Präzisionsmaschinenshops: Die Kunst des Räumens meistern

Räumen (Broaching) ist ein Bearbeitungsprozess, der ein Schneidwerkzeug mit Zähnen verwendet, die von vorne nach hinten an Größe zunehmen. In vielen Fällen kann eine gesamte Oberfläche (oder mehrere Oberflächen) in einem einzigen Durchgang geräumt werden. Die Technik wird am häufigsten angewendet, um Löcher, Keilnuten und ebene Flächen zu veredeln.

Räumen ist ein relativ neuer Bearbeitungsprozess, der in den 1850er Jahren mit metall-spezifischen Anwendungen entwickelt wurde. Ursprünglich wurde Räumen verwendet, um Arbeiten an inneren Merkmalen durchzuführen, wie Keilnuten in Riemenscheiben und Zahnrädern. Im 20. Jahrhundert wurde Räumen weiter für den Einsatz in Feuerwaffen entwickelt, und spätere Entwicklungen haben Toleranzen dramatisch verbessert und das Räumen für moderne Maschinenshops vielseitiger gemacht.

Wie Räumen funktioniert

Das beim Räumen verwendete Schneidwerkzeug heißt „Räumnadel“ (Broach). Dieses lineare, gezahnte Schneidwerkzeug ähnelt im Profil einer Säge, aber Breite und Zahnkonfiguration können erheblich variieren. Räumzähne sind präzise so gestaltet, dass jeder Zahn leicht höher steht als der vorherige. Während die Räumnadel entlang des Werkstücks gleitet, macht jeder Zahn einen kleinen Schnitt in die Oberfläche und trägt einen Span vom Werkstück weg. Der Höhenunterschied zwischen dem ersten und dem letzten Zahn wird als „Steigung“ (Rise) bezeichnet und repräsentiert die maximale Materialmenge, die eine Räumnadel entfernen kann.

Schneidwerkzeuge für das Räumen

Der Räumprozess selbst ist relativ einfach: Eine Räummaschine bewegt die Räumnadel linear entlang der Werkstückoberfläche mit ausreichender Kraft, um Material zu entfernen. Räumnadeln selbst sind jedoch komplexer als viele Schneidwerkzeuge. Räumnadeln werden oft für spezifische Aufträge entworfen und können viele Formen und Größen annehmen. Es gibt mehrere Räumnadel-Kategorien, die sich auf die auszuführende Arbeit und die verwendete Räummaschine beziehen.

• Stoßräumnadel (Push broach): Werkzeug, das von der Räummaschine gestoßen wird
• Zug-Räumnadel (Pull broach): Werkzeug, das von der Räummaschine gezogen wird
• Stationäre Räumnadel (Stationary broach): Werkzeug, das stationär bleibt, während eine Maschine das Werkstück bewegt

Innerhalb dieser Untertypen können Räumnadeln in Bezug auf Zahnkonfiguration und Querschnitt variieren. Die einfachsten Räumnadeln, die für den Schnitt einer einzelnen Oberfläche ausgelegt sind, können im Querschnitt rechteckig sein mit einem einzigen Satz Schneidezähne. Da Räumnadeln oft innere Merkmale schneiden, variieren ihre Querschnitte stark je nach auszuführender Arbeit. Das Bild am Anfang dieses Artikels zeigt mehrere Beispiele für Räumnadel-Querschnitte und Zahnkonfigurationen.

Darüber hinaus können Räumnadeln auf verschiedene Weise hergestellt werden. Vollmaterial-Räumnadeln (Solid broaches) sind am häufigsten und am günstigsten herzustellen und bestehen aus einer Räumnadel, die aus einem einzigen Stück Material bearbeitet wird. Andere Räumnadeln bestehen aus einem starken Schaft, an dem Schneidezähne um den Umfang herum befestigt sind. Diese Zähne können dann entfernt werden, aber der Schaft kann mit verschiedenen Zahnkonfigurationen wiederverwendet werden. Große Räumnadeln werden oft in Sektionen montiert, sodass einige Reihen zum Schärfen oder Ersetzen abgenommen werden können, während andere Reihen auf dem Schaft installiert bleiben.

Verschiedene Komponenten jeder Räumnadel erfüllen spezifische Zwecke. Die ersten paar Zahnreihen, die mit dem Werkstück in Kontakt kommen, werden als „Spanbrecher“ (Chip breakers) bezeichnet, während die letzten paar Zahnreihen oft „Fertigungszähne“ (Finishing teeth) sind. Mittlere Zähne sind für verschiedene Zwecke vorgesehen, von Vorschlichten bis Halbfertigbearbeitung.

Das folgende Diagramm, geteilt unter Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported, veranschaulicht die Komponenten einer Zug-Räumnadel.

Arten von Räummaschinen

Einfaches Räumen kann mit einer Arborpresse durchgeführt werden, aber komplexere Operationen erfordern dedizierte Räummaschinen. Mehrere Eigenschaften von Räumnadeln hängen von der Maschine ab, die sie über das Werkstück bewegt. Wie oben erwähnt, ziehen einige Räummaschinen das Schneidwerkzeug, andere stoßen es. Traditionelle Räummaschinen sind vertikal orientiert und bewegen die Räumnadel in Aufwärts- oder Abwärtsrichtung. Andere sind horizontal orientiert und können, da sie die Schneidwerkzeuge oft in Halterungen fixieren, längere Längen ohne signifikantes Biegen aufnehmen. Einige Räummaschinentypen umfassen:

• Vertikale Zug-Abwärts-Räummaschinen: Das Pilotende der Räumnadel ist unterhalb des Werkstücks befestigt, die Spanbrecher befinden sich oberhalb des Werkstücks. Die Maschine zieht die Räumnadel dann nach unten, sodass alle Zähne entlang des Werkstücks gleiten.
• Kontinuierliche Flächen-Räummaschinen: Räumnadeln sind stationär und das Werkstück wird nacheinander an den Zähnen vorbeigezogen oder -gestoßen.
• Rotations-Räummaschinen: Werkstücke werden in Spannvorrichtungen auf einem rotierenden Tisch gehalten, der sie an stationären Räumnadeln vorbeiführt. Mit der richtigen Konfiguration kann Rotations-Räumen auch in einer Drehmaschine durchgeführt werden.

Vorteile des Räumens

Räumen kann ein ideales Verfahren für viele CNC-Bearbeitungsanwendungen sein. Ein entscheidender Vorteil ist, dass Maschinenbediener Räumoperationen mit wenig Schulung durchführen können. Da die Komplexität im Werkzeug selbst steckt, müssen während der Produktion sehr wenige Parameter angepasst werden. Vielleicht am wichtigsten: Räumen kann Zeit sparen, da der Schneidprozess selbst schnell und leicht wiederholbar ist.

Im Vergleich zu Sägen und Schleifen wirkt Räumen jedoch oft mit größerer Kraft auf Werkstücke. Bearbeitungsprofis müssen sicherstellen, dass das Werkstückmaterial stark genug ist, um den beim Räumen beteiligten Kräften standzuhalten. Darüber hinaus muss, wenn internes Räumen erforderlich ist, zuerst ein Loch im Werkstück durch Gießen oder Bohren erstellt werden, bevor Räumen möglich ist.

Letztlich hängt die Entscheidung, Räumen gegenüber anderen Bearbeitungsverfahren einzusetzen, oft von drei Faktoren ab: Volumen, Ausrüstung und Schnitt. In einigen Fällen können Standard-Räumnadel-Designs verwendet werden, aber kundenspezifische Räumnadeln sind teuer in der Herstellung und erfordern daher hohe Produktionsvolumen, um wirtschaftlich tragfähig zu sein. Räummaschinen sind in Maschinenshops nicht so verbreitet wie Fräsmaschinen, Drehmaschinen und Bohrer, daher können andere Verfahren verwendet werden, um Outsourcing oder den Kauf neuer Ausrüstung zu vermeiden. Dennoch gibt es viele Fälle, in denen Räumen der einzige Weg ist, Material im gewünschten Muster zu schneiden. Selbst mit Werkzeuganpassungen können Fräsmaschinen, Drehmaschinen, Bohrer oder Bohrmaschinen nicht alle Merkmale erzeugen, die mit Räumen möglich sind.

Mehr aus unserer Serie „Was Präzisionsmaschinenshops tun“

• Einführung
• Fräsen
• Drehen
• Bohren
• Bohren (Drilling)
• Sägen
• Räumen

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