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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gewindebohrer
und insbesondere auf einen Gewindebohrer, der in der Lage ist,
ein Gewindeschneiddrehmoment zu reduzieren und ebenso die
Haltbarkeit zu verbessern, indem eine Zunahme einer sichtbaren
Fläche von Rändern eines Außengewindes, die eine Störung mit
einem Schleifstein hervorruft, vermieden wird.
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Typischerweise wird ein Gewindebohrer zur Erzeugung von Innen-
gewinden verwendet. Gewindebohrer sind hauptsächlich in zwei
Arten klassifiziert, einen Gewindeschneidbohrer zum Schneiden
der Oberfläche eines vorbereiteten Loches (das Loch entsteht
vor dem Gewindeschneiden), und einen Gewindeformer bzw.
Spanlos-Gewindeformer zur Durchführung einer plastischen
Deformation auf der Oberfläche des Lochs vor dem Gewindeschneiden.
Der Gewindeschneidbohrer erfordert jedoch einen
Beseitigungsprozeß aufgrund der Späne, die durch das Gewindeschneiden
erzeugt werden, und die fertiggestellte Oberfläche wird rauh.
Andererseits werden in dem Spanlos-Gewindeformer während dem
Gewindeschneidprozeß keine Späne erzeugt und die
fertiggestellte Oberfläche des Innengewindes wird ebenso gleichmäßig
wie haltbar, was zu einem breiten Anwendungsbereich führt.
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Ein herkömmlicher Spanlos-Gewindeformer ist in den Fig. 6A
und 6B gezeigt. Wie in einer Vorderansicht in 6A gezeigt ist,
ist die Spitze des herkömmlichen Spanlos-Gewindeformers 100
mit einem Außengewinde 101 zum Walzen von Innengewinden
versehen. Auf dem Außengewinde 101 sind eine kegelig geformte
Abschrägung 101a und ein Vollgewindeteil 101b vorgesehen und
Rippen sind entlang der Schraubenform mit einem vorbestimmten
Steigungswinkel ausgebildet. Wie des weiteren in Fig. 6B
gezeigt ist, besitzt das Außengewinde 101 eine quadratische
Querschnittsgestalt, wobei vier radial vorstehende Ränder 102
und vier Aussparungen 103, die mit den jeweiligen Rändern 102
verbunden sind, abwechselnd auf dem Außengewinde 101 in der
Richtung des Schraubgewindes, das heißt entlang der
Schraubenlinie der Rippen, vorgesehen sind. In dem Beispiel aus Fig.
6A ist jeder Rand 102 parallel zu einer Achse O des Spanlos-
Gewindeformers 100 ausgerichtet.
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Beim Erzeugen eines Innengewindes wird die Abschrägung 101a
des Spanlos-Gewindeformers 100 spiralförmig auf der Oberfläche
des vorbereiteten Lochs in einem Werkstück vorwärts bewegt.
Durch diese spiralförmige Bewegung beißen sich die Ränder 102
auf der Abschrägung 101a in das vorbereitete Loch in dem
Werkstück und gestatten die plastische Deformation (plastisches
Fließen), während sie auf der Oberfläche des Lochs vorwärts
schreiten, wodurch das Innengewinde erzeugt wird. Dieses
Innengewinde wird anschließend von den Rändern 102 auf dem
Vollgewindeteil 101b fertiggestellt (Finish), das sich
ebenfalls schraubenförmig vorwärts bewegt.
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Bei dem herkömmlichen Spanlos-Gewindeformer 100 verlaufen die
Rippen (Gewindespitze und Gewindegrund) auf dem Außengewinde
101 mit einem Steigungswinkel κ, unähnlich zu den Rändern 102,
die parallel zu der Achse O verlaufen, wie in Fig. 7 gezeigt
ist. Deshalb tritt während dem Schleifvorgang zur Erzeugung
des Spanlos-Gewindeformers, bei dem ein Schleifstein, der auf
seiner äußeren Oberfläche Rippen besitzt, entlang der Steigung
der Rippen fortschreitet, um ein Schraubengewinde auf dem
Außengewinde 101 einzuschleifen, eine Störung durch den
Schleifstein mit den Rändern 102 auf, was zu einer Zunahme einer
sichtbaren Breite (Fläche) der Ränder 102 führt. Dies erhöht
in der sichtbaren Breite (Fläche) einen Drehwiderstand während
dem Gewindeschneiden, das heißt eine Zunahme des
Gewindeschneiddrehmomentes, was zu einer Zunahme der Walzlast führt,
was ferner zu einem Brechen der Ränder 102 führt.
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Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben
erwähnten Probleme, die bei der herkömmlichen Technologie
auftauchen, zu lösen, indem ein Spanlos-Gewindeformer mit einem
niedrigen Gewindeschneiddrehmoment und einer hohen Haltbarkeit
bereitgestellt wird, der in der Lage ist, die Zunahme der
sichtbaren Fläche der Ränder, die durch die Störung mit dem
Schleifstein hervorgerufen werden, zu verhindern.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Merkmale sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist der Spanlos-
Gewindeformer ein Außengewinde auf, das mit radial
vorstehenden Rändern und Aussparungen, deren Durchmesser kleiner als
derjenige der Ränder ist, versehen ist. Die Ränder und die
Aussparungen sind abwechselnd auf dem Außengewinde in einer
Schraubengewindeform miteinander verbunden. Beim Erzeugen von
Innengewinden beißen sich die Ränder auf dem Außengewinde in
die Oberfläche eines vorbereiteten Loches eines Werkstückes,
wo eine plastische Deformation durchgeführt wird. Die Ränder
sind schraubenförmig in einer Richtung entgegengesetzt zu
einer Richtung einer Schraubenform des Außengewindes
ausgerichtet.
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Bei dem Spanlos-Gewindeformer gemäß einem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung besitzt das Außengewinde einen
Steigungswinkel α. Die Ränder auf dem Außengewinde besitzen einen
Schraubwinkel β, wobei die Schraubenform der Ränder in
entgegengesetzter Richtung der Schraubenform des Außengewindes
verläuft. Des weiteren ist der Schraubenlinienwinkel β der Ränder
größer als 0°, aber kleiner als 10° oder 4α.
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In dem Spanlos-Gewindeformer gemäß einem dritten Aspekt der
vorliegenden Erfindung sind Ölnuten, die auf dem Außengewinde
vorgesehen sind, entweder parallel oder diagonal zu der Achse
des Außengewindes ausgerichtet. Die Ölnuten erstrecken sich in
einer geraden Linie über einen Teil des Außengewindes oder
über das gesamte Außengewinde.
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In dem Spanlos-Gewindeformer gemäß einem vierten Aspekt der
vorliegenden Erfindung sind die Ölnuten, die auf dem
Außengewinde vorgesehen sind, in der gleichen Art wie die Ränder des
Außengewindes geneigt. Die Ölnuten besitzen einen
Schrägungswinkel β, wo die Schraubenlinie in der entgegengesetzten
Richtung der Schraubenlinie des Außengewindes verläuft. Die
Ölnuten erstrecken sich über einen Teil des Außengewindes oder
über das gesamte Außengewinde.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine Vorderansicht des Spanlos-
Gewindeformers der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 2 ist eine Querschnittansicht entlang der
Linie II-II auf dem Spanlos-Gewindeformer aus
Fig. 1.
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Fig. 3 ist eine vergrößerte Vorderansicht, die
einen Teil des Außengewindes des Spanlos-
Gewindeformers der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse des
Gewindebohrtests des herkömmlichen
Gewindebohrers und des Gewindebohrers der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Fig. 5 ist ein Diagramm, das einen
Leistungsvergleich zwischen der vorliegenden Erfindung
(Muster A) und der herkömmlichen Technologie
(Muster B) in Tabellenform zeigt.
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Fig. 6A und 6B sind Diagramme, die den herkömmlichen
Gewindebohrer zeigen, wobei jeweils Fig. 6A eine
Vorderansicht und Fig. 6B eine
Querschnittansicht des herkömmlichen Spanlos-
Gewindeformers ist.
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Fig. 7 ist eine vergrößerte Vorderansicht, die
einen Teil des Außengewindes des herkömmlichen
Spanlos-Gewindeformers zeigt.
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Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
erläutert. Fig. 1 ist eine Vorderansicht des Spanlos-
Gewindeformers der vorliegenden Erfindung, die eine verkürzte
axiale Länge eines Schafts zeigt. Ein Gesamtaufbau des
Spanlos-Gewindeformers 1 wird zunächst unter Bezugnahme auf Fig.
1 erläutert.
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Der Spanlos-Gewindeformer 1 der vorliegenden Erfindung besteht
hauptsächlich aus einem zylindrischen Schaft 2 und einem
Außengewinde 3, das an der Spitze des Schafts 2 vorgesehen ist
(rechte Seite in Fig. 1). Des weiteren wird der Spanlos-
Gewindeformer 1 als Werkzeug verwendet, um ein Innengewinde in
einem vorbereiteten Loch (Loch vor dem Gewindeschneiden) eines
Werkstückes zu erzeugen, was durch das Drehmoment einer
Endbearbeitungsmaschine, das durch einen (nicht gezeigten) Halter,
der den Schaft lagert, übertragen wird, und durch eine
Zuführung, die mit der Steigung des Schraubengewindes
übereinstimmt, bewerkstelligt wird. Die Rippen werden anschließend
auf der Oberfläche des vorbereiteten Lochs des Werkstückes
durch plastisches Fließen angehoben, wodurch das Innengewinde
erzeugt wird. Der Innengewindeerzeugungsvorgang mit dem
Spanlos-Gewindeformer 1 ist jedoch nicht auf das
Maschinenbearbeiten wie durch ein Maschinenzentrum begrenzt, sondern kann
manuell bewerkstelligt werden.
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Der zylindrische Schaft 2, der eine Achse O besitzt, ist aus
einem Hochgeschwindigkeitswerkzeugstahl hergestellt, wobei ein
quadratischer Schaftabschnitt 2a, dessen Querschnitt
quadratisch geformt ist, an einem anderen Ende (linke Seite in Fig.
1) vorgesehen ist. Das Material für den Schaft 2 ist nicht auf
den Hochgeschwindigkeitswerkzeugstahl begrenzt und kann auch
ebenso aus einem Sinterkarbid hergestellt sein.
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Das Außengewinde 3 wird an der Spitze des Schafts (rechte
Seite in Fig. 1) vorgesehen. Das Außengewinde 3 dient dazu, sich
spiralförmig durch das vorbereitete Loch des Werkstückes zu
bewegen, um das Innengewinde zu erzeugen (einzuwalzen) und ist
mit einer Abschrägung 3a und einem Vollgewindeteil 3b
versehen. Ölnuten 4 sind diagonal hinsichtlich der Achse O auf der
Außenoberfläche des Außengewindes 3 vorgesehen.
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Die Abschrägung 3a dient dazu, ein Innengewinde durch
plastisches Fließen zu erzeugen, wenn sie sich in eine innere
Oberfläche des vorbereiteten Lochs des Werkstückes beißt, und
besitzt eine kegelförmige Gestalt, wobei ein Außendurchmesser in
seiner Größe allmählich zu der Spitze hin abnimmt (zur rechten
Seite in Fig. 1). Die Länge der Abschrägung 3a des
Gewindebohrers in der vorliegenden Erfindung besteht aus zwei
Gewindegängen, jedoch kann sie auch jegliche andere Anzahl an
Gewindegängen sein.
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Der Vollgewindeteil 3b verbessert das Finish des Innengewindes
und führt oder dient ebenso zur Selbstführung, wenn das
Innengewinde hauptsächlich durch den Walzprozeß erzeugt wird. Der
Vollgewindeteil 3b stimmt im wesentlichen mit den Rippen
(Gewindespitzen und Gewindegrund) des einzuwalzenden
Innengewindes überein.
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Während dem Innengewindeeinwalzvorgang fördern die Ölnuten 4
einen Schmiereffekt und liefern das Schneidöl an die
Walzenoberfläche. Da sie sich in einer geraden Linie von der Spitze
zum Ende des Außengewindes 3 erstrecken, können die Ölnuten 4leicht nach einem Gewindeschleifvorgang des Außengewindes 3
erzeugt werden.
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Die Ölnuten 4 können eher parallel zur Achse O oder in einer
Spiralform vorgesehen werden, als in der Diagonalrichtung, wie
in Fig. 1 gezeigt ist. Des weiteren müssen sich die Ölnuten 4
nicht von der Spitze bis zum Ende des Außengewindes 3
erstrecken, sondern können nur auf einem Teil des Außengewindes 3
vorgesehen sein. Beispielsweise können sie an der Spitze des
Außengewindes 3 vorgesehen sein.
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Als nächstes wird der Querschnitt des Außengewindes 3 auf dem
Spanlos-Gewindeformer 1 unter Bezugnahme auf Fig. 2
erläutert, die den Querschnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1
zeigt. Zum leichteren Verständnis entspricht das Diagramm dem
Außengewinde 3, wenn es entlang dem Gewindegrund der Rippe
geschnitten ist.
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In Fig. 2 besitzt das Außengewinde 3 einen achteckigen
Querschnitt, der mit acht Ecken ausgebildet ist, die nach außen
gekrümmt sind, wobei die Rippe mit annähernd derselben Höhe
von der Außenoberfläche des Querschnitts (dem Gewindegrund)
entlang der Schraubenlinie in einen vorbestimmten
Steigungswinkel ausgebildet ist. In dieser Querschnittansicht in Fig.
2 ist die Rippe mit acht Rändern 5 ausgebildet, die radial
vorstehen, und mit acht Aussparungen 6, von denen jede
zwischen zwei angrenzenden Rändern 5 vorgesehen ist.
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Deshalb sind die Ränder 5 und die Aussparungen 6, die auf der
Rippe des Außengewindes 3 vorgesehen sind, in der Richtung des
Schraubengewindes, das heißt entlang der Schraubenlinie, mit
einem vorbestimmten Steigungswinkel ausgebildet und sind
abwechselnd um die Achse O miteinander verbunden. Da die Ränder
5 in einem vorbestimmten Schrägwinkel β ausgerichtet sind
(siehe Fig. 3), was später erläutert wird, ist jeder Rand 5
leicht von dem angrenzenden Rand in einer Umfangsrichtung
versetzt, wenn sie bei jeder Steigung (einer Drehung) der
Schraubenlinie verbunden sind.
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Des weiteren sind die obenerwähnten Ölnuten 4 an vier der
acht Aussparungen 6, die einander gegenüberliegen, vorgesehen,
wobei jede Ölnut 4 eine halbkreisförmige Querschnittgestalt
besitzt. Die Querschnittgestalt dieser Ölnuten 4 ist im
einzelnen nicht auf die halbkreisförmige Gestalt begrenzt und
kann in einem V-förmigen Querschnitt oder einer anderen
Gestalt ebenso aufgebaut sein. Ferner muß die Anzahl der Ölnuten
4 nicht immer vier sein, sondern es können auch weniger oder
mehr als vier sein.
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Des weiteren müssen überhaupt keine Ölnuten 4 auf dem
Außengewinde 3 vorgesehen sein. Insbesondere ist ein Spanlos-
Gewindeformer 1 mit einem kleinen Außendurchmesser,
beispielsweise mit einer Nennbezeichnung von bis zu M2, 6,
bevorzugterweise ein Gewindeformer ohne Ölnut. Der Grund hierfür ist, daß
das Gewindeschneiddrehmoment, das bei kleinen Gewindebohrern
auftritt, ebenso klein ist und daß das Schmieröl nicht so
stark erforderlich ist. Als ein Ergebnis kann der
Schleifvorgang zum Bereitstellen der Ölnuten beseitigt werden, was
wiederum die Herstellungskosten für den Spanlos-Gewindeformer 1
reduziert.
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Als nächstes wird die Spiraldrehung des Randes 5 unter
Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert. Fig. 3 ist eine Vorderansicht
des Spanlos-Gewindeformers 1 und insbesondere ist es eine
vergrößerte Vorderansicht eines Teils des Außengewindes 3. Zum
leichteren Verständnis ist in Fig. 3 eine Schraffur
vorgesehen, um die Ränder 5 zu zeigen. Die rechte Seite in Fig. 3
ist auf die Spitze des Spanlos-Gewindeformers 1 gerichtet
(Abschrägung 3a des Außengewindes 3) und die linke Seite auf ein
anderes Ende des Spanlos-Gewindeformers 1 gerichtet
(Vollgewindeteil 3b des Außengewindes 3).
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Die Ränder 5 sind schraubenartig (spiralartig) in einer
Richtung entgegengesetzt zur Schraubenlinie des Außengewindes 3
ausgerichtet. Mit anderen Worten, wenn das Außengewinde 3 ein
Rechtsgewinde ist, werden die Ränder 5 nach links verdreht,
und wenn das Außengewinde ein Linksgewinde ist, werden die
Ränder 5 nach rechts verdreht.
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In der Ausführungsform in Fig. 3 hat der Rand eine
linksgerichtete Verdrillung, da das Außengewinde 3 des Spanlos-
Gewindeformers 1 ein Rechtsgewinde ist. Deshalb ist die Rippe
(Gewindespitze und Gewindegrund) des Außengewindes 3 von der
Spitze zum Ende des Außengewindes 3 nach oben geneigt (wie in
Fig. 3 gezeigt ist), während die Ränder 5 von der Spitze zum
Ende des Außengewindes 3 nach unten geneigt sind.
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Als ein Ergebnis werden die Ränder 5 in einem rechten Winkel
relativ zu dem Steigungswinkel der Rippe auf dem Außengewinde
3 vorgesehen. Somit wird in dem Gewindeschleifvorgang zum
Erzeugen des Spanlos-Gewindeformers 1, bei dem der Schleifstein
entlang der Steigung der Rippe fortschreitet, um das
Außengewinde 3 zu schleifen, durch den Schleifstein keine Störung an
den Rändern 5 auftauchen. Folglich gibt es ungleich zu der
herkömmlichen Technologie keinen Anstieg der sichtbaren Breite
(Fläche) der Ränder 5 durch die Störung.
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Als ein Ergebnis der Verhinderung eines Anstiegs der
sichtbaren Fläche des Randes 5 aufgrund der Störung mit dem
Schleifstein kann der Drehwiderstand während dem Gewindeschneiden
(Gewindeschneiddrehmoment) reduziert werden. Als ein Ergebnis
kann die Walzlast, die auf den Rand 5 aufgebracht wird, ebenso
reduziert werden, wodurch ein vorzeitiges Versagen in den
Rändern 5 vermieden werden kann, ebenso wie eine hohe Haltbarkeit
des Spanlos-Gewindeformers erzielt werden kann.
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In den bevorzugten Ausführungsformen ist ein Schrägungswinkel
β des Randes 5 größer als 0° und kleiner 10° oder 4α, wenn der
Steigungswinkel des Außengewindes 3 gleich α ist. In dem der
Schrägungswinkel β größer als 0° ist, werden die Ränder 5
nicht parallel zur Achse O, womit die Störung mit dem
Schleifstein unterdrückt werden kann, was zu einer Reduzierung des
Gewindeschneiddrehmomentes führt, ebenso wie zur Erhöhung der
Haltbarkeit.
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Wenn der Schrägungswinkel β zu groß ist, wird es für den
Spanlos-Gewindeformer schwierig, in der Axialrichtung in dem
vorbereiteten Loch vorzuschreiten, was das
Gewindeschneiddrehmoment erhöht. In dem der Schrägungswinkel β kleiner als 10°
oder 4α ist, kann somit ein solches Problem vermieden werden.
Wie oben erwähnt wurde, liegt die Schraubenlinie der Ränder 5
in der Richtung entgegengesetzt zu der Schraubenlinie des
Außengewindes 3. Aufgrund dessen wird es für den Spanlos-
Gewindeformer 1 schwierig während dem Gewindeschneiden in der
Axialrichtung gepreßt zu werden, wenn der Schrägungswinkel β
des Randes 5 unnötigerweise groß ist. Somit ist es möglich,
ein solches Problem zu lösen, indem die obere Grenze des
Schrägungswinkels β des Randes 5 so festgelegt ist, daß er
kleiner als 10° oder 4α ist.
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Der Bereich von "kleiner als 10° oder 4α", wie er oben erwähnt
wurde, bedeutet, daß die obere Grenze des Schrägungswinkels β
entweder 10° oder 4α ist, je nachdem, welcher Wert größer ist,
und bedeutet nicht, daß alle Schrägungswinkel, die größer als
10° sind, ausgeschlossen sind. Wenn die Nennbezeichnung des
Spanlos-Gewindeformers 1 beispielsweise M5 × 0,8 beträgt, ist
der Steigungswinkel α gleich 3°15', wobei viermal (4α) der
Steigungswinkel gleich 13° ist. In diesem Fall ist die obere
Grenze des Schrägungswinkels β nicht 10°, sondern eher 13°,
das heißt, 4α.
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Im Gegensatz dazu ist der Steigungswinkel α in dem Fall, in
dem ein Spanlos-Gewindeformer mit einem großen Durchmesser
oder ein Spanlos-Gewindeformer für ein Feingewinde erzeugt
wird, relativ klein, wie beispielsweise 1°. Aufgrund dessen
wird der Steigungswinkel α viermal (4α) zu 4°, jedoch ist die
obere Grenze des Schrägungswinkels β nicht 4α oder 4° sondern
eher 10°.
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Das Herstellungsverfahren des Spanlos-Gewindeformers 1 der
vorliegenden Erfindung, der oben beschrieben wurde, wird unter
Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert. Zuerst wird für die äußere
Oberfläche des zylindrischen Materials, das aus dem vorstehend
erwähnten vorbestimmten Metall hergestellt ist, ein
Gewindeschleifprozeß zum Schleifen der Rippe des Außengewindes 3
durchgeführt. Bei dem Gewindeschleifprozeß wird das
zylindrische Material um die Achse O gedreht und axial nach vorne
bewegt, während es mit der äußeren Oberfläche eines
Schleifsteins, der Rippen besitzt, in Kontakt steht. Als ein Ergebnis
werden die Rippen (die Ränder 5 und die Aussparungen 6 mit dem
Schrägungswinkel β) des Außengewindes 3 erzeugt.
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Wie vorstehend erwähnt wurde, sind bei dem herkömmlichen
Spanlos-Gewindeformer die Ränder parallel zur Achse O, womit es
schwierig ist, eine Gewindegrundbreite der Ränder während dem
Gewindeschleifprozeß zu steuern. Da jedoch der Spanlos-
Gewindeformer 1 der vorliegenden Erfindung Ränder 5 besitzt,
die in einer senkrechten Art zu der Steigung des Außengewindes
3 angeordnet sind, kann somit die Gewindegrundbreite der
Ränder 5 leicht währenddem Gewindeschleifprozeß gesteuert
werden.
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Deshalb wird durch Steuern der Breite (der Gewindegrundbreite)
der Ränder 5 während dem Gewindeschleifprozeß ein Spanlos-
Gewindeformer 1 erhalten, der eine Breite der Ränder besitzt,
die mit dem Material eines Werkstückes übereinstimmen. In dem
Spanlos-Gewindeformer zum Verarbeiten eines relativ weichen
Materials wie beispielsweise Aluminium, kann das
Gewindeschneiddrehmoment beispielsweise durch einen Spanlos-
Gewindeformer mit einer kleinen Breite des Randes 5 reduziert
werden. Im Gegensatz dazu kann in dem Spanlos-Gewindeformer
zur Verarbeitung eines harten Materials wie Edelstahl, der
Verschleiß durch Vergrößern der Breite des Randes 5 gesteuert
werden.
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Der Durchmesser des Schleifsteins ist groß genug für den
Durchmesser des Spanlos-Gewindeformers 1. Beispielsweise
beträgt der Durchmesser des Schleifsteins zum Erzeugen eines
M10-Spanlos-Gewindeformers annähernd 500 mm. Ein solcher
Unterschied im Durchmesser ist auch ein Faktor, der die Zunahme der
Störung mit dem Schleifstein hervorruft. Jedoch ist ein
solcher Unterschied im Durchmesser unvermeidbar, wenn der
Durchmesser des Gewindebohrers klein ist, um die Schleifeffizienz
(Produktion) im praktischen Gebrauch aufrechtzuerhalten.
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Nach dem Gewindeschleifprozeß wird ein Nutenschleifprozeß zum
Erzeugen der Ölnuten 4 durchgeführt, wodurch der
Produktionsprozeß des Spanlos-Gewindeformers 1 vervollständigt wird.
Bei diesem Prozeß werden die Ölnuten 4 mit einer vorbestimmten
Tiefe und einer Anzahl von der Spitze zu dem Ende des
Außengewindes 3 erzeugt, indem das Planoberflächenschleifen auf dem
Außengewinde 3 diagonal hinsichtlich der Achse O angewandt
wird, wodurch der Spanlos-Gewindeformer 1 fertiggestellt wird.
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Das Ergebnis des Gewindeschneidtests, der an dem Spanlos-
Gewindeformer 1 der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird,
wird nachfolgend beschrieben. Bei dem Gewindeschneidtest
werden das Gewindeschneiddrehmoment und die Axiallast, die beim
Walzen des Innengewindes in das vorbereitete Loch des
Werkstückes auftreten, gemessen.
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Die genauen Daten des Gewindeschneidtests enthalten: (1)
Werkstückmaterial: JIS-S45C, (2) Durchmesser eines Lochs vor dem
Gewindeschneiden: ∅ 4,6 × 9 mm (Durchgangsloch), (3)
Gewindeschneidlänge: 7,5 mm, (4) Gewindeschneidgeschwindigkeit:
955 U/min (15 m/min), (5) Verwendete Maschine:
Vertikalbearbeitungszentrum, und (6) Gewindeschneidöl: wasserlösliches
Schneidöl.
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Des weiteren wird der Gewindeschneidtest an dem Spanlos-
Gewindeformer 1 in der vorliegenden Erfindung durchgeführt (im
nachfolgenden als "Muster A" Bezug genommen), und am
herkömmlichen Spanlos-Gewindeformer mit einer ähnlichen Gestalt und
ähnlichen Abmessungen mit Ausnahme der Ränder 5, die parallel
zur Achse O verlaufen (hier im nachfolgenden wird darauf als
"Muster B" Bezug genommen). Die Form des Musters A und des
Musters B ist: (1) Nennbezeichnung: M5 × 0,8, (2) Länge der
Abschrägung 3a: zwei Gewindesteigungen, (3) Steigungswinkel α
des Gewindes: 3°15', und (4) Schrägungswinkel β der Ränder 5:
6°30' im Muster A und 0° im Muster B.
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Fig. 4 zeigt das Ergebnis des Gewindeschneidtests, das den
Zeitübergang des Gewindeschneiddrehmomentes Y zwischen dem
Muster A (vorliegende Erfindung) und dem Muster B
(herkömmliches Beispiel) vergleicht. In Fig. 4 zeigt die horizontale
Achse 10 den Zeitverlauf X vom Start des Gewindeschneidtests
an, und die vertikale Achse 11 zeigt das in dem
Gewindebohrtest gemessene Gewindeschneiddrehmoment Y an. Des weiteren ist
der Meßwert 12 ein Diagramm des Musters B und der Meßwert 13
ist ein Diagramm des Musters A.
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Fig. 5 zeigt die Daten zum Vergleich der Leistung, das heißt
das Gewindeschneiddrehmoment und die Axiallast, zwischen dem
Muster A und dem Muster B. Genauer gesagt drückt die Tabelle
in Fig. 5 für den Leistungsvergleich die Leistung des Musters
A (vorliegende Erfindung) aus, unter Verwendung der Leistung
des Musters B (herkömmliches Beispiel) als Referenz, wobei die
Leistung des Musters B als "1" angegeben wird. Deshalb ist die
Leistung des Musters A um so besser, je weiter sie unter "1"
liegt.
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Beim Vergleich des Meßwertes 12 (Muster B) und des Meßwertes
13 (Muster A) in Fig. 4 haben die Gewindeschneiddrehmomente Y
in beiden Graphen ähnliche Steigungen, die dramatisch
ansteigen, nachdem mit dem Gewindeschneiden begonnen wurde. Nach
diesem Anstieg fährt das Gewindeschneiddrehmoment Y des
Meßwertes 12 fort, entlang dem Zeitverlauf X mit einem relativ
großen Winkel weiter anzusteigen.
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Im Gegensatz dazu hält das Gewindeschneiddrehmoment Y des
Meßwerts 13 (Muster A) einen konstanten Wert mit einem geringeren
Absolutwert als dem Meßwert 12 (Muster B). Als ein Ergebnis
beträgt der Leistungsvergleich des Gewindeschneiddrehmoments
des Musters A "0,83" wie in Fig. 5 gezeigt ist, was 23%
geringer als beim Muster B ist.
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Des weiteren zeigt die fertiggestellte Oberfläche des
Innengewindes, das von dem Muster A (vorliegende Erfindung) erzeugt
wurde, bei dem das Gewindeschneiddrehmoment Y konstant ist,
die bessere Präzision als die fertiggestellte Oberfläche des
Innengewindes, das durch das Muster B (herkömmliches Beispiel)
erzeugt wird. Die Leistung der Axiallast in dem Muster A ist
im wesentlichen dieselbe wie diejenige aus dem Muster B, wie
in Fig. 5 gezeigt ist.
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Als nächstes wird das Ergebnis des Haltbarkeitstests des
Spanlos-Gewindeformers 1 der vorliegenden Erfindung erläutert. Der
Haltbarkeitstest zählt die Anzahl an Gewindeschneidvorgängen
bis der Verschleiß, der auf der Abschrägung 3a des Spanlosen
Gewindeformers 1 erzeugt wird, einen vorbestimmten
Referenzwert überschreitet.
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Die detaillierten Daten des Haltbarkeitstests enthalten: (1)
Arbeitsmaterial: JIS-S25C, (2) Durchmesser eines Lochs vor dem
Gewindeschneiden: ∅ 13,2 × 30 mm (Sackloch), (3)
Gewindeschneidlänge: 30 mm, (4) Gewindeschneidgeschwindigkeit: 220 U/min. (5)
verwendete Maschine: Horizontalbearbeitungszentrum; (6)
Zuführung: Steif, und (7) Gewindeschneidöl: wasserlösliches
Schneidöl.
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Die Form des Musters A (vorliegende Erfindung) ist wie folgt:
(1) Nennbezeichnung: M14 × 1,5, (2) Länge der Abschrägung 3a: 2
Gewindesteigungen, (3) Steigungswinkel α des Gewindes: 2°05',
(4) Schrägungswinkel β der Ränder 5 : 4°10' in dem Muster A und
0° in dem Muster B.
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In dem Haltbarkeitstest ist der Verschleißbetrag niedriger als
der Referenzwert in beiden Mustern A und B, infolge einer
Bestätigung des Ergebnisses des Verschleißes auf der Abschrägung
3a des Musters A (vorliegende Erfindung) und des Musters B
(herkömmliches Beispiel), wenn die Anzahl der
Gewindeschneidvorgänge 5000 erreicht. Wenn die Anzahl der
Gewindeschneidvorgänge 10000 erreicht, wird des weiteren ein Verschleiß in
Muster B beobachtet, der größer als der Referenzwert ist, wo ein
Teil der Abschrägung 3a Fehler zeigt.
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Im Gegensatz dazu fährt das Muster A fort, in einer normalen
Art und Weise zu verschleißen, ohne zu versagen, sogar wenn
die Anzahl der Gewindeschneidvorgänge 15000 erreicht, wobei
der Verschleißgrad noch niedriger als der Referenzwert ist.
Anschließend wird ein Verschleiß auf dem Muster A beobachtet,
der größer als der Referenzwert ist, wenn die Anzahl an
Gewindeschneidvorgängen 18000 erreicht.
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Der Gewindeschneidtest, ebenso wie der Haltbarkeitstest werden
auch unter anderen Bedingungen als unter dem Schrägungswinkel
β für das Muster A (vorliegende Erfindung), der oben erwähnt
wurde durchgeführt (β = 2α). Als ein Ergebnis zeigte die oben
erwähnte Bedingungen (β = 2α) die beste Leistung im
Gewindeschneiddrehmoment und der Haltbarkeit als bei anderen Winkeln.
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Des weiteren wurde hinsichtlich des oberen Grenzwertes des
Schrägungswinkels β in dem Gewindeschneidtest der
Schrägungswinkel β auf viermal dem Steigungswinkel α festgelegt
(β = 4α = 13°), und in dem Haltbarkeitstest wird der
Schrägungswinkel β auf 10° festgelegt (β = 10% > 4α). In diesem Fall wird
immer noch eine bessere Leistung als diejenige des Musters B
(herkömmliches Beispiel) beobachtet, obwohl das
Gewindeschneiddrehmoment und die Haltbarkeit niedriger ist als im
Falle von β = 2α. Deshalb ist es unter Berücksichtigung der
Produktionsschwankung vorzuziehen, daß der obere Grenzwert des
Schrägungswinkels β niedriger als 10° oder 4α ist.
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Obwohl nur eine bevorzugte Ausführungsform im speziellen
dargestellt und hier beschrieben wird, ist es offensichtlich, daß
viele Modifikationen und Abwandlungen der vorliegenden
Erfindung im Lichte der obigen Lehre und im Umfang der beigefügten
Ansprüche möglich sind, ohne den Gedanken und Schutzumfang der
Erfindung zu verlassen.
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Beispielsweise wird die Querschnittform des Spanlos-
Gewindeformers 1 als achteckig beschrieben, jedoch kann sie
auch eine dreieckige Form oder eine andere polygonale Form
haben. In einem solchen Fall müssen die Ränder 5 nicht auf allen
radial vorstehenden Abschnitten ausgebildet sein, sondern sie
können axial in entweder einer oder zwei Reihen für jede
polygonale Form vorgesehen werden.
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Des weiteren kann die Oberfläche des Spanlos-Gewindeformers 1
mit einer Oberflächenbehandlung durch Nitrieren oder mit einer
Oberflächenbeschichtungsbehandlung durch eine Tin- oder TiCN-
Beschichtung behandelt werden. Der Bereich einer solchen
Behandlung kann das gesamte Außengewinde 3 oder gerade einen
Teil des Außengewindes 3 umfassen.
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Gemäß dem Spanlos-Gewindeformer 1 gemäß dem ersten Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist der Rand des Außengewindes in der
der Schraubenform auf dem Außengewinde entgegengesetzten
Richtung verdreht. Mit anderen Worten drehen sich die Ränder des
Außengewindes nach links, wenn das Außengewinde ein
Rechtsgewinde ist, und sie drehen sich nach rechts, wenn das
Außengewinde ein Linksgewinde ist. Aufgrund dessen ist jeder Rand,
der an der axialen Richtung des Außengewinde angrenzt,
senkrecht zum Steigungswinkel der Rippen des Außengewindes, womit
die Störung an den Rändern, hervorgerufen durch den
Schleifstein während dem Gewindeschleifprozeß, verhindert werden
kann.
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Deshalb kann ungleich zu dem herkömmlichen Spanlos-
Gewindeformer der Drehwiderstand während dem Gewindeschneiden,
das heißt, das Gewindeschneiddrehmoment, reduziert werden. Als
ein Ergebnis wird die auf die Ränder aufgebrachte Last
reduziert, wodurch ein Spanlos-Gewindeformer mit einer hohen
Haltbarkeit erhalten wird.
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Zusätzlich zu dem Effekt des ersten Aspektes der vorliegenden
Erfindung ist der Schrägungswinkel β des Spanlos-
Gewindeformers gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung auf dem Außengewinde größer als 0° und kleiner als 10°
oder 4α (je nachdem was größer ist), wenn der Steigungswinkel
α ist. Deshalb haben die Ränder des Außengewindes einen
Schrägungswinkel, der größer als 0° Mit anderen Worten, die
Störung mit dem Schleifstein kann verhindert werden, da die
Ränder nicht parallel zur Achse des Außengewindes werden, was
wiederum das Gewindeschneiddrehmoment reduziert und die
Haltbarkeit verbessert.
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Die Schraubenlinie der Ränder verläuft in der
entgegengesetzten Richtung zu der Schraubenlinie des Außengewindes. Somit
kann der Spanlos-Gewindeformer während des Gewindeschneidens
schwer in die Axialrichtung gepreßt werden, wenn der
Schrägungswinkel der Ränder zu groß wird, was zu einer Zunahme des
Gewindeschneiddrehmomentes führt. Jedoch haben die Ränder des
Außengewindes in der vorliegenden Erfindung einen
Schrägungswinkel, der kleiner als 10° oder 4α ist, daher wird der
Schrägungswinkel nicht größer als notwendig, wodurch die
Schwierigkeit beim Pressen des Spanlos-Gewindeformers in der
Axialrichtung beseitigt wird. Dies wiederum unterdrückt die Zunahme des
Gewindeschneiddrehmomentes ebenso wie es die Haltbarkeit
verbessert.
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Gemäß dem Spanlos-Gewindeformer gemäß den dritten und vierten
Aspekten der vorliegenden Erfindung sind zusätzlich zu den
oben beschriebenen Auswirkungen die Ölnuten, die in dem
Außengewinde vorgesehen sind, entweder parallel oder diagonal zu
der Achse und erstrecken sich in einer geraden Linie. Dies
erlaubt es den Ölnuten, leicht und schnell erzeugt zu werden.
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Wenn des weiteren diese Ölnuten einen Schrägungswinkel β
haben, das heißt, wenn sie in derselben Richtung wie die axial
angrenzenden Ränder verdreht sind, können die Ölnuten leicht
auf den Aussparungen eingearbeitet werden, sogar wenn die
Breite der Aussparungen klein ist und der Raum zur Erzeugung
der Ölnuten klein ist.