Unterfräsen ist ein ausgeklügelter Fertigungsprozess, der seine Wurzeln in chemischen Bearbeitungstechniken hat. Ursprünglich verwendete diese Methode chemische Ätzmittel, um Materialien seitlich zu durchdringen und eine vertiefte Vertiefung unter der Oberfläche zu bilden, bekannt als Untercut. Beim Übergang von chemischen zu mechanischen Mitteln nutzt das Unterfräsen heute mechanische Werkzeuge, um diese spezialisierten Vertiefungen auszufräsen.
Dieser Artikel soll die Feinheiten des Unterfräsprozesses beleuchten, einschließlich seiner Entwicklung, verschiedener Methoden und praktischer Anwendungen.
Was ist Unterfräsen?
Standard-Schnittwerkzeuge schneiden effizient durch die obere Schicht, um eine gewünschte Vertiefung zu formen. Sie sind jedoch nicht geeignet, um Vertiefungen neben oder unter diesen Oberflächen zu erstellen, aufgrund ihrer linearen Bewegung und Form. Diese Einschränkung erfordert eine spezielle Schneidtechnik, um solche Schnitte zu erreichen.
T-Schlitz-Unterfräsen
Unterfräsen ist ein spezieller Fertigungsprozess, um vertiefte Oberflächen innerhalb mechanischer Komponenten zu erstellen. Diese CNC-gefrästen Teile mit Untercut haben in der Regel eine Oberfläche, die sich über eine andere erstreckt.
Um Untercuts zu verstehen, stellen Sie sich die Form eines T-Schlitzes vor. Der horizontale Teil des „T“ stellt den Untercut dar. Obwohl die Oberseite des Schlitzes leicht zugänglich ist und mit Standardwerkzeugen bearbeitet werden kann, kann der horizontale Untercut—der nach innen und parallel zur Oberfläche verläuft—nicht direkt von oben erreicht werden.
Untercuts können extern oder intern sein. Externe Untercuts, die häufig in Formen vorkommen, sind relativ einfacher zu bearbeiten, da sie leichter zugänglich sind. Internale Untercuts sind hingegen innerhalb von Komponenten verborgen und schwieriger zu erstellen. Diese findet man häufig in Zahnkranznaben, wo ein Teil der Oberfläche unter einer anderen einsinkt.
Wie funktioniert das Unterfräsen
Das CNC-Unterfräsen ist ein anspruchsvoller Prozess, der maßgeschneiderte Verfahren und spezielle Werkzeuge erfordert.
Wie Fräser Untercuts erzeugen
Hier eine detaillierte Erklärung, wie Monteure Untercuts beim Fräsen erstellen können:
Schritt 1: Verständnis der Geometrie
Der erste Schritt beinhaltet eine gründliche Analyse der Geometrie der Komponente. Untersuchen Sie das Profil, um festzustellen, ob der Untercut intern oder extern ist. Dokumentieren Sie die erforderlichen Bearbeitungsstrategien und die Reihenfolge, in der sie angewendet werden müssen, um das beabsichtigte Design zu erreichen.
Schritt 2: Auswahl der richtigen Werkzeuge
Es gibt kein Allzweckwerkzeug für das Unterfräsen; jeder Auftrag erfordert ein spezielles CNC-Untercut-Werkzeug. Wählen Sie Werkzeuge basierend auf dem Material sowie dem spezifischen Profil und der erforderlichen Tiefe.
Schritt 3: Einrichtung der CNC-Maschine
Bereiten Sie die CNC-Maschine vor, indem Sie die detaillierten Konstruktionsspezifikationen über die CAD-Software eingeben. Befestigen Sie die speziell entwickelte Spindel für das Untercut-Bearbeiten und spannen Sie das Material sicher auf den Arbeitstisch.
Schritt 4: Bearbeitungsprozess
Das Hinzufügen des Werkzeugs und das Spannen des Werkstücks sind entscheidend, die CNC-Maschine übernimmt den Rest. Sie schneidet das Material automatisch entsprechend dem definierten Pfad.
Schritt 5: Qualitätskontrolle
Der letzte Schritt im Prozess ist eine umfassende Inspektion des bearbeiteten Teils. Überprüfen Sie, ob alle Maße innerhalb der angegebenen Toleranzen und des gewünschten Bereichs liegen. Diese Qualitätskontrolle stellt sicher, dass der Untercut alle Konstruktionsanforderungen erfüllt und das Teil wie vorgesehen funktioniert.
Bedeutung des Untercuts in der modernen Fertigung
In den meisten Fällen möchten wir die Verwendung von Untercuts im Design vermeiden. Wenn jedoch funktionale und gestalterische Ziele erreicht werden sollen, wird ihre Verwendung unvermeidlich. Zum Beispiel sind Untercuts entscheidend für die gegenseitige Verriegelung und nahtlose Montage von Komponenten, insbesondere bei Designs, die sichere Verriegelungsmechanismen ohne externe Befestigungen erfordern.
Darüber hinaus tragen Untercuts auch zur Gewichtsreduzierung bei, insbesondere in der Luft- und Raumfahrtindustrie, wo jedes Gramm zur Kraftstoffeffizienz und Nutzlastkapazität beiträgt. Diese Technik hilft bei der Herstellung interner Hohlräume, die die Festigkeit erhalten und gleichzeitig unnötiges Material an anderen Stellen eliminieren.
Untercuts sind auch Teil der meisten Hydrauliksysteme. Sie dienen als wichtige Wege für Flüssigkeiten und schaffen Kanäle und Räume, die für die geführte Bewegung von Flüssigkeiten oder Gasen erforderlich sind.
In einigen Fällen, insbesondere beim CNC-Drehen, treten Untercuts am Ende des gewindeten Abschnitts einer Welle auf, um Spielraum für das Schneidwerkzeug zu schaffen, wenn es zu einem niedrigeren Querschnitt übergeht.
Häufige Arten von Untercuts beim Bearbeiten
Ein Untercut ist typischerweise eine vertiefte oder eingesenkte Oberfläche in einem bearbeiteten Teil. Er kann in verschiedenen Anwendungen unterschiedliche Profile aufweisen. Basierend auf diesem geometrischen Profil gibt es mehrere Arten von Untercuts:
T-Schlitz-Untercut
Ein T-Schlitz-Untercut hat eine ‚T‘-Form. Solch eine Vertiefung wird normalerweise zum Halten von Teilen mit einer T-förmigen Vorrichtung hergestellt. Der Kopf der Schraube passt in die Nut und kann entlang der Länge verschoben werden, um zu fixieren.
Der T-Schlitz-Untercut wird in zwei Schritten hergestellt. Zunächst erstellt ein Standard-Endfräser eine Nut. Danach wird ein spezielles Werkzeug (T-Schlitz-Fräser) verwendet, um die T-Form zu erzeugen. Der T-Schitzfräser hat eine vertikale Welle, die als Schaft bezeichnet wird, und eine Schneidklinge, die senkrecht zum Schaft steht. Diese Klinge beginnt am Querschnitt der vorherigen Nut und schneidet den Untercut in horizontaler Richtung. Der T-Schlitzfräser wird in der Regel durch CNC-Drehen an die jeweilige Aufgabe angepasst. Allgemein verfügbare Werkzeugbreiten liegen zwischen 3 und 35 mm.
Einseitiger Untercut
Ein einseitiger Untercut richtet sich speziell an eine Oberfläche eines Werkstücks. Diese Untercuts sind für Szenarien gedacht, in denen eine Komponente eine präzise Nut auf einer Seite benötigt, um spezielle Baugruppen, insbesondere Dichtungen oder Halbringe, aufzunehmen.
Ein Lollipop-Fräser, der einseitiges Schneiden hat, wird verwendet, um einen einseitigen Untercut herzustellen. Dieser Lollipop wird an eine Mehrachsen-CNC-Maschine gespannt, die das Werkzeug um den Umfang des Werkstücks bewegt, wo der Schnitt erforderlich ist.
Schwalbenschwanz-Untercut
Ein Schwalbenschwanz-Untercut dient ausschließlich dem Verbinden zweier Komponenten. Der Schwalbenschwanz-Untercut verfügt über ein schräg angelegtes Klingen-Design mit zwei Teilen: einem Keilabschnitt und einem eingesenken Abschnitt. Das Keil-Assembly verriegelt sich sicher im eingesenken Teil und verbindet so die beiden Teile miteinander.
Dieses Untercut ist in der Holzverarbeitungsindustrie recht häufig. Hier hat das Schneidwerkzeug leicht konisch zulaufende Kanten, mit Winkeln zwischen 45° und 60°.
Konischer Untercut
Ein konischer Untercut hat eine geneigte Oberfläche, die von einer Seite zur anderen verläuft. Diese Art von Untercut ist besonders vorteilhaft in Anwendungen, bei denen eine enge, reibungsreiche Passung zwischen zwei Teilen erforderlich ist, wie bei mechanischen Baugruppen, oder wenn die Ästhetik einer glatt zulaufenden Oberfläche den Wert des Endprodukts erhöht.
Das Bearbeiten konischer Untercuts erfolgt mit konischen Fräsern, die speziell dafür entwickelt wurden, die allmähliche Schräge des Untercuts präzise zu schneiden.
Gewindetunnel
Gewindetunnel verfügen über interne Gewinde, wie bei Schrauben und Bolzen. Sie sind essenziell für Teile, die verschraubt werden müssen. Spezialisierte Gewindeschneider und Gewindebohrer werden verwendet, um Gewinde in Untercut-Teile zu schneiden. Die Gewindeschneider schneiden den Gewindegang in einer helicalen Bewegung und sind sowohl für Innen- als auch für Außengewinde geeignet.
Kugelgelenk-Untercut
Diese Untercuts haben eine 3D-gebogene Oberfläche, die einer Kugel ähnelt. Die kugelförmigen Untercuts kommen in Teilen vor, die rotierende Bewegungen erfordern, wie Kugelgelenke oder Lager.
Ballnase-Fräser unterstützen das Bearbeiten dieser gekrümmten Untercut-Formen. Diese Fräser haben eine abgerundete Spitze, die das effiziente Schneiden gekrümmter Profile durch eine programmierte CNC-Spur ermöglicht.
Schlüsselslot-Untercut
Schlüsselslot-Untercuts erfüllen einen bestimmten Zweck: Sie beherbergen einen Schlüssel, der zwei mechanische Teile miteinander verriegelt und ein unabhängiges Drehen verhindert. Diese Untercuts werden in Wellen oder anderen rotierenden Komponenten bearbeitet, die Drehmoment übertragen. Ein Getriebesystem ist ein perfektes Beispiel.
Zerspaner verwenden Broaches oder Schlüsselslotfräser, um diese Schlitze zu erstellen. Ein Broach ist ein Werkzeug mit einer Reihe von allmählich größeren Zähnen, das Material durch lineare Bewegung entfernt und in einem Durchgang eine präzise Nut oder einen Schlüsselslot formt. Ein Schlüsselslotfräser ist ähnlich wie ein T-Schlitzfräser. Er wird in eine Fräsmaschine eingesetzt, rotiert dort, um Material zu entfernen und die Nut zu formen.
Entlastungs-Untercut
Ein Entlastungs-Untercut wird häufig um Lager oder Wellen herum geschaffen. Hierbei wird eine kleine Nut oder Vertiefung in Teile eingeschnitten, um Spannungsansammlungen zu reduzieren oder Freiräume zu schaffen.
Standard-Untercut-Fräser oder Nutfräser können diese Untercut-Profile bearbeiten. Der Fräser bewegt sich entlang des vorgegebenen Pfades um Lager oder Wellen und entfernt Material, um eine Nut zu schaffen. Dieser Vorgang kann mehrere Durchgänge erfordern, um die genaue Tiefe und Form zu erreichen.
O-Ring-Nut-Untercut
Diese Nut wird speziell geschnitten, um eine O-Ring-Dichtung aufzunehmen, die eine enge Abdichtung zwischen den beiden Teilen schafft. Spezialisierte O-Ring-Nutfräser gewährleisten die genauen Abmessungen und die Platzierung der Nut. Sie helfen, Lecks in verschiedenen Anwendungen zu verhindern.
Technische Einblicke in verschiedene Untercuts
Lassen Sie uns einige technische Details zu diesen Untercut-Typen betrachten und ihre wichtigsten Anwendungen, Werkzeuge und Herausforderungen erkunden.
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