CH629408A5

CH629408A5 - Tap with progressive-cut effect

Info

Publication number: CH629408A5
Application number: CH548177A
Authority: CH
Inventors: Helmut Glimpel
Original assignee: Glimpel Richard Emuge Werk Fab
Priority date: 1976-05-03
Filing date: 1977-05-02
Publication date: 1982-04-30
Also published as: FR2350163B1; DE2619517C3; DE2619517B2; IT1077253B; SE457241B; DE2619517A1; SE7705045L; FR2350163A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Gewindebohrer für Durchgangsbohrungen, mit einem Gewindeschneidteil, über dessen gesamte Länge sich eine Nutung erstreckt, die eine vom ersten Gewindegang nach hinten schräg ungeknickt ansteigende Spannut umfasst, die eine zur Gewindebohrer-Längsach-se unter einem Seitenspanwinkel geneigte Spanfläche, ein teilweise kreisbogenförmig gekrümmtes Nutprofil und einen gegenüber der Gewindebohrer-Längsachse unter einem Seitenspanwinkel von grösser 3° nach vorn geneigten Nutgrund aufweist, wobei die Gewindegänge konstante Gewindesteigung aufweisen, das Gewindeprofil unter einem Freiwinkel hinterarbeitet ist, so dass der Gewindedurchmesser von der Schneidkante zum Zahnrücken hin abnimmt und eine als Flankendurchmesserveijüngungsquotient anzugebende Flankendurchmesserverjüngung pro Längeneinheit vorgesehen ist.

Mit n wird die Anzahl von Gewindegängen, die der Gewindeschneidteil aufweist, bezeichnet. Bezüglich Gewindesteigung P, Gewindetiefe t, Spanwinkel y und Gewinde-Aus-sendurchmesser d, die ebenfalls ein Gewinde beschreiben, wird auf DIN 802 verwiesen. Der Flankenfreiwinkel a0 wird am ersten vollen Zahn nach dem Anschnittbereich des Gewindeteiles gemessen, ist dort die Abweichung zwischen dem Verlauf des Gewinderückens um die Gewindebohrer-Mittellinie und dem Radius um die Gewindebohrer-Mittellinie und wird in Winkelminuten angegeben. Der Flankendurchmes-serverjüngungsquotient qd2 wird als Quotient von Flanken-durchmesserveijüngung pro Längeneinheit angegeben. Der Einstellwinkel a ist der Winkel zwischen Gewindebohrer-Mittellinie und der Rotationsebene des Formwerkzeuges und, unter einem ganz bestimmten Betrachtungswinkel, gleich dem Winkel, den eine in Bohrerlängsrichtung verlaufende, in einen Abschnitt der Spanfläche gelegte Gerade mit der Gewindebohrer-Mittellinie einschliesst. Der Einstellwin-kel ß ist der Winkel zwischen Gewindebohrer-Mittellinie und einer Vorschubebene rechtwinkelig zur Rotationsebene des Formwerkzeuges und entspricht in etwa dem Winkel, den eine entlang dem Grund, d.h. dem tiefsten Bereich der Spannut verlaufende Gerade mit der Gewindebohrer-Mittellinie einschliesst.

Bei einem bekannten Gewindebohrer dieser Art erstreckt sich die Spannut nur über einen Teil des Gewindeschneidteiles und wird dann von einer Ölnut fortgesetzt, wobei am Übergang der Spannut in die Ölnut ein Knick vorhanden ist. Die Erzeugung zweier verschiedener unter einem Winkel zueinander verlaufender Nuten ist aufwendig. Der Versuch, die Spannut unter Weglassung der Ölnut nach hinten hin, d.h. bis zum letzten Gewindegang zu verlängern, misslingt, da die Spannut vor dem letzten Gewindegang ausläuft, so dass keine durchgehende Nutung mehr vorhanden ist. Wenn man weiterhin den nach vorn abfallenden Winkel des Nutgrundes (Seitenspanwinkel) verkleinert, damit die Spannut sich bis zum letzten Gewindegang erstreckt, dann ist bei gegebener Länge des Gewindeschneidteiles der Seitenspanwinkel des Nutgrundes nicht mehr gross genug, um die erwünschte Funktion der Spannut zu gewährleisten.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es also, einen Gewindebohrer der anfangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine sich über den gesamten Gewindeteil ungeknickt erstrek-kende, Ölzufuhr zulassende Nutung unabhängig von dem Seitenspanwinkel des Nutgrundes gegeben ist, der für den Schälschnitteffekt, d.h. das Nachvornelenken der Späne und die Grösse der von der Spannut gebildeten Spankammer, von Bedeutung ist. Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, den Gewindeschneidteil von hinten her bis zur Spannut zu verkürzen, d.h. hinten liegende Führungszähne des Gewindes soweit als möglich wegzulassen und die Führungseigenschaften des Gewindebohrers durch andere Massnahmen zu verbessern.

Die Erfindung sieht einen Gewindebohrer der anfangs genannten Art vor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die

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Spannut sich über den gesamten Gewindeteil bis zum letzten Gewindegang erstreckt und die Anzahl der Gewindegänge derart bemessen ist, dass die Tiefe der Spannut beim letzten Gewindegang das 0,1- bis 2fache der Gewindetiefe beträgt und für den Flankenfreiwinkel und den Flankendurchmes-serverjüngungsquotienten folgende Abhängigkeit von der Anzahl n der Gewindegänge eingehalten ist:

a0 ~ K[/ 22,5 n—5)': qd2 « 1/[(1 - n/35) • 2300],

wobei K eine Materialkonstante ist.

Bei einem erfindungsgemässen Gewindebohrer erstreckt sich die Spannut ungeknickt unter einem konstanten Winkel ansteigend über den gesamten Gewindeteil, so dass die Herstellung der durchgehenden Nutung vereinfacht ist. Dabei ist der Seitenspanwinkel des Nutgrundes weitgehend frei und unter Berücksichtigung der von der Spannut gewünschten Eigenschaften wählbar, weil die Erstreckung der Spannut vom ersten bis zum letzten Gewindegang durch Weglassen von hinter der Spannut liegenden Gewindegängen erreicht ist. Da das Weglassen hinter der Spannut liegenden Gewindegänge an sich mit einer Verschlechterung der Führungseigenschaften des Gewindebohrers verbunden ist, sind bei dem Gewindebohrer die für diese Führungseigenschaften wesentlichen Grössen, nämlich der Flankenfreiwinkel und der Flankendurchmesserveijüngungsquotient optimiert. Diese Grössen werden so eingestellt, dass sie die für die Führung des Gewindebohrers notwendigen Werte aufweisen. Die Materialkonstante K ist « 1 bei Bearbeitung von Stahl mittlerer Zugfestigkeit.

Da Gewindebohrer im praktischen Einsatz meist ohne steigungskonformen Maschinenvorschub arbeiten müssen, ist es notwendig, dass die sogenannten Führungszähne, das sind die Schneidzähne hinter den Anschnittzähnen, eine ausreichende Führung im bereits geschnittenen Gewinde gewährleisten und so der axialen Schnittkraftkomponente einen ausreichenden Widerstand entgegensetzen. Daneben soll aber der Gewindebohrer auch frei schneiden. Die Optimierung dieser Forderungen führt zu der Feststellung, dass der Flankenfreiwinkel ct„ und der Flankendurchmesserveijün-gungsquotient qd2 eine Funktion der Gewindelänge bzw. der Anzahl der Gewindegänge n sein müssen. Aus der Formel für ci0 erkennt man, dass die Anzahl der Gewindegänge stets grösser als 5 sein muss.

Bei dem erfindungsgemässen Gewindebohrer können Späne aus der Spannut praktisch nach hinten nicht austreten, dadurch bildet das hintere Ende der Spankammer, d.h. der Spannut, keine gefährliche Staustelle für Späne; vielmehr ist der Spanraum zur Aufnahme von Spänen ver-grössert, da die Spannut in der Regel über eine vergrösserte Anzahl von Gewindegängen geführt ist. Ein wiederholtes Nachschleifen des Anschnittes und ein weitgehendes Verlängern des Anschnittes ist möglich. Breitere Anschnittzähne haben eine grössere Stabilität und eine bessere steigungskonforme Führung der Anschnittzähne beim Gewindeschneiden. Breitere Anschnittzähne können sich aus dem Seitenspanwinkel der Spannut und der fehlenden Knickung der Spannut ergeben.

Besonders zweckmässig und vorteilhaft ist es, wenn sich die Spannut über mehr als acht Gewindegänge erstreckt; dabei ist es bevorzugt, wenn sich die Spannut über weniger als 20 Gewindegänge erstreckt: Weiterhin ist es besonders zweckmässig und vorteilhaft, wenn der Seitenspanwinkel des Nutgrundes maximal 10° beträgt. Diese Massnahmen ergeben im Rahmen der Erfindung eine besonders vorteilhafte Gestaltung der Spannut.

Besonders zweckmässig und vorteilhaft ist es weiterhin, wenn für den Seitenspanwinkel des Nutgrundes folgende

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Abhängigkeit vom Gewindedurchmesser d eingehalten ist: ß «f (d2/50) + 3. f ist eine Konstante. Bei metrischem Regelgewinde ist f « 1. Diese Beziehung gilt für d < 20 mm. Bei grösseren Abmessungen beträgt ß« 6-10°. Diese Bedingun-s gen sollten bei einem erfindungsgemässen Gewindebohrer im Hinblick auf die von der Spannut geforderten Eigenschaften und die Führungseigenschaften des Gewindebohrers möglichst eingehalten werden. Gemäss der angegebenen Formel hängt der Seitenspanwinkel des Nutgrundes stark vom Ge-io windedurchmesser ab und vergrössert sich mit wachsendem Gewindedurchmesser bis zu einem Höchstwert von ca. 10°. Bei einem erfindungsgemässen Gewindebohrer unterstützt ein Seitenspanwinkel des Nutgrundes mit den angegebenen Werten in Verbindung mit dem Seitenspanwinkel der Span-i5 fläche die Späneförderung in optimaler Weise.

Besonders zweckmässig und vorteilhaft ist es auch, wenn der Spanwinkel am Ende des Anschnittbereiches bzw. am Beginn der Führungszähne einen positiven Wert hat und sich bis zum letzten Gewindegang hin auf einen negativen 20 Wert ändert. Diese Gestaltung reduziert die Gefahr des Ver-schneidens durch Nachschaben der Führungszähne. Die stetige Reduzierung des Spanwinkels im Bereich des Führungsgewindeteiles verbessert die Führung des erfindungsgemässen Gewindebohrers. Der Spanwinkel nimmt dabei kon-25 tinuierlich ab.

Besonders zweckmässig und vorteilhaft ist es dabei, wenn für den kleinsten Krümmungsradius rmin des Nutprofils folgende Abhängigkeit von der Gewindesteigung P eingehalten ist: rmina:(0,5 bis 1,2) • P. Dies ist eine Optimierung der Nu-30 tenform.

Der Seitenspanwinkel ist verschieden von O, d.h. die Spannut verläuft schräg zur Achse des Gewindebohrers; dabei ist es besonders zweckmässig und vorteilhaft, wenn der Seitenspanwinkel der Spanfläche maximal 20° beträgt. Da-35 bei verläuft die Spannut stets gegensinnig zur Steigungsrichtung des Gewindes. Ein grösserer Spanvorschub-Winkel der Spanfläche würde unsaubere Gewindeflanken an der Flanke mit dem stumpfen Keilwinkel ergeben.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend 40 näher erläutert. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 schematisch eine Seitenansicht eines Gewindebohrers, Fig. 2 eine Frontansicht des Gewindebohrers gemäss Fig. 1 in einem gegenüber Fig. 1 vergrösserten Massstab, Fig. 3 einen Schnitt gemäss Linie B-B' in Fig. 1 in einem gegenüber Fig. 1 vergrös-45 serten Massstab, Fig. 4 einen Schnitt gemäss Linie C-C' in Fig. 1 in einem gegenüber Fig. 1 vergrösserten Massstab, Fig. 5 einen Schnitt gemäss Linie D-D' in Fig. 1 in einem gegenüber Fig. 1 vergrösserten Massstab, Fig. 6 eine Draufsicht auf den Gewindebohrer gemäss Fig. 1 bis 5 während 50 der Herstellung mit einem Formwerkzeug und Fig. 7 eine Seitenansicht der Anordnung gemäss Fig. 6.

Ein Gewindebohrer gemäss Zeichnung dient zur Herstellung von Durchgangsbohrungen und besitzt ein Gewinde-55 schneidteil 1 und ein Schaftteil 2 mit einem Vierkant-Endstück 4. Der Gewindeschneidteil ist mit drei Spannuten 5 versehen, kann jedoch auch zwei oder mehr als drei Spannuten aufweisen. Jede Spannut steigt vom ersten Gewindegang nach hinten, d.h. zum Schaftteil 2 hin schräg unge-60 knickt an. Der Gewindeschneidteil 1 besitzt vorne einen Anschnittbereich 6 mit in der Höhe verkürzten Gewindezähnen und daran nach hinten anschliessend einen Führungsbereich 7 mit vollen Gewindezähnen. Der Spanwinkel y ist gemäss Fig. 3 am Beginn des Führungsteils 7 noch positiv, gemäss 65 Fig. 4 mitten im Führungsteil circa Null und am Ende des Führungsteils, d.h. am Schluss des Gewindeschneidteils 1 gemäss Fig. 5 negativ. Dem Gewindebohrer ist eine Längsachse 8 zugeordnet. Die Gewindegänge des Gewindeschneid-

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teiles 1 besitzen konstante Gewindesteigung und sich von Gewindegang zu Gewindegang ändernde Gewindetiefe.

Fig. 6 und 7 zeigen den Gewindebohrer in zwei zueinander rechtwinkelig stehenden Ebenen. Diese Ebenen definieren in Verbindung mit einem Formwerkzeug 9 und den Einstellwinkeln a und ß am anschaulichsten die Lage der Spannuten 5 und der Spanflächen sowie deren Form im Gewindebohrer. Der Einstellwinkel a entspricht dem Seitenspanwinkel der Spanfläche gegenüber der Gewindebohrer-Längs-achse und der Einstellwinkel ß entspricht dem Seitenspanwinkel des Grundes der Spannut gegenüber der Gewin-debohrer-Längsachse. Das Formwerkzeug ist z.B. eine Schleifscheibe oder ein Formfräser. Formwerkzeug und Gewindebohrer werden bei Erzeugung der Spannut relativ zueinander bewegt, und zwar entweder entlang der Linie 10, oder entlang der Längsachse 8 bei gleichzeitiger Drehung des Gewindebohrers um die Längsachse 8. Durch letztere Massnahme wird eine spiralförmige Spannut erzeugt. Das Gewinde des in der Zeichnung gezeigten Gewindebohrers bildet am ersten vollen Zahn nach dem Anschnittbereich 6 den Flankenfreiwinkel a„ und besitzt den Flankendurchmesserver-jüngungsquotient qd2. Die Spannuten 6 und die Spanflächen 5 sind unter den Einstellwinkel a und ß zwischen dem Formwerkzeug 9 und der Gewindebohrer-Längsachse 8 erzeugt. Die Gewindegang-Anzahl n ist derart bemessen, dass die Tiefe der Spannut beim letzten Gewindegang das 0,1- bis 2fache der Gewindetiefe t beträgt und für den Flanken-lo freiwinkel und den Flankendurchmesserveijüngungs-quotienten qd2 folgende Abhängigkeit von der Anzahl n der Gewindegänge eingehalten ist:

a0 « K • ]/22,5(n-5); qd2 ss , wobei K

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eine Materialkonstante ist.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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eine Materialkonstante ist.

1. Gewindebohrer für Durchgangsbohrungen, mit einem Gewindeschneidteii, über dessen gesamte Länge sich eine Nutung erstreckt, die eine vom ersten Gewindegang nach hinten schräg ungeknickt ansteigende Spannut umfasst, die eine zur Gewindebohrer-Längsachse unter einem Seiten-spanwinkel geneigte Spanfläche und ein teilweise kreisbogenförmig gekrümmtes Nutprofil und einen gegenüber der Ge-windebohrer-Längsachse unter einem Seitenspanwinkel von grösser als 3° nach vorn geneigten Nutgrund aufweist, wobei die Gewindegänge konstante Gewindesteigung aufweisen, das Gewindeprofil unter einem Freiwinkel hinterarbeitet ist, so dass der Gewindedurchmesser von der Schneidkante zum Zahnrücken hin abnimmt und eine als Flankendurchmesser-verjüngungsquotient anzugebende Flankendurchmesserver-jüngung pro Längeneinheit vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannut (5) sich über den gesamten Gewindeschneidteil (1) bis zum letzten Gewindegang erstreckt und die Anzahl (n) der Gewindegänge derart bemessen ist, dass die Tiefe der Spannut beim letzten Gewindegang das 0,1- bis 2fache der Gewindetiefe (t) beträgt und für den Flankenfreiwinkel (ct0) und den Flankendurchmesserveijün-gungsquotienten (qd2) folgende Abhängigkeit von der Anzahl (n) der Gewindegänge eingehalten ist:

<x0~K • j/22,5(n-5j; qd2» -p , wobei K
2. Gewindebohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spannut (5) über mehr als acht Gewindegänge erstreckt.
3. Gewindebohrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spannut (5) über weniger als 20 Gewindegänge erstreckt.
4. Gewindebohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Seitenspanwinkel (ß) des Nutgrundes maximal 10° beträgt.
5. Gewindebohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Seitenspanwinkel (ß) des Nutgrundes folgende Abhängigkeit vom Gewindedurchmesser d eingehalten ist:

ß«(d2/50+3, bei d<20 mm, und ß«8—10, bei d>20 mm.
6. Gewindebohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanwinkel (y) am Ende des Anschnittbereiches (6) bzw. am Beginn der Führungszähne (7) einen positiven Wert hat und sich bis zum letzten Gewindegang hin auf einen negativen Wert ändert.
7. Gewindebohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den kleinsten Krümmungsradius rrai„ des Nutprofils folgende Abhängigkeit von der Gewindesteigung P eingehalten ist: rmin« (0,5 bis 1,2) • P.
8. Gewindebohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Seitenspanwinkel (a) der Spanfläche gegensinnig zur Steigungsrichtung des Gewindes maximal 20° beträgt.