NO165084B - Selvborende skrue. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en selvborende skrue med et hode i den ene ende, et smidd boreparti i den motsatte ende, to langsgående riller som er utformet i borepartiet på respektive motsatte sider av dette, en ubrutt flate som strekker seg mellom hver side av hver rille og tilstøtende side av naborillen, hvor hver rille omfatter et antall rilleflater, hvor hvert ubrutt parti har en fremre kant og en bakre kant sett i forhold til skruens påtenkte omdreiningsretning, idet hver ubrutte flate er slik anordnet at den ligger gradvis nærmere skrueaksen i retning bort fra den respektive fremre kant, og borepartiets minste bredde er 60 til 80 % av dets maksimale bredde, idet en hulkil strekker seg tvers over bunnen av hver rille og i lengderetningen fra skruens meiselpunkt mot dens hodeende bare langs en del av rillens lengde, idet hver rille har en stort sett plan flate anordnet i vinkel med skruens lengdeakse.

Selvborende skruer er velkjent, og US patentskrift

3 125 923 gir et eksempel på en slik formet skrue. Det er likeledes velkjent å utforme boreenden på slike skruer ved spissavkniping (pinch-pointing), hvilket innebærer en kald smiingsoperasjon, og en slik fremgangsmåte er beskrevet i US patentskrift 3 395 603. Som ytterligere eksempler på kjent teknikk kan nevnes GB-A nr. 2 100 628 og DE-A1 nr. 2 103 053.

Boreenden kan utformes i en maskineringsoperasjon som angitt i US patentskrift 3 125 923, men smiing foretrekkes i alminnelighet fordi det er en mindre kostbar metode for fremstilling av skruene. Borskruer med smidde ender kan imidlertid vanligvis ikke måle seg med de maskinerte skruer når det gjelder boreevne. Det skyldes én eller flere faktorer innbefattende ukorrekt eller ufullstendig utforming av skjær-eggene på boreendespissen, en negativ slipevinkel bak disse kanter, utilstrekkelig styring av meiselspissdannelsen og lite effektiv fjerning av vrakdelen eller avfallet som følger av borespissformingsoperasj onen.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en selvborende skrue med en smidd spiss eller borende og som har en forbedret boreevne, og dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at hulkilen er utformet i én av nevnte rilleflater, at en ende av hulkilen ligger nær borepartiets spiss, og at hulkilen skjærer en vesentlig del av meiselpunktet og går jevnt over i rilleflåtene.

Riktignok er det fra GB-A nr. 2 100 628 kjent en selvborende skrue med skjæreflater (10) som på patenttegningen kan synes å likne på den karakteristiske hulkile ved skruen ifølge foreliggende oppfinnelse, men skjæreflåtene 10 ved den kjente skrue

svarer overhodet ikke til denne spesielle hulkile, hverken når det gjelder konstruksjon eller funksjon.

Hulkilen er således beliggende ved bunnen av hver rille ved spiss-endepartiet og virker til å forsterke tverreggen eller meiselpunktet for derved å muliggjøre bruk av forholdsvis høye startmoment ved boreoperasjonen.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere i

tilknytning til de medfølgende tegninger, hvor:

Fig. 1 er et skjematisk riss av et skrueemne anordnet

mellom to spissavknipings-formingsbakker,

fig. 2 er et riss lik fig. 1, men viser formingsbakkene

påvirker til å smi boreendefasongen på skrueemnet,

fig. 3 er et riss langs linjen III-III på fig. 2, men her

er skrueemnet av klarhetshensyn utelatt,

fig. 4 er et riss langs linjen IV-IV på fig. 2 og også her

er skrueemnet utelatt for klarhetens skyld,

fig. 5 er et snitt i større målestokk langs linjen V-V på

fig. 4,

fig. 6 er et snitt i større målestokk langs linjen VI-VI

på fig. 4,

fig. 7 er et oppriss av en skrue med et boreendeparti

utformet ved hjelp av formingsbakkene på fig. 1 til 6,

fig. 8 er et riss av boreendepartiet til skruen vist i

fig. 7, men med skruen dreid fra den i fig. 7 viste stilling,

fig. 9 er et riss av boreendepartiet på en annen utførings-form ifølge oppfinnelsen,

fig. 10 er et riss lik fig. 9, men viser boreendepartiet

dreid 90°,

fig. 11 er et snitt i større målestokk langs linjen XI-XI

på fig. 10,

fig. 12 er et riss lik fig. 9 og viser ennu en annen utføringsform av oppfinnelsen,

fig. 13 er et enderiss av boreendepartiet vist i fig. 12, fig. 14 er et snitt langs linjen XIV-XIV på fig. 12,

fig. 15 er et snitt langs linjen XV-XV på fig. 12,

fig. 16 er et riss av en del av et formingselement som er egnet for utforming av boreendepartiet på fig. 12 til 15,

fig. 17 er et snitt i større målestokk langs linjen XVII-XVII på fig. 16.

Fig. 1 og 2 viser skjematisk måten hvorved boreendefasongen på en selvborende skrue 1 (fig. 7og 8) blir smidd ved bruk av spissavknipings-formingsbakker 2 og 3. Gjengen 4 (fig. 7) formes vanligvis etter snuoperasjonen og gjengevalsebakker (ikke vist) kan på kjent måte anvendes i dette øyemed. Som tidligere angitt kan den ønskete form på skruens 1 borespiss 5 (fig. 7) oppnås på forskjellige måter og fig. 3 og 4 gjelder et formingsbakkearrangement som oppnår ovenstående ved hjelp av hindringseffekt.

I henhold til den spesielle utføringsform på fig. 3 og 4 oppnås ovennevnte hindringseffekt ved anordning av minst en ribbe 6 eller forhøyninger på en flate 7 på hver bakke 2 og 3. Hver ribbe er beliggende slik at den vil trenge inn i en flate , på skruelegemet under smioperasjonen, og som følge av denne inntrengning, skape en hindring mot strømning av fortrengt materiale bort fra borespissen 5. I dette øyemed foretrekkes at ribben 6 er forholdsvis smal og strekker seg stort sett på tvers av skruens 1 lengdeakse. Det foretrekkes også at ribben 6 er av omvendt V-form i tverrsnitt og at dens langsgående endepartier skråner for gradvis å reduseres til null høyde ved ribbens 6 ender (fig. 5 og 6) .

En ribbe 6 som beskrevet kan være slik plassert at den trenger inn i skruelegemets ubrutte flate 8 som strekker seg mellom rillene 9 ved et sted nær en skrånende endespissflate 10 (fig. 7). I det viste, foretrukne arrangement er det to ribber 6 på hver bakke 2 og 3, og disse ribber 6 er anordnet med en liten innbyrdes avstand i skruens 1 aksialretning. To ribber 6 vil således trenge inn i hver av to motsatte sider av skruelegemet under spissavknipingsoperasjonen for å danne tverrgående spor 11 som vist i fig. 7. Hvilket som helst foretrukket antall og arrangement av ribber 6 kan benyttes. Videre kan ribbene 6 være slik plassert at de trenger inn i rillenes 9 overflate som et alternativ eller i tillegg til ovennevnte arrangement.

Selv om ribbene 6 foretrekkes kan hensikten oppnås ved å forsyne hver bakke 2 og 3 med ett eller flere utspring av forskjellig form. F.eks. kan hver bakke 2 og 3 ha en rekke forholdsvis små utspring som trenger inn i en overflate på skruelegemet for å danne den tidligere beskrevne hindringseffekt. En skrue 1 som er fremstilt på denne måte vil ha forholdsvis ujevnt område ved hver del av overflaten som kommer i inngrep med en gruppe av slike bakkeutspring.

Iføjge et annet alternativ, som heller ikke er vist, kan et avbrudd som ikke er et utspring være anordnet på bakkene 2 og 3 for å oppnå førnevnte hindringseffekt. Bakkeavbruddet eller hvert bakkeavbrudd kan være en fordypning slik at i eksemplet på fig. 7 vil sporene 11 erstattes av tverrgående ribber.

En har funnet at en fremgangsmåte som beskrevet tillater bedre kontroll eller styring av vrakdelen 12 (fig. 2) fra skruelegemet, og dette bidrar til dannelsen av en fullstendig og effektiv boreende for skruen 1. Dessuten kan man opprettholde en mer nøyaktig kontroll over graden av overlapping av ribben 6 ved spissenden 5 og følgelig oppnås en bedre kontroll av størrelsen av meiselpunktet 13 ved borespissens ende. Den beste borevirkning oppnås ved et forholdsvis smalt meiselpunkt 13 og ovennevnte fremgangsmåte gjør det mulig å holde en valgt størrelse vedvarende innenfor akseptable toleranser.

En selvborende skrue 1 som er fremstilt i henhold til ovennevnte metode kan videre forbedres som vist i fig. 8 ved å anordne hver rille 9 slik at den består av to partier 14 og 15 som strekker seg i forskjellige vinkler a og 0 i forhold til skruens 1 lengdeakse. Rillens 9 parti 14 nær skruens 1 spisse ende 5 kan skråne med en vinkel a omkring 18°, mens det andre eller grunnere parti15 kan skråne med en vinkel 0 som er mer parallell med stammeaksen, og som et eksempel vil dette si omtrent 5°. Et slikt dobbelvinkel-arrangement letter sponfjer-ningen under boreoperasjonen.

Fremgangsmåten beskrevet i forbindelse med fig. 1 til 8 er basert på en hindringseffekt for å oppnå den ønskete fullstendige

utforming av skruespissenden 5. Samme resultat kan oppnås ved

å fremme eller tilskynde materialstrømning i aksialretningen mot spissenden 5. Dvs, bakkene 2 og 3 kan innrettes til å tilskynde aksiell ekstrudering av materiale under smioperasjonen, og særlig ekstrudering i en retning mot spissenden 5.

En har funnet at ovennevnte kan oppnås ved å anordne bakkene 2 og 3 slik at skruens 1 boreendeparti 16 har en utpreget elliptisk form som vist i fig. 9 til11. I denne forbindelse skal nevnes at tverrsnittsformen på dette parti 16 ikke nødvendigvis er en sann ellipse, men bare at det har elliptisk form ved at den har en liten akse og en stor akse og omkretsen kan ha plane seksjoner 17 direkte bak hver rilles fremre kant 18 som vist i fig. 11.

I det spesielle eksempel som er vist er lengden "1" av den lille akse omtrent 75 % av lengde "L" av den store akse. Andre arrangementer kan imidlertid benyttes, og tilfredsstillende resultater kan oppnås med "1" i området fra og med 60 til og med 80 % av "L".

Ved tildanning av et elliptisk eller "plant" endeparti 16 som vist, vil bakkene 2 og 3 avgrense skrueemnets 19 materiale på en måte som fremmer ekstrudering i aksialretningen istedenfor i tverretningen. Bortsett fra at denne form for ekstrudering muliggjør fullstendig tildanning av spissenden 5 som ovenfor angitt, har den den fordel at den krever mindre kraft, hvilket fører til at verktøyet får øket levetid.

Om ønskelig, kan en elliptisk utforming som ovenfor beskrevet anvendes i kombinasjon med hindrings-avbrudd som beskrevet i forbindelse med fig. 1 til 8.

Fig. 12 til 15 viser et annet aspekt som kan anvendes i kombinasjon med ett av eller begge de ovenfor beskrevne arrangementer, eller som kan benyttes uavhengig av disse arrangementer. I det følgende vil dette aspekt bli beskrevet i forbindelse med en skrue som har en elliptisk endeutforming som beskrevet i forbindelse med fig. 9 til 11.

Endepartiet 16 til den i fig. 12 viste skrue 1 er som for skruen 1 vist i fig. 9, bortsett fra to tilføyelser. Den første er en forholdsvis smal leppe 20 som er utformet langs både rille-forkanten 18 og spiss-skjæreeggen 21, og den andre er en hulkil 22. Leppen 20 er del av kjent teknikk og er vist i fig. 7, men ikke i fig. 9 selv om den normalt ville være innbefattet i en skrue 1 som vist i fig. 9. Det er vanlig å utforme en slik leppe 20 ved å anvende en 15 grader slipevinkel direkte bak hver av kantene 18 og 21, selv om andre vinkler kan anvendes for å tilpasses spesielle behov.

En har funnet at selvborende skruer av angjeldene type har en tendens til å svikte med meiselpunktet 13, særlig ved begynnelsen av boreoperasjonen.. Det anvendte dreiemoment må begrenses for å løse dette problem, men dette er ikke alltid mulig i alle tilfeller, og det vil i ethvert tilfelle ha en tendens til å øke den nødvendige tid for å utføre boreoperasjonen. En hulkil 22 beliggende ved bunnen av hver rille 9 ved spissendepartiet, virker til å forsterke meiselpunktet 13 og derved muliggjøre bruk av forholdsvis høye startmomenter for boreoperasj onen.

Hulkilen 22 kan ha hvilken som helst av en rekke forskjellige former, men en spesielt tilfredsstillende form er vist i fig. 12 til 15. Ved arrangementet ifølge dette eksempel strekker hver hulkil 22 seg i lengderetningen fra meiselpunktet 13 delvis langs bunnen av den respektive rille 9. Som vist, har hver hulkil fortrinnsvis en stort sett plan flate 23 som begynner ved møtepunktet mellom den tilstøtende skjæregg 21 og meiselpunktet 13 og skråner i tverretningen med en vinkel på f.eks. 5° (fig. 13). Flaten 23 er vist beliggende i et plan som er stort sett parallelt med skruens 1 lengdeakse, men andre arrangementer kan anvendes. På grunn av ovennevnte anordning av flaten 23 går den jevnt over i rilleflaten 24 og begrenser derved hulkilens 22 utstrekning som best vist i fig. 12.

Fig. 16 og 17 viser en del av en formingsbakke som er innrettet til å frembringe hulkilen 22 som beskrevet. Som vist er der utformet en fordypning 28 i bakken ved en passende posisjon for dette øyemed.

I hvilket som helst av de beskrevne skruekonstruksjoner foretrekkes at rillene 9 er forholdsvis brede for å gi bedre klaring for spon. Dette kan oppnås som vist ved å benytte en inkludert vinkel 3 (fig. 11) større enn 90° mellom de to sider av rillen 9. En inkludert vinkel P i området fra 105° til og med 115<*>er funnet tilfredsstillende, selv om 110° generelt foretrekkes.

Spissavknipingsbakkene for bruk ved forming av hvilke som helst av de beskrevne skruer kan være forspent og tilvirket av egnet materiale for å øke deres effektive arbeidslevetid. Forspenning kan oppnås ved bruk av en presskile for å låse hver bakke på plass. Videre foretrekkes at en avrunding er utformet langs bakre kant av hver bakkes hællinje 25 (fig. 4) da dette også er funnet å øke bakkens levetid. Denne radien til denne avrunding trenger ikke være stor og kan være stort sett konstant langs den del 26 av linjen 25 som svarer til hoveddelen av skrueendepartiet 16, mens radien i formingsbakkens spisse del 27 gradvis kan avta, eventuelt til null, mot linjen 28 svarende til skruemeiselpunktet 13.

Det vil være klart fra ovenstående at det ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er mulig å fremstille selvborende skruer av vesentlig forbedret kvalitet. Skruen ifølge hvilken som helst av de beskrevne utføringsformer er i mange henseender overlegne andre skruer av samme type. Det skal også bemerkes at fremgangsmåten gjør det mulig å fremstille tilfredsstillende skruer uten "point sizing", som er en teknikk som vanligvis anvendes ved fremstilling av selvborende skruer med smidd ende. En slik teknikk innebærer bruk av gjengevalseverktøy for endelig bestemmelse av diameteren til skruestammens boreendeparti. Videre er formingsbakkene for utførelse av fremgangsmåten bedre enn kjente bakker av samme type med hensyn til effektiv levetid og vedvarende evne til å fremstille en effektiv boreende.

Claims (1)

1. Selvborende skrue med et hode i den ene ende, et smidd boreparti (16) i den motsatte ende, to langsgående riller (9) som er utformet i borepartiet (16) på respektive motsatte sider av dette, en ubrutt flate (8) som strekker seg mellom hver side av hver rille (9) og tilstøtende side av naborillen, hvor hver rille (9) omfatter et antall rilleflater, hvor hvert ubrutt parti (8) har en fremre kant (18) og en bakre kant sett i forhold til skruens påtenkte omdreiningsretning, idet hver ubrutte flate (8) er slik anordnet at den ligger gradvis nærmere skrueaksen i retning bort fra den respektive fremre kant (18), og borepartiets (16) minste bredde er 60 til 80 % av dets maksimale bredde, idet en hulkil (22) strekker seg tvers over bunnen av hver rille (9) og i lengderetningen fra skruens meiselpunkt (13) mot dens hodeende bare langs en del av rillens lengde, idet hver rille (9) har en stort sett plan flate anordnet i vinkel med skruens lengdeakse,karakterisert vedat hulkilen (22) er utformet i én av nevnte rilleflater, at en ende av hulkilen ligger nær borepartiets (16) spiss (5), og at hulkilen (22) skjærer en vesentlig del av meiselpunktet (13) og går jevnt over i rilleflåtene.