder gar keine Schneidarbeit. Wenn ein Schneideinsatz weiter nach außen ragt, trägt er möglicherweise einen übermäßigen Anteil der Belastung.
Mögliche Ergebnisse sind unter anderem:
- Ungleichmäßiger Verschleiß der Einsätze
- Abplatzung an einer Schneide
- Periodische Oberflächenmarkierungen
- Uneinheitlicher Gewindedurchmesser
- Verkürzte Standzeit
- Verstärkte Vibrationen
Die Sauberkeit des Einsatzsitzes, der Zustand der Schrauben und das kontrollierte Anziehen sind daher entscheidend für die Leistungsfähigkeit des Einsatzes.
8. Gewindeseite und Gewindesteigung bestätigen
Beide Beispielschrauben sind als Rechtsgewinde gekennzeichnet.
Auswirkungen der Handhaltung beim Spinnen:
- Drehung des Schneidwerkzeugs
- Drehung des Werkstücks
- Förderrichtung
- Ausrichtung des Einsatzes
- Spitzenposition
- Aufbau mit Wirbelkopf
Bei der Einstellung des Fräsers muss auch der Gewindesteigungswinkel berücksichtigt werden.
Beim Gewindewirbeln ist der Schneidkopf um einen vorgegebenen Schraubenwinkel geneigt, während sich der Schneidkopf mit hoher Drehzahl dreht und sich der Stangenwerkstoff mit einer geringeren Drehzahl dreht.
Der Gewindesteigungswinkel wird nicht allein durch die Steigung bestimmt. Er wird durch den Gewindevorsprung und den effektiven Gewindedurchmesser beeinflusst. Wenn sich der Gewindedurchmesser ändert, kann sich auch die erforderliche Einstellung des Wirbelrings ändern.
Für einen Thread mit einem Startpunkt:
Lead = Tonhöhe
Bei einem Thread mit mehreren Startpunkten:
Steigung = Teilung × Anzahl der Windungen
Aus diesem Grund sollte der Kunde sowohl die Steigung als auch die Anzahl der Gewindegänge angeben, anstatt das Gewinde lediglich als “P1,75” zu beschreiben.”
9. Berücksichtigen Sie die Anzahl der Einfügungen
Der im Beispiel gezeigte Fräser verwendet sechs Schneideinsätze.
Die geeignete Anzahl an Einsätzen hängt ab von:
- Schneiddurchmesser
- Verfügbarer Stauraum
- Erforderliche Produktionsrate
- Vorschub pro Zahn
- Maschinenleistung
- Stabilität des Werkstücks
- Gewindetiefe
- Chipvolumen
- Zielobjekt zur Oberflächenbearbeitung
- Einsatzkosten
- Steifigkeit des Schneidkörpers
Mehr Einlagen garantieren nicht automatisch ein besseres Ergebnis.
Eine Erhöhung der Anzahl der Schneidkanten kann zwar das Produktivitätspotenzial steigern, verringert jedoch auch den verfügbaren Spanraum und macht die Genauigkeit der Taschenausformung sowie den Rundlauf der Schneideinsätze umso wichtiger.
Bei einem relativ tiefen Titangewinde können der Spanabtransport und eine gleichmäßige Zahnbelastung wichtiger sein als die bloße Maximierung der Anzahl der Schneideinsätze.
10. Bewertung der Kühlmittelzufuhr und des Spanabtransports
Das Gewindewirbeln mit Titanlegierungen erfordert eine sorgfältige Steuerung der Wärmeentwicklung und der Späne.
Das Kühlmittel sollte die aktiven Schneidkanten erreichen und nicht nur die Außenseite des Fräskörpers benetzen. Der Prozess sollte außerdem verhindern, dass Späne zwischen benachbarten Schneideinsätzen eingeklemmt werden.
Für das Gewindewirbeln wurden interne Kühlmittelsysteme entwickelt, um das Kühlmittel direkt auf die Schneidkanten zu leiten. Werkzeughersteller verbinden diesen Ansatz mit einer Verringerung von Spanstau, einer verbesserten Oberflächenqualität und einer längeren Standzeit der Werkzeuge.
Bei der Werkzeugauswahl sollten folgende Fragen beantwortet werden:
- Wird das Kühlmittel extern oder intern zugeführt?
- Gelangt Kühlmittel zu jedem Einsatz?
- Wird das Kühlmittel gefiltert?
- Ist der Kühlmitteldruck stabil?
- Ist genügend Platz vorhanden, damit die Späne den Fräser verlassen können?
- Werden die Chips nachgeschnitten?
- Sammelt sich Material an der Rechenfläche an?
- Verfügt der Schneidkörper über Kühlmittelkanäle?
- Ist das Kühlmittel mit dem validierten medizinischen Herstellungsprozess kompatibel?
Die Art des Kühlmittels und die Schnittparameter sollten durch Produktionstests ermittelt werden und nicht von einer anderen Maschine übernommen werden.
11. Festlegung der erforderlichen Schraubenqualität
Der Kunde und der Lieferant der Einsätze sollten sich vor dem Schneidversuch auf die Prüfkriterien einigen.
Gewindeprofilprüfung
Der Inspektionsplan kann Folgendes umfassen:
- Großer Durchmesser
- Kleiner Durchmesser
- Tonhöhe oder Tonart
- Gewindetiefe
- Flankenwinkel
- Kammbreite
- Scheitelradius
- Wurzelradius
- Abweichung des Gewindeprofils
- Genauigkeit der Bleiangaben
- Gewindelänge
Oberflächenprüfung
Der Hersteller kann außerdem Folgendes bewerten:
- Oberflächenrauheit
- Fräserhöhe
- Zerreißen
- Verschmieren
- Rattermarken
- Facetten
- Spuren von Aufbauten an den Kanten
- Kratzer durch eingeklemmte Späne
Prüfung der Produktionsleistung
Die Leistung der Werkzeuge sollte anhand folgender Kriterien bewertet werden:
- Teile pro Schneide
- Gleichmäßigkeit des Verschleißes
- Häufigkeit von Absplitterungen
- Zykluszeit
- Zeitpunkt der Einfügung/Änderung
- Einrichtzeit für das erste Werkstück
- Ausschussquote
- Wiederholbarkeit von Charge zu Charge
- Werkzeugkosten pro angenommenem Teil
Die Norm ASTM F543 enthält außerdem Maßvorgaben und mehrere mechanische Prüfverfahren für metallische medizinische Knochenschrauben. Die Validierung von Schneidwerkzeugen ist nur ein Teil des gesamten Herstellungs- und Prüfprozesses für Medizinprodukte.
Der Hersteller des Einsatzes sollte nicht behaupten, dass die Verwendung eines bestimmten Einsatzes oder einer bestimmten Beschichtung automatisch dazu führt, dass die fertige Schraube einer medizinischen Norm entspricht.
12. Standard- oder kundenspezifischer Gewindewirbel-Einsatz?
Ein Standardeinsatz kann in folgenden Fällen geeignet sein:
- Die Knochenschraube weist ein vollständig definiertes Standardprofil auf
- Die Abmessungen liegen innerhalb des Standard-Werkzeugbereichs
- Der Schneidkörper ist kompatibel
- Die geforderten Toleranzen lassen sich ohne besondere Ausgleichsmaßnahmen erreichen
- Die Produktionstests bestätigen akzeptable Ergebnisse
Ein maßgefertigter Einsatz ist in der Regel erforderlich, wenn:
- Die Schraube verfügt über ein firmeneigenes Profil
- Die Flankenwinkel weichen von den Standardprofilen ab
- Es werden spezielle Kronen- oder Wurzelradien angegeben
- Das Gewinde ist ungewöhnlich tief
- Die Schraube hat mehrere Gewindegänge.
- Das Gewinde muss nahe am Kopf bearbeitet werden
- Der Fräskörper verfügt über eine kundenspezifische Schneideinsatztasche
- Eine Korrektur der Profilverzerrung ist erforderlich
- Ein vorhandener Spezialeinsatz muss ausgetauscht werden
Die beiden in diesem Artikel untersuchten P1,75-Profile sollten als separate Sonderanfertigungen betrachtet werden, da sich ihre Durchmesser, Tiefen, Winkel und Radien unterscheiden.
Ein praxisorientiertes Auswahlverfahren
Ein zuverlässiger Auswahlprozess lässt sich in sieben Schritte unterteilen.
Schritt 1: Sehen Sie sich die vollständige Zeichnung der Knochenschraube an
Überprüfen Sie alle Maße und Toleranzen des Gewindeprofils.
Schritt 2: Ermitteln Sie das Standard- oder proprietäre Profil
Gehen Sie nicht ohne Überprüfung davon aus, dass die Schraube der Norm ISO 5835 oder ASTM F543 entspricht.
Schritt 3: Bestätigen Sie die genaue Titanlegierung
Halten Sie die Werkstoffspezifikation, die Härte und den Zustand des Stangenmaterials fest.
Schritt 4: Überprüfen Sie die Konfiguration der Maschine und des Schneidkörpers
Überprüfen Sie die Maschine, die Schleifeinheit, den Schneidkörper, die Schneideinsatztasche und das Kühlmittelsystem.
Schritt 5: Berechnen Sie das erforderliche Einsatzprofil
Berücksichtigen Sie die Gewindesteigung, den Gewindewinkel, den Fräserdurchmesser und die Wirbelkinematik.
Schritt 6: Wählen Sie das Hartmetall, die Geometrie und die Beschichtung aus
Betrachten Sie das Substrat, die Schneidkantenvorbereitung und die TiAlSiN-Beschichtung als ein Gesamtsystem.
Schritt 7: Durchführung eines kontrollierten Schneideversuchs
Überprüfen Sie das Schraubenprofil, den Zustand der Grate, die Oberflächengüte, den Verschleiß der Einsätze und die Wiederholgenauigkeit des Prozesses.
Erforderliche Angaben für ein Angebot zu einer Sonderanfertigung
Für die Angebotserstellung oder die Konstruktion eines maßgeschneiderten Gewindeschneideinsatzes für Knochenschrauben sollte der Kunde folgende Angaben bereitstellen:
- Vollständige Zeichnung einer Knochenschraube
- Vergrößerte Zeichnung des Gewindeprofils
- Großer Durchmesser
- Kleiner Durchmesser
- Tonhöhe
- Blei
- Anzahl der Starts
- Rechts- oder Linksgewinde
- Gewindesteigung, sofern angegeben
- Alle Flankenwinkel
- Scheitel- und Wurzelradien
- Genaue Bezeichnung der Titanlegierung
- Härte und Zustand des Materials
- Stangendurchmesser
- Marke und Modell der Maschine
- Marke und Modell der Schleuder
- Zeichnung des Schneidkörpers
- Abmessungen der Einstecktasche
- Aktuelle Zeichnung des Einsatzes oder physisches Muster
- Anzahl der Einsätze im Fräskörper
- Art des Kühlmittels und Abgabeverfahren
- Aktuelle Schnittparameter
- Erforderliche Oberflächengüte
- Anforderung an die Späne
- Aktuelles Problem mit den Werkzeugen
- Erwartete Produktionsmenge
- Angestrebte Standzeit
- Prüfbericht oder Profilmessung, sofern vorhanden
Häufige Fehler bei der Auswahl von Wendeschneidplatten für Knochenschrauben
Auswahl des Einsatzes ausschließlich nach der Steigung
Die beiden Beispiele zu P1.75 zeigen, warum dieser Ansatz unzuverlässig ist.
Versäumnis, den kleineren Durchmesser anzugeben
Der kleine Durchmesser bestimmt die Gewindetiefe und hat einen großen Einfluss auf die Schnittkraft.
Kleine Radien vernachlässigen
Die Übergänge R0.1, R0.3, R0.8 und R1 können nicht als gleichwertig betrachtet werden.
Das fertige Profil direkt auf den Einsatz kopieren
Möglicherweise ist eine Kompensation des Wirbelprozesses erforderlich.
Das Material lediglich als Titan bezeichnen
Die genaue Titan-Güteklasse sollte vor der Festlegung der Schnittdaten bestätigt werden.
Die Beschichtung separat auswählen
Die TiAlSiN-Beschichtung, die Hartmetallsorte, die Kantenvorbereitung und die Geometrie sollten gemeinsam bewertet werden.
Kompatibilität zwischen Fräser und Gehäuse außer Acht lassen
Ähnlich aussehende dreieckige Einsätze können unterschiedliche Pass- und Befestigungsmaße aufweisen.
Ausgleichsrundlauf ignorieren
Eine ungleichmäßige Zahnbelastung kann zu vorzeitigem Verschleiß und einer schlechten Gewindequalität führen.
Vergleich ausschließlich der Einlegepreis
Werkzeuge sollten anhand der Kosten pro akzeptierter Schraube verglichen werden, nicht nur anhand des Anschaffungspreises pro Einsatz.
Häufig gestellte Fragen
Kann dieselbe Einsetzmaschine beide in den Beispielen gezeigten P1.75-Knochenschrauben einsetzen?
Nein. Obwohl die Steigung gleich ist, unterscheiden sich der Hauptdurchmesser, der Nebendurchmesser, die Gewindetiefe, die Flankenwinkel und die Radien. Es sind separate Vollprofil-Einsätze erforderlich.
Eignet sich TiAlSiN für die Bearbeitung von Knochenschrauben aus Titan?
TiAlSiN wird als verschleißfeste Beschichtung für Schneidwerkzeuge bei anspruchsvollen Werkstoffen, darunter auch Titanlegierungen, eingesetzt. Die Eignung muss jedoch unter Berücksichtigung der genauen Titansorte, des Hartmetallsubstrats, der Geometrie, des Kühlmittelsystems und der Schnittparameter überprüft werden.
Ist die Titanlegierung für die Herstellung des Einsatzprofils erforderlich?
Das fertige geometrische Profil lässt sich anhand der Schrauben- und Fräserzeichnungen entwerfen. Die Titanlegierung ist jedoch entscheidend für die Auswahl des Hartmetallsubstrats, die Kantenvorbereitung, die Beschichtungsstrategie und die Schnittparameter.
Kann das fertige Profil der Knochenschraube direkt auf den Einsatz übertragen werden?
Nicht immer. Der Drehwinkel, der Fräserdurchmesser und die Fräsbewegung können das erzeugte Profil verzerren, sodass möglicherweise eine Korrektur erforderlich ist.
Warum sind Angaben zum Schneidkörper wichtig?
Der Schneideinsatz muss in die Aufnahme, die Passflächen und das Spannsystem passen. Der Durchmesser des Schneidwerkzeugs und die Position des Schneideinsatzes beeinflussen ebenfalls die erzeugte Gewindgeometrie.
Ist ein Fräser mit sechs Einsätzen immer die beste Wahl?
Nr. Sechs Schneideinsätze können für einen bestimmten Fräskörper ein ausgewogenes Verhältnis bieten, doch die optimale Zahnanzahl hängt von der Gewindetiefe, dem Spanvolumen, der Maschinenleistung, den Oberflächenanforderungen und dem Produktionsziel ab.
Was sollte bei dem ersten Schnittversuch gemessen werden?
Messen Sie zumindest den Haupt- und Nebendurchmesser, die Profilwinkel, die Geometrie von Zahnkrone und Zahnfuß, die Steigung bzw. den Steigungswinkel, die Oberflächengüte und den Gratzustand. Außerdem sollten der Verschleiß des Einsatzes und die Lastverteilung von Zahn zu Zahn überprüft werden.
Schlussfolgerung
Für die Auswahl eines Gewindeschneideinsatzes für Knochenschrauben sind weitere Informationen als nur die Gewindesteigung erforderlich.
Die beiden Referenzschrauben in dieser Anleitung haben zwar beide eine Steigung von 1,75 mm, erfordern jedoch unterschiedliche Einsätze, da ihre Gewindetiefe, Flankenwinkel, Durchmesser und Radien nicht identisch sind.
Bei der Auswahl eines zuverlässigen Einsatzes sollten folgende Aspekte berücksichtigt werden:
- Das vollständig fertiggestellte Schraubenprofil
- Die genaue Titanlegierungssorte
- Gewindesteigung und Gewindewinkel
- Kompatibilität von Schneidkörper und Schneideinsatzaufnahme
- Profilausgleich
- Hartmetall-Substrat
- Innovative Geometrie
- TiAlSiN-Beschichtung
- Kühlmittelzufuhr
- Prüf- und Fertigungsanforderungen
Bei kundenspezifischen Knochenschrauben besteht der zuverlässigste Ansatz darin, den Einsatz anhand der vollständigen Zeichnungen der Schraube und des Fräskörpers zu konstruieren und ihn anschließend durch einen kontrollierten Fräsversuch zu validieren.
Benötigen Sie einen maßgefertigten Gewindewirbel-Einsatz für eine Titanknochenschraube?
Bitte senden Sie uns die Zeichnung der Knochenschraube, die Zeichnung des Fräskörpers, die Titanlegierung sowie die aktuellen Bearbeitungsdaten zu. Unser Ingenieurteam wird das Profil prüfen und Ihnen eine geeignete, maßgeschneiderte Wendeplattenlösung empfehlen.
