DE102012222317B4 - Device for producing a fit on a workpiece - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Herstellung einer Passung an einem Werkstück, mit einem Gewindeschneidmittel (12) zur Herstellung eines entlang einer zylindrischen Außenkontur des Werkstücks verlaufenden Gewindes durch Aufdrehen des Gewindeschneidmittels (12) in einer vorgegebenen Schneidrichtung, sowie einem stirnseitigen Endanschlag (26), der das Gewindeschneidmittel (12) in der vorgegebenen Schneidrichtung derart begrenzt, dass das an dem Werkstück hergestellte Gewinde bei Erreichen des stirnseitigen Endanschlags (26) durch Überdrehen des Gewindeschneidmittels (12) abscherbar ist.Device for producing a fit on a workpiece, with a thread-cutting means (12) for producing a thread running along a cylindrical outer contour of the workpiece by unscrewing the thread-cutting means (12) in a predetermined cutting direction, and a front end stop (26) which holds the thread-cutting means ( 12) in the predetermined cutting direction in such a way that the thread produced on the workpiece can be sheared off by over-tightening the thread cutting means (12) when the front end stop (26) is reached.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer Passung an einem Werkstück.The invention relates to a device for producing a fit on a workpiece.

Die Herstellung von Passungen an Werkstücken erfolgt üblicherweise durch spanabhebende CNC-Bearbeitung. Die hierbei entstehende Reibungswärme führt jedoch gerade bei thermoplastischen Kunststoffen zu unerwünschten Verformungen im Bearbeitungsbereich. Die Herstellung einer präzisen Passung ist in solchen Fällen daher nur mit vergleichsweise hohem Aufwand möglich. Die Druckschrift US 1 190 707 A offenbart den entsprechenden Stand der Technik.The production of fits on workpieces is usually carried out using CNC machining. However, the resulting frictional heat leads to undesirable deformations in the processing area, especially with thermoplastics. In such cases, producing a precise fit is only possible with a comparatively high level of effort. The publication US 1,190,707 A discloses the relevant state of the art.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass diese die Herstellung präziser Passungen auch im Falle empfindlicher Werkstoffe, wie sie typischerweise thermoplastische oder duktile Kunststoffe darstellen, ermöglicht.It is therefore the object of the present invention to further develop a device of the type mentioned in such a way that it enables the production of precise fits even in the case of sensitive materials, such as those typically represented by thermoplastic or ductile plastics.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is solved by a device with the features of patent claim 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer Passung an einem Werkstück umfasst ein Gewindeschneidmittel zur Herstellung eines entlang einer zylindrischen Außenkontur des Werkstücks verlaufenden Gewindes durch Aufdrehen des Gewindeschneidmittels in einer vorgegebenen Schneidrichtung, sowie einen stirnseitigen Endanschlag, der das Gewindeschneidmittel in der vorgegebenen Schneidrichtung derart begrenzt, dass das an dem Werkstück hergestellte Gewinde bei Erreichen des stirnseitigen Endanschlags durch Überdrehen des Gewindeschneidmittels abscherbar ist.The device according to the invention for producing a fit on a workpiece comprises a thread-cutting means for producing a thread running along a cylindrical outer contour of the workpiece by unscrewing the thread-cutting means in a predetermined cutting direction, and a front end stop which limits the thread-cutting means in the predetermined cutting direction in such a way that the Thread produced on the workpiece can be sheared off when the front end stop is reached by over-tightening the thread cutting means.

Mit anderen Worten wird durch Überdrehen des Gewindeschneidmittels eine quer zur vorgegebenen Schneidrichtung wirkende Abscherkraft aufgebaut, die bei Überschreiten eines von den Materialeigenschaften des zu bearbeitenden Werkstücks abhängigen Drehmoments zum Abscheren der zuvor geschnittenen Gewindeflanken führt. Es verbleibt in diesem Fall eine entlang der zylindrischen Außenkontur verlaufende Passung mit einem dem Gewindegrund entsprechenden Außendurchmesser. Da bei der Bearbeitung nahezu keine Reibungswärme entsteht - diese hängt im Wesentlichen nur von der Geschwindigkeit des vorstehend beschriebenen Gewindeschneidvorgangs ab - eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung vor allem zur Herstellung von Passungen an wärmeempfindlichen Bauteilen, wie sie typischerweise die aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden ölführenden Kunststoffelemente in Fahrzeuggetrieben bzw. die daran ausgebildeten Anschlussstutzen darstellen. Es sei jedoch angemerkt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung grundsätzlich auch zur Bearbeitung beliebiger anderer Werkstoffe, insbesondere auch solcher mit duktilen Eigenschaften, geeignet ist.In other words, by over-tightening the thread cutting means, a shearing force acting transversely to the predetermined cutting direction is built up, which, when a torque dependent on the material properties of the workpiece to be machined is exceeded, leads to the previously cut thread flanks being sheared off. In this case, there remains a fit running along the cylindrical outer contour with an outer diameter corresponding to the thread base. Since almost no frictional heat is generated during machining - this essentially depends only on the speed of the thread cutting process described above - the device according to the invention is particularly suitable for producing fits on heat-sensitive components, such as those typically made of thermoplastic plastic, oil-carrying plastic elements in vehicle transmissions or the connecting pieces formed on it. However, it should be noted that the device according to the invention is in principle also suitable for processing any other materials, in particular those with ductile properties.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further advantageous embodiments of the device according to the invention emerge from the subclaims.

Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Zentrierdorn zur Aufnahme einer zylindrischen Innenkontur des zu bearbeitenden Werkstücks auf, sodass eine präzise Führung des Gewindeschneidmittels während des Gewindeschneidevorgangs gewährleistet ist. Hierzu wird der Durchmesser des Zentrierdorns derart gewählt, dass dieser zur Vermeidung eines seitlichen Spiels mit demjenigen der zylindrischen Innenkontur des zu bearbeitenden Werkstücks möglichst genau übereinstimmt. In diesem Zusammenhang ist es vorstellbar, den Zentrierdorn mit einem weiteren Gewindeschneidmittel auszustatten, sodass zugleich eine Passung entlang der zylindrischen Innenkontur herstellbar ist.The device according to the invention preferably has a centering mandrel for receiving a cylindrical inner contour of the workpiece to be machined, so that precise guidance of the thread-cutting means is ensured during the thread-cutting process. For this purpose, the diameter of the centering mandrel is selected such that it corresponds as closely as possible to that of the cylindrical inner contour of the workpiece to be machined in order to avoid lateral play. In this context, it is conceivable to equip the centering mandrel with an additional thread cutting device so that a fit along the cylindrical inner contour can be produced at the same time.

Der Zentrierdorn kann abnehmbar ausgebildet sein, sodass sich die erfindungsgemäße Vorrichtung durch Austausch des Zentrierdorns an zylindrische Innenkonturen unterschiedlicher Durchmesser anpassen lässt. Dementsprechend weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen zumindest zweiteiligen Aufbau auf, bei dem der Zentrierdorn beispielsweise mittels eines Gewindebolzens mit einem das Gewindeschneidmittel umfassenden Grundkörper lösbar verbunden ist. Der Grundkörper kann in Gestalt eines hülsenförmigen Gewindeschneideisens ausgebildet sein, in das der Zentrierdorn mittig eingeschraubt ist. Im Sinne erhöhter Standzeiten besteht der Grundkörper bzw. das hülsenförmige Gewindeschneideisen aus gehärtetem Werkzeugstahl, typischerweise aus Schnellarbeitsstahl (HSS).The centering mandrel can be designed to be removable, so that the device according to the invention can be adapted to cylindrical inner contours of different diameters by replacing the centering mandrel. Accordingly, the device according to the invention has an at least two-part structure, in which the centering mandrel is releasably connected to a base body comprising the thread cutting means, for example by means of a threaded bolt. The base body can be designed in the form of a sleeve-shaped thread cutting die into which the centering mandrel is screwed in the middle. To ensure increased service life, the base body or the sleeve-shaped thread cutting die is made of hardened tool steel, typically high-speed steel (HSS).

Zur Erhöhung der Geschwindigkeit des Gewindeschneidvorgangs und damit des Bearbeitungsdurchsatzes kann das Gewindeschneidmittel zur Herstellung eines mehrgängigen Gewindes ausgebildet sein. Je nach gewählter Gewindesteigung bzw. Länge der zu bearbeitenden zylindrischen Außenkontur lässt sich die Anzahl der zur Herstellung der Passung erforderlichen Umdrehungen des Gewindeschneidmittels minimieren.In order to increase the speed of the thread cutting process and thus the processing throughput, the thread cutting means can be designed to produce a multi-start thread. Depending on the selected thread pitch or length of the cylindrical outer contour to be machined, the number of revolutions of the thread cutting tool required to produce the fit can be minimized.

Das mittels des Gewindeschneidmittels herstellbare mehrgängige Gewinde weist typischerweise eine Steigung im Bereich von 5 bis 20 mm auf, wobei sich eine Steigung von 10 mm im Falle der meisten thermoplastischen Werkstoffe als besonders geeignet herausgestellt hat.The multi-start thread that can be produced using the thread cutting agent typically has a pitch in the range of 5 to 20 mm, with a pitch of 10 mm having proven to be particularly suitable in the case of most thermoplastic materials.

Bei dem mittels des Gewindeschneidmittels herstellbaren Gewinde kann es sich um ein Spitzgewinde mit einem Flankenwinkel im Bereich von 45 bis 75 Grad, insbesondere von 60 Grad handeln. Die Verwendung eines Spitzgewindes führt im Falle der Bearbeitung von thermoplastischen oder duktilen Werkstoffen zu besonders präzisen Bearbeitungsergebnissen.The thread that can be produced using the thread cutting tool can be a pointed thread winch with a flank angle in the range of 45 to 75 degrees, especially 60 degrees. The use of a pointed thread leads to particularly precise machining results when machining thermoplastic or ductile materials.

Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass das Gewindeschneidmittel mehrere quer zur vorgegebenen Schneidrichtung orientierte Kanäle zum Abtransport von bei der Herstellung des Gewindes entstehenden Schneidspänen aufweist. Die Kanäle können der Einfachheit halber als entlang einer Schneidenoberfläche des Gewindeschneidmittels verlaufende Bohrungen ausgebildet sein, in denen sich die während des Gewindeschneidevorgangs entstehenden Schneidspäne ansammeln und nach außen abführen lassen. Furthermore, there is the possibility that the thread cutting means has several channels oriented transversely to the predetermined cutting direction for the removal of cutting chips produced during the production of the thread. For the sake of simplicity, the channels can be designed as bores running along a cutting surface of the thread-cutting means, in which the cutting chips produced during the thread-cutting process can collect and be removed to the outside.

Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Antriebsschaft zur Aufnahme in einem Werkzeugfutter einer Bearbeitungsmaschine umfassen. Der Antriebsschaft weist hierbei einen an handelsübliche Schnellspannfutter angepassten Durchmesser auf.In addition, the device according to the invention can include a drive shaft for inclusion in a tool chuck of a processing machine. The drive shaft has a diameter adapted to standard quick-release chucks.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei sind hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmende Bauteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:

  • 1 eine perspektivische Gesamtansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer Passung an einem Werkstück, und
  • 2 eine Explosionsdarstellung des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt.
The device according to the invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Components that correspond in terms of their function are marked with the same reference numbers. Show it:
  • 1 a perspective overall view of an exemplary embodiment of the device according to the invention for producing a fit on a workpiece, and
  • 2 an exploded view of the in 1 illustrated embodiment of the device according to the invention in cross section.

1 zeigt eine perspektivische Gesamtansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer Passung an einem nicht dargestellten Werkstück, wobei die Vorrichtung nachfolgend unter Bezugnahme auf die in 2 gezeigte Explosionsdarstellung beschrieben werden soll. 1 shows an overall perspective view of an exemplary embodiment of the device according to the invention for producing a fit on a workpiece, not shown, the device being described below with reference to FIG 2 shown exploded view should be described.

Die Vorrichtung 10 umfasst ein Gewindeschneidmittel 12, mittels dessen sich ein entlang einer zylindrischen Kontur eines zu bearbeitenden Werkstücks verlaufendes Gewinde durch Aufdrehen des Gewindeschneidmittels 12 in einer vorgegebenen Schneidrichtung herstellen lässt.The device 10 comprises a thread cutting means 12, by means of which a thread running along a cylindrical contour of a workpiece to be machined can be produced by unscrewing the thread cutting means 12 in a predetermined cutting direction.

Beispielsgemäß handelt es sich bei dem mittels des Gewindeschneidmittels 12 herstellbaren Gewinde um ein mehrgängiges Spitzgewinde mit einer Gewindesteigung von 10 mm sowie einem Flankenwinkel von 60 Grad.According to the example, the thread that can be produced using the thread cutting means 12 is a multi-start pointed thread with a thread pitch of 10 mm and a flank angle of 60 degrees.

Zur Herstellung des Gewindes wird das Gewindeschneidmittel 12 auf die zylindrische Außenkontur des zu bearbeitenden Werkstücks aufgesetzt sowie entsprechend der vorgegebenen Schneidrichtung des Gewindeschneidmittels 12 über einen Antriebsschaft 14 in Drehung versetzt. Der Antriebsschaft 14 kann beispielsweise in das Schnellspannfutter einer nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine eingespannt sein.To produce the thread, the thread-cutting means 12 is placed on the cylindrical outer contour of the workpiece to be machined and rotated via a drive shaft 14 in accordance with the predetermined cutting direction of the thread-cutting means 12. The drive shaft 14 can, for example, be clamped in the quick-release chuck of a processing machine, not shown.

Ein mit einer zylindrischen Innenkontur des zu bearbeitenden Werkstücks spielfrei in Eingriff bringbarer Zentrierdorn 16 gewährleistet hierbei eine präzise Führung des Gewindeschneidmittels 12 während des vorstehend beschriebenen Gewindeschneidevorgangs.A centering mandrel 16, which can be brought into engagement without play with a cylindrical inner contour of the workpiece to be machined, ensures precise guidance of the thread-cutting means 12 during the thread-cutting process described above.

Der Zentrierdorn 16 ist im vorliegenden Fall abnehmbar ausgebildet. Dementsprechend weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 einen zumindest zweiteiligen Aufbau auf, bei dem der Zentrierdorn 16 beispielsgemäß mittels eines Gewindebolzens 18 mit einem Grundkörper 20 des Gewindeschneidmittels 12 über eine Inbusschlüsselaufnahme 22 lösbar verbunden ist. Genauer gesagt weist der Grundkörper 20 die Gestalt eines hülsenförmigen Gewindeschneideisens auf, in das der Zentrierdorn 16 mittig eingeschraubt ist. Im Sinne erhöhter Standzeiten besteht der Grundkörper 20 bzw. das hülsenförmige Gewindeschneideisen aus gehärtetem Werkzeugstahl, typischerweise aus Schnellarbeitsstahl (HSS).In the present case, the centering mandrel 16 is designed to be removable. Accordingly, the device 10 according to the invention has an at least two-part structure, in which the centering mandrel 16 is releasably connected, for example by means of a threaded bolt 18, to a base body 20 of the thread cutting means 12 via an Allen key receptacle 22. More precisely, the base body 20 has the shape of a sleeve-shaped thread-cutting iron into which the centering mandrel 16 is screwed in the center. In the interests of increased service life, the base body 20 or the sleeve-shaped thread cutting die is made of hardened tool steel, typically high-speed steel (HSS).

Um einen Abtransport der bei der Herstellung des Gewindes entstehenden Schneidspäne zu ermöglichen, umfasst das Gewindeschneidmittel 12 ferner mehrere quer zur vorgegebenen Schneidrichtung orientierte Kanäle 24. Diese sind als entlang einer Schneidenoberfläche des Gewindeschneidmittels 12 verlaufende Bohrungen ausgebildet, in denen sich die während des Gewindeschneidevorgangs entstehenden Schneidspäne ansammeln und nach außen abführen lassen.In order to enable removal of the cutting chips produced during the production of the thread, the thread cutting means 12 further comprises a plurality of channels 24 oriented transversely to the predetermined cutting direction. These are designed as bores running along a cutting surface of the thread cutting means 12, in which the cutting chips produced during the thread cutting process are located accumulate and allow it to be discharged to the outside.

Zur Herstellung der Passung wird das Gewindeschneidmittel 12 in der vorgegebenen Schneidrichtung so lange gedreht, bis der Gewindeschneidvorgang bei Erreichen eines an dem Gewindeschneidmittel 12 ausgebildeten stirnseitigen Endanschlags 26 nicht weiter fortgesetzt werden kann. Der stirnseitige Endanschlag 26 bewirkt, dass beim Überdrehen des Gewindeschneidmittels 12, mithin beim Versuch dieses weiterzudrehen, eine quer zur vorgegebenen Schneidrichtung wirkende Abscherkraft aufgebaut wird, die bei Überschreiten eines von den Materialeigenschaften des zu bearbeitenden Werkstücks abhängigen Drehmoments zum Abscheren der zuvor geschnittenen Gewindeflanken führt. Es verbleibt in diesem Fall eine entlang der zylindrischen Außenkontur verlaufende Passung mit einem dem Gewindegrund entsprechenden Außendurchmesser.To produce the fit, the thread cutting means 12 is rotated in the predetermined cutting direction until the thread cutting process can no longer be continued when an end end stop 26 formed on the thread cutting means 12 is reached. The end stop 26 on the front side causes the fact that when the thread cutting means 12 is over-tightened, i.e. when an attempt is made to turn it further, a shearing force acting transversely to the predetermined cutting direction is built up, which leads to the previously cut thread flanks being sheared off when a torque dependent on the material properties of the workpiece to be machined is exceeded. In this case, a fit running along the cylindrical outer contour remains an outside diameter corresponding to the thread base.

Anschließend wird die Drehung entgegen der vorgegebenen Schneidrichtung reversiert, wodurch ein Ausstoß des Werkstücks aus dem Gewindeschneidmittel 12 begünstigt wird.The rotation is then reversed against the predetermined cutting direction, which promotes ejection of the workpiece from the thread cutting means 12.

Claims (8)

Vorrichtung zur Herstellung einer Passung an einem Werkstück, mit einem Gewindeschneidmittel (12) zur Herstellung eines entlang einer zylindrischen Außenkontur des Werkstücks verlaufenden Gewindes durch Aufdrehen des Gewindeschneidmittels (12) in einer vorgegebenen Schneidrichtung, sowie einem stirnseitigen Endanschlag (26), der das Gewindeschneidmittel (12) in der vorgegebenen Schneidrichtung derart begrenzt, dass das an dem Werkstück hergestellte Gewinde bei Erreichen des stirnseitigen Endanschlags (26) durch Überdrehen des Gewindeschneidmittels (12) abscherbar ist.Device for producing a fit on a workpiece, with a thread-cutting means (12) for producing a thread running along a cylindrical outer contour of the workpiece by unscrewing the thread-cutting means (12) in a predetermined cutting direction, and a front end stop (26) which holds the thread-cutting means ( 12) in the predetermined cutting direction in such a way that the thread produced on the workpiece can be sheared off by over-tightening the thread cutting means (12) when the front end stop (26) is reached. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zentrierdorn (16) zur Aufnahme einer zylindrischen Innenkontur des zu bearbeitenden Werkstücks.Device according to Claim 1 , characterized by a centering mandrel (16) for receiving a cylindrical inner contour of the workpiece to be machined. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierdorn (16) abnehmbar ausgebildet ist.Device according to Claim 2 , characterized in that the centering mandrel (16) is designed to be removable. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewindeschneidmittel (12) zur Herstellung eines mehrgängigen Gewindes ausgebildet ist.Device according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the thread cutting means (12) is designed to produce a multi-start thread. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mittels des Gewindeschneidmittels (12) herstellbare mehrgängige Gewinde eine Steigung im Bereich von 5 bis 20 mm aufweist.Device according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the multi-start thread that can be produced by means of the thread cutting means (12) has a pitch in the range of 5 to 20 mm. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mittels des Gewindeschneidmittels herstellbaren Gewinde um ein Spitzgewinde mit einem Flankenwinkel im Bereich von 45 bis 75 Grad handelt.Device according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the thread that can be produced using the thread cutting means is a pointed thread with a flank angle in the range of 45 to 75 degrees. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewindeschneidmittel (12) mehrere quer zur vorgegebenen Schneidrichtung orientierte Kanäle (24) zum Abtransport von bei der Herstellung des Gewindes entstehenden Schneidspänen aufweist.Device according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the thread cutting means (12) has a plurality of channels (24) oriented transversely to the predetermined cutting direction for the removal of cutting chips produced during the production of the thread. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Antriebsschaft (14) zur Aufnahme in einem Werkzeugfutter einer Bearbeitungsmaschine.Device according to one of the Claims 1 until 7 , characterized by a drive shaft (14) for inclusion in a tool chuck of a processing machine.
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US1190707A (en) 1911-04-15 1916-07-11 William C Beindorf Combined tap and reamer.

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