DE102020109815A1 - Process for creating a workpiece tapped hole - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Werkstück-Gewindebohrung (2) mit einem Vorbohr-Prozessschritt, bei dem mit einem Bohrwerkzeug eine gewindefreie Vorbohrung (31) erzeugt wird, deren Bohrungsgrund (3) auf einer Soll-Bohrtiefe (tB) liegt, und mit einem Gewinde-Prozessschritt, bei dem ein Gewindeerzeugungs-Werkzeug in einem Gewindehub (G) mit einem Gewindeerzeugungs-Vorschub (vf) sowie einer dazu synchronisierten Gewindeerzeugungs-Drehzahl (n) ein Innengewinde (9) in der Vorbohrung (31) erzeugt. Erfindungsgemäß weist das Gewindeerzeugungs-Werkzeug an seiner dem Bohrungsgrund (3) zugewandten Werkzeugspitze zumindest eine Bohrungsgrund-Schneide (19) auf. The invention relates to a method for producing a threaded workpiece hole (2) with a pre-drilling process step in which a thread-free pre-hole (31) is produced with a drilling tool, the bottom of the hole (3) of which lies at a target drilling depth (t B), and with a threading process step in which a thread-generating tool generates an internal thread (9) in the pilot hole (31) in a thread stroke (G) with a thread-generating feed rate (vf) and a thread-generating speed (n) synchronized therewith. According to the invention, the thread generating tool has at least one cutting edge (19) at the bottom of the hole facing the bottom of the hole (3).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Werkstück-Gewindebohrung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Gewindeerzeugungs-Werkzeug gemäß Anspruch 8 sowie eine Werkstück-Gewindebohrung gemäß Anspruch 9.The invention relates to a method for producing a workpiece threaded hole according to the preamble of
Der Kurbelwellenflansch einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine weist eine Anzahl von umfangsverteilten Gewindebohrungen auf, in die Schraubbolzen einschraubbar sind, um einen getriebeseitigen Flansch mittels Schraubverbindung an den Kurbelwellenflansch anzubinden. Die Gewindebohrungen des Kurbelwellenflansches können als Sacklöcher realisiert sein, wodurch einen Öldurchtritt durch die Gewindebohrungen vermieden wird. In diesem Fall entspricht der Soll-Bohrtiefe der jeweiligen Gewindebohrung der Flanschdicke des Kurbelwellenflansches abzüglich einer ausreichend großen Restbodendicke am Bohrungsgrund der Gewindebohrung.The crankshaft flange of a crankshaft of an internal combustion engine has a number of circumferentially distributed threaded bores into which screw bolts can be screwed in order to connect a flange on the transmission side to the crankshaft flange by means of a screw connection. The threaded bores of the crankshaft flange can be implemented as blind holes, which prevents oil from passing through the threaded bores. In this case, the target drilling depth of the respective threaded hole corresponds to the flange thickness of the crankshaft flange minus a sufficiently large remaining base thickness at the bottom of the threaded hole.
Bei einer solchen Flanschgeometrie besteht die Herausforderung darin, trotz reduzierter Soll-Bohrtiefe eine ausreichend große Schraubfestigkeit der Schraubverbindung zu ermöglichen.With such a flange geometry, the challenge is to enable a sufficiently high screw strength of the screw connection despite the reduced nominal drilling depth.
In einem gattungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung einer Werkstück-Gewindebohrung erfolgt zunächst ein Vorbohr-Prozessschritt, bei dem eine gewindefreie Vorbohrung erzeugt wird. Anschließend erfolgt ein Gewinde-Prozessschritt, bei dem ein Gewindeerzeugungs-Werkzeug in einen Gewindehub mit einem Gewindeerzeugungs-Vorschub sowie einer dazu synchronisierten Gewindeerzeugungs-Drehzahl ein Innengewinde erzeugt. Ein solches Verfahren ist beispielhaft aus der
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Erzeugung einer Werkstück-Gewindebohrung bereitzustellen, bei dem die Gewindebohrung trotz reduzierter Soll-Bohrtiefe eine ausreichend große Schraubfestigkeit ermöglicht.The object of the invention is to provide a method for producing a workpiece threaded hole in which the threaded hole enables a sufficiently high screw strength despite the reduced nominal drilling depth.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1, des Anspruches 8 oder des Anspruches 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is achieved by the features of
Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass im Stand der Technik das Gewindeerzeugungs-Werkzeug am Ende der Gewindeerzeugung über einen Werkzeugfreigang vom Bohrungsgrund axial beabstandet ist. Der Werkzeugfreigang ist im Stand der Technik entlang der Bohrungs-Achse ausreichend groß bemessen, damit die Werkzeugspitze des Gewindeerzeugungs-Werkzeugs belastungsfrei, d.h. ohne Kontakt mit dem Bohrungsgrund, einragen kann. In diesem Fall ergibt sich die Soll-Gewindetiefe aus der Soll-Bohrtiefe abzüglich des vergleichsweise großen Werkzeugfreiraums. In Abkehr von der aus dem Stand der Technik bekannten Prozessführung wird erfindungsgemäß auf die Bereitstellung eines solchen Werkzeug-Freigangs am Bohrungsgrund verzichtet. Vielmehr weist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 das Gewindeerzeugungs-Werkzeug an seiner, dem Bohrungsgrund zugewandten Werkzeugspitze zumindest eine Bohrungsgrund-Schneide auf. Im Gewinde-Prozessschritt wird das Gewindeerzeugungs-Werkzeug bis auf Anschlag mit dem Bohrungsgrund gebracht, so dass die Bohrungsgrund-Schneide einen geringfügigen Materialabtrag am Bohrungsgrund vornehmen kann. Zugleich wird das Innengewinde bis unmittlbar an den Bohrungsgrund erzeugt. Auf diese Weise kann der Schraubbolzen nahezu bis zum Bohrungsgrund geschraubt werden. Dadurch kann trotz reduzierter Soll-Bohrtiefe eine ausreichend große nutzbare Soll-Gewindetiefe erzielt werden.The invention is based on the fact that in the prior art the thread generating tool is axially spaced apart from the bottom of the bore via a tool clearance at the end of the thread generation. In the prior art, the tool clearance is dimensioned sufficiently large along the bore axis so that the tool tip of the thread generating tool can protrude without stress, i.e. without contact with the base of the bore. In this case, the target thread depth results from the target drilling depth minus the comparatively large tool clearance. As a departure from the process control known from the prior art, the provision of such a tool clearance at the bottom of the bore is dispensed with according to the invention. Rather, according to the characterizing part of
Im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt der Vorbohr-Prozessschritt mit einem separaten Bohrwerkzeug, das eine gewindefreie Vorbohrung im Werkstück erzeugt, deren Bohrungsgrund auf der Soll-Bohrtiefe liegt, die noch toleranzbehaftet sein kann. Ein Toleranzausgleich der Soll-Bohrtiefe wird im Gewindebohr-Prozess durchgeführt: Im Gewindebohr-Prozess kann die Bohrungsgrund-Schneide des Gewindeerzeugungs-Werkzeugs einen Materialabtrag am Bohrungsgrund vornehmen, wodurch ein gegebenenfalls noch vorhandenes Toleranz-Aufmaß am Bohrungsgrund abgetragen werden kann.In the method according to the invention, the pre-drilling process step is carried out with a separate drilling tool which creates a thread-free pre-drilling in the workpiece, the bottom of which lies on the target drilling depth, which can still be subject to tolerances. Tolerance compensation for the target drilling depth is carried out in the tapping process: In the tapping process, the cutting edge of the hole bottom of the thread generating tool can remove material from the bottom of the hole, whereby any tolerance allowance that may still be on the bottom of the hole can be removed.
Bevorzugt ist es, wenn im Gewinde-Bohrprozessschritt das in die Vorbohrung eingefahrene Gewindeerzeugungs-Werkzeug mit seiner Werkzeug-Rotationsachse koaxial zur Bohrungs-Achse ausgerichtet ist. Alternativ dazu kann - je nach Werkzeugauslegung - das Gewindeerzeugungs-Werkzeug auch achsparallel zur Bohrungs-Achse geführt sein.It is preferred if, in the thread drilling process step, the thread generating tool inserted into the pilot bore is aligned with its tool rotation axis coaxially to the bore axis. Alternatively - depending on the tool design - the thread generating tool can also be guided axially parallel to the bore axis.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann die Bohrungsgrund-Schneide eine im rechten Winkel zur Werkzeug-Rotationsachse verlaufende Quer-Schneidkante aufweisen, die mit dem Bohrungsgrund der Vorbohrung in Spaneingriff bringbar ist. Auf diese Weise kann ein flacher bzw. ebener Bohrungsgrund erzeugt werden, der im Hinblick auf eine größere nutzbare Soll-Bohrtiefe bevorzugt ist (im Vergleich zu einem konischen Bohrungsgrund).In a preferred embodiment variant, the cutting edge of the bottom of the hole can have a transverse cutting edge that runs at right angles to the tool axis of rotation and that can be brought into chip engagement with the bottom of the hole of the pilot hole. In this way, a flat or planar bore bottom can be generated, which with regard to a larger usable nominal drilling depth is preferred (compared to a conical bottom of the drilling).
Das Gewindeerzeugungs-Werkzeug weist an seinem Außenumfang zumindest einen Gewindeprofilier-Zahn auf. Dessen radial äußere Zahnspitze kann sich bei einer Werkzeugrotation auf einer durchmessergroßen Kreisbahn bewegen. Demgegenüber kann das Gewindeerzeugungs-Werkzeug mit Bezug auf seine Werkzeug-Rotationsachse diametral gegenüberliegend zum Gewindeprofilier-Zahn einen durchmesserreduzierten Außenumfang aufweisen. Dieser kann sich bei einer Werkzeugrotation auf einer durchmesserkleinen Kreisbahn bewegen. In diesem Fall ergibt sich zwischen der durchmesserkleinen Kreisbahn und der durchmessergroßen Kreisbahn ein Radial-Freigang. Im Gewinde-Prozess kann daher (unter teilweisem Aufbrauch des Radialfreigangs) das Werkzeug um einen Radialversatz radial ausgesteuert werden, um außer Eingriff mit dem erzeugten Innengewinde zu kommen. Anschließend kann das Gewindeerzeugungs-Werkzeug ohne Eingriff aus der Gewindebohrung herausgeführt werden.The thread generating tool has at least one thread profiling tooth on its outer circumference. Its radially outer tooth tip can move on a circular path the size of a diameter when the tool rotates. In contrast, the thread-generating tool can have an outer circumference of reduced diameter, diametrically opposite to the thread-profiling tooth, with respect to its tool rotation axis. This can move on a circular path with a small diameter when the tool rotates. In this case, there is a radial clearance between the small-diameter circular path and the large-diameter circular path. In the threading process, the tool can therefore be controlled radially by a radial offset (with partial use of the radial clearance) in order to disengage from the internal thread produced. The thread-generating tool can then be guided out of the threaded hole without intervention.
In einer bevorzugten Prozessführung kann im Gewindehub das Gewindeerzeugungs-Werkzeug in die Vorbohrung eingefahren werden, und zwar unter Erzeugung des Innengewindes. In diesem Fall wird das Gewindeerzeugungs-Werkzeug bei der Gewinde-Erzeugung nicht auf Zug, sondern auf Druck beansprucht. Am Gewindehub-Ende kommt das Gewindeerzeugungs-Werkzeug auf Anschlag mit dem Bohrungsgrund und wird eine Freischnittnut erzeugt. Während der Freischnittnut-Erzeugung sind der Vorschub und die Drehzahl des Gewindeerzeugungs-Werkzeugs nicht mehr zueinander synchronisiert. Entsprechend weist die Freischnittnut keine Gewindesteigung auf. Das Innengewinde ist somit bis zur Freischnittnut am Gewindeboden voll ausgebildet und für einen Schraubvorgang nutzbar.In a preferred process control, the thread-generating tool can be moved into the pilot hole in the thread stroke, to be precise with the generation of the internal thread. In this case, the thread-generating tool is not subjected to tension during thread generation, but rather to compression. At the end of the thread stroke, the thread generating tool comes into contact with the bottom of the hole and a free cut groove is generated. During the free cut groove generation, the feed rate and the speed of the thread generating tool are no longer synchronized with one another. Accordingly, the free cut groove has no thread pitch. The internal thread is thus fully formed up to the free cut groove on the thread base and can be used for a screwing process.
Die Freischnittnut geht mit ihrer unteren Nutflanke unmittelbar in den Bohrungsgrund über, und zwar ohne Bildung eines zusätzlichen Werkzeug-Freigangs, der im Stand der Technik zwischen dem Innengewinde und dem Bohrungsgrund vorhanden ist.With its lower groove flank, the free cut groove merges directly into the bottom of the hole, to be precise without the formation of an additional tool clearance, which is present in the prior art between the internal thread and the bottom of the hole.
Nach erfolgter Freischnittnut-Erzeugung erfolgt ein Reversierhub. Zur Vorbereitung des Reversierhubs wird das Gewindeerzeugungs-Werkzeug um einen Radialversatz von der Freischnittnut freigefahren. Im anschließenden Reversierhub kann daher das Gewindeerzeugungswerkzeug ohne Gewindeeingriff aus der Werkstück-Gewindebohrung herausgeführt werden.After the free cut groove has been created, a reversing stroke takes place. To prepare for the reversing stroke, the thread generating tool is moved clear of the cutout groove by a radial offset. In the subsequent reversing stroke, the thread generating tool can therefore be guided out of the workpiece threaded hole without thread engagement.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying figures.
Es zeigen:
-
1 in einer Seitenschnittdarstellung ein in einem Kurbelwellenflansch ausgebildete Gewindesackloch-Bohrung; -
2 und3 unterschiedliche Ansichten eines Gewindeerzeugungs-Werkzeugs; -
4 bis7 jeweils Ansichten, die der in der1 gezeigten Gewindesackloch-Bohrung in einer Prozessabfolge veranschaulichen.
-
1 in a sectional side view, a threaded blind hole formed in a crankshaft flange; -
2 and3 different views of a threading tool; -
4th until7th each views that of the1 illustrate tapped blind hole drilling shown in a process sequence.
In der
Das in der
Wie aus der
Nachfolgend wird anhand der
Nach erfolgter Freischnittnut-Erzeugung wird das Gewindeerzeugungs-Werkzeug in einem Freifahrschritt
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- KurbelwellenflanschCrankshaft flange
- 22
- GewindebohrungThreaded hole
- 77th
- GewindesenkungThread countersink
- 99
- Innengewindeinner thread
- 1313th
- FreischnittnutFree cut groove
- 1414th
- NutflankeGroove flank
- 1515th
- SpannschaftClamping shank
- 1717th
- Gewindeerzeugungs-KörperThread generating body
- 1919th
- Bohrungsgrund-SchneideHole bottom cutting edge
- 2121
- Quer-SchneidkanteCross cutting edge
- 23, 24, 2523, 24, 25
- GewindeprofilierzahnThread profiling tooth
- 2626th
- KreisbahnCircular path
- 2727
- durchmesserreduzierter Außenumfangdiameter-reduced outer circumference
- 2929
- Radial-RreigangRadial clearance
- 3131
- VorbohrungPilot hole
- BB.
- Bohrungs-AchseHole axis
- WW.
- Werkzeug-RotationsachseTool rotation axis
- tGtG
- Soll-GewindetiefeTarget thread depth
- tBtB
- Soll-BohrtiefeTarget drilling depth
- dd
- RestbodendickeRemaining floor thickness
- vfvf
- VorschubFeed
- nn
- Drehzahlrotational speed
- GG
- GewindehubThread stroke
- RR.
- ReversierhubReversing stroke
- FF.
- FreischnittschrittFree cut step
- ff
- FlanschdickeFlange thickness
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- EP 1497067 B1 [0004]EP 1497067 B1 [0004]
- DE 3810884 C1 [0004]DE 3810884 C1 [0004]
- EP 3484647 B1 [0004]EP 3484647 B1 [0004]
- DE 102012105183 A1 [0004]DE 102012105183 A1 [0004]
- DE 3876820 T2 [0004]DE 3876820 T2 [0004]
- DE 3627798 C2 [0004]DE 3627798 C2 [0004]
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Applications Claiming Priority (1)
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2020
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