DE102021129556A1

DE102021129556A1 - Hybrid-gewindeschneider mit reibahle und gewindeschneidabschnitt

Info

Publication number: DE102021129556A1
Application number: DE102021129556.4A
Authority: DE
Inventors: Lokesh Choudhary; Tiruttani Munikamal; Qigui Wang; David A. Wulbrecht
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-02-22
Filing date: 2021-11-12
Publication date: 2022-08-25
Also published as: US20220266366A1; CN114951850A; US11597023B2; CN114951850B

Abstract

Ein hybrider Gewindeschneider umfasst einen Reibahlenabschnitt und einen Gewindeschneidabschnitt mit einer Vielzahl von Schneidzähnen. Der Gewindeschneidabschnitt ist zusammen mit dem Reibahlenabschnitt entlang der Längsachse angeordnet. Der Reibahlenabschnitt ist so konfiguriert, dass er in einer Bohrung eines Werkstücks vorgeschoben wird, um die Bohrung plastisch zu verformen und zu einer erweiterten Bohrung zu erweitern und die erweiterte Bohrung mit einer Zone mit Druckeigenspannung zu versehen. Die Vielzahl von Schneidzähnen ist so konfiguriert, dass sie ein Gewinde in das aufgeweitete Loch innerhalb der Zone schneiden.

Description

EINFÜHRUNG
Das technische Gebiet betrifft im Allgemeinen einen Gewindeschneider und im Besonderen einen Hybrid-Gewindeschneider mit einem Reibahlenabschnitt und einem Gewindeschneideteil.
Einige Teile haben Gewindebohrungen zur Befestigung an einem anderen Bauteil. Fahrzeugmotorblöcke enthalten beispielsweise häufig eine Gewindebohrung zur Aufnahme, Abstützung und schraubbaren Befestigung eines Lagerteils. Genauer gesagt, kann der Motorblock eine Gewindebohrung für den Hauptlagerbolzen aufweisen. Vorzugsweise haben diese und andere Arten von Gewindebohrungen eine hohe Ermüdungsfestigkeit, eine hohe Lastaufnahme und andere vorteilhafte Leistungsmerkmale.
Die verfügbaren Verfahren zum Gewindeschneiden können jedoch in mancher Hinsicht suboptimal sein. Die derzeit verfügbaren Gewindeschneidwerkzeuge, Maschinen, Systeme usw. können ebenfalls nicht optimal sein. Diese Einschränkungen können sich bei der Herstellung von Großserien noch verschärfen. Dementsprechend ist die Leistung des hergestellten Gewindelochs und des entsprechenden Gewindeaufsatzes begrenzt. Darüber hinaus können derartige Herstellungsverfahren und -systeme ineffizient sein oder andere Probleme aufweisen.
Daher ist es wünschenswert, verbesserte Verfahren und Systeme zur Herstellung von Teilen mit hochwertigen Gewindelöchern bereitzustellen. Es ist auch wünschenswert, verbesserte Verfahren und Systeme zur Herstellung von Teilen mit Gewindelöchern bereitzustellen, die eine hohe Ermüdungsfestigkeit und eine hohe Belastbarkeit aufweisen. Darüber hinaus ist es wünschenswert, diese Systeme und Verfahren effizienter zu gestalten. Weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem vorstehenden technischen Gebiet und Hintergrund ersichtlich.
BESCHREIBUNG
Ein hybrider Gewindeschneider, der eine Längsachse definiert, wird bereitgestellt. In einer Ausführungsform umfasst der hybride Gewindeschneider einen Reibahlenabschnitt und einen Gewindeschneidabschnitt mit einer Vielzahl von Schneidzähnen. Der Gewindeschneidabschnitt ist zusammen mit dem Reibahlenabschnitt entlang der Längsachse angeordnet. Der Reibahlenabschnitt ist so konfiguriert, dass er in einer Bohrung eines Werkstücks vorgeschoben wird, um die Bohrung plastisch zu verformen und zu einer erweiterten Bohrung zu erweitern und die erweiterte Bohrung mit einer Zone mit Druckeigenspannung zu versehen. Die Vielzahl von Schneidzähnen ist so konfiguriert, dass sie ein Gewinde in das aufgeweitete Loch innerhalb der Zone schneiden.
In einigen Ausführungsformen weist der Reibahlenabschnitt eine glatte radiale Außenfläche auf.
In einigen Ausführungsformen weist der Reibahlenabschnitt eine radiale Außenfläche auf, die sich in Bezug auf die Längsachse verjüngt.
In einigen Ausführungsformen ist der Gewindeschneidabschnitt auch entlang der Längsachse verjüngt.
Darüber hinaus definiert in einigen Ausführungsformen die radiale Außenfläche des Reibahlenabschnitts einen ersten Kegelwinkel in Bezug auf die Längsachse. Zusätzlich definiert der Gewindeschneidabschnitt einen zweiten Schrägungswinkel in Bezug auf die Längsachse. Der erste Kegelwinkel unterscheidet sich von dem zweiten Kegelwinkel.
In einigen Ausführungsformen ist der Gewindeschneidabschnitt mit dem Reibahlenabschnitt entlang der Längsachse aneinandergereiht.
In einigen Ausführungsformen hat der Reibahlenabschnitt ein vorderes Ende und ein hinteres Ende. Das vordere Ende hat eine vordere Breite, und das hintere Ende hat eine hintere Breite. Die hintere Breite ist höchstens zwei Prozent (2 %) größer als die vordere Breite, um das Loch um höchstens zwei Prozent (2 %) zu erweitern.
In einigen Ausführungsformen sind der Reibahlenabschnitt und der Gewindeschneidabschnitt einstückig verbunden und haben gemeinsame Materialeigenschaften.
Darüber hinaus haben in einigen Ausführungsformen der Reibahlenabschnitt und der Gewindeschneidabschnitt unterschiedliche Materialeigenschaften. In einigen Ausführungsformen sind der Reibahlenabschnitt und der Gewindeschneidabschnitt aus unterschiedlichen Materialien hergestellt. In einigen Ausführungsformen weisen der Reibahlenabschnitt oder der Gewindeschneidabschnitt eine andere Wärmebehandlung auf als der andere, um unterschiedliche Materialeigenschaften zu erzielen. In einigen Ausführungsformen weist entweder der Reibahlenabschnitt oder der Gewindeschneidabschnitt eine andere Beschichtung als der andere auf, um unterschiedliche Materialeigenschaften zu erzielen.
In einigen Ausführungsformen ist die Vielzahl von Schneidzähnen in einem ersten Steg und einem zweiten Steg angeordnet, wobei eine Spanöffnung den ersten Steg und den zweiten Steg in einer Umfangsrichtung um die Längsachse trennt. Die Spanöffnung erstreckt sich entlang der Längsachse durch den Gewindeschneidabschnitt und ist so konfiguriert, dass sie während des Schneidens des Gewindes in das erweiterte Loch Späne aufnimmt.
Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung eines hybriden Gewindeschneiders bereitgestellt. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Ausbilden eines Reibahlenabschnitts an einem Schaft mit einer Längsachse. Das Verfahren umfasst auch das Ausbilden eines Gewindeschneidabschnitts auf dem Schaft, der eine Vielzahl von Schneidzähnen aufweist. Der Gewindeschneidabschnitt ist zusammen mit dem Reibahlenabschnitt entlang der Längsachse angeordnet. Der Reibahlenabschnitt ist so konfiguriert, dass er in ein Loch eines Werkstücks vorgeschoben wird, um das Loch plastisch zu verformen und zu einem erweiterten Loch zu erweitern und das erweiterte Loch mit einer Zone mit Druckeigenspannung zu versehen. Außerdem ist die Vielzahl von Schneidzähnen so konfiguriert, dass sie ein Gewinde in das erweiterte Loch innerhalb der Zone schneiden.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Befestigen eines ersten Körpers an einem zweiten Körper, die gemeinsam entlang der Längsachse angeordnet sind. Der erste Körper und der zweite Körper haben unterschiedliche Materialeigenschaften. Das Ausbilden des Reibahlenabschnitts umfasst das Ausbilden des Reibahlenabschnitts am ersten Körper. Das Ausbilden eines Gewindeschneidabschnitts umfasst auch das Ausbilden des Gewindeschneidabschnitts an dem zweiten Körper.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Formen des Reibahlenabschnitts und des Gewindeschneidabschnitts die additive Herstellung von mindestens einem der beiden Teile, dem Reibahlenabschnitt und dem Gewindeschneidabschnitt.
Darüber hinaus umfasst das Verfahren in einigen Ausführungsformen mindestens einen der folgenden Schritte: Wärmebehandlung des Reibahlenabschnitts oder des Gewindeschneidabschnitts, um den einen mit einer anderen Materialeigenschaft als den anderen auszustatten; und Beschichtung des Reibahlenabschnitts oder des Gewindeschneidabschnitts, um den einen mit einer anderen Materialeigenschaft als den anderen auszustatten.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Formen des Reibahlenabschnitts das Formen des Reibahlenabschnitts so, dass er eine glatte radiale Außenfläche aufweist, die sich in Bezug auf die Längsachse verjüngt. Das Formen des Gewindeschneidabschnitts umfasst auch das Formen des Gewindeschneidabschnitts so, dass er sich entlang der Längsachse verjüngt.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Formen des Reibahlenabschnitts das Formen des Reibahlenabschnitts so, dass er ein vorderes Ende und ein hinteres Ende hat. Das vordere Ende hat eine vordere Breite und das hintere Ende hat eine hintere Breite. Die hintere Breite ist höchstens zwei Prozent (2%) größer als die vordere Breite, um das Loch um höchstens zwei Prozent (2%) zu erweitern.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer Gewindebohrung in einem Gusswerkstück unter Verwendung eines Hybrid-Gewindeschneiders in einem einzigen Hub offenbart. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Versehen eines Gusswerkstücks mit einem Loch. Das Verfahren umfasst auch das Vorschieben eines Reibahlenabschnitts des hybriden Gewindeschneiders in dem Loch in einem einzigen Hub, um das Loch plastisch zu verformen und zu einem erweiterten Loch zu erweitern und das erweiterte Loch mit einer Zone mit Druckeigenspannung zu versehen. Das Verfahren umfasst auch das Schneiden eines Gewindes in das aufgeweitete Loch innerhalb der Zone mit Hilfe eines Gewindeschneidabschnitts des hybriden Gewindeschneiders in einem einzigen Hub. Der Gewindeschneidabschnitt umfasst eine Vielzahl von Schneidzähnen. Der Gewindeschneidabschnitt ist zusammen mit dem Reibahlenabschnitt entlang der Längsachse angeordnet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beispielhaften Ausführungsformen werden im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen und wobei:

1 ist eine Seitenansicht eines hybriden Gewindeschneiders, der in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gezeigt wird;
2 ist eine Draufsicht auf ein Werkstück mit einem Loch, das so konfiguriert ist, dass es mit dem Hybrid-Gewindeschneider aus 1 gemäß Ausführungsbeispielen mit einem Gewinde versehen werden kann;
3 ist eine Seitenansicht des hybriden Gewindeschneiders aus 1, die während der Kaltaufweitung und dem Aufreiben des Lochs im Werkstück aus 2 gemäß Ausführungsbeispielen gezeigt wird;
4 ist eine Seitenansicht des hybriden Gewindeschneiders von 1, die das Schneiden von Gewinden in das erweiterte Loch von 3 gemäß Ausführungsbeispielen zeigt;
5 ist eine schematische Seitenansicht eines Verfahrens zur Herstellung des hybriden Gewindeschneiders von 1;
6 ist eine schematische Seitenansicht des Verfahrens zur Herstellung des hybriden Gewindeschneiders von 1 gemäß weiteren Ausführungsbeispielen; und
7 ist eine schematische Seitenansicht des Verfahrens zur Herstellung des hybriden Gewindeschneiders von 1 gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die Anwendung und den Gebrauch nicht einschränken. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, durch eine ausdrückliche oder stillschweigende Theorie gebunden zu sein, die in der vorangegangenen Einleitung, der kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt wird.
Im Allgemeinen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Fertigungssysteme und -verfahren zum Gewindeschneiden eines Lochs in einem Werkstück, Teil, einer Komponente usw. Die mit diesen Systemen und Verfahren hergestellte Gewindebohrung kann eine hohe Ermüdungsfestigkeit, eine hohe Belastbarkeit und/oder andere verbesserte Eigenschaften aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen wird ein hybrides Gewindewerkzeug (ein hybrider Gewindeschneider) bereitgestellt, das sowohl einen Reibahlenabschnitt als auch einen Gewindeschneidabschnitt umfasst. Der Reibahlenabschnitt und der Gewindeschneidabschnitt können entlang einer Längsachse des Hybridwerkzeugs angebracht und angeordnet sein. Der Reibahlenabschnitt kann an einem vorderen Ende des Werkzeugs angeordnet sein. Der Reibahlenabschnitt kann eine glatte, sich verjüngende radiale Außenfläche haben. Der Reibahlenabschnitt kann so konfiguriert sein, dass er ein Loch in einem Werkstück plastisch verformt und aufweitet, wenn das Werkzeug entlang der Längsachse in das Loch vorgeschoben wird (ohne dass Material vom Werkstück entfernt wird). Der Reibahleinsatz kann somit das Material in einem Bereich des Werkstücks in der Nähe des Lochs verdichten, wobei in diesem Bereich eine Druckeigenspannung verbleibt. Der Gewindeschneidabschnitt kann weiter entlang der Achse vom vorderen Ende aus angeordnet sein und kann eine Vielzahl von Schneidzähnen umfassen. Die Vielzahl der Schneidzähne kann so konfiguriert sein, dass sie ein Gewinde in das erweiterte Loch schneiden. Somit kann das Gewinde durch den Gewindeschneidabschnitt in der Zone der Druckspannung gebildet werden, die zuvor durch den Reibahlenabschnitt erzeugt wurde. Dementsprechend kann die Gewindebohrung eine hohe Ermüdungsbeständigkeit, eine hohe Lasthaltekraft und/oder andere verbesserte Eigenschaften aufweisen. Verfahren zur Herstellung und Verwendung des hybriden Gewindeschneiders sind ebenfalls gemäß verschiedenen Ausführungsformen offenbart.
Der hybride Gewindeschneider kann eine Vielzahl von Konfigurationen aufweisen. Die Form, die axiale Länge, der Kegelwinkel, der Durchmesser und/oder andere Merkmale des Reibahlenabschnitts können für eine kontrollierte plastische Verformung und Ausdehnung des Lochs im Werkstück angepasst und ausgewählt werden. Ebenso können die Form, die axiale Länge, der Kegelwinkel, der Durchmesser und/oder andere Merkmale des Gewindeschneidabschnitts für das kontrollierte Schneiden des Gewindes in der Bohrung maßgeschneidert und ausgewählt werden.
In einigen Ausführungsformen können der Reibahlenabschnitt und der Gewindeschneidabschnitt unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen. Zum Beispiel können die verschiedenen Teile aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein, unterschiedliche Wärmebehandlungen, unterschiedliche Beschichtungen usw. aufweisen. Die Materialeigenschaften können so gewählt werden, dass die Leistung des Reibahlen- und des Gewindeschneidabschnitts erhöht wird.
Die Hybridwerkzeuge und die zugehörigen Verfahren der vorliegenden Offenbarung erhöhen den Komfort und die Effizienz bei der Herstellung von Gewindelöchern. Die Werkzeuge und die zugehörigen Verfahren bieten Gewindelöcher mit erhöhter Ermüdungsfestigkeit, höherer Lasthaltekraft und anderen Vorteilen.
Die Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung können zum Gewindeschneiden einer Vielzahl von Teilen verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann das Werkzeug zur Herstellung eines oder mehrerer Gewindelöcher in einem Fahrzeugmotorblock, einem Zylinderkopf, einer unteren Kurbelgehäuseerweiterung (LCE) usw. verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Gewindebohrung in einem Hauptlagerbolzenloch eines Motorblocks vorgesehen sein. Die Fertigungssysteme und -verfahren können zum Einbringen von Gewinden in ein Gussteil (z. B. ein Gussteil aus Aluminium) nützlich sein, und die Werkzeuge und Verfahren der vorliegenden Offenbarung können in Teilen verwendet werden, die mit fortschrittlichen Gießverfahren hergestellt werden. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die Gewindeschneidwerkzeuge, -systeme und -verfahren der vorliegenden Offenbarung für jedes geeignete Teil verwendet werden können, ohne dass der Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung verlassen wird.
In 1 ist ein Hybrid-Gewindeschneider 110 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Der Gewindebohrer 110 kann langgestreckt sein und sich entlang einer geraden Längsachse 111 zwischen einem ersten Ende 115 und einem zweiten Ende 116 erstrecken. Der Gewindebohrer 110 kann zum Reiben und Gewindeschneiden eines Lochs 120 in einem Werkstück 122 konfiguriert sein. Der Gewindeschneider 110 erhöht die Fertigungseffizienz, wenn beispielsweise qualitativ hochwertige Gewindelöcher in hergestellten Teilen benötigt werden.
Im Allgemeinen kann der Gewindebohrer 110 einen Reibahlenabschnitt 112 und einen Gewindeschneidabschnitt 114 enthalten, die entlang der Achse 111 angeordnet sind. Daher kann der Gewindebohrer 110 als ein hybrider Expander/Gewindeschneider 110 bezeichnet werden. Während der Verwendung kann der Reibahlenabschnitt 112 des hybriden Gewindeschneiders 110 so konfiguriert sein, dass er das Loch 120 durch plastisches Verformen und Erweitern eines zuvor gebildeten Lochs 120 in dem Werkstück 122 aufbohrt (ohne Material von dem Werkstück 122 zu entfernen). Der Gewindeschneidabschnitt 114 des Gewindebohrers 110 kann anschließend ein Gewinde in das erweiterte Loch schneiden.
Genauer gesagt kann sich der Reibahlenabschnitt 112 plastisch verformen und das Loch erweitern, wodurch sich der Bereich um das erweiterte Loch verdichtet und in diesem Bereich eine Restspannung verbleibt. Der Gewindeschneidabschnitt 114 kann in diesen konditionierten Bereich, der das erweiterte Loch umgibt, schneiden, wenn der Gewindebohrer 110 weiter in das Werkstück 122 vordringt und eine hochwertige Gewindebohrung hinterlässt. Auf diese Weise kann die Bohrung während eines einzigen Hubs des Gewindebohrers 110 (d. h. während des Vorschubs im Allgemeinen entlang der Achse 111 in einer einzigen Richtung (durch Pfeil 119 angezeigt) in Richtung des Werkstücks 122) erweitert (z. B. aufgerieben usw.) und anschließend mit einem Gewinde versehen werden. Auf diese Weise werden Verbesserungen der Fertigungseffizienz und damit verbundene Vorteile erzielt.
Wie in 1 dargestellt, kann der Gewindeschneider 110 einen länglichen Schaft 130 aufweisen, der zylindrisch und auf der Achse 111 zentriert ist. Der Schaft 130 kann eine Außenfläche haben, die zumindest teilweise glatt sein kann. In einigen Ausführungsformen können Teile des Schafts 130 auch verjüngt sein. In einigen Ausführungsformen kann der Schaft 130 einen Griff zum Greifen und zur manuellen Bedienung des Gewindeschneiders 110 aufweisen (z. B. zum Vorschub entlang der Achse 111 und/oder zur Drehung um die Achse 111). In weiteren Ausführungsformen kann der Schaft 130 ein Spannfutter zur Befestigung an einer Maschine zur automatischen Betätigung des Gewindeschneiders 110 (z. B. zur Vorwärtsbewegung entlang der Achse 111 und/oder zur Drehung um die Achse 111) aufweisen.
Der Reibahlenabschnitt 112 des Gewindeschneiders 110 kann sich verjüngen und konisch sein und eine glatte radiale Außenfläche 138 aufweisen. Die radiale Außenfläche 138 kann um die Achse 111 zentriert sein. In der dargestellten Ausführungsform kann der Reibahlenabschnitt 112 kegelstumpfförmig sein und eine Fläche 140 aufweisen, die sich im Wesentlichen senkrecht zur Achse 111 erstreckt. Die Fläche 140 kann kreisförmig sein und das erste Ende 115 (d. h. das vordere Ende) des Gewindebohrers 110 definieren. In weiteren Ausführungsformen kann die Stirnfläche 140 in einem nicht senkrechten Winkel zur Achse 111 angeordnet sein. In weiteren Ausführungsformen kann sich die radiale Außenfläche 138 des Reibahlenabschnitts 112 zu einem Punkt hin verjüngen, der das erste Ende 115 definiert.
Der Reibahlenabschnitt 112 kann ein erstes axiales Ende 154 haben, das an der Stirnfläche 140 (d. h. am ersten Ende 115) definiert ist. Der Reibahlenabschnitt 112 kann ein zweites axiales Ende 156 haben, das entlang der Achse 111 von dem ersten Ende 115 beabstandet ist. Der Reibahlenabschnitt 112 kann eine Länge 150 haben, die entlang der Achse 111 zwischen dem ersten und dem zweiten axialen Ende 154, 156 gemessen wird. Der Reibahlenabschnitt 112 kann eine Breite 152 (d. h. einen Durchmesser) haben. Die Breite 152 kann entlang der Länge 150 variieren, so dass die radiale Außenfläche 138 in Bezug auf die Achse 111 verjüngt oder aufgeweitet ist. So kann die Breite 152 des Reibahlenabschnitts 112 vom ersten axialen Ende 154 bis zum zweiten axialen Ende 156 allmählich zunehmen. Die radiale Außenfläche 138 kann auch einen Kegelwinkel 158 bilden. In einigen Ausführungsformen kann die äußere Radialfläche 138 mit einem einzigen Kegelwinkel 158 geformt sein.
Der Kegelwinkel 158 kann in verschiedenen Ausführungsformen zwischen zehn und fünfundvierzig Grad (10°-45°) liegen. Außerdem kann der Kegelwinkel 158 in einigen Ausführungsformen zwischen dreißig und fünfundvierzig Grad (30°-45°) betragen. Es wird jedoch deutlich, dass der Verjüngungswinkel 158 in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren gewählt werden kann. Darüber hinaus können die Länge 150, die Breite 152, der Kegelwinkel 158, die Oberflächenbeschaffenheit, die Werkstoffe und/oder andere Merkmale des Reibahlenabschnitts 112 in Abhängigkeit von bestimmten Faktoren angepasst werden. Zu diesen Faktoren können die angestrebte Ausdehnung der Bohrung 120, der Bohrungstyp (Durchgangsbohrung oder Sackloch), die Werkstoffe des Werkstücks 122, die Abmessungen der Bohrung 120 und/oder andere Faktoren gehören.
Wie in 1 dargestellt, kann der Gewindeschneidabschnitt 114 ein erstes axiales Ende 164 und ein zweites axiales Ende 166 haben. Das erste axiale Ende 164 kann sich in der Nähe des zweiten axialen Endes 156 des Reibahlenabschnitts 112 befinden. Das zweite axiale Ende 166 des Gewindeschneidabschnitts 114 kann von dem ersten axialen Ende 164 entlang der Achse 111 beabstandet sein. In einigen Ausführungsformen können der Reibahlenabschnitt 112 und der Gewindeschneidabschnitt 114 Ende an Ende entlang der Achse 111 angeordnet sein, so dass das zweite axiale Ende 156 des Reibahlenabschnitts 112 im Wesentlichen mit dem ersten Ende 164 des Gewindeschneidabschnitts 114 zusammenfällt. Der Gewindeschneidabschnitt 114 kann eine Länge 160 haben, die entlang der Achse 111 zwischen dem ersten und zweiten Ende 164, 166 gemessen wird.
Der Gewindeschneidabschnitt 114 kann eine Vielzahl von Schneidzähnen 161 aufweisen. Die Schneidzähne 161 können ein Sägezahnprofil und verschiedene Gewindeabmessungen haben, um das Loch 120 mit dem gewünschten Gewinde zu versehen. Der Hauptdurchmesser der Schneidzähne 161 definiert die Breite 162 (d. h. den Durchmesser) des Gewindeschneidabschnitts 114. Die Breite 162 kann entlang der Länge 160 des Gewindeschneidabschnitts 114 variieren, so dass sich der Gewindeschneidabschnitt 114 verjüngt oder aufweitet und die Breite 162 vom ersten Ende 164 zum zweiten Ende 166 allmählich zunimmt. Die Schneidzähne 161 können auch einen Kegelwinkel 168 bilden. In einigen Ausführungsformen kann der Gewindeschneidabschnitt 114 entlang der Achse 111 einen einzigen Kegelwinkel 168 aufweisen.
Der Kegelwinkel 168 des Gewindeschneidabschnitts 114 kann sich von dem Kegelwinkel 158 des Reibahlenabschnitts 112 unterscheiden. In einigen Ausführungsformen kann der Kegelwinkel 168 des Gewindeschneidabschnitts 114 größer sein als der Kegelwinkel 158 des Reibahlenabschnitts 112.
Der Verjüngungswinkel 168 kann in verschiedenen Ausführungsformen zwischen zehn und fünfundvierzig Grad (10°-45°) liegen. Außerdem kann der Kegelwinkel 168 in einigen Ausführungsformen zwischen dreißig und fünfundvierzig Grad (30°-45°) betragen. Es versteht sich jedoch von selbst, dass der Verjüngungswinkel 168 in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren gewählt werden kann. Die Länge 160, die Breite 162, der Kegelwinkel 168, die Oberflächenbeschaffenheit, die Werkstoffe und/oder andere Merkmale des Reibahlenabschnitts 112 können entsprechend dem Zielgewinde für die Bohrung 120, den im Werkstück 122 verwendeten Werkstoffen, dem Bohrungstyp, den Abmessungen der Bohrung 120 und/oder anderen Faktoren angepasst werden.
In einigen Ausführungsformen kann der Gewindeschneidabschnitt 114 eine Vielzahl von mit Gewinde versehenen Stegen (z. B. einen ersten Steg 170a und einen zweiten Steg 170b) umfassen, die in Umfangsrichtung durch Spanöffnungen 169 (z. B. Spannuten) getrennt sind. Wie dargestellt, können die Schneidzähne 161 in der ersten Stegfläche 170a und der zweiten Stegfläche 170b angeordnet sein, wobei die Spanöffnung 169 die Stegflächen 170a, 170b trennt. Die Spanöffnung 169 kann ein vertiefter Schlitz sein, der sich in Längsrichtung entlang des Gewindeschneidabschnitts 114 vom ersten Ende 164 zum zweiten Ende 166 erstreckt. Die Spanöffnung 169 kann auch in das zweite axiale Ende 156 des Reibahlenabschnitts 112 übergehen und kontinuierlich verlaufen. Die Zähne 161 können in ähnlicher Weise kontinuierlich in das zweite axiale Ende 156 des Reibahlenabschnitts 112 übergehen.
Obwohl nur zwei Stege 170a, 170b und eine Spanöffnung 169 abgebildet sind, kann es natürlich auch mehr geben. Zum Beispiel kann es mindestens drei Stege geben, die gleichmäßig um die Achse 111 beabstandet sind, wobei die jeweiligen Spanöffnungen zwischen benachbarten Paaren von Stegen definiert sind.
Der Reibahlenabschnitt 112 und der Gewindeschneidabschnitt 114 können in Längsrichtung hintereinander entlang der Achse 111 angeordnet sein. Der Reibahlenabschnitt 112 kann in der Nähe des vorderen Endes (d. h. des ersten Endes 115) des Gewindeschneiders 110 angeordnet sein und kann dieses in einigen Ausführungsformen definieren. Der Gewindeschneidabschnitt 114 kann weiter entlang der Achse 111 angeordnet sein und kann direkt an den Reibahlenabschnitt 112 angrenzen. Es kann einen allmählichen Übergang von den Außenabmessungen des Reibahlenabschnitts 112 zu denen des Gewindeschneidabschnitts 114 geben.
Dementsprechend können der Reibahlenabschnitt 112 und der Gewindeschneidabschnitt 114 gekoppelt und befestigt werden, um einen einheitlichen, einteiligen, hybriden Gewindeschneider 110 zu definieren, der die Vorteile sowohl des Aufweitens (z. B. Reibens) der Bohrung 120 als auch des anschließenden Gewindeschneidens in der erweiterten Bohrung bietet. Der Gewindebohrer 110 kann in einem einzigen Gewindeschneidvorgang (d. h. in einem einzigen Hub) verwendet werden, so dass der Reibahrabschnitt 112 das Loch 120 zunächst aufweitet und plastisch verformt und der Gewindeschneidabschnitt 114 bei weiterem Vorschub in das Werkstück 122 ein Gewinde in das aufgeweitete Loch schneidet. Die dabei entstehenden Gewinde können eine hohe Ermüdungsfestigkeit und eine hohe Lasthaltekraft aufweisen. So können die mit dem Gewindebohrer 110 hergestellten Gewinde einen Bolzen halten und die Bolzenlast über eine lange Betriebslebensdauer aufrechterhalten.
Insbesondere kann der Gewindeschneider 110 während der Verwendung mit dem ersten Ende 115 zum Werkstück 122 gerichtet sein, wobei der Gewindeschneider 110 und das Loch 120 entlang der Achse 111 ausgerichtet sind (1). In einigen Ausführungsformen kann der Gewindebohrer 110 manuell bedient werden. In weiteren Ausführungsformen kann der Schaft 130 an einer Betätigungsmaschine angebracht sein, die so konfiguriert ist, dass sie den Gewindebohrer 110 automatisch entlang der Achse 111 in das Loch 120 vorschiebt, den Gewindebohrer 110 entlang der Achse 111 aus dem Loch 120 herauszieht und/oder den Gewindebohrer 110 um die Achse 111 relativ zum Werkstück 122 dreht.
Das Loch 120 ist in 1 und 2 dargestellt. Die Bohrung 120 kann auf verschiedene Weise in das Werkstück 122 eingebracht werden, ohne dass dies vom Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung abweicht. Zunächst kann das Loch 120 in das Werkstück 122 (z. B. ein gegossenes Aluminiummotorteil) eingegossen werden. In anderen Ausführungsformen kann das Loch 120 gebohrt, gestanzt oder auf andere Weise in das Werkstück 122 eingebracht werden. Die Bohrung 102 kann eine glatte Innenfläche 195 aufweisen, die eine erste Durchmesserabmessung 190 (Anfangsdurchmesser) definiert. Bei dem Loch 120 kann es sich um ein Durchgangsloch handeln, das sich, wie dargestellt, durch die gesamte Wandstärke des Werkstücks 122 erstreckt. In weiteren Ausführungsformen kann das Loch 120 ein Sackloch sein, das durch einen Teil der Dicke des Werkstücks 122 ausgespart ist. Bei dem Werkstück 122 kann es sich um einen beliebigen Typ von Bauteil handeln. Beispielsweise kann das Werkstück 122 in einigen Ausführungsformen ein Motorblock sein. Auch kann das Werkstück 122 ein Motorblock aus einer Aluminiumlegierung sein. Das Loch 120 kann letztendlich als Hauptlagerbolzenloch für den Motorblock verwendet werden.
Die Breite 152 (1) am ersten Ende 115 des Gewindeschneiders 110 kann kleiner sein als das erste Durchmessermaß 190 (1 und 2) der Bohrung 120, damit der Gewindeschneider 110 in die Bohrung 120 vorgeschoben werden kann. Beim Vorschieben des Gewindebohrers 110 kann die äußere radiale Fläche 138 des Reibahlenabschnitts 112 an der inneren Durchmesserfläche 195 der Bohrung 120 anliegen. Der Reibahlenabschnitt 112 kann weiter entlang der Achse 111 und in die Bohrung 120 vorgeschoben werden, wie in 3 dargestellt. Der Reibahlenabschnitt 112 kann in Längsrichtung vorgeschoben werden, bis das zweite axiale Ende 156 in der Bohrung 120 aufgenommen ist. Der Reibahlenabschnitt 112 kann eine ausreichende Kraft auf das Werkstück 122 ausüben, um die innere Durchmesserfläche 195 des Lochs 120 plastisch zu verformen und radial von der ersten Durchmesserabmessung 190 auf die erweiterte Breite 192 zu erweitern (1 und 2).
Die Form und die Abmessungen des Reibahlenabschnitts 112, der angewandte Einführdruck und/oder andere Variablen können so gewählt werden, dass die plastische Verformung und die Ausdehnung des Lochs 120 kontrolliert werden. Der Kegelwinkel 158, die Vorschubgeschwindigkeit des Gewindeschneiders 110, der angewandte Einführdruck und/oder andere Parameter können so gewählt werden, dass die Ausdehnung des Lochs 120 gesteuert wird. Der Reibahlenabschnitt 112 kann so in das Werkstück 122 vorgeschoben werden, dass die erweiterte Breite 192 im Wesentlichen gleich der Breite 152 am zweiten axialen Ende 156 des Reibahlenabschnitts 112 ist. Die Breite 152 am zweiten axialen Ende 156 kann also so gewählt werden, dass die erweiterte Breite 192 des Lochs 120 gesteuert wird.
Der Reibahlenabschnitt 112 kann auch das Material des Werkstücks 122 verdichten, wenn er das Loch 120 von der ersten Durchmesserabmessung 190 auf die erweiterte Breite 192 ausdehnt. Genauer gesagt kann die plastische Verformung, die während der radialen Erweiterung des Lochs 120 durchgeführt wird, die Porosität des Materials innerhalb einer Zone 199 verringern. Die Zone 199 ist in den 1 und 2 schematisch als ein ringförmiger Bereich dargestellt, der sich von der Innenfläche 195 strahlenförmig nach außen erstreckt und in radialer Richtung zwischen den Abmessungen der erweiterten Breite 192 und der äußeren Begrenzungsbreite 194 definiert ist. Durch die Verdichtung des Materials innerhalb der Zone 199 kann der Reibahlenabschnitt 112 des Gewindebohrers 110 die Druckeigenspannung innerhalb der Zone 199 erhöhen.
Es versteht sich von selbst, dass der Reibahlenabschnitt 112 das Loch 120 durch ein Kaltbearbeitungsverfahren erweitern und verdichten kann. Darüber hinaus kann der Reibahlenabschnitt 112 so konfiguriert sein, dass er das Werkstück 122 bei der Erweiterung des Lochs 120 warm bearbeitet. Mit anderen Worten, es kann eine Wärmequelle vorhanden sein, um während der plastischen Verformung und Aufweitung des Lochs 120 Wärme oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Werkstücks 122 zu erzeugen. Dies kann es dem Material ermöglichen, während der Verformung zu rekristallisieren. Wie bei den dargestellten Ausführungsformen der Kaltumformung kann das Warmumformungsverfahren die Zone 199 verdichten, die Porosität darin verringern und/oder andere Vorteile bieten.
Die Vorschubgeschwindigkeit, die Beschleunigung, der Druck usw. des Reibahlenabschnitts 112 können in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren in Bezug auf das Werkstück 122 gewählt werden. Beispielsweise können diese Variablen in Abhängigkeit von der Änderung der Duktilität des Materials des Werkstücks 122 während der Ausdehnung eingestellt werden. Eine oder mehrere Variablen können in Abhängigkeit von der bei der Ausdehnung erzeugten Wärmemenge eingestellt werden. Die Variable(n) kann (können) entsprechend dem Ausmaß der Verdichtung (Verringerung der Porosität) des Werkstücks 122 gewählt werden. Diese Einstellungen können dem Werkstück 122 eine vorbestimmte Restspannung innerhalb der Zone 199 verleihen.
Außerdem kann in einigen Ausführungsformen der Reibahlenabschnitt 112 entlang der Achse 111 vorgeschoben werden, um das Loch 120 zu erweitern, während der Gewindebohrer 110 in einer festen Winkelposition verbleibt. In anderen Ausführungsformen kann der Gewindebohrer 110 um die Achse 111 gedreht werden, während der Reibahlenabschnitt 112 in das Loch 120 eindringt und es erweitert. Wenn sich der Gewindeschneidabschnitt 114 dem Werkstück 122 nähert, kann der Gewindebohrer 110 jedoch um die Achse 111 gedreht werden, damit die Schneidzähne 161 Material abtragen und mit dem Schneiden des Gewindes beginnen können.
Genauer gesagt können die Schneidzähne 161 in der Nähe des ersten axialen Endes 164 das Werkstück 122 berühren, wenn der Gewindebohrer 110 weiter entlang der Achse 111 in das Werkstück eindringt. Der Gewindebohrer 110 kann um die Achse 111 gedreht werden, während er sich weiter axial entlang der Achse 111 vorwärts bewegt (4). Die Zähne 161 des Gewindeschneiders 110 können eine Vielzahl von Gewinden 141 in die Innendurchmesserfläche 195 der erweiterten Bohrung 120 schneiden. Die Zähne 161 können Material von dem Werkstück 122 abschneiden und entfernen, um die Gewinde 141 zu schneiden. Die Späne 149 des Materials können in den Spanöffnungen 169 aufgenommen werden und sich darin entlang der Achse 111 in Richtung des zweiten Endes 116 bewegen. Auf diese Weise kann das Loch 120 innerhalb der Zone 199, die durch den Reibahlenabschnitt 112 vorbereitet wurde, mit Gewinden versehen werden (z. B. mit Gewindeschneiden). Mit anderen Worten, die Gewinde 141 können in den Bereich 199 geschnitten werden, der durch die vom Reibahlenabschnitt 112 ausgeführte Arbeit eine erhöhte Restspannung aufweist. Die Gewinde 141 können radial in der Zone 199 enthalten sein (d. h. der Hauptdurchmesser des Gewindes kann höchstens gleich der dritten Breite 194 sein). Die Gewinde 141 können innerhalb der Zone 199 mit erhöhter Eigenspannung geschnitten werden. Infolgedessen kann die Gewindebohrung eine hohe Ermüdungsfestigkeit und eine hohe Lasthaltekraft aufweisen.
Der Gewindeschneidabschnitt 114 kann so konfiguriert werden, dass er die Gewinde 141 mit einem bekannten kleineren Durchmesser und einem bekannten größeren Durchmesser schneidet. Diejenigen, die über normale Fachkenntnisse verfügen, werden verstehen, dass der kleine Durchmesser in Bezug auf die Achse 111 gemessen wird und der kleinste Durchmesser ist, der an den Spitzen oder Kronenspitzen der geschnittenen Gewinde 141 definiert ist, und dass der große Durchmesser in Bezug auf die Achse 111 gemessen wird und der größte Durchmesser ist, der an den Wurzeln der geschnittenen Gewinde 141 definiert ist. Es versteht sich daher, dass die Zähne 161 auf dem Gewindebohrer 110 einen größeren Durchmesser haben können, der dem größeren Durchmesser der Gewinde 141 entspricht, und einen kleineren Durchmesser, der dem kleineren Durchmesser der Gewinde 141 entspricht. In einigen Ausführungsformen kann der kleinere Durchmesser des Schneidteils 114 so gewählt werden, dass er ungefähr der zweiten Breite 192 des Lochs 120 entspricht. In einigen Ausführungsformen kann der Hauptdurchmesser des Schneidabschnitts 114 auch so gewählt werden, dass er höchstens der dritten Breite 194 des Lochs 120 entspricht. Dementsprechend können die Gewinde 141 innerhalb der verdichteten Zone 199 geschnitten werden.
Die Abmessungen des Reibahlenabschnitts 112 und die des Gewindeschneidabschnitts 114 (einschließlich der relativen Abmessungen) können für den Gewindebohrer 110 so gewählt werden, dass das Loch 120 die gewünschten Eigenschaften erhält. In einigen Ausführungsformen kann die Breite 152 des Reibahlenabschnitts 112 am zweiten axialen Ende 156 höchstens zwei Prozent (2%) größer sein als die Breite 152 am ersten axialen Ende 154. Bei dieser Anordnung kann der Reibahlenabschnitt 112 das Loch 120 während des Gebrauchs höchstens um etwa zwei Prozent (2 %) erweitern. Darüber hinaus kann in einigen Ausführungsformen die Breite 162 des Gewindeschneidabschnitts 114 höchstens ein bis zwei Millimeter (1-2 mm) größer sein als die Breite 152 des Reibahlenabschnitts 112 am zweiten axialen Ende 156. Zusätzlich kann der Gewindebohrer 110 mit größeren Kegelwinkeln 158, 168 für ein Werkstück 122, das eine höhere Materialduktilität aufweist, ausgelegt sein. Im Gegensatz dazu kann der Gewindebohrer 110 mit kleineren Kegelwinkeln 158, 168 für ein Werkstück 100 konfiguriert werden, das eine höhere Härte aufweist. Wenn das Loch 120 ein Sackloch ist, kann der Gewindebohrer 110 mit einem Schneidabschnitt 114 mit einer geringeren Länge 160 konfiguriert werden. Ebenso kann der Gewindebohrer 110 in Fällen, in denen das Loch 120 ein Sackloch ist, mit größeren Kegelwinkeln 158, 168 konfiguriert werden, während die Kegelwinkel 158, 168 in Fällen, in denen das Loch 120 ein Durchgangsloch ist, kleiner sein können.
In einigen Ausführungsformen können der Reibahlenabschnitt 112 und der Gewindeschneidabschnitt 114 gemeinsame Materialeigenschaften aufweisen. Zum Beispiel kann der Reibahlenabschnitt 112 aus dem gleichen Material wie der Gewindeschneidabschnitt 114 bestehen (z. B. Werkzeugstahl). Auch können die Teile 112, 114 eine gemeinsame Beschichtung, Wärmebehandlung, Materialhärte usw. aufweisen. In diesen Ausführungsformen kann der Gewindebohrer 110 dadurch hergestellt werden, dass der Reibahlenabschnitt 112 und der Gewindeschneidabschnitt 114 auf einem einzigen, gemeinsamen Schaft 130 geformt werden, und die Abschnitte 112, 114 können der gleichen Wärmebehandlung, Beschichtung usw. unterzogen werden. So können der Reibahlenabschnitt 112 und der Gewindeschneidabschnitt 114 einstückig verbunden sein und gemeinsame Materialeigenschaften aufweisen.
In alternativen Ausführungsformen können der Reibahlenabschnitt 112 und der Gewindeschneidabschnitt 114 unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann zum Beispiel einer der Abschnitte 112 114 eine höhere Materialhärte aufweisen als der andere. Es können eine oder mehrere gehärtete Oberflächen vorhanden sein, die eine Härte von mindestens RC48 aufweisen können. Außerdem kann in einigen Ausführungsformen der Reibahlenabschnitt 112 eine höhere Materialzähigkeit aufweisen als der Gewindeschneidabschnitt 114. Um die Abschnitte 112, 114 mit unterschiedlichen Materialeigenschaften zu versehen, können die Abschnitte 112, 114 separat aus verschiedenen Materialien geformt und dann fest verbunden werden (z. B. durch Schweißen). In weiteren Ausführungsformen kann der Gewindeschneider 110 mit Hilfe von additiven Fertigungstechniken geformt werden, und diese Techniken können zum Formen des Gewindeschneiders 110 mit den angebrachten Teilen 112, 114 und mit unterschiedlichen Materialeigenschaften verwendet werden. In weiteren Ausführungsformen kann einer der Abschnitte 112, 114 einer anderen Wärmebehandlung als der andere unterzogen werden, um die unterschiedlichen Materialeigenschaften zu erzielen (z. B. kann einer der Abschnitte einer ersten Wärmebehandlung und der andere einer anderen zweiten Wärmebehandlung unterzogen werden oder einer der Abschnitte kann wärmebehandelt werden, der andere jedoch nicht). In weiteren Ausführungsformen kann einer der Abschnitte 112, 114 anders beschichtet werden als der andere, um die unterschiedlichen Materialeigenschaften zu erzielen (z. B. kann einer der Abschnitte eine erste Beschichtung und der andere eine andere zweite Beschichtung aufweisen, oder einer der Abschnitte kann beschichtet sein, der andere jedoch nicht). Beschichtungen für die Teile 112, 114 können aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus Titannitrid (TiN), Titancarbonitrid oder Carbo-Nitrid (TiCN), Chromblech, Nitrid, Aluminium-Chrom-Nitrid (AlCrN) und Aluminium-Chrom-TitanNitrid (AlCrTiN) in einigen Ausführungsformen besteht. TiN kann zum Beispiel gewählt werden, um den Spanfluss beim Gewindeschneiden von weicheren Materialien zu erhöhen. TiCn kann wegen seiner hohen Härte und Verschleißfestigkeit gewählt werden. Außerdem kann eine Chromplatte wegen ihrer reibungsmindernden Eigenschaften gewählt werden. Nitrid kann wegen seiner hohen Härte gewählt werden. AlCrN kann wegen seiner thermischen Eigenschaften gewählt werden.
AlCrTiN kann wegen seiner thermischen und/oder verschleißfesten Eigenschaften gewählt werden. Auch TiCN und/oder TiN können wegen ihrer thermischen Eigenschaften und hohen Härte gewählt werden.
Die Verfahren zur Herstellung des hybriden Gewindeschneiders 110 werden nun anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die erörtert. In einigen Ausführungsformen kann der Schaft 130 aus einem Stück bestehen und mit einer glatten Außenfläche versehen sein. Die Welle 130 kann dann maschinell bearbeitet (d.h. Material entfernt) werden, um die Schneidzähne 161, die Spanöffnungen 169 und/oder andere Merkmale des Gewindebohrers 110 zu bilden. In einigen Ausführungsformen kann der Gewindebohrer 110 dann poliert, wärmebehandelt, beschichtet und/oder anderweitig bearbeitet werden. In einigen Ausführungsformen können diese Verfahren dazu führen, dass der Reibahlenabschnitt 112 und der Gewindeschneidabschnitt 114 gemeinsame Materialeigenschaften aufweisen.
In weiteren Ausführungsformen, die in 5 dargestellt sind, können der Reibahlenabschnitt 112 und der Gewindeschneidabschnitt 114 getrennt ausgebildet werden (in Phantomdarstellung). Die sich verjüngende äußere Radialfläche 138 des Reibahlenabschnitts 112 kann an einem Körper 310 ausgebildet werden, und die Schneidzähne 161 des Gewindeschneidabschnitts 114 können an einem anderen Körper 312 ausgebildet werden. Dann können der Reibahlenabschnitt 112 und der Gewindeschneidabschnitt 114 Ende an Ende miteinander verbunden werden. In einigen Ausführungsformen können der Reibahlenabschnitt 112 und der Gewindeschneidabschnitt 114 durch Schweißen fest verbunden werden. Darüber hinaus kann in einigen Ausführungsformen der Gewindeschneidabschnitt 114 aus einem Material und der Reibahlenabschnitt 112 aus einem anderen Material hergestellt werden. Beispielsweise kann der Gewindeschneidabschnitt 114 aus einem Material bestehen, das eine höhere Materialhärte aufweist als das des Reibahlenabschnitts 112. In einigen Ausführungsformen kann der Reibahlenabschnitt 112 auch aus einem Material gebildet werden, das eine höhere Materialzähigkeit aufweist als das des Gewindeschneidabschnitts 114.
In weiteren, in 6 dargestellten Ausführungsformen kann der Hahn 110 additiv hergestellt werden. Zum Beispiel kann eine Vorrichtung zur additiven Fertigung 320 verwendet werden. Ein Emitter 322 kann Energie in ein Bett 300 aus Pulvermaterial abgeben, um den Hahn 110 Schicht für Schicht zu formen. Die Armatur 110 kann additiv hergestellt werden und progressiv wachsen. In der gezeigten Ausführungsform kann der Gewindebohrer 110 schrittweise entlang der Achse 111 gebildet werden; in anderen Ausführungsformen kann der Gewindebohrer 110 jedoch auch schrittweise in einer anderen Richtung (z. B. senkrecht zur Achse 111) gebildet werden. Dieses Verfahren kann bequem und hocheffizient sein. Außerdem kann dieses additive Herstellungsverfahren die Teile 112, 114 mit gemeinsamen Materialeigenschaften versehen. In anderen Ausführungsformen kann das additive Herstellungsverfahren die Teile 112, 114 mit unterschiedlichen Materialeigenschaften ausstatten. In weiteren Ausführungsformen kann das additive Fertigungsverfahren verwendet werden, um die Teile 112, 114 getrennt zu formen, und nach der Formung können die Teile 112, 114 Ende an Ende (z. B. durch Schweißen) verbunden werden.
Darüber hinaus kann in den in 7 dargestellten Ausführungsformen die Herstellung des Gewindeschneiders 110 die Verwendung einer Wärmebehandlungsvorrichtung 302 umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Wärmebehandlungsvorrichtung 302 verwendet werden, um den Wasserhahn 110 mindestens einer Wärmebehandlung zu unterziehen. In einigen Ausführungsformen können die Abschnitte 112, 114 beide auf die gleiche Weise wärmebehandelt werden, um gemeinsame Materialeigenschaften zu erhalten. In anderen Ausführungsformen können die Abschnitte 112, 114 unterschiedlich wärmebehandelt werden, um unterschiedliche Materialeigenschaften zu erhalten. In einigen Ausführungsformen kann auch einer der Abschnitte 112, 114 anstelle des anderen wärmebehandelt werden, um unterschiedliche Materialeigenschaften zu erzielen. Um unterschiedliche Materialeigenschaften zu erzielen, kann die Wärmebehandlungsvorrichtung 302 außerdem dazu verwendet werden, mindestens einen der Abschnitte 112, 114 im getrennten Zustand wärmezubehandeln, und die Abschnitte 112, 114 können anschließend Ende an Ende (z. B. durch Schweißen) verbunden werden.
Wie in 7 gezeigt, kann die Herstellung des Hahns 110 auch die Verwendung einer Beschichtungsvorrichtung 301 umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Beschichtungsvorrichtung 301 verwendet werden, um den Wasserhahn 110 mit mindestens einer Beschichtung zu versehen. In einigen Ausführungsformen können die Abschnitte 112, 114 mit einer gemeinsamen Beschichtung versehen werden. In anderen Ausführungsformen können die Abschnitte 112, 114 mit unterschiedlichen Beschichtungen versehen werden, um ihnen unterschiedliche Materialeigenschaften zu verleihen. In einigen Ausführungsformen kann auch einer der Abschnitte 112, 114 anstelle des anderen beschichtet werden, um ihm unterschiedliche Materialeigenschaften zu verleihen.
Obwohl in der vorangegangenen detaillierten Beschreibung mindestens eine beispielhafte Ausführungsform vorgestellt wurde, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass es eine Vielzahl von Varianten gibt. Es sollte auch gewürdigt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Offenbarung in irgendeiner Weise zu begrenzen. Vielmehr soll die vorstehende detaillierte Beschreibung dem Fachmann einen praktischen Leitfaden für die Umsetzung der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen an die Hand geben. Es versteht sich von selbst, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne dass der Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren gesetzlichen Entsprechungen dargelegt ist, verlassen wird.

Claims

Ein hybrider Gewindeschneider, der eine Längsachse definiert, wobei der hybride Gewindeschneider umfasst: einen Reibahleinsatz; und einen Gewindeschneidabschnitt mit einer Vielzahl von Schneidzähnen, wobei der Gewindeschneidabschnitt zusammen mit dem Reibahlenabschnitt entlang der Längsachse angeordnet ist; der Reibahlenabschnitt so konfiguriert ist, dass er in einem Loch eines Werkstücks vorwärts bewegt wird, um das Loch plastisch zu verformen und zu einem erweiterten Loch zu erweitern und das erweiterte Loch mit einer Zone restlicher Druckspannung zu versehen; und die Vielzahl der Schneidzähne ist so konfiguriert, dass sie ein Gewinde in das erweiterte Loch innerhalb der Zone schneiden.
Hybrider Gewindeschneider nach Anspruch 1, wobei der Reibahlenabschnitt eine glatte radiale Außenfläche aufweist.
Hybrider Gewindeschneider nach Anspruch 1, wobei der Reibahlenabschnitt eine äußere radiale Oberfläche aufweist, die sich in Bezug auf die Längsachse verjüngt.
Hybrider Gewindeschneider nach Anspruch 3, wobei der Gewindeschneidabschnitt entlang der Längsachse verjüngt ist.
Hybrider Gewindeschneider nach Anspruch 1, wobei der Gewindeschneidabschnitt entlang der Längsachse Ende an Ende mit dem Reibahlenabschnitt angeordnet ist.
Hybrider Gewindeschneider nach Anspruch 1, wobei der Reibahlenabschnitt ein vorderes Ende und ein hinteres Ende aufweist, wobei das vordere Ende eine vordere Breite aufweist und wobei das hintere Ende eine hintere Breite aufweist; und wobei die hintere Breite höchstens zwei Prozent (2%) größer ist als die vordere Breite, um das Loch um höchstens zwei Prozent (2%) zu erweitern.
Hybrider Gewindeschneider nach Anspruch 1, wobei der Reibahlenabschnitt und der Gewindeschneidabschnitt einstückig verbunden sind und gemeinsame Materialeigenschaften aufweisen.
Hybrider Gewindeschneider nach Anspruch 1, wobei der Reibahlenabschnitt und der Gewindeschneidabschnitt unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen; und mindestens eines von: wobei der Reibahlenabschnitt und der Gewindeschneidabschnitt aus unterschiedlichen Materialien bestehen; wobei entweder der Reibahlenabschnitt oder der Gewindeschneidabschnitt eine andere Wärmebehandlung als der andere aufweist, um die unterschiedlichen Materialeigenschaften bereitzustellen; und wobei entweder der Reibahlenabschnitt oder der Gewindeschneidabschnitt eine andere Beschichtung aufweist als der andere, um die unterschiedlichen Materialeigenschaften zu erzielen.
Hybrider Gewindeschneider nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Schneidzähnen in einem ersten Steg und einem zweiten Steg angeordnet ist, wobei eine Spanöffnung den ersten Steg und den zweiten Steg in einer Umfangsrichtung um die Längsachse trennt, wobei sich die Spanöffnung entlang der Längsachse durch den Gewindeschneidabschnitt erstreckt und so konfiguriert ist, dass sie während des Schneidens des Gewindes in das erweiterte Loch Späne aufnimmt.
Verfahren zum Herstellen einer Gewindebohrung in einem gegossenen Werkstück unter Verwendung eines hybriden Gewindeschneiders in einem einzigen Hub, umfassend: Versehen eines gegossenen Werkstücks mit einem Loch; Vorschieben eines Reibahlenabschnitts des hybriden Gewindeschneiders in dem Loch in einem einzigen Hub, um das Loch plastisch zu verformen und zu einem erweiterten Loch zu erweitern und das erweiterte Loch mit einer Zone restlicher Druckspannung zu versehen; und Schneiden eines Gewindes in das erweiterte Loch innerhalb der Zone in einem einzigen Hub unter Verwendung eines Gewindeschneidabschnitts des hybriden Gewindeschneiders, wobei der Gewindeschneidabschnitt eine Vielzahl von Schneidzähnen aufweist und der Gewindeschneidabschnitt zusammen mit dem Reibahlenabschnitt entlang der Längsachse des hybriden Gewindeschneiders angeordnet ist.