Was ist der Unterschied zwischen Rollgewinde- und Schneidgewindebolzen?

Rollgewindebolzen

Beim Rollgewindeschneiden handelt es sich um einen Kaltumformprozess, bei dem ein Bolzenrohling zwischen Gewindewalzbacken aus gehärtetem Stahl gepresst wird, um das Metall zu verdrängen und ein Gewindeprofil zu erzeugen, ohne Material zu entfernen.

Beim Rollengewindeschneiden wird der Bolzenrohling – dessen Durchmesser normalerweise etwas kleiner als der fertige Außendurchmesser ist – zwischen zwei oder mehr Drehungen gedreht Gewinderolleisen . Diese Gewinderollbacken verfügen über das umgekehrte Profil des gewünschten Gewindes. Da die Matrizen einen enormen hydraulischen oder mechanischen Druck ausüben, „fließt“ das Metall des Rohlings in die Täler der Gewindewalzmatrizen und drückt das Metall effektiv nach oben, um die Gewindekämme zu bilden. Dieses Verfahren ist aufgrund seiner Geschwindigkeit und der hervorragenden mechanischen Eigenschaften, die es dem Endprodukt verleiht, der Industriestandard für massenproduzierte Verbindungselemente.

Da kein Material abgetragen wird, bleibt das Volumen des Bolzens konstant. Durch die Verwendung hochwertiger Gewindewalzwerkzeuge wird sichergestellt, dass die Abmessungen über Millionen von Einheiten hinweg unglaublich konstant sind. Dieser Kaltumformprozess härtet auch die Oberfläche der Gewinde und erhöht so deren Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß und Abisolieren. Im B2B-Fertigungskontext ermöglicht der Einsatz von Gewindewalzwerkzeugen Hochgeschwindigkeitsproduktionslinien, die Tausende von Schrauben pro Stunde mit minimalem Abfall produzieren können, was sie zur kostengünstigsten Lösung für große Industrieprojekte macht.

Darüber hinaus erzeugte glatte Oberfläche die Reibung bei der Montage. Gewindewalzbacken verringert die durch Im Gegensatz zu geschnittenen Gewinden, die mikroskopisch kleine gezackte Kanten aufweisen können, werden gerollte Gewinde durch den Druck der Gewindewalzbacken poliert . Dies führt zu einer Oberflächenbeschaffenheit, die oft doppelt so glatt ist wie bei einem geschnittenen Gewinde, was für Anwendungen, die ein präzises Drehmoment-Spannungs-Verhältnis erfordern, von entscheidender Bedeutung ist. Bei korrekter Wartung der Gewinderollbacken weisen die resultierenden Bolzen eine außergewöhnliche Dimensionsstabilität und eine professionelle Ästhetik auf, die in den Bereichen taktische Optik und High-End-Hardware sehr geschätzt wird.

Gewindeschneidende Schrauben

Das Schneiden von Gewinden ist ein subtraktiver Bearbeitungsprozess, bei dem ein Schneidwerkzeug oder eine Matrize verwendet wird, um Stahl oder andere Legierungen physisch von einer Rundstange zu entfernen, um die Gewinderillen herauszuschneiden.

Der Schneidfadenprozess ist traditionell und vielseitig. Dabei wird eine Stange genommen, die bereits den endgültigen Hauptdurchmesser der Schraube hat, und mit einer Drehmaschine oder einer Gewindeschneidmaschine werden die „Täler“ der Gewinde entfernt. Dieser Prozess unterbricht den natürlichen Kornfluss des Metalls. Es ist zwar langsamer als die Verwendung Bei Gewinderollbacken ist das Schneiden von Gewinden oft die einzig praktikable Option für Schrauben mit sehr großem Durchmesser, kundenspezifischen Steigungen oder Kleinserienbestellungen, bei denen die Kosten für kundenspezifische Gewinderollbacken unerschwinglich wären.

Eines der Hauptmerkmale des Schneidgewindeschneidens besteht darin, dass es bei fast jedem gehärteten Material durchgeführt werden kann, während das Rollengewindeschneiden eine gewisse Duktilität des Materials erfordert, damit es in die Gewindewalzbacken fließt . Bei der Reparatur von Industriemaschinen oder bei der Herstellung von chemischen Zwischenverarbeitungsgeräten in kleinen Stückzahlen ermöglicht das Schneiden von Gewinden eine sofortige Produktion ohne die Vorlaufzeit, die für die Herstellung spezifischer Gewindewalzwerkzeuge erforderlich ist . Da jedoch Material abgetragen wird, fällt eine erhebliche Menge an Schrott in Form von Metallspänen oder „Spänen“ an.

Die Oberfläche eines geschnittenen Gewindes ist von Natur aus rauer als die Oberfläche eines durch Gewindewalzen geformten Gewindes . Unter dem Mikroskop zeigen die Täler der geschnittenen Gewinde winzige „Rissspuren“ an den Stellen, an denen das Werkzeug Material weggezogen hat. Diese Mikrorisse können als Spannungskonzentrationspunkte wirken. Während das Schneiden von Gewinden für viele statische Belastungsanwendungen völlig ausreichend ist, fehlt ihm die Ermüdungsbeständigkeit, die durch die Kaltumformung von Gewindewalzbacken erreicht wird . Folglich werden in dynamischen Umgebungen wie Fahrzeugaufhängungen oder vibrierenden Industrievibratoren häufig geschnittene Gewinde zugunsten gewalzter Alternativen vermieden.

Unterschiede zwischen gerollten und geschnittenen Gewinden

Die grundlegenden Unterschiede zwischen gerollten und geschnittenen Gewinden liegen im Kornfluss, der Oberflächenintegrität, der Herstellungsgeschwindigkeit und dem Durchmesser des Ausgangsmaterials.

Der bedeutendste technische Unterschied ist die innere Kornstruktur. Bei der Verwendung von Gewindewalzbacken werden die Faserlinien des Stahls so konturiert, dass sie der Form des Gewindes folgen. Dadurch entsteht ein kontinuierlicher Fluss, der das Gewinde gegen Scherkräfte verstärkt. Im Gegensatz dazu werden beim Schneiden von Gewinden diese Fadenlinien durchtrennt, so dass die Enden des Fadens an der Gewindefläche freiliegen. Dieser Unterschied in der Kornarchitektur ist der Grund dafür, dass mit Gewindewalzwerkzeugen geformte Bolzen hinsichtlich Ermüdungs- und Schlagfestigkeit deutlich stärker sind.

Ein weiterer wichtiger Unterschied ist der Anfangsdurchmesser der Stange. Zum Schneiden von Gewinden muss die Stange zum Außendurchmesser des Gewindes passen. Beim Rollgewindeschneiden mit Gewindeschneidbacken entspricht der Stabdurchmesser ungefähr dem Flankendurchmesser (dem Mittelpunkt zwischen der Spitze und der Senke). Das bedeutet, dass bei gleicher Schraubengröße ein gerolltes Gewinde weniger Rohmaterial verbraucht als ein geschnittenes Gewinde. Bei einer Produktionsauflage von 100.000 Einheiten können die durch Gewindewalzwerkzeuge ermöglichten Materialeinsparungen zu Kostensenkungen in Höhe von mehreren Tausend Dollar führen, ein Schlüsselfaktor für B2B-Einkaufsmanager.

Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Vergleichskennzahlen zusammen:

Schwächt das Gewindeschneiden die Schrauben?

Das Schneiden von Gewinden macht eine Schraube nicht zwangsläufig „schwach“ im Hinblick auf die statische Belastung, führt jedoch zu einer geringeren Ermüdungsfestigkeit und einer höheren Anfälligkeit für Rissausbreitung im Vergleich zu Gewinden, die durch Gewindewalzwerkzeuge hergestellt werden.

Wenn eine Schraube geschnitten wird, entstehen durch den Materialabtrag „Spannungserhöhungen“ am Gewindegrund. Da das Schneidwerkzeug am unteren Ende der V-Form eine relativ scharfe Ecke hinterlässt, konzentriert sich die Spannung tendenziell auf diesen speziellen Bereich. Ohne die Druckeigenspannungen, die durch Gewindewalzbacken entstehen , ist es an diesen Stellen am wahrscheinlichsten, dass Risse entstehen. Bei Vibrationsanwendungen mit hohen Zyklen versagt eine Schraube mit geschnittenem Gewinde fast immer vor einer Schraube, die durch Gewindewalzbacken bearbeitet wurde.

Darüber hinaus ist die fehlende Kaltverfestigung ein Nachteil. Da die Gewindewalzbacken das Metall komprimieren, wird die Oberfläche härter und widerstandsfähiger gegen Verformung. Geschnittene Gewinde behalten die Grundhärte der Originalstange bei. In vielen technischen Spezifikationen für die Luft- und Raumfahrt oder den Schwerbau wird die Verwendung von Gewinderollbacken gerade deshalb vorgeschrieben, weil die „Schwäche“ geschnittener Gewinde – ihre Anfälligkeit für Ermüdung – als Sicherheitsrisiko angesehen wird.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass für viele B2B-Anwendungen, wie z. B. die Verankerung von Baustahl in Gebäuden mit konstanter und vibrationsfreier Belastung, geschnittene Gewinde durchaus akzeptabel sind. Die wahrgenommene „Schwäche“ ist relativ. Ein geschnittenes Gewinde ist im Vergleich zu dem verbesserten mechanischen Profil, das durch Gewindewalzwerkzeuge erzeugt wird, nur schwach . Wenn die Anwendung hochfrequente Bewegungen, thermische Ausdehnung oder plötzliche Stöße beinhaltet, wird der strukturelle Vorteil der Verwendung von Gewinderollbacken zu einer nicht verhandelbaren Voraussetzung für eine langfristige Haltbarkeit.

Verformt das Rollgewinde die Stangen?

Durch das Rolleneinfädeln wird die Stange nicht im negativen Sinne „verformt“. Vielmehr werden die äußeren Schichten der Stange durch kontrollierte plastische Verformung mithilfe von Gewindewalzwerkzeugen gezielt umgeformt, um die endgültigen Abmessungen zu erreichen.

Der Prozess wird oft als „Gewindeextrusion“ bezeichnet. Wenn die Gewindewalzwerkzeuge in das Metall drücken, muss das Material irgendwohin gelangen. Es wird nach außen gedrückt, um die Spitzen der Fäden zu formen. Aus diesem Grund ist der endgültige Hauptdurchmesser eines gerollten Bolzens tatsächlich größer als der Durchmesser der Stange, von der aus er begonnen hat. Hierbei handelt es sich nicht um einen Mangel, sondern um ein geplantes technisches Ergebnis. Hochpräzise Gewindewalzwerkzeuge sind darauf ausgelegt, diese Bewegung so zu steuern, dass das endgültige Gewinde strengen Toleranzstandards entspricht (z. B. Passungen der Klasse 2A oder 3A).

Wenn der Ausgangsstangendurchmesser falsch ist oder die Gewindewalzbacken verschlissen sind, kann die „Verformung“ zu Problemen wie „gefächerten“ Gewindegängen oder unvollständigen Gewindegängen führen. Bei korrekter Ausführung ist jedoch die durch Gewindewalzwerkzeuge verursachte Verformung die Quelle der Festigkeit der Schraube. Durch die Kaltumformung des Metalls erhöht sich die Streckgrenze des Oberflächenmaterials. Diese Strukturumwandlung ist eine höchst wünschenswerte Form der „Verformung“, die Premium-Verbindungselemente von Standard-Verbindungselementen unterscheidet.

In der modernen Fertigung, insbesondere bei Produkten wie CNC-Fräskomponenten oder Hochdruckventilen, sorgt die Präzision der Gewinderollbacken dafür, dass die Stange trotz der enormen Kräfte perfekt gerade bleibt. Manche befürchten vielleicht, dass der Druck der Gewinderollbacken den Bolzen verbiegen könnte, aber industrielle Rollmaschinen verwenden Stützrollen und synchronisierte Zeitsteuerung, um sicherzustellen, dass der Bolzen koaxial bleibt. Das Ergebnis ist ein hochpräzises, unglaublich starkes Verbindungselement, das seine geometrische Integrität weitaus besser beibehält als ein Teil, das der Hitze und Reibung beim Hochgeschwindigkeitsschneiden ausgesetzt wurde.