DE2306431A1

DE2306431A1 - Gewindewalzverfahren und gewindewalzbacken

Info

Publication number: DE2306431A1
Application number: DE2306431A
Authority: DE
Inventors: Joseph F Dickson
Original assignee: Litton Industries Inc
Current assignee: Litton Industries Inc
Priority date: 1972-02-10
Filing date: 1973-02-09
Publication date: 1973-10-04
Also published as: US3789643A; JPS5334580B2; JPS4889863A; GB1415404A

Description

Litton Industries, Beverly Hills, California/USA Gewindewalaverfahren und Gewindawalzbackcn

Diese Erfindung befaßt sich mit Gewindewalamethoden oder Gewinder οllmethoden sowie mit Gewindewalabacken oder Gewinderollbakken zur Herstellung von konisch spitzen Schrauben aus im wesentlichen zylindrischen Werkstücken oder Rohlingen. Diese Erfindung befaßt sich insbesondere aber mit den Walzen oder mit dem Rollen von Gewinden bei diesen Werkstücken, wobei diese Werkstükke zwischen zwei länglichen und im wesentlichen ebenen Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken, die relativ zueinander bewegt werden, abgerollt werden, was zur Folge hat, daß zur Formung eines kontinuierlichen Gewindes beim Werkstück eine Verdrängung oder ein Fließen des Oberflächenmaterials, d.h. eine plastische Deformation, herbeigeführt wird. Damit eignet sich diese Erfindung besonders für die Technik des Gewindewalzens oder des Ger winderollens von konisch spitzen Schrauben, und zwar unter Verwendung einer einzelnen Mehrebenenflä*che bei jeder der beiden (tewindewalzbacken oder Gewinderollbacken. Mit diesen Gewindevalzbacken oder Gewinderollbacken können gerade, d.h. zylindrische Rohlinge oder Werkstücke statt der mit vorgearbeiteter Spitze vorsehenen Werkstücke oder Rohlinge bearbeitet werden. Mit der Verwendung solcher Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken können die Kosten für die mit Kopf versehenen Rohlinge gesenkt werden, verringert werden kann aber auch die Lagerhaltung im Hinblick auf die Rohlinge.

Im Hinblick auf die ebenen und flachen Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken, die zusammen mit den konventionellen Gewindewalzmaschinen oder Gewinderollmaschinen verwendet werden, hat sich diese Erfindung als höchst nützlich erwiesen, wenn sie auch für die Massenproduktion von konisch spitzen Produkten, die nicht unbedingt Schraubgewinde haben müssen, verwendet werden

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kann. Bei den vorerwähnten Gewindewalzraasohinen oder Gewinderollmaschinen ist die kürzere Gewindewalsbacke oder Gewinderollbacke für gewöhlich stationär und ortsfest eingebaut, während die längere Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke parallel an der kürzeren vorbeibewegt wird, wobei sich das Werkstück dann zwischen den beiden Gewindewalzbacken oder Gewinderollbakken mit einer Rollbewegung bewegt« Während der Abrollbowegung des Rohlings oder des Werkstückes zwischen den beiden Gewindewalzbacken oder Govinderollbacken bilden alle aufeinanderfolgenden Lagen der Werkstücksachse eine Bezugsebene, die sich zwischen den beiden einwirkenden Oberflächen der Gewindewalzbacken oder der Gewinderollbacken befindet» Diese imaginäre Bezugsebene ist für die weitere Beschreibung der Gewindewalzbacken oder der Gewinderollbacken eino große Hilfe. Für gewöhnlich kommt es bei dem Rollvorgang oder Walsvorgang zu keiner erkennbaren Axialbewegung des Werkstückes. Der Durchmesser des mit Gewinde- versehenen Fertigproduktes wird von dem Abstand zwischen den Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken am Ende eines Hubes , damit aber auch durch.den Qriginaldurchmesser des Rohlings, kontrolliert. Unter dem Begriff "Hub" ist in diesem Zusammenhang ein Gewinderollvorgang asu verstehen, der an einem einzelnen Rohling als Werkstück durchgeführt wird. Dieses Werkstück kann nun aus Stahl hergestellt sein, aber auch aus jedem extrudierbaren Werkstoff, d.h. aus jedem Werkstoff, der sich plastisch verformen läßt.

Zur Herstellung von konisch snitzen Schrauben aus zylindrischen Rohlingen sind bereits die verschiedensten Ausführungen an Ge-,windewalzbacken oder Gewinderollbacken in Vorschlag gebracht worden. Einer dieser Vorschläge wird mit U.S.-Patent Nr. Re 26.518 dargestellt und beschrieben. Schrauben, die vermittels der in

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dem vorerwähnten Patent angeführten Gewindewalzbacken oder Gewinder ollbacken hergestellt werden, haben manchmal eine schlecht geformte Spitze. So können diese Spitzen "streifig" sein, d.h. statt einer sauberen und feinen Spitzenbildung Streifen an der Spitze haben, die nicht erwünscht sind. Darüber hinaus sind die Spitzen, die unter Anwendung der bekannten Gewindewalzbacken/ Gewinderollbacken und der bekannten Gewindewalzverfahren/Gewinderol!verfahren hergestellt werden, nicht massiv, womit gesagt werden soll, daß die Spitzen der Fertigprodukte Risse oder sonstige Hohlräume aufweisen. Es wird angenommen, daß diese Fehler in den Spitzen dadurch verursacht werden, daß die endgültige Formgebung der Spitze notwendigerweise über eine relativ kurze Distanz längs einer Schneidkante der Gewindewalzbacke oder der Gewinderollbacke bewerkstelligt werden muß, und dies bei einer relativ hohen Geschwindigkeit. Aus der Tatsache, daii die konventionellen Gewindewalzmaschinen oder Gewinderollmachinen mit einer vorgegebenen festen und konstanten Geschwindigkeit arbeiten, kann gefolgert werden, daß die Geschwindigkeit, mit der bei Verwendung derartiger bekannter G.ewindewalzbaeken oder Gewinderollbacken die endgültige Form der Spitze herbeigeführt wird, d.h. die Geschwindigkeit am Ende eines Abrollvorganges, gleich der Geschwindigkeit am Anfang eines Abrollvorganges ist, d.h. gleich der Gewindigkeit, mit der die Spitze erstmalig im Rohformgebungsvorgang aus dem zylindrischen Rohling geformt wird. Ein damit eng verbundenes Problem liegt darin, daß es bei derartigen Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken deswegen zu einer schlechten Spitzengewindebildung kommen kann, weil zur Herstellung der Spitzengewinde auf den für die Herbeiführung der Spitzengewinde bestimmten Oberflächen der' Formgebungsmatritzen nur relativ wenig Schneidkanten zur Verfügung stehen.

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Ein wiederum anderes Problem, das bei Verwendung der bekannten Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken aufkommt, liegt darin, daß während der plastischen Verformung das Metall so langsam verdrängt wird und so langsam fließt, daß eine unerwünschte Bearbeitungshärtung eintritt, zumindest bei einigen Werkstoffen, und die weitere Formgebung behindert. Dieses Problem ist bei der Formung von konisch spitzen Schrauben am akutesten, weil diese Spitzen erst dann geformt werden, wenn das Formen der Gewindegänge am Schaft bereits begonnen hat. Sehr akut ist dieses Problem auch bei gewissen Werkstoffen, die zu einer Bearbeitungshärtung besonders neigen oder für eine Bearbeitungshärtung besonders anfällig sind. Zu diesen Werkstoffen gehören gewisse nichtrostende Stähle oder Edelstahle, beispielsweise nichtrostende Stähle oder Edelstahle der Serie 300» oder Kohlenstoffstähle, die unter der Bezeichnung C-1022 bekannt sind und wegen ihres Mangangehaltes für eine Bearbeitungshärtung besonders anfällig sind.

Damit aber ist die Notwendigkeit für verbesserte Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken sowie für verbesserte Gewindewalzverfahren oder Gewinderollverfahren zur Herstellung von Gewirideprodukten gegeben, insbesondere aber zur Herstellung von konisch spitzen Schrauben mit massiven Spitzen ohne Risse und Stroifen, gegeben, wobei wegen der Verringerung der Kaltbearbeitungsverfestigung und wegen der außergewöhnlich schnellen Formung der Spitze aus dem Schraubenrohling, d.h. aus dem Werkstück, Spitzengewinde mit sehr hoher Qualität geformt werden können.

Grundlage dieser Erfindung ist die Erkenntnis, daß die mit den bereits bekannten Ausrüstungen zusammenhängenden Probleme dadurch gelöst werden können durch die Schaffung einer Gewindewalzbacke oder Gewirtdeformbacke, deren Schneidkante sich während

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der Bearbeitung durch Eindringen in das Werkstück mit verschiedenen Geschwindigkeiten der Achse des Werkstückes nähert, was dadurch erreicht werden kann, daß, statt einer geraden Linie zu folgen, zur Schneidkante Längen gehören, die in verschiedenen Winkeln geführt sind. Dann wird bei Verwendung von konventionellen Gewindewalzmaschinen oder Gewinderollmaschinen, bei denen die Geschwindigkeit der beweglichen Gewindewalzbacke während eines in einem vorgegebenen Zeitintervalles ablaufenden Arbeitsvorganges konstant bleibt, der Arbeitsvorgang in verschiedene separate Phasen mit verschiedenartigen Eindringgeschwindigkeiten unterteilt. In diesem Fall wird wegen des größeren Anstiegs winkels, d.h, wegen des Ansteigens der Schneidkante, die Geschwindigkeit größer sein, während in einer zweiten Phase das endgültige Eindringen so langsam erfolgt, daß bei Fertigprodukt eine zuverlässig und gut geformte Spitze entsteht, beispielsweise eine konisch spitze Schraube, wenn die Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken mit Schneidkanten zum Formen der Gewinde versehen sind.

In Übereinstimmung mit einem Hauptaspekt dieser Erfindung wird ein Verfahren oder eine Methode zum Gewinderollen oder Gewindewalzen von konisch spitzen Schrauben aus im wesentlichen zylindrischen Werkstücken durch plastische Deformation als Resultat eines auf das Werkstück während eines vorgegebenen Zeitintervalles übertragenen Druck geschaffen, wobei das Werkstück zwischen zwei Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken zum Abrollen gebracht wirdjf wobei die Oberfläche einer jeden Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke Gewindeform-Schneidkant en aufweise?,, die zur Herstellung einer konischen und mit Gewinde versehenen Länge des Werkstückes zur Achse des Werkstückes in einem bestimmten Winkel angeordnet sind; wobei eine jede Oberfläche in einer

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Schneidkante ausläuft, die allmählich tiefer in das Werkstück eindrückt oder eindringt; wobei durch die Anordnung der Schneidkanten der kleinste Durchmesser der konischen Länge bestimmt wird; wobei das allmähliche Eindringen der Schneidkanten einer jeden Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke in das Werkstück während einer zweiten und später erfolgenden Phase des Arbeite— ablaufes bewerkstelligt wird, die einem Teil der vorgegebenen Zeitintervalle entspricht, und zwar mit einer Eindringgeschwindigkeit die kleiner ist als die Eindringgeschwindigkeit während der ersten und voraufgehenden Phase, die einem früheren Teil des vorgegebenen Zeitintervalles entspricht. Vorzugsweise wird der Arbeitsvorgang in zwei Phasen ablaufen.

Bei einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung nimmt eine jede der beiden Phasen die Hälfte der vorgegebenen gesamten Arbeitszeit in Anspruch, wobei die Eindringtiefe der Schneidkanten während der ersten Phase bis zu drei Viertel der Geaamteindringtiefe beträgtAlternativ kann die erste Phase auch drei Viertel der gesamten Arbeitszeit in Anspruch "nehmen, wobei während der ersten Phase die Schneidkanten bis zu sieben Achtel der gesamten Eindringtiefe in das Werkstück eindringen.

Bei der praktischen Durchführung dringen die Schneidkanten so tief in das Werkstück ein, daß die Bildung eines spitzen Endes einer konischen Länge herbeigeführt wird, und zwar bei gleichzeitigen Extrudieren des plastisch verformten Materials, das einen Materialrest bildet, der schließlich entfernt wird. Darüber hinaus sind während einer jeden Phase des Arbeitsablaufes Vorkehrungen für ein gleichmäßiges Gewindewalzen oder Gewinderollen der Länge des Werkstückes, die zylindrisch bleibt> getroffen worden, wobei das Schraubgewinde auf der zylindrischen Länge des Werkstückes in der Nähe der konischen Länge bleibt

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und sich bis in diese konische Länge hinein fortsetzt.

In Übereinstimmung mit einem zweiten Hauptaspekt dieser Erfindung wird eine Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke geschaffen, die zusammen mit einer anderen und im wesentlichen identisch geformten Gewindewalzbacke zur Herstellung von konisch spitzen Schrauben Verwendung findet. Diese Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke ist dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine mit Gewindeformkanten versehene Oberfläche hat, über die e^: ι im wesentlichen zylindrisches Werkstück abgerollt wird, wobei diese Oberfläche im Hinblick auf eine imaginäre Bezugsebene - dieso Eozugsebene definiert als der geometrische Ort aller aufeinanderfolgenden Lagen der Werkstücksachse während der Relativbewegung zwischen der Gewindewalzbacke/Gewinderol!backe und dem Werkstück geneigt ist; wobei die Oberfläche in einer Kante ausläuft, die aufgrund ihrer Orientierung allraäbTich oder nach und nach in das Werkstück eindringt und dabei verursacht, daß die Distanz oder der Abstand zwischen der Schneidkante und der Bezugsebene' kleiner wird, und zwar während der Bearbeitung des Werkstückes, wobei eine erste Länge der Schneidkante, die während der ,ersten Phase des Arbeitsablaufes in das Werkstück eindringen wird, zur Bezugsebene einen Winkel bildet, der gegenüber dem Winkel einer zweiten Länge der Schneidkante, die während der sodann folgenden zweiten Phase des Arbeitsablaufes in das Werkstück eingreifen wird, und der Bezugsebene größer ist. Werden nur zwei Arbeitsphasen verwendet, dann ist die Länge der Schneidkannte - dazu gehören die erste Länge der Schneidkante und die zweite Länge der Kante ■ gleich der Gesamtlänge der Schneidkante, die in das Werkstück eindringen wird.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, bei der Gewindewalz-

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oder der Gewindewalzbacke eine rampenförmige Rippe zu schaffen, von der eine Oberfläche die geneigte Oberfläche ist, die in
der Schneidkante ausläuft, die sich aus verschiedenen Längen
mit unterschiedlichen Winkeln zur Bezugsebene bildet.

Mit der im Rahmen dieser Erfindung" entwickelten Technik soll
die Herstellung von konisch spitzen Schrauben aus zylindrischen Rohlingen oder Werkstücken verbessert werden. Aus diesem Grunde haben die Gewindewalzbacken oder die Gewinderollbacken geeignete Schneidkanten oder Rippen, die auf der zylindrischen Länge
des Werkstückes bei dessen Bearbeitung die Schraubgewinde formen. Zu diesen Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken gehören aber auch ein verlängerter Oberflächenbereich und kontinuierliche Rippen oder Schneidkanten, die bei der hergestellten konischen Spitze eines zu bearbeitenden Werkstückes die Gewindegänge formen und mit einer geneigten Oberfläche versehen sind.

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Diese Erfindung wird nachstehend nun anhand des in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles (der in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele) näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in: -

Fig. 1 Eine Draufsicht auf die kurze Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke eines Gewindewalzbackenpaares oder eines Gewinderollbackenpaares in der einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung entsprechenden Konstruktion.

Fig. 2 Eine Seitenansicht eines Gewindewalzbackenpaares oder eines Gewinderollbackenpaares, zu dem die mit Fig. 1 wiedergegebene kurze Gewindeformbacke gehört. In der Darstellung befindet sich die lange Gewindewal zbacke oder Gewinderollbacke in der zweiten Phase eines zweiphasigen Arbeitsablaufes, wobei sich zwischen den beiden Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken ein Werkstück befindet«

Fig. 3 Eine Draufsicht auf die Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke nach Fig. 1, die den Zustand vor dem Formen der Rippen und Traktionsnuten zeigt und somit die ebenen und planen Oberflächen auf der Arbeitsfläche der Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke klarer erkennen läßt.

Fig. k Einen in die Linie k-k von Fig. 2 gelegten Querschnitt, und zwar zu einem Zeitpunkt, in dem bei einer Bearbeitung eines Werkstückes die Linie durch die obere Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke vertiatal auf die Linie durch die untere Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke ausgerichtet ist, d.h. zu einem Zeitpunkt, bevor sich die obere und lange Gewindewalzbacke

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oder Gewinderollbacke noch nicht zur linken Seite bewegt hat, bevor diese obere und lange Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke die in Fig. 2 wiedergegebene Position erreicht hat. Das Werkstück ist in diesem Falle in der Querschnittsebene wiedergegeben, jedoch unter Weglassung der das Gewinde formenden Rippen oder Schneidkanten und unter Weglassung der Gewindegänge, um'auf diese Weise besser die Extrudierwirkung der Gewindewalzbacken oder Gewinderollbaeken bei der Formung der konischen Spitze zu verdeutlichen.

Fig. 5 Ein in die Linien 5-5 von Fig. 2 gelegter Querschnitt, und zwar zu einem Zeitpunkt, in dem bei einer Bearbeitung eines Werkstückes die Linie durch die obere Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke vertikal auf die Linie durch die untere Gewindewalzbacke oder Gewinderollbaclce ausgerichtet ist, d.h. bevor die obere und lange Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke zur linken Seite hin verfahren woraen ist und auch noch nicht die mit Fig. 2 wiedergegebene Position erreicht hat. In diesem Falle ist das Werkstück in der Querschnittsebene wiedergegeben, und zwar unter Weglassung der Gewindeformkanten und der Gewindegänge, um eine klarere Darstellung des Extrudiervorganges der Gewindewalzbacken oder der Gewinderollbacken beim Formen der konischen SpLnze zu ermöglichen.

Fig. 6 Ein in die Linion 6-6 von Fig. 2 gelegter Querschnitt, und zwar zu einem Zeitpunkt, in dem bei einer Bearbeitung eines Werkstückes die Linie durch die obere Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke vertikal auf die Linie durch die untere Gewindewalzbacke oder Gewinde-

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rollbacke ausgerichtet ist, d.h. bevor die obere und lange Gewindewalzbacke oder Gewindewalzbacke zur linken Seite hin verfahren worden ist und auch die mit Fig. 2 wiedergegebene Position noch nicht erreicht hat. In diesem Falle ist das Werkstück in der Querschnittsebene wiedergegeben, und zwar unter Weglassung der Gewindeschneidkanten oder Gewindeformkanten und der Gewindegänge, um eine klarere Darstellung der Extrudierwirkung der beiden Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken beim Formen der konischen Spitze zu ermöglichen.

Fig. 7 Einen in die Linien 7-7 von Fig. 2 gelegten Querschnitt, und zwar zu einem Zeitpunkt, in dem bei einer Bearbeitung eines Werkstückes die Linie durch die obere Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke vertikal auf die Linie durch die untere Gewindewalzbacke oder Gewindewalzbacke ausgerichtet ist, d.h. nach dem Verfahren der oberen und langen Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke zur linken Seite hin, und zwar bis hinter die mit Fig. 2 wiedergegebene Position. In diesem Falle ist das Werkstück in der Querschnittsebene wiedergegeben, und zwar unter Weglassung der Gewindeformkanten und der Gewindegänge, um eine klarere Darstellung der Extrudierwirkung der Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken beim Formen der konischen Spitze zu ermöglichen.

Fig. 8 Einen in die Linien 8-8 von Fig. 2 gelegten Querschnitt, und zwar zu einem Zeitpunkt, in dem bei der Bearbeitung eines Werkstückes die Linie duch die obere Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke vertikal auf

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die Linie durch die untere Gewindewalzbacke oder Gewindeformbacke ausgerichtet ist, d.h. nach dem Verfahren der oberen und langen Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke bis über die mit Fig. 2 wiedergegebenen Position hinaas zur linken Seite hin« In diesem Falle ist das Werkstück in der Querschnittsebene wiedergegeben, und zwar unter Weglassung der Gewindeformkanten und der Gewindegänge, um eine klarere Darstellung der Extrudierwirkung der Gewindewalzbacken oder der Gewinderallbacken bei der Formung

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der konischen Spitze zu ermöglichen.

Mit Fig, 1, Fig, 2 und Fig, 3 ist nun eine in Übereinstimmung mit dieser Erfindung ausgeführte kurze Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke 10 dargestellt, zu der mehrere in sich abgeschlossene Bereiche gehören, die einer nach dem anderen in Zusammenarbeit mit einem entsprechenden Bereich einer langen Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke 12 bei der Bearbeitung eines Werkstückes Ik, das_v aus einem zylindrischen Schaft 16 und einem Kopf 18 besteht, derart wirksam werden, daß das Werkstück Ik durch plastische Verformung zu einem konisch spitzen Produkt geformt wird,wobei es sich bei dem für die Beschreibung ausgewählten Ausführungsbeispiel um die Herstellung von konisch spitzen Schrauben handelt. Wie dies bei solchen Gewindewalzbakken oder Gewinderollbacken üblich ist, ist die lange Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke das exakte Gegenstück der kurzen Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke mit identischer Abmessung und Form für jeden Bearbeitungsteil, ausgenommen davon sind jeweils die Endteile, Damit aber weist die lange Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke 12 typische Endteile auf, die jeweils eine Länge von ein Vierteil Zoll haben. Diese Endteile

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sind für die Längsjustierung oder Endjustierung vorgesehen.

Wie nun insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, sind die in sich abgeschlossenen Querbereich der kurzen Gewind'ewalzbacke oder der kurzen Gewinderollbacke mit den Buchstaben A bis F gekennzeichnet. Während des Gewinderollens wird das Werkstück Ik von dem Bereich B auf der kurzen und auf der langen Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke 10 und 12 aus bis zur Zone oder zum Bereich E auf der kurzen Gewindewalzbacke/Gewinderollbacke Io und der langen Gewindewalzbacke/Gewinderollbacke 12 abgerollt. Bei den Bereichen A und F handelt es sich jeweils um die schrägen Seitenflächen 66 und 68 der Endteile, mit denen die Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke befestigt wird, die also nichts mit der Arbeitsfläche der Gewindewalzbacke/Gewinderollbacke zu tun haben« Der Bereich B ist der Spitzenformbereich, in den der Rohling oder das Werkstück Ik zu Beginn zwischen die Gewindewa ^backen oder Gewinderollbacken gegeben wird. Zum Bereich C gehört die arbeitende Anfangslänge einer Rampe, die besser als Abschneidrampe oder Extrudierrampe bezeichnet wird. Diese Rampe mit einer Rampenfläche 20 die in den zylindrischen Schaftteil l6 des Werkstückes Ik mit einer hohen Geschwindigkeit eindringt, weil ihre Schneidkante 3k mit einem relativ großen Anstiegswinkel im Hinbⁿick auf die Achse des Werkstückes ansteigt. Im Bereich D ist der Ansatzwinkel der Fortsetzung der Oberfläche der Schneidrampe, die eine schmale streifenförmige Rampenfläche 22 mit einer Schneidkante 50 ist, im Hinblick auf die Achse des Werkstückes kleiner. Damit aber dringt die Abschneidrampenfläche 22 auch mit einer langsameren Geschwindigkeit in das Werkstück Ik ein. Das Ende der Abschneidrampe ist dem Ende des Bereiches D zugeordnet. Hat das Werkstück Ik diese Position erreicht, dann ist der Extrudierungs-Materialrest

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bereits vollständig gebildet worden, nur daß er in diesem Fall noch nicht vom zylindrischen Schaftteil 16 des Werkstükkes abgetrennt worden ist.

Wenn in der Zeichnung auch die verschiedenen Hinweiszahlen komplett über die Form der Arbeitsfläche der Gewindewalzbacken oder der Gewinderollbacken informieren, so mag es doch gut sein, im Detail die Werte für die Höhen der verschiedenen Oberflächen anzugeben, weil es sich bei Fig, 1 und bei Fig. 3 um Draufsichten handelt, die in zweidimensionalen Bereichen die Zuordnungen darstellen^ die eigentlich als in eine dritte Dimension gerichtet, d.h. senkrecht zur Ebene des Papiers oder der Zeichnung, betrachtet werden müssen«

Wird mit der Frontkante 46 begonnen, die die untere Begrenzungslinie des Umrisses der Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke bildet, so ist aus Fig. 3 zu erkennen, daß sich eine längliche und ebene Fläche 28 über die Bereiche B, C, D und E erstreckt. Diese ebene Fläche erstreckt sich parallel zur Zeichnungsebene von Fig. 3 und wird begrenzt von der Linie 48, die in dem Fachbereich, auf den diese Erfindung sich bezieht, auch als Schneidkant en-Rückllnie bezeichnet wird. Von dieser Linie 48 aus geht die längliche Fläche 28 in eine geneigte Fläche 24 über, die vermittels ihrer Neigung , die laut Fig. 3 von der rechten Seite zur linken Seite hin größer wird und in den Kanten 34, 50 und 52 endet. Die Kombination aus den fortlaufenden Kanten 34,und 50 bildet die Schneidkante der Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke. Auf der anderen Seite dieser Kanten zeigt Fig. 3 die oberen Flächen, d.h. die Rampe, der Schneidkantenrippe, welche in Übereinstimmung mit der hiermit verwendeten Terminologie die Abschneidrampe ist. Die Ebene, in der die Rampenflächen 4O, 20,

22 und 30 der Abschneidrampe liegen, ist in einer fSchneidkant en-

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Rücklinie k8 aus nach unten geneigten Weise geführt, wenn sie nach Fig. 3 in einer nach oben gerichteten Weise betrachtet wird, das aber bedeutet, daß diese Oberflächen schräg nach unten geführt sind« Der Winkel dieser Schräglage ist dabei relativ klein und liegt zwischen O und 20 Grad, für gewöhnlich aber zwischen 15 und 20 Grad, so daß die Schneidkanten 3k und 50 als die Schnittlinien der Rampenflächen 20 und 22 und der geneigten Fläche 2k existieren.

Es sei darauf hingewiesen, daß die längliche Fläche 28 und die Oberfläche 24, von der die Oberfläche 2k die konische Spitze des fertigen Produktes formt laut Darstellung in Fig. 1 mit Gewindeschneidkanten 5k versehen sind, die im Zusammenhang mit Fig. 3 zu einer besseren Erläuterung weggelassen worden sind. Damit aber wird der längliche Flächenbereich 28, wenn er die Gewindeschneidkanten ^k aufweist, ein Gewinde auf dem zylindrischen Schaft 16 eines Werkstückes erzeugen, während der Spitzenformteil und der Spitzengewindeformteil 2k beim Fertigprodukt die Spitze und das Gewinde' formt. Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, trennen die Kanten der Rippe, welche die Abschneidrampe bilden, und zwar auf der anderen Seite,der Rampenflächen 20 und 22, die Rippe von einem weiteren Bereich der Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke, dessen Boden die Fläche 32 bildet. Diese Kanten 36, 55 und 62 müssen so betrachtet werden, daß sie bei Ansicht der Fig. 3 in einer nach oben gerichteten Weise, eine Neigung nach unten aufweisen, so daß die Fläche 32, die tatsächlich in einer Ebene unter der länglichen Oberfläche liegt, eine Versenkung bildet, in die der extrudierte Materialrest eines Werkstückes nach dem Abtrennen vom Werkstück fallen kann. Zu erkennen sein wird, daß die verschiedenen Höhenlagen der bisher erwähnten und erörterten Oberflächen sich

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leicht bestimmen lassen, wenn dazu die Querschnittsdarstellungen nach Fig. k bis Fig. 8 zu Hilfe genommen werden.

Zur Beschreibung der Vorgänge im Zusammenhang mit dem Abtrennen des Materialrestes 23 vom Werkstück - dieses geschieht dann, wenn das Werkstück den Bereich E erreicht, wird Fig. 7, <ϋ© diesen Vorgang am besten erläutert, herangezogen. Im Bereich E fährt die Fläche 24, die die Spitze und das Gewinde der Spitze formt, bei der Bearbeitung des Werkstückes mit der vollständigen Herstellung der Gewindeg'lnge am konisch spitzen Ende des Werkstückes fo.-t, wobei zuvor der Spitzungsvorgang am Ende den Bereiches D komplettiert worden ist. Eine ebene Fasenfläche 26 - diese in der Form dreieckig und parallel zur Basisfläche 27 (Fig. 2) der kurzen Gewinderollbacke oder Gewindewalzbacke 10 und parallel zur Bezugsebene ζ als geometrischen Ort für alle aufeinanderfolgenden Lagen der Achse des Werkstückes Ik - ist parallel zur vorerwähnten Fläche '27 und parallel zur Bezugsebene ζ angeordnet. Diese Fläche 26 verursacht das endgültige Abtrennen des extrudierten Materialrestes 2-3 durch Keilwirkung, weil die entsprechende Oberfläche 26 der langen Gewindewalzbacke oder Gevrinderollbacke sich ihr genau gegenüber befindet und auf ihr liegt, wobei beide Flächen 26 in der Breite größer werden und dadurch den Materialrest 23 vom restlichen Teil des Werkstückes abtrennen. Der Abtrennpunkt ist der des kleinsten Durchmessers, der durch die Schneidkanten 3^, 50 hervorgerufen wird. Der nach hinten konische Teil 30 der Abschneidrampe dient dazu, den extrudierten Materialrest 23 aus dem Bereich der beiden Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken 10 und 12 herauszuführen. Bei dem Bereich E handelt es sich um den Endverweil- und Abrollbereich, der dazu dient, die fertige Schraube aus den Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken 10 und 12 her aus zu führ ·ι

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Nachstehend folgt nun eine ausführlichere Beschreibung der spezifischen Konturen bei den verschiedenen Oberflächenbereichen»- Die erste einwirkende Oberfläche 20 der Abschneidrampe ist im wesentlichen trapezförmig, denn sie wird bestimmt zwischen den konvergierenden Kanten 3k und J6 sowie einer kurzen Seite 38, die eine Biegung oder Krümmung in der Rampenfläche darstellt und im wesentlichen parallel zur vierten Seite liegt. In Fig. 3 ist diese vierte Seite nicht gekennzeichnet, denn es handelt sich bei ihr nicht um eine Kante, sondern nur um eine Linie, die ein Verlängerung der strichpunktierten Linie für die Trennung der Bereiche B und C darstellt. Dem ist so, weil die Ober fläche ko eine koplanare Fortsetzung der zur Abschneiderampe gehörenden Oberfläche 20 ist; sie wird trotzdem als eine in sich geschlossene Oberfläche betrachtet, weil sie sich, wie dies aus Fig. k zu erkennen ist, nach unten erstreckt, und zwar bis unter die Ebene der Oberfläche 28 in dem Bereich B. Im Anfang eines Abrollvorganges, zu dem der Bereich B gehört, ist mit dem Schneiden und Extrudieren, durch das die konisch spitze Schraube geformt wird, nach Darstellung in Fig. k noch nicht begonnen worden. Zu erkennen ist, daß der zylindrische Schaftteil l6 des Werkstückes 1^, wenn er auch bereits von der GewindeformfLache 28 erfaßt worden ist, noch nicht verformt worden ist. Wie bereits erwähnt worden ist, ist die Gewindeformfläche 28 mit mehreren Gewindeschneidkanten oder Gewindeschneidrippen kZ versehen, die die Schaftgew±ndegänge am Werkstück Ik formen. Zur Oberfläche 28 gehören aber auch mehrere Zugnuten oder Führungsnuten, deren Zweck bereits mit der Beschreibung aus U.S.Patent Nr. 3*^05.5^5 bekannt ist. Diese Zugnuten oder Führungsnuten verhindern, daß das Werkstück während des Abrollvorganges im Hinblick auf die Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke rutschen

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kann« Wie bereits zuvor erläutert, liegt die Gewindeformfläche 28 zwischen der. oberen Vorderkante 46 der Gewindewalzbacke oder der Gewinderollbacke und der Begrenzungslinie oder der Fasenlinie 48, die den Schnittpunkt zwischen der Gewindeformflache 28 und der Spitzengewindeformflache 24 bestimmt. Die Fläche 24 wird auf der gegenüberliegenden Seite begrenzt durch die Schneidkante 34 der Rampenfläche 20 der Abschneiderampe, der zur Abschneiderarape gehörenden fortführenden Schneidkante 50 der Rampenfläche 22 und der Kante 52 der dreieckigen Keilfläche 26. Die Gewindespitzenformflache 24 ist mit den Gewindeschneidrippen oder Gewindeschneidkanten 54 versehen. Die Gewindeformfläche 28, die auf den Schaftteil l6 eines Werkstückes l4 einwirkt, ist im wesentlichen parallel zur Basis 27 der kurzen Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke 10 angeordnet. Die Spitzengewindeformfläche 24 weist im wesentlichen einen Winkel auf, der dem Winkel der konischen Schraubenspitze entspricht, wie dies aus Fig. 5 bis Fig. 8 zu erkennen ist. Dieser Winkel ändert sich über die Länge der Spitzengewindef ormf leiche 24 nicht, wenn auch nach Fig. 3 die Breite dieser Fläche zur linken Seite hin, d.h. mit dem Fortschreiten eines Gewinderollvorganges, gröi3er wird.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, bildet die erste einwirkende Rarapenflache 20 zur Bezugsachse ζ (und damit auch zur Basis 27) einen Winkel. Fig. 2 zeigt dazu die Schneidkanten 34 und 36. Dieser zwischen dor Bezugsebene ζ und der Rampenfläche 20 vorhandene Winkel, dessen Größe im weiteren Verlauf dieser Patentanmeldung noch erörtert wird, ist dann zu erkennen, wenn - wie dies bei Fig. 2 der Fall ist - die kurze Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke 10 in Längsrichtung betrachtet wird. Fig. 2 zeigt darüber hinaus bei Betrachtung vom Ende her auch noch,

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daß die Fläche 20 der Extrusionsrampe in einem zweiten Winkel verkantet ist. Dieser Winkel trägt dazu bei, die Schneidkanten zu bilden, mit denen der extrudierte Materialrest 23 vom zylindrischen Schaftteil 16 des Werkstückes weggedrückt wird. Der zuvor beschriebene zweite Winkel wird normalerweise kleiner als zwanzig Winkelgrade sein.

Wenn auch die vorerwähnten Erläuterungen, desgleichen aber auch die Darstellungen in der Zeichnung, zum Verständnis der verschiedenen und zuvor erörterten Winkel beitragen, so kann eine reine geometrische Analyse doch nützlich sein. Dabei muß immer berücksichtigt werden, daß die gesamte Rampenoberfläche in zwei Bereiche unterteilt ist: In einen ersten Bereich, der sich aus den in feiner Ebene liegenden Oberflächenbereichen und ^O zusammensetzt, und in einem zweiten Bereich, der sich aus den Oberflächenbereichen 22 und 30 zusammensetzt und in einer anderen Ebene liegt. Beide Bereiche sind nach Fig. 3 durch die kurze Linie 38 voneinander getrennt. Was die zuerst einwirkende Rampenfläche 20 betrifft,, so liegt diese in der gleichen Ebene wie die Rarapenflache 40,(die jedoch während des Arbeitsablaufes keinen Beitrag leistet)j diese Flächen liegen in einer schräggeneigten Ebene, d.h. in einer Schrägneigung zur rechten Seite und zur Oberseite der Fig. 3 hin. Die zuerst genannte Neigung oder das zuerst genannte Gefälle besteht deswegen, weil die Rampe von einer Höhenlage unter der Oberfläche 28 bis zur Höhe der Teilungslinie 38 ansteigt. Anders ausgedrückt: es gibt eine Neigung aus dem Ansteigen der Rampe, und zwar nach Fig. 3 von rechts nach links. Damit darüber hinaus gewährleistet ist, daß die Kanten 3U und 50 dann als Schneidkanten arbeiten können, wenn ein Werkstück zwischen den beiden Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken abgerollt

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'2*3 06 A 3.1

wird, ist die Ebene der Fläche 20 auch noch so geneigt, daß sie zum oberen Teil der Fig. 3 hin abfällt.Durch die Kombination dieser beiden Winkel wird realisiert, daß die schräggeneigte Ebene der Oberfläche 20 die Bezugsebene ζ längs einer imaginären Linie, die außerhalb Fig. 3 dargestellt ist schneidet und dann von einem Punkt weit über der linken Seite von Fig. 3 aus bis zu einem Punkt auf der rechten Seite, der sich jedoch noch immer über der Darstellung befindet, abfällt, und zwar deswegen, weil die Aufwärtsneigung nach Fig. 3 nur einen sehr kleinen Winkel hat, der für gewöhnlich kleiner als zwanzig Winkelgrade ist.

Auch für die Fortsetzung der Rampenfläche, d.h. für die Flächen 22 und 30, die auch in einer Ebene liegen, gelten die zuvor beschriebenen allgemeinen Betrachtungen, dies jedoch mit der Ausnahme, da/3 laut Darstellung in Fig. 3die Neigung zur rechten Seite hin einen kleineren Winkel hat, wie dies zuvor erwähnt worden ist und nachstehend noch ausführlicher erläutert werden wird.

Damit aber bildet die zweite Rampenfläche 22 der Abschneiderampe mit der Bezugsebene ζ einen Winkel, der bei Betrachtung vom Ende der kurzen Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke aus normalerweise kleiner sein wird als zwanzig Winkelgrade. Wird der Winkel dieser Fläche von der Seite aus betrachtet, beispielsweise in der mit Fig. 2 wiedergegebenen Weise, dann wird er gebildet durch das Verhältnis der Schneidkanten .50 und 55 zur Bezugsebene ζ laut Darstellung in dieser Ansicht. Beide Rampenflächen 20 und 22 sind (laut Fig. l) mit Zugnuten oder Führungsnuten 58 versehen. Diese Führungsnuten 58 sind deshalb wünschenswert, weil sie gewährleisten, daß der extrudierte Materialrest 23 zusammen mit dem Zylinderteil l6 des Werkstückes Ik

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in Umdrehung versetzt wird. Zur Stegfläche 26 gehören die divergierenden Kanten 52 und 60_fmit denen der extrudierte Materialrest 23 nach dessen vollständigen Formen vom zylindrischen Teil 16 weggedrückt wird. Die vorerwähnte Stegfläche 26 liegt in einer Ebene, die im wesentlichen zur Bezugsebene ζ normalerweise parallel angeordnet ist, wobei deren Kanten 52 und 6C in einom Winkel von ungefähr 15 Grad divergieren, wenn fil··- die verschiedenen Schraubenabmessungen auch sehr unterschiedliche Winkel erforderlich sein mögen. Der nach hinten konische Teil 30 der Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke ist der Stegfläche 26 benachbart und über eine abgerundete Schneidkante 62 verbunden, die einen Übergang zur hinteren Schneidfläche bildet, d.h. zur Schneidfläche 32. Die schrägen Endflächen 66 und 68 der kurzen ilowindewalzbacke oder Gewinderollbacke 10 dienen für das Einspannen in eine Gewindewalzmaschine oder eine Gewinderollmaschine. Ahnliche schräge Endflächen, (diese sind in Fig. 2 mit den allgemeinen Hinweiszahlen 70 und 72 gekennzeichnet), dienen zum Einspannen der langen Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke 12 in eine Gewindewalzmaschine oder eine Gewinderollmaschine.

Es sei darauf hingewiesen, daß sich die Abschneiderampe über die Länge der Bereiche C und D erstreckt. Anders ausgedrückt: die Abschneiderampe erstreckt sich über die Länge der Oberflächen 20 und 22 der Extrudierrampe, wobei die Gesamtlänge für gewöhnlich ungefähr drei kompletten Umdrehungen des Werkstückes Ik entspricht. Es sei in diesem Zusammenhang jedoch auch darauf hingewiesen , daß eine andere Länge, beispielsweise eine über fünf Umdrehungen des Werkstückes reichende Länge,gewählt werden kann. Xm allgemeinen ist die Länge in einem großen Maße abhängig von der Abmessung der zu walzenden oder zu rollenden

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c)*) 20.1.1973

' ^G1*2~3Q6431

Schrauben sowie- von der Anordnung der Haltevorrichtungen in der Gewindewalzmaschine oder Gewinderollmaschine, die verwendet werden soll. Die Länge der Abschneiderampe kann aber auch definiert werden als die Gesamtlänge der oberen Fläche, d.h. aller Rampenflächen, (Bereiche B, C, D und E), abzüglich der Länge des Spitzenfreigabebereiches, (des Bereiches Β),und der Länge des Verweil-und Ausrollbereiches, (Bereich E). Die Länge des Bereiches E beträgt normalerweise eine bis anderthalb Umdrehungen des Schraubenrohlings plus der Ausrollänge» Der Ausrollbereich entspricht in der Länge normalerweise ungefähr dem größeren D urchmesser der fertigen Schraube. Bei dem Bereich B handelt es sich um die Länge der Spitzenfreigabe, die normalerweise für irgendeine Schraubenabmessung festgelegt sein wird. Gewisse Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken, die normalerweise verwendet werden haben die nachstehend angeführten Längen:- #00 - 3/16", #0 - 1/4",#10 - 3/8" und ^ 20 - l/2». In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen,"daß eine Gewindewalzmaschine oder Gewinderollmaschine normalerweise nur eine bestimmte Länge einer Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke halten kann. Darauf hingewiesen sei aber auch noch, daß irgendeine Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke zur Bearbeitung von Werkstücken oder Rohlingen mit den verschiedensten Abmessungen eingesetzt werden kann. Damit aber verändert sich die Anzahl an Rohlingsumdrehungen, die die Länge der Abschneiderampe ausmachen, dann, wenn verschiedene Abmessungen der Rohlinge auf der gleichen Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke gewalzt oder gerollt werden sollen.

In der Projektion auf eine Horizontalebene, wie dies in Fig. 3 der Fall ist, entspricht der Abstand zwischen der Begrenzungslinie/Fasenlinie 48 und dem Punkt 74, der manchmal auch als

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r_r~, 20.1.1973

Punkt "X" bezeichnet wird, der Spitzenkonstante der zu walzenden oder zu rollenden konisch spitzen Schraube. Bei der Spitzenkonstante einer konischen und spitzen Schraube handelt es sich um den Abstand zwischen der äußersten Spitze der Schraubenspitze und dem von diesem äußersten Ende entfernten Ende der schrägen Fläche, und zwar gemessen entlang der Achse der Schraube. Dieser Abstand ist in Fig. 8 mit dem Hinweis "PC" gekennzeichnet. In der Projoktion auf eine Vertikalebene, wie dies bei Fig. 2 der Fall ist, ist der Abstand zwischen dem Punkt Jh und der Begrenzungslinie/Fasenlinie 48 als "Krümmungshöhe" bekannt. Weil nun der Winkel zwischen der Gewindeformfläche 28 und der Spitzengewindeformfläche 24 für irgendeine Gewindewalzbacke oder Gewinderoilbacke bekannt ist, ist das Verhältnis des Vertikalabstandes irgendeines Punktes auf der Kante 50 oder auf der Kante 34 zur Fasenlinie 48,(d.h. das Verhältnis l) zu (2) dem Horizontalabstand dieses Punktes auf der Kante 50 oder der Kante 34 zur Fasenlinie 48 gleich dem Verhältnis der Krümmungshöhe zur Spitzenkonstante. Für jede beliebige konisch spitze Schraube sind die Größen der Spitzenkonstante und der Krümmungshöhe der Gewindewalzbacke oder der Gewinderollbacke festgelegt. Sonstige Änderungen und Modifikationen an der Abschneiderampe bleiben der Wahl des Konstrukteurs überlassen.

Es ist empirisch festgestellt worden, daß für die Formung der Spitze der optimale Punkt dann gegeben ist, wenn der Schnittpunkt zwischen den jeweils zur Abschneidranipenflache 20 gehörenden Schneidkanten 34 und 50 mit der Abschneidrampenfläche 22 derart angeordnet ist, daß er sich bei der mit Fig. 3 wiedergegebenen Draufsicht zur Fasenlinie 48 in einen: Horizontalabstand befindet, der gleich dreiviertel der Spitzenkonstante und gleichzeitig mitten zwischen den Rampenenden angeordnet ist.

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2.* - G i6 -2306 A3 Ί

Wie bereits zuvorerwähnt, ist das Verhältnis der Vertikalhöhe zum Horizontalabstand eines Punktes auf der Schneidkante der Abschneidrampe gleich dem Verhältnis der Krummungshöhe zur Spitzenkonstante. Damit aber, wie aus der Vertikalprojektion nach Fig. 2 zu erkennen ist, divergiert.die Kante 34 schnell oder steil von der Fasenlinie 48 im Bereich C. Dies ist auch bei der Horizontalprojektion nach Fig. 3 der Fall, wo die Schneidkante proportional dem Verhältnis der Spitzenkonstante zur Krümmungshöhe von der Begrenzungslinie oder Fasenlinie 48 divergiert. Daraus folgt, daß ein Punkt auf der in einer ersten Ebene gelegenen Schneidkante 34, dessen gemessener Horizontalabstand zur Fasenlinie 48 dreiviertel der Spitzenkonstante beträgt, in vertikaler Richtung gemessen auch einen Abstand zur Fasenlinie 48 hat, die dreiviertel der Krümmungshöhe ausmacht. Anders ausgedrückt: während einer ersten Bearbeitungsphase wird die Schneidkante 34 der Abschneidrampe bis zu dreivierteln der Spitzenkonstante in ein Werkstück eindringen, wobei dies stattfinden wird,während einer Abrollbewegung über eine Hälfte der Länge der Abschneiderampe .

Alternativ kann der Schnittpunkt der Kanten 34 und 50 an einem Punkt liegen, der bei dreivierteln der Länge der Abschneiderampe angeordnet ist, wobei die Spitzenkonstante siebenachtel beträgt. In diesem Falle dringt die zuerst einwirkende Länge der Schneidkante mit einer Tiefe in die Werkstücke ein, die siebenachtel der Spitzenkonstante beträgt, und dies erfolgt während der Abrollbewegung über dreiviertel der Länge der Abschneiderampe.

Die am ehesten gewünschte Alternativ wird in Abhängigkeit von der Abmessung der zu walzenden oder zu rollenden Schraube ge-

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- _κ 20.1.1973

wählt. Diese zweite Alternativ© hat sich besonders zufriedenstellend erwiesen bei Schrauben mit einem #12-Durchmesser oder sogar mit größeren Abmessungen, wohingegen die erste Ausführung höchst erfolgreich war bei Schrauben mityO-Durchmesser bis TriO-Durchmesser.

Es ist bereits zuvor erwähnt worden, daß die lange Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke 12 als exaktes Gegenstück konstruiert und ausgeführt ist, wobei Form und Abmessung einem jeden Teil der kurzen Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke identisch sind, jedoch mit der Ausnahme, daß die Verlängerungen, die typischer Weise ein Viertel eines Zolles betragen, vorgesehen sind und die Länge des Spitzenlösebereiches (b) und des Fertiglösebereiches (e) vergrößern. Die Bereiche C und D haben bei der kurzen Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke 10 und bei der langen Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke 12 die gleiche Länge.

Nachstehend soll nun anhand von Fig. ^, F±g. 5» Fig. 6, Fig.7 und Fig. 8 ein Arbeitsablauf im Zusammenwirken zwischen der kurzen Gewindewalzbacke oder der kurzen Gewinderollbacke 10 und der langen Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke 12 beschrieben und leichter verständlich gemacht werden. Zur besseren Darstellung der Spitzenformwirkung der Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken sind bei Fig. U₁ Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7 und Fig. 8 die Gewindeformkanten oder Gewindeschneidkanten hZ und $k weggelassen worden. Im Bereich B wird das Werkstück I^ zwischen die Gewindeformflächen 28 der kurzen Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke 10 und der langen G_ewindewalzbacke oder Gewinderollbacke 12 eingesetzt. Zusammen mit der Längsverschiebung der langen Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke 12 wird das Werkstück aus dem Bereich B in den Bereich C gerollt, ins-

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- g 18 ζ306431

in die rait Fig. 5 dargestellte Position, bei der die spitzenformende Gewindeformfläche 2k mit der Bearbeitung des Werkstückes begonnen hat. Wie aus der Folge der Querschnittsdarstellungen und auch aus Fig. 3 zu erkennen ist, verstärkt die Fläche Zk nach und nach den Kontakt mit der ursprünglich zylindrischen Oberfläche 16 des Werkstückes 14. Darüber hinaus hat zu dem Zeitpunkt, dem der Querschnitt nach Fig. 5 zugeordnet werden kann, hat der Kontakt der Rampenfläche 20 mit einem Teil der zylindrischen Länge 16 des Werkstückes Ik eingesetzt und mit der Bildung eines extrudierten Materialrestes 23 dadurch begonnen, daß einiges vom Werkstückmaterial vom Kopf 18 des Werkstückes Ik weggedrängt wird. Fig. 6 zeigt das Resultat der fortgesetzten Bearbeitung des Werkstückes durch die verschiedenen Oberflächen der Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken 10 und 12 für den Zeitpunkt, nachdem kurz zuvor das Werkstück lk in den Bereich D gerollt worden ist* Zu erkennen ist, daß der größte Teil des extrudierten Materialrestes 23» aber auch der größte Teil der Spitze, beim Werkstück geformt worden sind, und zwar durch die· Rampenfläche 20 und einen Teil der Rampenfläche 22 sowie durch die Gewindespitzenform- , fläche 2k, wobei dar, tiefste Eindringen der Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken zu einem Zeitpunkt erfolgt, der der Querschnittsdarstellung nach Fig« 6 entspricht.

Fig. 7 zeigt nun die relativen Positionen, d.h. die relative) Zuordnung, der Gewindewalzbacken und des Werkstückes zu Beginn des Bereiches E. Nach dem Abrollen des Werkstückes Ik bis über den in Fig. 3 wiedergegebenen Punkt 7^ hinaus ist der extrunierte Materialrest 23 vollständig geformt, und eine Weiterbewegung des Werkstückes Ik zum Ende der Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken 10 und 12 hin wird verursachen, daß die

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20.1.1973 _{OQnc/ O1}

23υbA31

keilförmigen Teile der Gewinderollbacken oder Gewindeschneidbacken -(diese werden gebildet durch die Fläche 26, durch den nach hinten konischen Teil 30 und durch den benachbarten Teil der Fläche 2k)- den extrudierten Materialrest 23 vom Werkstück I** abtrennen. Öles ist aus dem mit Fig. 8 gegebenen Querschnitt zu erkennen, der den Materialrest 23 nicht mehr zeigt, weil
dieser bereits vollständig abgetrennt worden ist, weil darüber hinaus auch noch das Werkstück noch vor dem Auswerfen aus den Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken vollständig geformt
worden ist.

Anhand der mit Fig. k bis Fig. 8 gegebenen Erläuterungen ist
somit klar geworden,, daß - um in den Begriffen des Verfahrens zu bleiben - die Sehneidkante 3^ der zur Abschneiderampe gehörenden Länge 20 während eines Ablaufes des Arbeitsvorganges schnell in das Werkstück eindringt, wobei es sich bei diesem
Arbeitsablauf immerhin um eine erste Phase des gesamten Arbeitsablaufes handelt. In der zweiten Phase, die sich beim beschriebenen Ausführungsbeispiel unmittelbar" an die erste Phase anschließt, dringt die Fortsetzungslänge 5O der Schneidkante,
die nur eine der beiden Schneidkanten der streifenförmigen Abschneiderampe 22 ist, mit einer gegenüber dem Eindringen während der ersten Phase viel langsameren Geschwindigkeit in das Werkstück ein. Nun ist zu erkennen, daß als Resultat der während der zweiten Phase erfolgenden relativ langsamen Bearbeitung eine besser geformte Spitze ist, weil die Bearbeitung
unter Vermeidung einer abrupten Einwirkung auf den Bereich zwischen dem Materialrest 23 und dem übrigen Teil des Werkstückes erfolgt. Zu erkennen ist, daß es sich bei diesem Verbindungsteil um eine dünne streifenförmige Verbindung laut Fig. 7 und Fig. 8 mit einem sehr kleinen Durchmesser handelt. Und es ist

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gerade die relativ langsame Bearbeitring während der zweiten Phase des Arbeitsablaufes, von der geglaubt wird, daß sie einen bedeutenden Beitrag leistet für die Verbesserung im Vergleich zu den bisher bekannten Techniken und Verfahren, beispielsweise im Vergleich mit dem Verfahren, das mit U.S.-Patent Nr. Re 26.518 beschrieben und dargestellt wird.

Nachstehend soll nun die Beschreibung und Erläuterung unter Verweisung auf die Konstruktion einer jeden der Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken fortgeführt werden. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß in Übereinstimmung mit einer wichtigen Eigenschaft des beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispieles, die Schneidkante mit ihren Längen 3k und 50 die GewindeformfIäche24 von der kontinuierlich geführten Rampenfläche 20, 22, 30 der rampenartigen Schneidkante oder Formrippe trennt, wobei diese Schneidkante oder Formrippe von einer relativ niedrigen ersten Ebene der verlängerten Oberfläche 28 der Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken 10 und 12 bis zu einer zweiten Ebene sehr nahe an der Bezugsebene ζ ansteigt. Zur Rampenfläche gehört der schmale und streifenförmige Oberflächenbereich 22 in der zweiten Ebene. Dieser streifenförmige Oberflächenbereich wird gebildet zwischen einer zweiten Länge 50 der Schneidkante und der anderen Kante 55, die sich parallel zur Kante 50 erstreckt. Genauer gesagt: der ansteigende Teil der rampenartigen Schneidkante oder Formkante besteht aus einem ersten ansteigenden Teil im Bereich C mit der Rampenfläche 20, dessen Schneidkante an der Verbindung mit der geneigten Fläche 24 die erste Länge Jk bildet, wobei die Rampenfläche 20 an der Verbindung 38 in den streifenförmigen Oberflächenbereich 22 übergeht. Im Bereich C ist die Rampenfläche 20 des ersten ansteigenden

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- ο 2ΐ

die Fortführung der zum Einlaufbereich B gehörenden Rampenfläche 40, deren Abstand zur Bezugsebene m größer ist als der Abstand des verlängerten Oberflächenbereiches 28 zur Bezugsebene z. Eine jede der kontinierlichen Rampenflächen 20, 22 und 23 liegt in einer Ebene, die zur Bezugsebene ζ und im Hinblick des zu bearbeitenden Werkstückes 1*4- und dessen Achse in einem Winkel zwischen O Grad und 20 Grad geneigt ist.

Wenn diese Erfindung auch unter Verweisung auf eine bestimmte Form einer als Flachwerkzeug ausgeführten Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke beschrieben und erläutert worden ist,so kann sich ihr Einsatz auch auf Rundwerkzeuge beziehen, desgleichen weiterhin ebenfalls auf das Formen verschiedener Oberflächen, beispielsweise von Schrauben mit zwei Gewindegängen oder von Schrauben mit einem Gewindegang, aber auch noch zum Rollformen von anderen gewünschten Formen, statt ausschließlich nur von Gewinden.

Zur Anführung einiger möglicher Modifikationen sei darauf hingewiesen, daß die Lage der Verbindung 33 zwischen den Abschneiderampenflächen 20 und 22 als eine Funktion der Abmessung des Schraubenrohlings gewählt wird. Vom Ende der Gewindewalzbacke oder der Gewinderollbacke aus betrachtet, kann der Winkel zwischen den Rampenflächen und der Bezugsebene ζ einen Wert von O Grad bis 20 Winkelgrade annehmen, wenn auch oft mit einem Winkel von 15 Grad gearbeitet wird. Auch dieser Winkel kann sich über die Länge der Extrudierrampe verändern und dabei am Anfang 15 Grad betragen und dann auf 20 Grad anwachsen, und zwar an einem Punkt, in dem der Kontakt mit dem Werkstück hergestellt wird, ganz besonders im Bereich, in dem der extrudierte Materialrest 23 abgetrennt wird. Innerhalb des Umfanges dieser Erfindung können die anderen Flächen in einem gewissen Umfange

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3 t/ - G 22 -

geändert oder modifiziert werden.

Somit ist aus der ausführlichen Beschreibung und aus der Zeichnung zu erkennen, daß mit dieser Erfindung eine hochwirksame Schneidform und ein hochwirksames Verfahren für das Gewindewalzen oder für das Gewinderollen von konischen oder konisch spitzen Produkten, insbesondere aber von Schrauben, geschaffen worden ist. Eine Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke und ein Gewindewalzverfahren oder Gewinderollverfahren, mit denen massive Spitzen und massive Spitzengewinde in konsistenter ¥eise geformt werden können. Durch Kombination einer Abschneiderampenlänge, die zu Beginn des FormungsVorganges mit einer rapiden Eindringgeschwindigkeit arbeitet, mit einer anderen Rampenlänge, die mit einer langsamen Endeindringgeschwindigkeit arbeitet, werden die Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken eine massive Spitze herstellen, und dies ohne eine übermäßig lange Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke, die sonst zur Erzielung des gewünschten Ergebnisses erforderlich wäreurid dabei einen unerwünschten Kaltbearbeitungseffekt hervorrufen würde. Die relativ langsamere Geschwindigkeit am Eindringende, d.h . am Ende der Formgebung, druckt den extrudiarten Materialrest während des Endformvorganges und der Gewindeformgebung von der Schraubenspitze nach und nach weg.

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Claims

-i i 20.1.1973

JI -Al-

Litton Industries, Beverly Hills, California/USA Patentansprüche i

Gewindewalzverfahren oder Gewinderollverfahren zur Herstellung von konisch spitzen Schrauben aus im wesentlichen zylindrischen Werkstücken durch plastische Deformation, die während einer bestimmten Zeitintervalle, wenn das Werkstück zwischen zwei Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken abgerollt wird durch den auf das Werkstück einwirkenden Druck verursacht wird. Jede der vorerwähnten Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken hat eine Oberfläche mit Gewindeformkanten oder Gewindeschneidkanten, die zur Achse des Werkstückes einen Winkel bilden, damit aus dem Werkstück eine konisch spitze und mit Gewinde versehene Länge hergestellt werden kann. Jede dieser Oberflächen läuft in eine Kante aus, die in progressiver Weise nach und nach in das Werkstück eindringt oder einschneidet, wobei die Anordnung dieser Kanten .den kleinsten Durchmesser der auf diese Weise hergestellten konisch spitzen Länge bestimmt. Dieses Gewindewalzverfahren oder Gewinderollverfahren

dadurch gekennzeichnet, daß

das allmähliche Eindringen oder Einschneiden der Kanten (3^» 50) einer jeden der Gewindewalzbacken oder Gewinderollbacken (10,12) in das Werkstück (l^) während einer zweiten und späteren Phase des Arbeitsablaufes, der ein Teil des vorgegebenen Zeitinervalles ist, erfolgt, wobei die Eindringgeschwindigkeit gegenüber einer ersten und vorausgehenden Arbeitsphase, die auch ein Teil des vorgegegebenen Zeitintervalles ist, langsamer ist.

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ο -, 20.1.1973 -Λ - A 2 -

ο q Π C A O Gewindewalzverfahren oder Gewinderollverfahren

nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß

es zwei Arbeitsphasen gibt.

3· Gewindewalzverfahren oder Gewinderollverfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß

eine jede der beiden Arbeitsphasen mindestens die Hälfte der gesamten Arbeitsablaufzeit in Anspruch nimmt, wobei das Eindringen oder Einschneiden der Kanten (3^, 50 ) in das Werkstück während der ersten Arbeitsphase dreiviertel der gesamten Eindringtiefe beträgt.

k. Gewindewalzverfahren oder Gewinderollverfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß

die erste Arbeitsphase mindestens dreiviertel der gesamten Arbeitsablaufzeit in Anspruch nimmt, wobei das Eindringen oder das Einschneiden der Kanten (3^·»5θ) in das Werkstück siebenachtel der gesamten Eindringtiefe beträgt.

5· Gewindewalzverfahren oder Gewinderollverfahren • nach irgendeinem der vorerwähnten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

zur Formung einer Spitze bei einer konischen Länge die Kanten (3^, 5θ) mit genügender Tiefe in das Werkstück eindringen oder einschneiden, und dies bei gleichzeitigem Extrudieren des plastisch verformten Materials zur Bildung eines Materialrestes, der später noch abgetrennt wird.

6. Gewinderollverfahren oder Gewindewalzverfahren nach irgendeinem der vorerwähnten Ansprüche,

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- bh 2O.l.l?73

dadurch, gekennzeichnet, daß

während einer jeden der vorerwähnten Arbeitsphasen gleichzeitig im Rollverfahren oder Walzverfahren auch die Gewinde auf der zylindrischen Werkstückslänge (l4) hergestellt werden, wobei das Schraubgewinde auf dem zylindrischen Teil (l6) eines Werkstückes (l*0 der konischen Länge benachbart ist und in diese konische Länge übergeht.

Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke, die zusammen mit einer im wesentlichen formähnlichen anderen Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke in Übereinstimmung mit dem Verfahren nach irgendeinem der vorerwähnten Ansprüche zur Herstellung von konisch spitzen Schrauben Verwendung findet. Diese Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke zumindestmit einer mit Gewindeformkanten oder Gewindeschneid, kanten versehenen Oberfläche, über die ein im wesentlichen zylindrisches Werkstück zum Abrollen gebracht wird, wobei diese Oberfläche im Hinblick auf eine Bezugsebene geneigt angeordnet ist - die vorerwähnte' imaginäre Bezugsebene ist der geometrische Ort aller aufeinanderfolgenden Lagen der Werkstücksachse während einer Relativbewegung zwischen der Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke und dem Werkstück. Die vorerwähnte Oberfläche geht in eine Kante über, die nach und nach aufgrund ihrer Ausrichtung allmählich tiefer in das Werstück eindringt oder einschneidet, wobei der Abstand zwischen Schneidkante und Bezugsebene bei Fortgang der Werkstpcksbearbeitung kleiner wird« Die Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke,
dadurch gekennzeichnet, daß

eine erste Länge (3*0 der Schneidkante, die während einer ersten Arbeitsphase (Bereich C) in das Werkstück eindringt

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- bh -

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-Afc-

oder in das Werkstück (l4) einschneidet, zur Bezugsebene (ζ) einen Winkel bildet, der größer ist als der Winkel zwischen einer zur Schneidkante gehörenden zweiten Länge (50), die während der sodann folgenden Arbeitsphase (Bereich D) in das Werkstück (lk) eindring oder einschneidet, und der Bezugsebene (z)«

8. Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß

die Länge der Schneidkante, zu der die erste Länge (3*0 und die zweite Länge (50.) gehören, die Gesamtlänge der Schneidkante ist, die in das Werkstück (1*0 eindringen oder einschneiden wird,

9· Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke nach Anspruch 7 oder Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß

die rampenartige Schneidkante oder Schneidrippe der Gewindewalzbacke oder der Gewinderollbacke (lO, 12), von der eine Oberfläche (2**) geneigt oder schräg angeordnet ist, d.h. die geneigte Fläche (2k) ist, die in die Kanten, übergeht, welche sich zusammensetzt aus den Längen (3^»5θ) die zur Bezugsebene verschiedene Winkel annehmen«

10. Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

die Schneidkante samt ihren verschieden ausgerichteten Längen (3**, 5θ) die schräggeneigte Fläche (2k) von einer kontinuierlichen Rampenfläche (20, 22, 30) der rampenförraigen Schneidkante, die von einer relativ tiefen Ebene einer verlängerten Oberfläche (28) der Gewinde walzbacke (lO, 12) bis zu einer zweiten Ebene nahe der Bezugsebene (z) ansteigt, trennt; zurrampenförmigen Fläche ein schmaler streifenförmiger Oberflächenbereich (22) in einer

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- bh. —

_n ^ 20.1.1973

zweiten Ebene gehört, wobei der streifenförmige Oberflächenbereich (22) sich zwischen einer zweiten Länge (50) der Kante und einer anderen Kante (55)» die zur vorerwähnten zweiten Kante parallel angeordnet ist, befindet.

11. Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke nach irgendeinem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß

zu dem verlängerten Oberflächenbereich (28) Schneidrippen oder Schneidkanten (5*0 gehören, die auf einer zylindrischen Länge (l6) eines Werkstückes (lh) die Gewindegänge oder das Gewinde formen; die Oberfläche(28) in einer Ebene parallel zur Referenzebene (a) liegt und längs einer Kante (48) in die geneigte Oberfläche (2^) übergeht.

12. Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke nach Anspruch 10 oder 11,

dadurch gekennzeichnet, daß

zu dem ansteigenden Teil der raiftpenförmigen Kante ein erster ansteigender Teil (Bereich C) gehört, der eine Rampenfläche (20) bildet, deren Kante an der Verbindung mit der schrägen Fläche (2k) eine erste Länge (3*0 bildet, wobei die Rampenfläche (20) in den streifenförmigen Oberflächenbereicu (22) übergeht.

13. Gewindewalzbacke odex" Gewinderollbacke nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, daß

es sich bei der Rampenfläche (20) des ersten ansteigenden Teiles (Bereich c) um die Fortführung der Rampenfläche (^p aus dem Startbereich (b) handelt, deren Abstand zur Bezugs ebene (z) größer ist, als der Abstand der verängerten Ober fläche (28) zur Bezugsebene (z).

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- bh -

■ η , 20.1.1973

I^. Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke nach Anspruch 10 und Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche der kontinuierlichen Rampenfläche (20, und 30) in Ebenen liegen, die im Hinblick auf die Bezugsebene (z) in der Richtung der Achse eines Werkstük— kes (lk)_r das zu bearbeiten ist, Schrägneigungen aufweisen.

15· Gewindewalzbacke oder Gewinderollbacke nach Anspruch lk,
dadurch gekennzeichnet, daß, der Neigungswinkel zwischen der kontinuierlichen Rampenflache (20, 22, 30) und-der Bezugsebene (z) einen Vert zwischen 0 Grad und 20 Grad annimmt.

- Ende -

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