Svarvning av invändig gänga är den process där man skapar en spiralformad gänga inuti ett hål genom att synkronisera matningen längs Z-axeln med spindelns rotation. Jämfört med gängning erbjuder invändig gängsvarvning överlägsen flexibilitet när det gäller gängstandarder, varierande stigning och svåra material. Det är ofta den föredragna metoden för stora diametrar, avbrutna hål, korta gängsträckor eller när vridmoment och spånansamling gör att gängskär inte fungerar tillförlitligt.

Denna artikel behandlar de tekniska grunderna som avgör framgången: geometri, kinematik, styvhet, spånbildning, programmeringsstrategi och kontroll.

1) Kinematiken: vad maskinen måste göra på rätt sätt

För att svarva invändig gänga på en CNC-svarv krävs följande:

  1. Synkronisering mellan spindel och axel: Matningen per varv måste motsvara stigningen, med en jämn faslåsning under hela skärningen. Eventuella avvikelser kan orsaka stigningsfel, sneda gängor eller vågighet på flankerna.
  1. Repeterbar spindelindexering och stabil acceleration. Hastighetsstabiliteten under införmatningen, särskilt i början av gängan, påverkar flänkkvaliteten och kan orsaka överskjutning nära utgången.
  1. Enhetlig strategi och utgångsstrategi: Införandet och utdraget måste hanteras på ett sådant sätt att insatsen inte kolliderar med borrhålets vägg och att rivning vid de sista topparna förhindras.

Praktisk implikation: invändig gängning begränsas ofta mer av maskinens dynamik och inställningens styvhet än av skärinsatsens nominella kvalitet.

2) Gänggeometri: de variabler som styr skärbeteendet

Svarvning av invändiga gängor styrs av tre sammanhängande variabler:

  • Steg (P) anger matningen per varv.
  • Steg (L) är lika med stigningen multiplicerat med antalet startvarv och avgör hur tätt gängan ”lindas”.
  • Spiralvinkeln (λ) ökar med stigningen och minskar med diametern. Högre spiralvinklar ökar risken för flankskärning, vilket gör att spelrummet och matningsstrategin blir ännu viktigare.

Inuti ett borrhål förstärks dessa effekter av den begränsade spånavledningen och den smala verktygskonstruktionen.

3) Verktyg och skärstrategi: styvhet, spel och matningshastighet

Styvhet och överhäng

Inre gängning beter sig som en borrningsprocess vid cyklisk belastning. Inställningsstyvheten är vanligtvis den begränsande faktorn.

  • Maximera stångens diameter och minimera utsprånget.
  • Buller under gängning försämrar snabbt flankfinishen och stigningens jämnhet.

Frigång och störningskontroll

  • Skaftet och insatssätet måste ha tillräckligt utrymme mot borrhålets vägg under hela den spiralformade rörelsen.
  • Grovt gängavstånd och flerlöpande gängor ökar spiralvinkeln, vilket ökar risken för flänkskärning.

Välj profil

  • Insatser med full profil ger korrekt avskärning av kronan och roten för en viss stigning och standard, vilket förbättrar utbytbarheten och minskar beräkningsfelet.
  • Insatser med partiell profil är flexibla över flera delningar, men kräver noggrann djupkontroll och ett noggrant tillvägagångssätt vid efterbearbetningen.

Inmatnings- och efterbearbetningspass

  • Radiell matning belastar båda flankerna och ökar skärkrafterna. Det ökar risken för vibrationer vid bearbetning av inre hål.
  • Flankmatning (sammansatt) koncentrerar skärningen till ena flanken, vilket minskar belastningen och ofta förbättrar spånavledningen. Denna metod föredras ofta vid invändig bearbetning.
  • Ofta krävs vår- och finbearbetningsomgångar för att kompensera för elastisk deformation och för att stabilisera delningsdiametern och flankfinishen.

4) Skärdata och processstyrning

Inre gängning begränsas vanligtvis av stabilitet och spånavledning snarare än av den rena metallavverkningshastigheten.

  • Skärhastighet (Vc): ofta lägre än vid utvändig gängning. För hög hastighet förstärker vibrationer, värmeeffekter och risken för spånansamling.
  • Matning: fastställs utifrån stigning. Styr processen genom att planera matningsdjupet per pass, antalet pass, matningsstrategi och efterbehandlingsmetod.
  • Stegvis bearbetning: Använd grovare pass i början och successivt finare pass senare för att kontrollera storleken. Lägg till ett eller flera pass med fjäderverkan om det förväntas uppstå avböjning.
  • Kylvätska och spånavledning: invändiga gängor är känsliga för spånans ansamling. Högtryckskylvätska hjälper endast om den tillförs på ett effektivt sätt och avlägsnar spån från hålrummet istället för att återcirkulera dem.

5) Vanliga fel och grundorsaker

  1. Skrapmärken på sidorna Grundorsak: otillräcklig stångstyvhet, för stort överhäng, för aggressivt skärdjupsprogram, för hög hastighet.
  1. Slitna sidor eller ojämn yta. Grundorsak: uppbyggd skärkant, felaktig förberedelse av skärkanten, bristfällig kylvätsketillförsel, olämplig matningsstrategi.
  1. För stor eller för liten delningsdiameter. Grundorsak: elastisk deformation, termisk expansion, inkonsekvent strategi för fjäderpassning, instabil mätmetod.
  1. Spånansamling och plötsligt kantbrott Grundorsak: bristfällig spånkontroll, otillräcklig avledning, alltför aggressivt bearbetningsschema vid grovbearbetning.
  1. Verktyget skrapar vid införing eller utdragning. Grundorsak: felaktig införingsgeometri, otillräckligt rundlopp, problem med spelrummet, interferens på grund av spiralvinkeln.

6) Produktinformation: ett system och varför det kan vara bättre än konventionella verktyg för invändig gängning

Vid svarvning av invändiga gängor är den viktigaste begränsningen ofta stabilitet och repeterbar indexering, inte bara skärinsatsens nominella material. Ett specialutvecklat system som är utformat för att öka skärinsatsens sätesstabilitet och repeterbarhet kan utvidga processfönstret, särskilt vid hål med lång räckvidd, grova stigningar eller material som är känsliga för vibrationer.

Scandinavian Tool Systems erbjuder QuadCut Internal, som använder ett upprättstående, fyrkantigt skärkoncept istället för ett konventionellt horisontellt, triangulärt gängskär. Denna konstruktion är avsedd att ge högre stabilitet i skärsätet och kan erbjuda fyra användbara skäreggar, vilket bidrar till förbättrad skäreggsekonomi och potentiellt minskar känsligheten för mikroförflyttningar som leder till vågighet på skäreggarna och storleksspridning.

Den praktiska slutsatsen är att konventionella triangulära system kan fungera bra när styvheten och spånavledningen är tillräckliga. När invändig gängning blir osäker på grund av böjning, vibrationer eller ojämn indexering kan ett system som är utformat för ökad stabilitet vid infästning och repeterbar indexering ge en mätbar fördel vad gäller jämnhet och verktygsekonomi.