DE10238775B4

DE10238775B4 - Gewindebohrer

Info

Publication number: DE10238775B4
Application number: DE10238775A
Authority: DE
Inventors: Kensuke Shinshiro Hikosaka; Haruyasu Shinshiro Andoh
Original assignee: OSG Corp
Current assignee: OSG Corp
Priority date: 2001-10-22
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2022-08-24
Also published as: JP3609366B2; US6685573B2; JP2003127027A; US20030078109A1; DE10238775A1

Abstract

Spanlos-Gewindeformer (1), der ein schraubenförmiges Außengewinde (3) besitzt, mit abwechselnd miteinander verbundenen Rändern (5) und Aussparungen (6) zur Erzeugung eines Innengewindes durch plastische Verformung, indem die Ränder des Außengewindes in eine Oberfläche eines vorbereiteten Lochs eines Werkstücks beißen, wobei eine Schraubenlinie der Ränder des Außengewindes in entgegengesetzter Richtung zu einer Richtung einer Schraubenlinie des Außengewindes verläuft.

Description

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.
Typischerweise wird ein Gewindebohrer zur Erzeugung von Innengewinden 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.
Ein firmenintern bekannter Spanlos-Gewindeformer ist in den 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 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 6A ist jeder Rand 102 parallel zu einer Achse O des Spanlos-Gewindeformers 100 ausgerichtet.
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.
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 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.
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.
Ferner ist aus der EP 0 767 024 A1 ein Gewindebohrer bekannt, mit dem ein Grad am innenliegenden Beginn eines Sacklochgewindes mit dem Gewindebohrer gleichzeitig mit dem Gewindeschneidvorgang entfernt wird. Ein solcher Gewindebohrer weist mehrere radiale Abschnitte auf, die am Außenumfang eines Hauptkörpers ausgebildet sind, um einen Gewindeteil zu formen, wobei der Hauptkörper in eine Richtung gedreht wird, um eine Innenumfangsoberfläche eines Materials durch die radialen Abschnitte plastisch zu verformen, um das Innengewinde zu bilden. Ein Schneidteil ist an wenigstens einer Position zwischen den radialen Abschnitten in der Umfangsrichtung des Gewindeteils vorgesehen, um die Gewindespitze des Innengewindes abzuschneiden.
Aus der US 3,656,197 ist ein wieder verwendbarer Gewindebohrer bekannt, mit dem ein Fehler vermieden werden soll, der an den Presspunkten auf den Flanken der Gewindezähne angrenzend zur Gewindespitze auftritt. Dazu ist die Gewindebohrergeometrie so gewählt, dass die Hochpunkte des Gewindebohrers auf einer Schraubenlinie angeordnet sind, die einer Schraubenlinie des zu schneidenden Gewindes entgegengesetzt liegt und annähernd den gleichen Winkel wie die Gewindespitze aufweist, wodurch ein Umfangsversatz kompensiert wird, der ansonsten zu einem Schleifen des Gewindes führen würde.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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.
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.
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.
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
1 ist eine Vorderansicht des Spanlos-Gewindeformers der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie II-II auf dem Spanlos-Gewindeformer aus 1.
3 ist eine vergrößerte Vorderansicht, die einen Teil des Außengewindes des Spanlos-Gewindeformers der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse des Gewindebohrtests des herkömmlichen Gewindebohrers und des Gewindebohrers der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein Diagramm, das einen Leistungsvergleich zwischen der vorliegenden Erfindung (Muster A) und der herkömmlichen Technologie (Muster B) in Tabellenform zeigt.
6A und 6B sind Diagramme, die den herkömmlichen Gewindebohrer zeigen, wobei jeweils 6A eine Vorderansicht und 6B eine Querschnittansicht des herkömmlichen Spanlos-Gewindeformers ist.
7 ist eine vergrößerte Vorderansicht, die einen Teil des Außengewindes des herkömmlichen Spanlos-Gewindeformers zeigt.
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. 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 1 erläutert.
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 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.
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 1) vorgesehen ist. Das Material für den Schaft 2 ist nicht auf den Hochgeschwindigkeitswerkzeugstahl begrenzt und kann auch ebenso aus einem Sinterkarbid hergestellt sein.
Das Außengewinde 3 wird an der Spitze des Schafts (rechte Seite in 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.
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 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.
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.
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 4 leicht nach einem Gewindeschleifvorgang des Außengewindes 3 erzeugt werden.
Die Ölnuten 4 können eher parallel zur Achse 0 oder in einer Spiralform vorgesehen werden, als in der Diagonalrichtung, wie in 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.
Als nächstes wird der Querschnitt des Außengewindes 3 auf dem Spanlos-Gewindeformer 1 unter Bezugnahme auf 2 erläutert, die den Querschnitt entlang der Linie II-II aus 1 zeigt. Zum leichteren Verständnis entspricht das Diagramm dem Außengewinde 3, wenn es entlang dem Gewindegrund der Rippe geschnitten ist.
In 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 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.
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 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.
Des weiteren sind die oben erwähnten 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.
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.
Als nächstes wird die Spiraldrehung des Randes 5 unter Bezugnahme auf 3 erläutert. 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 3 eine Schraffur vorgesehen, um die Ränder 5 zu zeigen. Die rechte Seite in 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).
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.
In der Ausführungsform in 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 3 gezeigt ist, während die Ränder 5 von der Spitze zum Ende des Außengewindes 3 nach unten geneigt sind.
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.
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-Gesindeformers erzielt werden kann.
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.
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.
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.
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°.
Das Herstellungsverfahren des Spanlos-Gewindeformers 1 der vorliegenden Erfindung, der oben beschrieben wurde, wird unter Bezugnahme auf 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.
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 während dem Gewindeschleifprozeß gesteuert werden.
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.
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 500mm. 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.
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.
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.
Die genauen Daten des Gewindeschneidtests enthalten: (1) Werkstückmaterial: JIS-S45C, (2) Durchmesser eines Lochs vor dem Gewindeschneiden: ∅ 4,6 × 9mm (Durchgangsloch), (3) Gewindeschneidlänge: 7,5mm, (4) Gewindeschneidgeschwindigkeit: 955U/min (15m/min), (5) Verwendete Maschine: Vertikalbearbeitungszentrum, und (6) Gewindeschneidöl: wasserlösliches Schneidöl.
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 0 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.
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 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.
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 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.
Beim Vergleich des Meßwertes 12 (Muster B) und des Meßwertes 13 (Muster A) in 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.
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 Gehwindeschneiddrehmoments des Musters A "0,83" wie in 5 gezeigt ist, was 23% geringer als beim Muster B ist.
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 5 gezeigt ist.
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.
Die detaillierten Daten des Haltbarkeitstests enthalten: (1) Arbeitsmaterial: JIS-S25C, (2) Durchmesser eines Lochs vor dem Gewindeschneiden: ∅13,2 × 30mm (Sackloch), (3) Gewindeschneidlänge: 30mm, (4) Gewindeschneidgeschwindigkeit: 220U/min, (5) verwendete Maschine: Horizontalbearbeitungszentrum; (6) Zuführung: Steif, und (7) Gewindeschneidöl: wasserlösliches Schneidöl.
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.
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 Mus ter B beobachtet, der größer als der Referenzwert ist, wo ein Teil der Abschrägung 3a Fehler zeigt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Zusätzlich zu dem Effekt des ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung ist der Schrägungswinkel β des Spanlos-Gewindeformers gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Er findung 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.
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.
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.
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.

Claims

Spanlos-Gewindeformer (1), der ein schraubenförmiges Außengewinde (3) besitzt, mit abwechselnd miteinander verbundenen Rändern (5) und Aussparungen (6) zur Erzeugung eines Innengewindes durch plastische Verformung, indem die Ränder des Außengewindes in eine Oberfläche eines vorbereiteten Lochs eines Werkstücks beißen, wobei eine Schraubenlinie der Ränder des Außengewindes in entgegengesetzter Richtung zu einer Richtung einer Schraubenlinie des Außengewindes verläuft.
Spanlos-Gewindeformer gemäß Anspruch 1, wobei das Außengewinde (3) einen Steigungswinkel α besitzt und die Ränder (5) des Außengewindes einen Schrägungswinkel β haben, der in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung der Schraubenlinie des Außengewindes geneigt ist, wobei der Schrägungswinkel β der Ränder größer als 0° und kleiner als 10° oder 4α ist.
Spanlos-Gewindeformer gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei er eine Ölnut (4) aufweist, die auf dem Außengewinde (3) entweder parallel oder diagonal zu einer Achse des Außengewindes vorgesehen ist, wobei sich die Ölnut (4) in einer geraden Linie entweder auf einem Teil des Außengewindes oder über eine gesamte Oberfläche des Außengewindes erstreckt.
Spanlos-Gewindeformer gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei er eine Ölnut (4) aufweist, die auf dem Außengewinde (3) vorgesehen ist, die einen Schrägungswinkel β hat, der identisch zu jenem der Ränder auf dem Außengewinde ist, was eine Richtung entgegengesetzt der Schraubenlinie des Außengewindes ist, wobei sich die Ölnut (4) in einer geraden Linie entweder auf einem Teil des Außengewindes oder über eine gesamte Oberfläche des Außengewindes erstreckt.