NO125290B - - Google Patents

Description

Skrue med anordning for boring av skruehull

og fremgangsmåte ved fremstilling av samme.

Oppfinnelsen angår en selvgjengende skrue med en borspiss for innmatning i et materiale uten foregående hulldannelse, hvorved den borspiss som befinner seg i skruens innmatningsende, i det vesentlige har form av et konussegment som ved sin basis går over i skrueskaftet, og som på det nærmeste omslutter en halvdel av konusens omkrets og har sin akse orientert i skruens lengderetning, og hvorved minst én av konussegmentets. kantlinjer langs sin mantelflate danner en skjæreegg. Oppfinnelsen angår videre en fremgangsmåte ved fremstilling av den nevnte skrue.

Skruer av den aktuelle type er tidligere kjent. Således viser US patent 3 09 3 028 en sélvborende og selvgjengende skrue med en spiss i form av et konussegment. Dette konussegment begrenses av en- plan flate som ligger eksentrisk i forhold til skruens hovedakse. Ved denne kjente, enkle utførelse blir borspissens skjærevinkler helt bestemt av konussegmentets mantelflate og dets begrensende pla-ne flate. Noen anordning for å lette sponavgangen finnes ikke. Denne sélvborende og selvgjengede skrue har derfor begrenset anven-delsesmulighet og kan bare anvendes i de tilfeller da det ikke stil-les større krav til skruens boreevne, og det ikke er nødvendig å avlede større sponmengde.

Det er også kjent andre typer av sélvborende skruer som kan benyttes uten forutgående hulldannelse. Det tyske patentskrift 1 187 430 viser en sélvborende og selvgjengende plateskrue for an-vendelse i forholdsvis tynt platemateriale. Skruen har en fra skruespissen suksessivt voksende diameter og dens gjenger strekker seg frem til den avsmalnende skruespiss. Skruen er forsynt med en skjæreegg som er tilveiebragt ved at et parti av skruespissen som er begrenset av et akslalplan, er bortskåret. Under innskruingen presser skruen ut det tynne platemateriale samtidig med at det foregår en viss sponbearbeidelse. Skruens skjærevirkning i materialet blir imidlertid begrenset og dens inntrengningsvirkning er i det vesentlige avhengig av platematerialets deformasjon.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes en sélvborende skrue med meget effektiv skjærevirkning som ikke er beheftet med ovennevn-te ulemper og som med særlig fordel kan anvendes også i materiale med vesentlig tykkelse. Dette muliggjøres ved hjelp av den spesiel-le utforming av skruens spissparti som er utmerkende for oppfinnelsen. Spisspartiet er på i og for seg kjent måte i det vesentlige utformet som et konussegment, men spissens skjæreegg eller skjæreegger har tilgrensende sponflater og klaringsflater som er passende utformet for den sponskjærende bearbeidelse. Videre er skruespissen utformet slik at en effektiv sponavgang muliggjøres.

Skruen ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at konussegmentet i det vesentlige begrenses av et plan gjennom skruens akse og at konussegmentets akse ligger på avstand fra dette plan og på planets motsatte side i forhold til konussegmentet, og at skjæreeggen eller skjæreeggene ligger i det nevnte plan gjennom skruens akse, idet sponflater strekker seg fra skjæreeggen eller skjæreeggene, og med det nevnte plan danner en sponvinkel og står i forbindelse med en renne for sponavgang som strekker seg i retning fra borspissen forbi konussegmentet.

Et ytterligere fordelaktig kjennetegn er at skruens konussegment går over i skrueskaftet over et parti med klaringsflater, slik at unødig friksjon mellom ovérgangspartiet og det borede hull unngås.

I en fordelaktig utførelse danner konussegmentet en vinkel med skruens akse mens konussegmentets aksiale begrensningsplan faller sammen med skruens akse. På denne måte tilveiebringes en fordelaktig klaringsvinkel for konussegmentets skjæreegg hvilken vinkel øker fra segmentets basis. Skruen ifølge oppfinnelsen er bereg-net for fremstilling ved hjelp av kaldforming. Denne fremstillingsmåte er forholdsvis enkel og billig, men problemet er å skaffe: en borspiss med skarpe og riktig utformede skjæreegger. Ved utformin-gen av skruespissen ifølge oppfinnelsen gis forutsetninger for en fordelaktig fremstillingsmåte av skruen ved hjelp av kaldforming. Denne fremgangsmåte er kjennetegnet ved at den del av skrueenden

som danner skruespissen, kaldformes i et formingsverktøy som består av to deler, hvorved delenes innbyrdes kontaktflater faller sammen med konussegmentets begrensningsplan gjennom skruens akse, hvoretter skruens gjengede parti formes i en andre bearbeidelsesoperasjon, fortrinnsvis ved gjengevalsing av den del av skrueemnet som skal forsynes med gjenger.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser borspissen ved en utførelse av en skrue ifølge oppfinnelsen, sett fra siden, fig. 2 viser en vertikalprojeksjon av den samme borspiss, fig. 3 viser, et snitt etter linjen III - III på fig. 1, fig. 4 viser borspissen av en annen utførelse, sett fra siden, fig. 5 viser en vertikalprojeksjon av den samme og fig. 6 viser et snitt ettér linjen VI - VI på fig. 4. For å gi et klart bilde av den praktiske utforming av oppfinnelsen, angis vin-kelmål og dimensjoner i den følgende beskrivelse av de viste utfø-relser, dog bare som eksempel.

Den på fig. 1 viste skrues borspiss består av en fremre

del 1 i form av en skåret konus med en konusvinkel a på ca. 33° og med skjæringsplariet liggende noe forskjøvet i forhold til konusens akse B, men parallelt med skruens hovedakse A. De ved konusens nevnte skjæringsplan med mantelflaten 3 dannede kanter utgjør skjæreegger 2. Ved rotasjon av skruen om hovedaksen A vil naturligvis bare én av skjæreeggene gjøre tjeneste. Partiet mellom skjæreeggene 2 har en skjelignende utforming, og parallelt med eggene går sponflaten 4 som danner en vinkel 8 med konusens skjæringsplan. Sponflatene grenser på sin side til en stort sett trekantet spon-samlende planflate 5 som ligger noe eksentrisk forskjøvet iforhold

til skruens akse A. Planflaten 5 går over ét avrundet parti over i en i forhold til skrueaksen hellende sponrenne 6 med en vinkel y på ca. 4 5°. Konussegmentet 1 avsluttes ved sin frie ende av en spiss med et avrundet parti 7, og er forhundet med skruens gjengede parti over et parti som dannes av to delsylindriske partier 8 og 9 med forskjellige radier. Sponrennen 6 munner ut i et avsnitt av det delsylindriske partis 9 mantelflate.

For å oppnå en passende frivinkel, dvs. den vinkel som her betegnes med 6 og som dannes mellom spissflaten og et plan loddrett på skrueaksen A ved det avrundede spissparti 7, er radien RI for nevnte spissparti valgt lik 1,67 mm og krumningssentret anordnet slik at vinkelen 6 blir lik ca. 14,5°. De angitte mål gjelder selvsagt for det tilfelle at konusvinkelen a er 33° på fig. 2. Den andre konus-spissradius Ril, som fremgår av fig. 2, har sitt sentrum anbragt på skruens hovedakse A og har en lengde på 0,65 mm, slik at det tilgrensende parti av sponflåtene 4 har en bredde C på 0,5 mm. De delsylindriske partiers 8, 9 akser og den med partiets 8 akse sammenfallende konusakse B er, som tydelig vist på fig. 3, eksentrisk anordnet i forhold til skruens akse A med en eksentrisitet på ca. 5 % av skruens ytterdiameter for på denne måte å skaffe klaring ved den sylindriske del og en klaringsvinkel e på ca. 9° ved skjæreeggen 2 som dannes mellom konusens mantelflate 3 og den tilgrensende sponflate 4. Vinkelen e øker mot spissen. Som tidligere angitt er sponflatene 4 anordnet hellende i forhold til et plan gjennom skjæreeggene og skruens akse A. I det viste eksempel er sponvinkelen lik 10°. Radien RilI for den koniske dels basisparti og det tilgrensende delsylindriske parti 8 er valgt lik 1,4 3 mm med utgangs-punkt fra konusaksesentret B på fig. 3. Det delsylindriske parti 9 som inneholder sponrennen 6, har en radius RIV, her lik 1,40 mm regnet fra planflaten 5. Ved den viste anordning skaffes det en effektiv klaring for de sponbearbeidende borspisspartier i forhold til skruens kjerne. Avstanden D mellom skruens spiss og sponrennens 6 bakre ende er i det foreliggende tilfelle lik 5,20 mm. Avstanden E mellom skruens spiss og sponflåtenes 4 bakre ende er 3,15 mm. Avstanden F mellom skrueaksen A og partiets 8 ytterste del i et plan loddrett på konusens skjæringsplan er 1,35 mm. Skruens emnediameter H er 2,84 mm. De angitte mål trenger ingen nærmere forklaring, men bidrar til å gi et klart bilde av konstruksjonen.

Praktiske forsøk har vist at den koniske dels konusvinkel a kan varieres mellom 15° og 40° og klaringsvinkelen 6 mellom 8° og

15 . Videre har det vist seg at klaringsvinkelen e kan varieres

mellom 5° og 15° og sponvinkelen 8 mellom 8° og 25°. Avhengig av de generelle skruedimensjoner kan fremholdes at en variasjon av sponflåtenes 4 bredde C mellom 0,3 og 1 mm har gitt gode resultater ved en anordning med de generelle dimensjoner som er vist på tegningen. Sponrennens 6 helning y i forhold til et plan parallelt med skrueaksen A har vist seg å kunne varieres mellom ca. 20° og 60°, fortrinnsvis mellom 40° og 60°. De angitte verdier er ikke på noen måte å betrakte som definitive grenseverdier, men har bare fremkom-met under hittil utførte eksperimenter. Variasjoner innen vide grenser kan derfor tenkes innen rammen for den foreliggende oppfinnelse.

Dersom en skrue.ifølge oppfinnelsen skal anvendes ved boring av forholdsvis tykt gods, må sponrennen 6 selvsagt forlenges mot skruens gjengede parti eller inni det gjengede parti.

Den på fig. 4-6 viste skrues borspiss består likesom skruen ifølge fig. 1 - 3 av en fremre del 1 i form av en skåret konus med eh konusvinkel a på ca. 40° bg med skjæringsplanet liggende noe forskjøvet i forhold til konusaksenB , men i dette tilfelle heller med en vinkel v på ca. 5° i forhold til skruens hovedakse A. De ved konusens nevnte skjæringsplan med mantelflaten 3 dannede kanter utgjør skjæreegger 2, hvorved det dog under boring, dvs. ved rotasjon av skruen om hovedaksen A, bare er en av kantene som funge-rer som skjæreegg, idet den andre kant bare foreligger av symmetri-grunner, slik som ved den foran nevnte utførelsesform. Partiet mellom skjæreeggene 2 har en skjærlignende utforming og parallelt med eggene forløper sponflater 4, som danner en vinkel 8 med konusens skjæringsplan. Som følge av konusaksens B helning mot aksen A blir vinkelen 8, dvs. sponvinkelen, gunstigere enn når de nevnte akser er parallelle. Sponflåtene 4 grenser på sin side til en stort sett trekantet planflate 5.som ligger noe eksentrisk forskjøvet i forhold til skruens hovedakse A. Planflaten 5 går over et avrundet parti over i en i forhold til skrueaksen A hellende sponrenne 6 med en vinkel y på 40° 60°. Konussegmentet 1 avsluttes ved sin frie ende av et avrundet parti 7 som danner en spiss. Konussegmentet 1 går over i et delsylindrisk overgangsparti 8, hvis akse faller sammen med aksen B. Partiet 8 går på sin side over i et delsylindrisk parti 9 via et konisk overgangsparti 10. Det delsylindriske parti 9 grenser til et diametralt motstående komplementerende delsylindrisk parti 9'. Sponrennen 6 munner ut i et avsnitt av det sistnevnte sylindriske partis 9' mantelflate. Det fremgår av fig. 4 og 5 at sponflatene 4 slutter ved partier 11 ved grensen mellom den koniske fremre del 1 og det delsylindriske parti 8.

For å oppnå en passende klaringsvinkel, dvs. den vinkel som her betegnes med 6 og som dannes mellom spissflaten og et plan loddrett på skrueaksen A ved det avrundede spissparti 7, er Radien RI for det nevnte spissparti valgt lik 0,67 mm og har sitt sentrum anbragt slik at vinkelen 6 blir ca. 20°. De angitte mål gjelder selvsagt for de tilfelle at konusvinkelen a er 40°, se fig. 5. Den andre konusspissradius RII, fig. 5, er avhengig av RI, fig. 4, og har sitt sentrum anbragt på skruens hovedakse A. Denne radius er i det foreliggende tilfelle lik 0,65 mm, mens de tilgrensende partier av sponflatene 4 har en bredde C lik 0,5 mm. Aksens B helning i forhold til aksen A medfører som nevnt en vesentlig forbedring hva angår skjæreforholdene, sammenlignet med tidligere konstruksjoner. Det delsylindriske parti 8, hvis akse faller sammen med aksen B, danner ved sin mantelflate et klaringsparti 12 og har en klaringsvinkel n på ca. 10° - 20° langs skjæreeggen 2, som dannes av konusens mantelflate 3 og den tilgrensende sponflate 4. Klaringsvinkelen for den koniske fremre del 1 ved skjæreeggen 2 er betegnet med e og øker fra vinkelverdien n ved det koniske basisparti og ut mot spissen. Ved denne utforming øker bormotstanden med borspissens inntrenging i et arbeidsstykke. For å kompensere for den økede bor-motstand er tre partielle gjengeribber 13, 14, 15 anordnet på den koniske dels 1 mantelflate. Disse gjengeribber strekker seg måne-sigdformet langs den nevnte mantelflate. Graden av motstandsøkning avhenger av materialets bearbeidbarhet. Gjengeribbene er skrått-stilte med en stigningsvinkel Y som i hovedsaken, men ikke nødvendig-vis, svarer til stigningen av skruens gjenger 16 som er utformet på et sylindrisk kjerneparti 17 som går direkte over i de sylindriske partier 9 og 91 .

Som tidligere nevnt er sponflatene 4 anordnet hellende i forhold til et plan gjennom skjæreeggene og skruens akse A. I det viste eksempel er sponvinkelen 8 lik 10°. Radien RUI for den koniske fremre dels basisparti og det tilgrensende delsylindriske parti 8 er valgt lik 1,43 mm, se fig. 6. De delsylindriske partier 9 og 9<1> har begge en radius RIV som er lik 1,40 mm regnet fra to forskjellige sentrumspunkter beliggende ovenfor henholdsvis under skruens hovedakse A.

Avstandene F og G, se fig. 6, mellom partienes 9 hhv. 9' ytterste deler og skruens hovedakse A, regnet loddrett på skjære-eggenes 2 plan er slik som foran angitt 1,25 hhv. 1,35 mm. Skruens såkalte emnediameter H, se fig. 5, dvs. den diametrale avstand mellom de delsylindriske partiers 9 og 9' grenselinjer i plan med skjæ-reeggenes 2 plan er 2,84 mm. Avstanden D mellom skruens spiss og sponrennens 6 bakre ende er i det foreliggende tilfelle 5,20 mm. Avstanden E mellom skruens spiss og sponflatenes .4 bakre endepartier 11 er 2,8 mm. De angitte mål trenger ingen nærmere forklaring, men bidrar til å gi et klart bilde av konstruksjonen.

Praktiske forsøk har med hensyn til sistnevnte utførelses-form vist at konussegmentets 1 konusvinkel a kan varieres mellom 33° og 40° og at klaringsvinkelen n kan varieres mellom 10° og 20°. Videre har det vist seg at klaringsvinkelen 6 bør være ca. 20° og sponvinkelen 8 ca. 10°. Avhengig av de generelle skruedimensjoner kan fremholdes at en variasjon av sponflatenes 4 bredde C mellom 0,3 og 1 mm gir gode resultater ved en anordning med de generelle dimensjoner som er vist på tegningen. Sponrennens 6 helning y i forhold til et plan parallelt med skrueaksen A, har vist seg å kunne varieres mellom 40° og 60°. Vinkelen X, dvs. stigningsvinkelen for de månesigdformede gjengeribber 13, 14 og 15, kan som nevnt være lik skruegjengenes 16 stigningsvinkel. Imidlertid har praktiske forsøk vist at disse gjengeribber kan danne en vinkel som nærmer seg 90° i forhold til skruens hovedakse A. Den vesentlige oppgave for disse gjengeribber er å trekke borspissen ned i arbeidsstykket ved dennes gjengeliknende spor i hullet. Ved boring av forholdsvis tynne platematerialer, dvs. platematerialer med en tykkelse som er lik eller mindre enn avstanden mellom gjengeribben 13 og det nærmest liggende parti av gjengen 16, kan en av materialbearbeidelsesbetingelsene bestemt stigningsvinkel X være aktuell, hvilken vinkel avviker fra gjengenes 16 stigningsvinkel. De angitte verdier er ikke på noen måte å betrakte som definitive grenseverdier, men har bare fremkom-met under hittil utførte eksperimenter. Variasjoner innen vide grenser kan derfor tenkes innen rammen for den foreliggende oppfinnelse.

Ved fremstilling av en skrue ifølge oppfinnelsen, anvendes gjerne en kald formingsfremgangsmåte.

Formen er da gjerne utført av to formhalver, hvis kontaktflater ligger i plan med skruens hovedakse A og parallelt med skjæ-reeggenes 2 plan. Kaldformingen skjer i overensstemmelse med i og for seg kjente prosesser. Under kaldformingen av spissen formes ikke noen gjenger 16, men de delsylindriske partier 9 og 9' går over i det sylindriske parti som skal forsynes med gjenger og som har diameteren H. Etter avsluttet kaldformingsoperasjon adskilles formhalvdelene og skrueemnet føres inn i en gjengevalsemaskin for utforming av de viste gjenger 16. Ved gjengevalseoperasjonen blir kjernediameteren mindre enn diameteren H. Dette innebærer dog bare praktiske fordeler ved skruens inngjengning i et arbeidsstykke. En ytterligere fordel ved inngjengning av skruen i et arbeidsstykke er at de langsgående kantpartier mellom de delsylindriske partier 9 og 9<1> med diameteren H danner styring for skruen i det oppboréde skrue-

hull .

Dersom den foreliggende utførelsesform anvendes ved boring

av forholdsvis tykt gods, må selvsagt sponrennen 6 forlenges inn i det delsylindriske parti 9' mot skruens gjengede parti eller even-

tuelt inn i det gjengede parti slik som ved den førstnevnte utfø-

relse.

Claims (17)

1. Selvgjengende skrue med en borspiss for innmatning i et materiale uten foregående hulldannelse, hvorved den borspiss som befinner seg i skruens innmatningsende, i det vesentlige har form av et konussegment som ved sin basis går over i skrueskaftet, og som på det nærmeste omslutter en halvdel av konusens omkrets og har sin akse orientert i skruens lengderetning, og hvorved minst én av konussegmentets kantlinjer langs sin mantelflate danner en skjære-

egg, karakterisert ved at konussegmentet (1) i det vesentlige begrenses av et plan gjennom skruens akse (A) og at konussegmentets akse (B) ligger på avstand fra dette plan og på planets motsatte side i forhold til konussegmentet, og at skjæreeggen eller skjæreeggene (2) ligger i det nevnte plan gjennom skruens akse (A), idet sponflater (4) strekker seg fra skjæreeggen eller skjæreeggene (2), og med det nevnte plan danner en sponvinkel og står i forbindelse med en renne (6) for sponavgang som strekker seg i retning fra borspissen forbi konussegmentet (1).

2. Skrue ifølge krav 1, karakterisert ved at konussegmentet (1) går over i skrueskaftet via delsylindriske partier (8, 9), hvorved et av de delsylindriske partiers akse faller sammen med konussegmentets akse (B) som er eksentrisk i forhold til skruens akse (A), slik at det skaffes klaring ved de delsylindriske partier (8, 9) og en fra konussegmentets (1) basis økende klaringsvinkel (e) ved skjæreeggene (2), og hvorved konussegmentets frie ytterende ligger på skruens symmetriakse (A).

3. Skrue ifølge krav 2, karakterisert ved at konussegmentets (1) akse (B) og den dermed sammenfallende akse for det nærmest tilgrensende delsylindriske parti (8) har en eksentrisitet i forhold til skruens akse (A) som utgjør ca. 5 % av skruens ytterdiameter.

4. Skrue ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at konussegmentets (1) frie ytterende er avrundet med en radius (RI) hvis størrelse og senterlinje er slik at det dannes en klaringsvinkel (6) mellom overflaten av den avrundede spiss ved skjæreeggen (2) og et plan vinkelrett på skruens akse (A).

5. Skrue ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at sponflatene (4) går over i og mellom seg omslutter en planflate (5) som går over i det delsylindriske partis (9) utformede renne (6) for sponavgang.

6. Skrue ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at konussegmentets (1) konusvinkel ( a) har en verdi mellom 15° og 40°, dets klaringsvinkel (6) en verdi mellom 8° og 15°, dets klaringsvinkel ( e) en verdi mellom 5° og 15°, og dets sponvinkel (8) en verdi mellom 8° og 25°, hvorved sponrennens (6) vinkel (Y) med skruens akse (A) kan ligge mellom 20° og 50°.

7. Skrue ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at konussegmentets (1) akse (B) danner en vinkel (v) med skruens akse (A), idet konussegmentets i det vesentlige aksiale begrensningsplan faller sammen med skruens akse (A).

8.. Skrue ifølge krav 7, karakterisert ved at konussegmentets (1) basisparti går over i et delsylindrisk parti (8) hvis akse er parallell med eller faller sammen med konussegmentets akse (B).

9. Skrue ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at konussegmentets mantelflate er forsynt med et eller flere utspring fortrinnsvis i form av gjengeribber (13, 14, 15).

10. Skrue ifølge krav 9, karakterisert ved at gjengeribbene er anordnet med en stigningsvinkel ( X) i forhold til skruens akse (A).

11. Skrue ifølge krav 9, karakterisert ved at gjengeribbene er anordnet med en stigningsvinkel (M i for-hold til skruens akse (A), hvilken vinkel er lik stigningsvinkelen for skruens gjenger. (16).

12. Skrue ifølge krav 8, karakterisert1 ved at det delsylindriske parti (8) er forbundet med to diametralt mot hverandre anordnede delsylindriske partier (9, 9') over et konisk overgangsparti (10).

13. Skrue ifølge krav 12, karakterisert ved at de delsylindriske partier (9, 9') har sine akser beliggende på hver side av skruens akse (A) hvorved grenseplanet mellom partiene strekker seg gjennom aksen (A) og faller sammen med planet gjennom konussegmentets skjæreegger.

14. Skrue ifølge krav 13, karakterisert ved at de delsylindriske partiers (9, 9') akser er anordnet slik at avstanden fra skruens hovedakse (A) til de delsylindriske partiers peri-feriovergang i grenseplanet er større enn avstanden fra aksen (A) til partienes respektive periferiflater i et plan vinkelrett mot grenseplanet (F henholdsvis G).

15. Skrue ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at rennen (6) for sponavgangen strekker seg gjennom det delsylindriske parti (8) og videre i et (9') av de to tilgrensende delsylindriske partier og munner ut i det sistnevnte delsylindriske partis mantelflate.

16. Skrue ifølge et av kravene 7-15, karakterisert ved at konussegmentets konusvinkel (a) har en verdi mellom 33° og 40° og at helningsvinkelen (v) mellom konussegmentets akse (B) og skruens akse (A) er ca. 5°, idet klaringsvinkelen (n) ved det delsylindriske parti (8) kan variere mellom 10° og 20°, og at klaringsvinkelen for konussegmentets skjæreegger (2) har en fra basisen økende vinkelverdi (e) utgående fra klaringsvinkelen (n).

17. Fremgangsmåte ved fremstilling av en skrue ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den del av skrueenden som danner skruespissen, kaldformes i et formingsverktøy som består av to deler, hvorved delenes innbyrdes kontaktflater faller sammen med konussegmentets begrensningsplan gjennom skruens akse (A), hvoretter skruens gjengede parti formes i en andre bearbeidelsesoperasjon, fortrinnsvis ved gjengevalsing av.den del av skrueemnet som skal forsynes med gjenger.