WO2004059016A2 - Verfahren zur herstellung einer schraube sowie nach dem verfahren hergestellte schraube - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer schraube sowie nach dem verfahren hergestellte schraube Download PDF

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    • C21D9/0093—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for screws; for bolts

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a screw, in particular a screw for indexable inserts, which has an internal attack, and a screw.
  • the present invention has set itself the task of overcoming this prejudice among experts and to create the possibility of producing screws with internal attack from a high-strength material.
  • this is achieved by a method in which ultra-high-strength steel is used as the starting material and in which the screw, including the internal attack, is produced by cold-forming the starting material.
  • FIG. 1 shows a side view of a screw, partially cut away
  • FIG. 2 shows a plan view of the head of the screw.
  • a screw 1 shown in the drawing and manufactured in particular for the attachment of indexable inserts has a head 2 and a shaft 4 provided with a thread 5.
  • the thread 5 with the outer diameter D1 is rolled onto the shaft 4 with a diameter D.
  • the head 2 in the manner of a raised countersunk head has a diameter D3.
  • an internal attack 3 is formed for the use of a drive element.
  • a bore 7 shown in dashed lines
  • Due to the different sections with different diameters, a relatively high degree of forming has to be taken into account, although this was previously considered impossible when using ultra-high-strength steel.
  • the production takes place by cold forming of the starting material, with ultra-high-strength steel being used as the starting material, which has so far not been considered feasible by a person skilled in the art.
  • any type of ultra-high-strength steel can be processed by cold forming the starting material, but in the specific case an ultra-high-strength steel with the composition C 0.03, Mo 5.0, Ni 18.5, Co 8.5, has been found to be the starting material.
  • the invention has made it possible to manufacture a screw, in particular a screw for indexable inserts, which consists of ultra-high-strength steel and is produced by cold forming. This results in significant improvements in the strength of the screw.
  • a screw for indexable inserts which consists of ultra-high-strength steel and is produced by cold forming.
  • further process steps are used, for example washing processes, turning processes for chamfering, surface grinding, thread rolling, surface treatment, final inspection, etc.

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Abstract

Eine aus einem Kopf und einem mit Gewinde versehenen Schaft bestehende Schraube, mit einem Innenangriff wird in einem speziellen Verfahren durch Kaltumformen eines Ausgangsmaterials hergestellt, wobei als Ausgangsmaterial ultrahochfester Stahl eingesetzt wird.

Description

Gegenstand : Verfahren zur Herstellung einer Schraube sowie nach dem Verfahren hergestellte Schraube
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schraube, insbesondere einer Schraube für Wendeschneidplatten, welche einen Innenangriff aufweist, sowie eine Schraube.
An sich ist die Fertigung von Schrauben durch Kaltumformen eines Ausgangsmaterials in verschiedenen Varianten bekannt. Probleme gibt es erst bei hochfesten Ausgangsmaterialien. Hier wird bisher immer davon ausgegangen, dass ausschließlich eine spanende, also materialabarbeitende Fertigung möglich ist. Eine solche Herstellung von Schrauben ist aber mit großem Aufwand und daher auch hohen Kosten verbunden. Der Fachmann ist aber nach wie vor davon überzeugt, dass ab einer gewissen Festigkeit des Ausgangsmaterials eine Herstellung von Schrauben mit Innenangriff, und hier insbesondere relativ kleiner Schrauben, durch Kaltumformung unmöglich ist.
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, dieses Vorurteil der Fachwelt zu überwinden und die Möglichkeit der Herstellung von Schrauben mit Innenangriff aus einem hochfestem Material zu schaffen.
Erfindungsgemäß gelingt dies durch ein Verfahren, bei welchem als Ausgangsmaterial ultrahochfester Stahl eingesetzt wird und bei dem die Schraube einschliesslich des Innenangriffes durch Kaltumformen des Ausgangsmaterials gefertigt wird.
Es konnte in vielen Versuchsreihen festgestellt werden, dass sich der Fachmann aufgrund der unmöglich erscheinenden Fakten geirrt hat und dass es sehr wohl möglich ist Schrauben aus ultrahochfestem Stahl in einem Kaltumformverfahren herzustellen. Solche Schrauben haben gegenüber den durch spanende Bearbeitung hergestellten Schrauben aufgrund optimaler Querschnittsverhältnisse wesentlich bessere Festigkeitseigenschaften. Bei der bisher für möglich gehaltenen Herstellungsweise konnte gerade der Schlüsselangriff im Kopf nur so gefertigt werden, indem eine Vorbohrung gemacht werden musste, worauf dann in einem Stossverfahren die Schlüsselkontur hergestellt wurde. Bei der Herstellung im Kaltumformverfahren hingegen wird die Schlüsselkontur, z.B. ein Innensechs- rund, beim Kaltumformpressvorgang ohne vorheriges Vorbohren hergestellt. Es ist daher die Öffnung für den Schlüsselangriff wesentlich weniger tief auszuführen als dies mit einem Vorbohrvorgang der Fall ist. Am Übergang zwischen Schraubenkopf und Schaft ist daher die Festigkeit wesentlich höher, da mehr Materialdicke zwischen der Öffnung für den Schlüsselangriff und der Außenkontur verbleibt. Die bei einer spanabhebenden Bearbeitung sich ergebenden Schwachstellen sind somit verhindert worden.
Dementsprechend optimale Eigenschaften zur Aufnahme eines großen Drehmomentes und auch zur Erreichung großer Zugfestigkeit ergeben sich bei einer Schraube, insbesondere einer Schraube mit Innenangriff für den Einsatz bei Wendeschneidplatten, die aus ultrahochfestem Stahl besteht und durch Kaltumformung hergestellt ist.
Es wurde zwar schon versucht, Schrauben aus hochfestem Stahl zu fertigen, wobei hier bisher Grenzen gesehen wurden, wenn auch ein Innenangriff mitgefertigt werden sollte. Durch die Erfindung konnte dieses Vorurteil der Fachwelt überwunden werden.
Besonders vorteilhaft bei einem solchen Verfahren und einer nach dem Verfahren hergestellten Schraube ist es, wenn als Ausgangsmaterial ein ultrahochfester Stahl mit der Zusammensetzung C 0,03, Mo 5,0, Ni 18,5, Co 8,5, Ti 0,6, AI 0,1, Rest Fe, eingesetzt wird. Gerade bei einer solchen Zusammensetzung ist der Fachmann bisher davon ausgegangen, dass eine Herstellung im Kaltumformverfahren nicht möglich sei. Durch die vorliegende Erfindung konnte das Gegenteil bewiesen werden.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale und besondere Vorteile werden in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig.1 eine Seitenansicht einer Schraube, teilweise aufgeschnitten dargestellt;
Fig.2 eine Draufsicht auf den Kopf der Schraube.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Schraube dargestellt, wie sie für die Befestigung von Wendeschneidplatten eingesetzt wird. Natürlich können die erfindungsgemäßen Maßnahmen in gleicher Weise für Schrauben in anderen Einsatzbereichen an- gewendet werden. Gerade bei Schrauben, die in engen Toleranzen hergestellt werden müssen und vor allem auf Drehmoment und Zug belastet sind, hat sich gezeigt, dass im Kaltumformverfahren hergestellte Schrauben wesentlich besser sind als durch spanabhebende Bearbeitung hergestellte Schrauben. Da aber gerade Schrauben aus ultrahochfestem Stahl das optimale Ausgangsmaterial für solche Schrauben ist, fertigte man bisher solche Schrauben als Drehteil, weil der Fachmann eine Fertigung im Kaltumformverfahren für schlicht unmöglich hielt.
Eine auf der Zeichnung gezeigte, insbesondere für die Befestigung von Wendeschneidplatten gefertigte Schraube 1 weist einen Kopf 2 und einen mit einem Gewinde 5 versehenen Schaft 4 auf. Auf den Schaft 4 mit einem Durchmesser D ist das Gewinde 5 mit dem Außendurchmesser D1 aufgerollt. Der Kopf 2 nach Art eines Linsensenkkopfes weist einen Durchmesser D3 auf. Im Kopf 2 ist ein Innenangriff 3 zum Einsatz eines Antriebselementes ausgebildet. Bei der Fertigung im Kaltumformverfahren ergibt sich lediglich eine kleine Vertiefung 6 am Grund des Innenangriffes 3. Bei einer bisher bekannten Fertigung durch Spanabhebung musste auch bei der Herstellung des Innenangriffes 3 eine Bohrung 7 (strichliert dargestellt) vorab hergestellt werden, die entsprechend tief ausgebildet sein musste, um anschließend in einem Stossverfahren den Schlüsselabgriff herzustellen. Aufgrund der doch unterschiedlichen Abschnitte mit verschiedenen Durchmessern ist ein relativ hoher Umformgrad zu berücksichtigen, wobei dies bisher beim Einsatz von ultrahochfestem Stahl als unmöglich galt.
Bei dem erfindungsgemäß eingesetzten Verfahren zur Herstellung der Schraube, insbesondere eben einer Schraube für Wendeschneidplatten erfolgt die Fertigung durch Kaltumformen des Ausgangsmaterials, wobei als Ausgangsmaterial ultrahochfester Stahl eingesetzt wird, was bisher vom Fachmann als nicht durchführbar angesehen worden ist. Im Rahmen der Erfindung ist jede Art ultrahochfester Stahl durch Kaltumformen des Ausgangsmaterials zu verarbeiten, jedoch erweist sich im konkreten Falle als Ausgangsmaterial ein ultrahochfester Stahl mit der Zusammensetzung C 0,03, Mo 5,0, Ni 18,5, Co 8,5, Ti 0,6, AI 0,1, Rest Fe, als besonders geeignet.
Durch die Erfindung ist es ermöglicht worden, eine Schraube, insbesondere eine Schraube für Wendeschneidplatten, zu fertigen, die aus ultrahochfestem Stahl besteht und durch Kaltumformung hergestellt ist. Es ergeben sich dadurch wesentliche Verbesserungen in bezug auf die Festigkeit der Schraube. Beim Verfahren zur Herstellung der Schraube werden wie auch bei anderen Kaltumformverfahren weitere Verfahrensschritte zum Einsatz kommen, beispielsweise Waschvorgänge, Drehvorgänge zum Anfasen, Gleitschleifen, Gewinderollen, Oberflächenbehandlung, Endkontrolle usw.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer Schraube, insbesondere einer Schraube für Wendeschneidplatten, welche einen Innenangriff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial ultrahochfester Stahl eingesetzt wird und dass die Schraube ein- schliesslich des Innenangriffes durch Kaltumformen des Ausgangsmaterials gefertigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial ein ultrahochfester Stahl mit der Zusammensetzung C 0,03, Mo 5,0, Ni 18,5, Co 8,5, Ti 0,6, AI 0,1, Rest Fe, eingesetzt wird.
3. Schraube, insbesondere für Wendeschneidplatten, die aus ultrahochfestem Stahl besteht und einschliesslich des Innenangriffes durch Kaltumformung hergestellt ist.
4. Schraube nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ultrahochfeste Stahl die Zusammensetzung C 0,03, Mo 5,0, Ni 18,5, Co 8,5, Ti 0,6, AI 0,1 , Rest Fe, hat.
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