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Vom Draht zum fertigen Teil
Wie ein Verbindungselement nach Zeichnung gefertigt wird
Acht Schritte führen von einem Drahtcoil zu einem verpackten Los Sonderschrauben. Welche davon Ihr Teil braucht und in welcher Reihenfolge, bestimmt den Fertigungsweg, das Werkzeug und wer anbieten kann.
Die folgenden Fähigkeiten sind typische Bereiche. Das Werk, das anbietet, bestätigt, was zu Ihrem Teil passt.
Der Fertigungsablauf
Eine kaltgestauchte Schraube durchläuft jede Zeile. Ein gedrehtes Sonderteil überspringt die ersten drei und beginnt an der Stange. Die letzte Spalte nennt, was Ihre Zeichnung oder Anfrage sagen muss, damit das Werk diesen Schritt planen kann.
Tabelle seitlich wischen, um alle Spalten zu sehen.
| Schritt | Was geschieht | Typische Fähigkeit | Was die Zeichnung angeben sollte |
|---|---|---|---|
| Drahtvorbereitung | Der Coil wird auf den Rohlingsdurchmesser gezogen und bei legierten Güten weichgeglüht (Sphäroidisieren), damit er sich ohne Risse stauchen lässt. | Drahtgüten wie 10B21, 10B33, SCM435 oder 1022, gewählt nach der Festigkeitsklasse | Festigkeitsklasse oder Werkstoffgüte, keine Drahtgüte, es sei denn, Ihr Kunde schreibt eine vor |
| Kaltstauchen | Der Draht wird abgeschert und in einer bis sechs Matrizenstufen bei Raumtemperatur zu Kopf, Schaft und abgesetzten Bereichen geformt. | Etwa M2 bis M20, Länge bis ungefähr 10 x d. Mehr Stufen erlauben komplexere Köpfe | Kopfform und Maße, Radius unter dem Kopf, Art des Antriebs, jede Schaftreduzierung |
| Beschneiden und Anspitzen | Sechskant- oder Flanschköpfe werden auf Maß beschnitten, das Ende wird für die Montage angespitzt oder angefast. | Oft auf der Presse oder auf einer separaten Beschneidemaschine | Spitzenart (angefast, Zapfen, Kegel) und Toleranz der Schlüsselweite |
| Gewindewalzen | Flache oder zylindrische Walzbacken verdrängen Werkstoff in die Gewindeform. Es wird nichts abgetragen. | Metrische und Unified-Gewinde, Toleranzklasse 6g oder 2A als Standard, 4h oder 3A auf Anfrage | Gewindegröße, Steigung, Toleranzklasse, Gewindelänge b und jede Forderung nach Gewinde bis zum Kopf |
| Zerspanende Nacharbeit | Querbohrungen, Nuten, Schlitze, geschliffene Absätze oder enge Durchmesser, die eine Presse nicht hält. | Bohren, Drehen oder Schleifen auf Transfermaschinen oder Drehmaschinen | Nur die Merkmale, die es brauchen, mit ihren Toleranzen |
| Wärmebehandlung | Vergüten ab Klasse 8.8, Einsatzhärten bei Blechschrauben. | Durchlauföfen mit Gliederband für Stückzahlen, Chargenöfen für kleine Lose | Festigkeitsklasse oder Härtebereich mit Prüfstelle |
| Oberflächenbehandlung | Galvanisieren, Zinklamellenüberzug, Phosphatieren und Ölen oder Passivieren, aufgebracht nach der Wärmebehandlung. | Meist an Unterlieferanten vergeben oder auf einer eigenen Linie gefahren | Norm der Oberfläche, Schichtdicke oder Korrosionsstunden und Tempern, falls ein Wasserstoffrisiko besteht |
| Sortieren und Prüfen | Optische oder Wirbelstromsortierung auf Mischteile und Risse, danach Stichproben je Los. | Maß-, mechanische und Beschichtungsprüfungen nach dem vereinbarten Plan | Prüfdokumente und jede Forderung nach 100-Prozent-Sortierung |
Kaltstauchen
Eine Presse schert einen Abschnitt vom Draht und drückt ihn bei Raumtemperatur durch eine Folge von Matrizen. Eine Zweischlagpresse macht einfache Köpfe. Eine Mehrstufenpresse führt den Rohling durch vier bis sechs Stufen und kann in einem Takt einen abgesetzten Schaft fließpressen, einen Flansch stauchen und einen Antrieb einprägen.
Die Grenze liegt darin, wie viel Werkstoff sich im Kopf sammeln lässt, ohne dass der Abschnitt ausknickt. Köpfe bis etwa zweieinhalbfachem Drahtdurchmesser entstehen in wenigen Schlägen. Größere Köpfe brauchen mehr Stufen, Halbwarmumformung oder Gesenkschmieden. Der Gewinn ist die Geschwindigkeit: Eine Presse fertigt Teile in Sekundenbruchteilen mit fast keinem Ausschuss, daher ist der Stückpreis bei Stückzahl der niedrigste aller Fertigungswege.
Der Preis dafür ist das Werkzeug. Matrizen und Stempel werden für jede Teilenummer gefertigt und brauchen Wochen. Kaltstauchen, Zerspanen und Gesenkschmieden im Vergleich vergleicht die Wege nach Kosten, und Werkzeugkosten und Rohlingsgröße zeigt, was die Matrizenrechnung treibt.
Konstruktionshinweise für gestauchte Teile
- Radius unter dem KopfGeben Sie den größten Radius vor, den die Verbindung erlaubt. Eine scharfe Ecke ist eine Spannungsspitze und verschleißt die Matrize.
- KopfhöheNormkopfhöhen entstehen in weniger Schlägen. Ein flacher, breiter Kopf braucht zusätzliche Stufen.
- Tiefe des AntriebsEin tiefer Antrieb in einem niedrigen Kopf lässt zu wenig Wand und kann beim Stauchen oder Anziehen reißen.
- ToleranzenGestauchte Durchmesser halten typischerweise einige Hundertstel Millimeter. Engere Passungen gehen in einen Schleif- oder Drehschritt.
Gewindewalzen oder Gewindeschneiden
Fast jedes gestauchte Verbindungselement hat ein gewalztes Gewinde. Schneiden bleibt den Fällen vorbehalten, die Walzen nicht erreicht. Der Unterschied zählt am meisten bei Teilen mit Schwingungs- oder Wechsellast.
| Gewalztes Gewinde | Geschnittenes Gewinde | |
|---|---|---|
| Entstehung | Werkstoff wird von Walzbacken verdrängt, der Faserverlauf folgt dem Gewinde | Werkstoff wird mit Drehmeißel, Gewindebohrer oder Schneideisen abgetragen, der Faserverlauf wird durchtrennt |
| Ermüdung | Höher, besonders wenn nach der Wärmebehandlung gewalzt wird | Niedriger im Gewindegrund |
| Rohlingsdurchmesser | Etwa der Flankendurchmesser, daher weniger Werkstoff pro Teil | Voller Außendurchmesser |
| Taktzeit | Sekunden pro Teil | Länger, besonders bei grober Steigung |
| Wo es passt | Die meisten Schrauben und Bolzen in Stückzahlen, bis zu großen Durchmessern | Prototypen, sehr große oder kurze Gewinde, Sonderformen wie ACME |
Metrische Gewinde folgen den Toleranzklassen nach ISO 965, Unified-Gewinde ASME B1.1. Hintergrund zu den Verfahren: Gewinde (Fertigung), Wikipedia. Die Abwägung von Kosten und Festigkeit ausführlicher: Gewindewalzen oder Gewindeschneiden.
CNC-Drehen und Langdrehen
Wenn die Stückzahl niedrig ist, der Kopf zu groß zum Stauchen, der Werkstoff schlecht kaltumformbar oder ein Durchmesser enger zu halten ist, als eine Presse es kann, wird das Teil aus der Stange gedreht. Die meisten gedrehten Verbindungselemente erhalten dennoch ein gewalztes Gewinde, gefertigt mit einem Drehmaschinen-Anbau oder einer separaten Walzmaschine, damit sie den Vorteil bei der Ermüdung behalten.
Langdrehmaschinen (Swiss-Type) nehmen kleine Durchmesser und lange, schlanke Teile: Mikroschrauben, Stifte und Passschrauben unter etwa M6. Konventionelle Drehmaschinen decken größere Stiftschrauben und Schrauben bis zur Stangenkapazität ab. Titan, Nickellegierungen und große Durchmesser werden meist gedreht.
Wärmebehandlung
Stahlschrauben der Klassen 8.8, 10.9 und 12.9 werden gehärtet und angelassen, um Festigkeit und Härte zu erreichen, die ISO 898-1 für die Klasse festlegt. Die Ofenatmosphäre muss kontrolliert werden, denn eine entkohlte Randschicht ist weicher als der Kern und schwächt das Gewinde. ISO 898-1 begrenzt die Tiefe dieser Schicht.
Blech- und selbstbohrende Schrauben werden stattdessen einsatzgehärtet, was eine harte Randschicht über einem zäheren Kern ergibt. Edelstahlschrauben A2 und A4 werden gar nicht gehärtet. Ihre Festigkeit der Klassen 70 und 80 stammt aus der Kaltverfestigung. Härten, Anlassen und Entkohlung erklärt, welche Prüfungen Sie verlangen sollten.
Welche Merkmale den Fertigungsweg ändern
Lesen Sie die Zeichnung Merkmal für Merkmal. Ein Merkmal, das eine Presse nicht formen kann, fügt einen Nachbearbeitungsschritt hinzu. Mehrere davon können das ganze Teil zur Zerspanung verlagern.
Tabelle seitlich wischen, um alle Spalten zu sehen.
| Merkmal auf der Zeichnung | Kann eine Presse es formen? | Was üblicherweise geschieht |
|---|---|---|
| Sechskant-, Flansch-, Linsen- oder Flachrundkopf | Ja | Auf der Presse geformt und beschnitten |
| Innensechskant, Torx oder Kreuzschlitz | Ja | Beim Stauchen eingeprägt. Sicherheitsantriebe brauchen einen eigenen Stempel |
| Abgesetzter Schaft oder fließgepresster Abschnitt | Ja, innerhalb des Fließpressverhältnisses | In einer zusätzlichen Stufe geformt |
| Absatz mit etwa ±0.02 mm | Nicht direkt | Mit Übermaß gestaucht, dann gedreht oder geschliffen |
| Querbohrung oder Schlitz | Nein | Als zweiter Arbeitsgang gebohrt oder gefräst |
| Freistich oder Nut für einen Sicherungsring | Teilweise | Nach dem Stauchen gewalzt oder gedreht |
| Volles Gewinde bis zum Kopf | Nicht durch Walzen | Ein kurzer Auslauf von etwa 2 bis 3 Steigungen bleibt, außer das Gewinde wird geschnitten |
| Kopf größer als etwa 2.5 x d | Schwierig | Zusätzliche Stufen, Gesenkschmieden oder Zerspanung aus der Stange |
Die vier Fertigungswege nebeneinander, mit typischen Größen- und Mengenbereichen, finden Sie auf der Startseite.
Die Oberfläche kommt zuletzt
Die Beschichtung wird nach der Wärmebehandlung aufgebracht und verändert das Gewinde. Galvanisches Zink nach ISO 4042, Zinklamellenüberzug nach ISO 10683 und Feuerverzinken nach ISO 10684 tragen jeweils eine andere Schichtdicke auf, daher muss das Gewindespiel vor dem Walzen geplant werden, nicht danach.
Bei hochfesten Teilen entscheidet die Wahl der Beschichtung auch über das Wasserstoffrisiko. Wasserstoffversprödung bei Schrauben zeigt, wann Tempern erforderlich ist. Die Seite der Festigkeitsklasse steht auf der Werkstoffseite.
Wie wir das bei der Vermittlung nutzen
Wir lesen Ihre Zeichnung zuerst auf den Fertigungsweg: gestaucht, gedreht und gewalzt, nur gedreht oder gesenkgeschmiedet. Dann prüfen wir Größe, Festigkeitsklasse und die Nachbearbeitungsschritte und leiten die Anfrage an bis zu 3 Hersteller weiter, die diesen Weg bei Ihrer Stückzahl fahren. Sie hören innerhalb von 24 Geschäftsstunden von uns.
Fragen zu den Verfahren
Branchenspezifische Dokumente und Teile finden Sie auf der Branchenseite.
Ist ein gewalztes Gewinde stärker als ein geschnittenes?
Bei der Ermüdung ja. Walzen verdichtet den Gewindegrund und erhält den Faserverlauf, daher tragen gewalzte Gewinde Wechsellasten besser. Die statische Zugfestigkeit wird hauptsächlich vom Werkstoff und von der Wärmebehandlung bestimmt. Walzen nach der Wärmebehandlung bringt den größten Gewinn bei der Ermüdung, ist aber härter für die Walzbacken.
Warum braucht ein gestauchtes Teil eine Mindestmenge?
Jedes Teil braucht eigene Matrizen und Stempel, und eine Presse wird für einen vollen Coil eingerichtet. Unterhalb einiger Tausend Stück dominieren Einrichten und Werkzeug den Preis, weshalb kleine Lose meist aus der Stange gedreht und gewalzt werden.
Wann ist eine Wärmebehandlung erforderlich?
Bei Stahlschrauben der Klasse 8.8 und höher nach ISO 898-1 gehört das Vergüten zur Klasse. Die Klassen 4.6 bis 5.8 erreichen ihre Eigenschaften aus dem Stahl und der Kaltverfestigung. Selbstschneidende Schrauben werden einsatzgehärtet, damit das Gewinde sein Gegengewinde selbst schneiden kann.
Kann Beschichten eine hochfeste Schraube schwächen?
Galvanisches Beschichten kann Wasserstoff einbringen, und Teile über etwa 320 HV, etwa der Klassen 10.9 und 12.9, sind durch verzögerten Bruch gefährdet. ISO 4042 legt die Maßnahmen fest, darunter Tempern kurz nach dem Beschichten. Zinklamellenüberzüge nach ISO 10683 vermeiden den elektrolytischen Schritt.