DE3050448C2

DE3050448C2 -

Info

Publication number: DE3050448C2
Application number: DE3050448A
Authority: DE
Inventors: Gennadij Aleksandrovic Toropov; Stepan Petrovic Samenko; Rostislav Petrovic Didyk; Anatolij Aleksandrovic Dnepropetrovsk Su Toropov
Original assignee: DNEPROPETROVSKIJ GORNYJ INSTITUT IMENI ARTEMA DNEPROPETROVSK SU
Current assignee: DNEPROPETROVSKIJ GORNYJ INSTITUT IMENI ARTEMA DNEPROPETROVSK SU
Priority date: 1980-06-26
Filing date: 1980-06-26
Publication date: 1989-06-15
Also published as: FR2495512B1; FR2495512A1; SE8201084L; JPS6024737B2; DE3050448A1; JPS57500817A; SE445523B; US4491002A; WO1982000014A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Gewindes mit nachgiebigen Gewindeflanken nach dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1 sowie Werkzeuge zu dessen Durchführung nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 2 bzw. 4.

Aus der US-PS 38 13 718 ist ein gattungsgemäßes Ver fahren zur Herstellung eines elastischen Gewindes mit geschlossener Hohlhelikoide im Gewindeprofil bekannt, bei dem zunächst auf einem Werkstück eine Schraubennut erzeugt wird, deren Steigung der Steigung des erwünsch ten Gewindes entspricht. Daraufhin wird ein Gewinde um eine halbe Steigung versetzt so eingearbeitet, daß die entstandenen Zähne der Schraubennut geteilt und die entstandenen Zahnteile nach außen gedrückt werden, wodurch Zahnteile gegenüberliegender Flanken unter Bildung einer Hohlhelikoide zusammenfließen. Die Tiefe des Grundes der Schraubennut liegt dabei zwischen der halben und der vollen Tiefe des herzustellenden Gewin des. Die durch dieses Verfahren erzeugte Hohlhelikoide liegt in den Spitzen des Gewindeprofils extrem stark verformt, und die entstandene Hohlhelikoide ist sehr schmal. Dies beschränkt die Gewindeelastizität, den Maßtoleranzbereich und erfordert ein hohes Drehmoment beim Einsatz eines Werkzeuges zur Gewindeherstellung.

Aus der SU-PS 6 25 824 ist ein gattungsgemäßes Gewin deformwerkzeug für ein Innengewinde bekannt, das aus einem Schaft und aus einem Arbeitsteil besteht. Der Arbeitsteil weist zum Schaft hin einen nutbildenden Teil auf, auf den in Axialrichtung ein gewindeformen der Teil folgt. Die Steigung des Gewindeprofils des nutbildenden Teils bzw. des gewindeformenden Teils ist gleich der Steigung des herzustellenden Gewindes, wo bei der gewindeformende Teil in Axialrichtung um eine halbe Steigung gegenüber dem nutbildenden Teil ver setzt ist. Der Außendurchmesser des nutbildenden Teils ist bei diesem Gewindeformwerkzeug nicht größer als der Außendurchmesser des gewindeformenden Teils. Zur Herstellung eines elastischen Gewindes mit geschlos sener Hohlhelikoide im Gewindeprofil wird das Gewinde formwerkzeug in eine Bohrung eingeschraubt. Dabei er zeugt der nutbildende Teil eine Schraubennut, deren Tiefe zwischen der halben und der vollen Tiefe des herzustellenden Gewindes liegt. Der auf den nutbilden den Teil folgende gewindeformende Teil vertieft sich bei fortlaufender Bewegung des Gewindeformwerkzeugs in die Spitzen der Schraubenut und verformt deren Wandung, wodurch ein Gewinde mit geschlossener Hohl helikoide im Gewindeprofil erzeugt wird. Der Hohlheli koidenraum ist hierbei ebenso wie bei dem oben be schriebenen Verfahren durch die Zahngröße des Gewinde profils beschränkt, da die vom nutbildenden Teil er zeugte Schraubennut nicht tiefer ist als die Tiefe des herzustellenden Gewindes. Dies beschränkt die Gewinde elastizität und den Maßtoleranzbereich und erfordert ein hohes Drehmoment beim Einsatz dieses Gewindeform werkzeugs.

Aus der DE-AS 10 86 661 ist ein gattungsgemäßes Ge windewalzwerkzeug bekannt, das zwei Walzrollensätze aufweist, die in Axialrichtung aufeinanderfolgend in einem Gehäuse angeordnet sind und die jeweils im Stei gungsverlauf des Gewindes über den Umfang des Gehäuses gleichmäßig verteilt neue Walzrollen aufweisen. Die Walzrollen sind mit parallelen, in ihrem Abstand der Steigung des Gewindes angepaßten Ringrippen versehen und um den Steigungswinkel des Gewindes verschwenkt. Im Steigungsverlauf des zu bildenden Gewindes sind die Rollen jedoch nicht zueinander in Axialrichtung ver setzt. Mit diesem Gewindewalzwerkzeug läßt sich das Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dementsprechend nicht durchführen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, das gattungsgemäße Verfahren sowie die gattungs gemäßen Werkzeuge zur Durchführung des Verfahrens so auszubilden, daß die Gewinde mit geschlossener Hohl helikoide eine hohe Elastizität und einen weiten Maß toleranzbereich aufweisen und daß das zur Herstellung des Gewindes auf das Werkzeug aufzubringende Drehmo ment gering ist.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die kennzeich nenden Maßnahmen des Patentanspruchs 1 sowie vorrich tungsmäßig mit den kennzeichnenden Merkmalen der Pa tentansprüche 2 bzw. 4 in Verbindung mit den jeweils zugehörigen Oberbegriffsmerkmalen gelöst. Das Gewindeformwerkzeug nach Patentanspruch 2 ist im Patentanspruch 3 vorteil haft weitergebildet.

Mit den erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit den zur Durchführung des Verfahrens verwendbaren Gewindewerk zeugen läßt sich ein elastisches Gewinde mit elasti scher Hohlhelikoide im Gewindeprofil herstellen, des sen Hohlhelikoide von Bereichen besonders starker Ver formung durch ein Gewindeformwerkzeug entfernt liegt, wodurch die Elastizität des Gewindes erhöht, der To leranzbereich erweitert und das erforderliche, auf ein Werkzeug aufzubringende Drehmoment zur Gewinde herstellung herabgesetzt wird. Durch das zusätzliche Materialvolumen, das bei der Herstellung der Schrau bennut verdrängt wird, ist es möglich, das erfindungs gemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäßen Werkzeuge zur Wiederherstellung von abgescherten Gewinden zu verwenden, deren Profilhöhe um bis zu mehr als 80% verschlissen ist.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Werkzeuge werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch ein Gewindeformwerkzeug,

Fig. 2 schematisch eine zweite Ausführungsform eines Gewindeformwerkzeugs, bei dem ein nutbildender Teil von einem Schaft aus gesehen vor einem gewindeformenden Teil angeordnet ist,

Fig. 3 schematisch eine Ausführungsform eines mit Rol len versehenen Gewindewalzwerkzeuges,

Fig. 4 eine Unteransicht auf den Anschnitteil des Ge windewalzwerkzeugs von Fig. 3 und

Fig. 5 die plastische Verformung der Wandung einer vorgefertigten Schraubennut.

Ein Gewinde wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wie folgt hergestellt:

In ein Werkstück 9 wird zunächst eine Schraubennut 10 eingearbeitet, deren Steigung gleich der Steigung des herzustellenden Gewindes ist und deren Grund tie fer als der Grund des herzustellenden Gewindes liegt. Dabei soll das Volumen des bei der Herstellung der Schraubennut 10 verdrängten Werkstückmaterials dem geschlossenen helikoidförmigen Hohlraum 11 innerhalb des Pro fils des durch anschließende Verformung der Wandung der genannten Schraubennut 10 erzeugten Gewindes ent sprechen.

Das zusätzliche Materialvolumen, das bei der Herstel lung der Schrauben, deren Grund tiefer als der Grund des herzustellenden Gewindes liegt, verdrängt wird, macht es möglich, den Maßtoleranzbereich des Werk stückes zu erweitern und das Gewinde beispielsweise in Bohrungen zu formen, deren Durchmesser zwischen dem Flanken- und dem Gewindedurchmesser liegt. Außer dem kann das Verfahren zur Wiederherstellung von ab gescherten Gewinden benutzt werden, bei welchen die Höhe des zurückgebliebenen Profilteiles 20% und we niger vom Anfangswert beträgt (Verschleiß 80%).

Die im Gewindeprofil des hergestellten Gewindes ent stehende Hohlhelikoide hat einen größeren Umfang als bei bekannten elastischen Gewinden und ist vom Ort besonders starker Materialverformung durch einen ge windeformenden Teil eines Werkzeuges entfernt, wodurch das Gewindeprofil des herzustellenden Gewindes eine größere Elastizität erhält und das Drehmoment während der Gewindeerzeugung herabgesetzt wird.

Ein Gewindeformwerkzeug zum Durchführen des Verfahrens, beispielsweise ein spanlos arbeitender Gewindebohrer, umfaßt einen Schaft 1 (Fig. 1) und einen Arbeitsteil 2, der aus zwei aufeinanderfolgenden Teilen, einem nutbildenden Teil 3 und einem gewindeformenden Teil 4 besteht, die in Axialrichtung des Werkzeuges um eine halbe Steigung gegenseitig versetzt sind. Dabei ist der Außendurchmesser d ₁ des nutbildenden Teiles 3 größer als der Außendurchmesser d ₂ des gewindefor menden Teiles 4. Bei einer weiteren Ausführungsform ist der nutbildende Teil 3 von dem Schaft 1 (Fig. 2) aus gesehen vor dem gewindeformenden Teil 4 angeord net, wobei der gewindeformende Teil 4 einen Anschnitteil 5 auf der dem nutbildenden Teil 3 zugewandten Seite aufweist.

Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, können ein nutbil dender Teil 3 und ein gewindeformender Teil 4 eines Gewindewalzwerkzeugs jeweils als am Umfang in einem Gehäuse 6 gleichmäßig angeordnete Walzrollen 8 bzw. 7 mit Ringrippen ausgebildet werden, deren Steigung gleich der Steigung des herzustellenden Gewindes ist.

In Fig. 3 und 4 ist eine Ausführungsform des Gewinde walzwerkzeugs gezeigt, bei der der die Walzrollen 8 aufweisen de, nutbildende Teil 3 vom Schaft 1 ausgesehen vor dem die Walzrollen 7 aufweisenden, gewindeformenden Teil 4 angeordnet ist. Es ist auch eine Ausführungsform mög lich, bei welcher die Teile 3 und 4 mit Walzrollen 7 bzw. 8 in umgekehrter Reihenfolge angeordnet sind, d. h. der gewindeformende Teil 4 mit Walzrollen 7 ist vom Schaft 1 aus gesehen vor dem nutbildenden Teil 3 mit Walzrollen 8 angeordnet.

Das elastische Gewinde wird in einer Bohrung auf fol gende Weise hergestellt.

Der nutbildende Teil 3 (Fig. 1) bewegt sich in der Werkstückbohrung in Axialrichtung und erzeugt eine Schraubennut, indem er einen Teil des Werkstückmate rials aus der unterhalb des Durchmessers des herzu stellenden Gewindes liegenden Zone hebt und somit den Durchmesser der Werkstückbohrung verringert. Nun kommt der gewindeformende Teil 4 des Werkzeugs zur Wirkung, dessen Gewindeprofilspitzen gegen die Spitzen des Ge windeprofils des nutbildenden Teiles 3 mindestens um eine halbe Steigung versetzt sind. Deshalb fällt der erste Zahn des Gewindeprofils des gewindeformenden Teils 4 zum Anschnittzeitpunkt mit dem Zahn der Schrau bennut zusammen. Bei fortdauernder Einschraubbewegung des Werkzeugs vertieft sich der gewindeformende Teil 4 in die Profilspitzen der Schraubennut 10 und ver formt deren Wandung, wodurch ein Gewinde mit geschlos sener Hohlhelikoide erzeugt wird, deren Grund tiefer als der Grund des hergestellten Gewindes liegt.

Werden die Teile 3 und 4 vertauscht (Fig. 2 und 3), so verläuft das Gewindeformen auf folgende Weise.

Wenn der Durchmesser der Werkstückbohrung größer ist als der Gewindedurchmesser, bewegt sich der gewinde formende Teil 4 in der Werkstückbohrung ungehindert in Axialrichtung. Ist der Bohrungsdurchmesser kleiner als der Gewindedurchdmesser, schraubt sich der gewin deformende Teil 4 zwangsläufig in die Bohrung ein, wobei ein Gewinde mit geringer Profilhöhe erzeugt wird. Der nach dem gewindeformenden Teil 4 laufende nutbil dende Teil 3 bildet eine Schraubennut aus, indem er einen Teil des Werkstückmaterials aus der unterhalb des Durchmessers des herzustellenden Gewindes liegen den Zone hebt und somit den Durchmesser der Ausgangs bohrung verringert.

Nach der Umkehr der Werkzeug- bzw. Werkstückdrehrich tung wird das Werkzeug ausgeschraubt. Dabei dient der nutbildende Teil 3 als Leitpatrone, die die Spitzen des Gewindeprofils des gewindeformenden Teils 4 genau zwischen die Rillen der gebildeten Nut richtet.

Nachdem das Gewindeformwerkzeug vollständig ausge schraubt ist, ist die Schraubennut zu einer Hohlheli koide ausgebildet, die im Gewindeprofil des gebilde ten Gewindes liegt. Somit wird im Werkstück beim Ein schrauben des Werkzeuges eine Schraubennut und beim Ausschrauben ein elastisches Gewinde erzeugt.

Dieses Werkzeug eignet sich besonders gut für die Herstellung elastischer Gewinde in Sackbohrungen.

Die Wirkungsweise des Werkzeuges, bei dem der gewinde formende Teil 4 und der nutbildende Teil 3 als am Um fang im Gehäuse 6 gleichmäßig angeordnete Walzrollen 7 bzw. 8 mit Ringrippen ausgebildet sind, deren Stei gung gleich der Steigung des herzustellenden Gewin des ist, stimmt mit der Wirkungsweise des oben be schriebenen Werkzeugs überein.

Nachstehend wird ein konkretes Durchführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.

Beispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde bei der Wieder herstellung eines abgenutzten Gewindes M 18 × 1,5 aus Stahl 20 mit Hilfe eines spanlos arbeitenden zwei stufigen Gewindebohrers mit folgender Ausführungsform eines nutbildenden Teiles realisiert:

Profilwinkel β = 50°;
Außendurchmesser d = 18,9 mm;
Verschlag der Profilspitze des nutbildenden Teiles S = 0,2 mm.

Der gewindeformende Teil ist nach der sowjetischen Norm GOST 18 842-73 ausgebildet.

Der Kerndurchmesser des in Muttern zurückgebliebenen Gewindes betrug 17,8 ± 0,1 (Verschleiß 75%). Das ela stische Gewinde mit geschlossener Hohlhelikoide im Gewindeprofil mit Ausgangsmaßen wurde in diesen Mut tern an einer Drehmaschine (Modell 1A616) in einem Gewindeformschritt bei einer Drehzahl der Maschinen spindel von 400 U/min hergestellt. Es wurde Schmier fett MP-1 verwendet.

Es wurden statistische Untersuchungen der statischen Festigkeit des wiederhergestellten Gewindes unternom men, wobei der Werkstoff der Schraube bedeutend härter als der Werkstoff der Mutter war.

Die statische Festigkeit des wiederhergestellten Ge windes betrug das 1,9fache der Gewindefestigkeit vor dem Verschleiß.

Das beschriebene Prinzip der Gewindeherstellung läßt sich auch zur Herstellung von Außengewinden verwenden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Gewindes mit nach giebigen Gewindeflanken, das einen innerhalb des Ge windezahnprofils verlaufenden, dessen Steigung fol genden, schraubenlinienförmigen Hohlraum (11) aufweist, wobei durch plastisches Verformen zunächst eine Schrau bennut (10) mit der Steigung des Gewindes erzeugt und dann das Gewinde um eine halbe Steigung versetzt so eingearbeitet wird, daß die dabei verformten Flanken der Schraubennut (10), den Hohlraum (11) frei lassend, nach außen hin zusammenfließen, dadurch gekenn zeichnet, daß der Grund der Schraubennut (10) tiefer liegend als der Gewindegrund ausgebildet wird und dabei das Volumen des beim Erzeugen der Schrauben nut (10) verdrängten Werkstoffes dem Volumen des schrau benlinienförmigen Hohlraums (11) im fertigen Gewinde entspricht.

2. Gewindeformwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Schaft (1) und mit einem Arbeitsteil, der aus einem nutbildenden Teil (3) und einem gewindeformenden Teil (4) besteht, die in Axial richtung aufeinander folgen, unterschiedliche Durch messer haben und jeweils einen Profilkamm aufweisen, der einer Schraubenlinie mit der Steigung des Gewindes folgt und von denen der Profilkamm des nutbildenden Teils (3) zu dem des gewindeformenden Teils (4) in Axialrichtung um eine halbe Steigung versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Außen durchmesser d ₁ des nutbildenden Teils (3) größer als der Außendurchmesser d ₂ des gewindeformenden Teils (4) ist.

3. Gewindeformwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der nutbildende Teil (3) an den Schaft (1) anschließend angeordnet ist und der axial folgende, gewindeformende Teil (4) zum nutbil denden Teil (3) hin einen Anschnitteil (5) aufweist.

4. Gewindewalzwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit zwei Walzrollensätzen, die in Axialrichtung aufeinanderfolgend in einem Gehäuse (6) angeordnet sind und jeweils im Steigungsverlauf des Gewindes über den Umfang des Gehäuses (6) gleichmäßig verteilt mehrere Walzrollen (7, 8) aufweisen, die mit parallelen, in ihrem Abstand der Steigung des Gewindes angepaßten Ringrippen versehen und um den Steigungswin kel des Gewindes verschwenkt sind, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ringrippen der Walzrollen (8) des einen, als nutbildender Teil vorgesehenen Walz rollensatzes zu denen der Walzrollen (7) des anderen, als gewindeformender Teil dienenden Walzrollensatzes jeweils um einen halben Abstand versetzt sind und daß die Walzrollen (8) des als nutbildender Teil vorge sehenen Walzrollensatzes einen größeren Außendurch messer als die Walzrollen (7) des anderen Walzrollen satzes haben.