DE19958827A1

DE19958827A1 - Gewindefurcher und dessen Anwendung

Info

Publication number: DE19958827A1
Application number: DE19958827A
Authority: DE
Inventors: Helmut Glimpel; Dietmar Maier; Dietmar Liebau; Rainer Fritsch
Original assignee: Emuge Werk Richard Glimpel GmbH and Co KG Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge
Current assignee: Emuge Werk Richard Glimpel & Co Kg Fabrik GmbH
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2019-12-08
Also published as: US6514148B2; EP1106292B1; US20010014625A1; JP2001214916A; EP1106292A1; DE19958827B4; JP4187921B2

Abstract

Es gibt ein Gewindefurcher, der einen Schaftteil 1 und einen Formgebungsteil 2 bildet, bei dem der Formgebungsteil an einem Kern 3 Gewindegänge 4 bildet und in einen Anlaufbereich 6 und einen Führungsbereich 5 gegliedert ist, bei dem im Anlaufbereich 6 die Gewindegänge 4 nahe dem Kern 3 innere schräge Drückflanken 9 bilden und an diese radial nach außen anschließend äußere Drückflächen 10 bilden und bei dem der Anlaufbereich 6 in der Wirkung der Gewindegänge 4 von einem Vorderende 7 zu dem Führungsbereich 5 zunimmt. Dabei ist es erwünscht, wenn bei der Herstellung von Innengewinde an Werkstoffen mit hexagonaler Gitterstruktur im Gefüge ein verbessertes Ausformen des Mutterkerndurchmessers ohne Lösen von Werkstoffpartikeln im Bereich des Mutterkerndurchmessers gegeben ist. Dies ist erreicht, indem im Anlaufbereich 6 die äußeren Drückflächen gegenüber dem Spitzwinkeligen im wesentlichen radial wirkende verbreiterte Abflachungen 10 sind. Es wird durch das Eindringen der breiten bzw. großen Abflachungs-Drückflächen bzw. Wirkflächen in den Werkstoff Reibung erzeugt. Die dadurch entstehende Wärme verbessert das Formänderungsvermögen des Werkstoffes und bewirkt eine Materialverdrängung entlang den werkstoffspezifischen Gitterebenen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gewindefurcher, der einen Schaftteil und einen Form gebungsteil bildet, bei dem der Formgebungsteil an einem Kern Gewindegänge bil det und in einen Anlaufbereich und einen Führungsbereich gegliedert ist, bei dem im Anlaufbereich die Gewindegänge nahe dem Kern innere schräge Drückflanken bilden und an diese radial nach außen anschließend äußere Drückflächen bilden, bei dem im Führungsbereich die Gewindegänge im Querschnitt gesehen radial nach außen im wesentlichen spitzwinkelig sind und bei dem der Anlaufbereich in der Wirkung der Gewindegänge von einem Vorderende zu dem Führungsbereich zu nimmt.

Der Gewindefurcher dient zur spanlosen Innengewindeherstellung. Der Schaftteil ist in der Regel zylindrisch, dient zur Werkzeugaufnahme in einem Spannfutter und trägt in der Regel einen Vierkant zur Furchmomentübertragung. Der Füh rungsteil hat auch die Funktion der Kalibrierung des herzustellenden Innenge windes. Der Formgebungsteil ist z. B. einer Oberflächenbehandlung zur Erzeugung einer verschleißfesten Gewindefurcher-Oberfläche unterzogen. Beim Gewindefur chen erfolgt ein stufenweises Kaltumformen des Werkstoffes verbunden mit einem Kalibrieren und Glätten der Gewindeflanken. Der Querschnitt des Gewindeganges am Werkzeug ist ein Polygon.

Bei einem bekannten (DE 18 47 255 U) Gewindefurcher der eingangs genannten Art ist im Anlaufbereich die äußere Drückfläche von im Querschnitt gesehen radial nach außen im wesentlichen spitzwinkeligen Gewindegängen gebildet, d. h. von äußeren schrägen Drückflanken gebildet, welche die inneren schrägen Drückflan ken fortsetzen. Die Wirkungsrichtung der äußeren schrägen Drückflächen bildet mit einer Radialen und einer Axialen des Gewindefurchers einen Winkel. Die Zu nahme der Wirkung der Gewindegänge im Anlaufbereich ist gegeben durch eine sog. Anstrehlung, d. h. eine Zunahme des Kerndurchmessers von der Spitze zum Führungsbereich bei gleichbleibender Höhe der Gewindegänge. Wird ein Werkstoff mit hexagonaler Gitterstruktur im Gefüge mit dem bekannten Gewindefurcher bearbeitet, weist das hergestellte Gewinde folgende negativen Eigenschaften auf: Der Mutterkerndurchmesser ist ungenügend ausgeformt. Im Bereich des Mutter kerndurchmessers lösen sich Werkstoffpartikel. Die Anwendung des bekannten Gewindefurchers für die Herstellung von Innengewinden an Werkstoffen mit geringer Gleitebenenanzahl und Kaltumformbarkeit muß zumindest bei hochbeanspruchten Schraubbefestigungen, wie sie unter anderem in der Automobilindustrie üblich sind, abgelehnt werden.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Gewindefurcher der eingangs ge nannten Art zu schaffen, der bei der Herstellung von Innengewinde in Werkstoffe mit hexagonaler Gitterstruktur im Gefüge ein verbessertes Ausformen des Mutter kerndurchmessers ohne Lösen von Werkstoffpartikeln im Bereich des Mutterkern durchmessers ergibt. Der erfindungsgemäße Gewindefurcher ist, diese Aufgabe lö send, dadurch gekennzeichnet, daß im Anlaufbereich die äußeren Drückflächen ge genüber dem Spitzwinkeligen im wesentlichen radial wirkende verbreiterte Ab flachungen sind.

Der erfindungsgemäße Gewindefurcher stellt in Werkstoffen mit hexagonaler Git terstruktur im Gefüge Innengewinde her, bei denen der Mutterkerndurchmesser gut ausgeformt ist und das Lösen von Werkstoffpartikeln im Bereich des Mutter kerndurchmessers vermieden ist. Es wird durch das Eindringen der breiten bzw. großen Abflachungs-Drückflächen bzw. Wirkflächen in den Werkstoff Reibung er zeugt. Die dadurch entstehende Wärme und der Druck selbst verbessern das Form änderungsvermögen des Werkstoffes und bewirken eine Materialverdrängung (Glei ten) entlang den werkstoffspezifischen Gitterebenen. Eine Zerstörung der Werk stoffgefügestruktur ist beim Arbeiten mit dem erfindungsgemäßen Gewindefurcher nicht feststellbar. Der Gewindefurcher ist besonders für Werkstoffe geeignet, die infolge ihrer hexagonalen Gitterstruktur über eine geringe Anzahl von Gleitebenen und/oder bei Raumtemperatur über eine geringe Kaltumformbarkeit verfügen.

Die beim erfindungsgemäßen Gewindefurcher vorgesehenen verbreiterten Abfla chungen sind zu unterscheiden von Spitzenverrundungen, die bei Gewindefur chern, bisher auch im Anlaufbereich an Gewindegängen vorgesehen sind, um eine scharfe Spitze am radial freien Ende der Gewindegänge zu vermeiden. Die verbrei terten Abflachungen sind merklich breiter als eventuell am Führungsbereich vor handene Spitzenverrundungen. Die verbreiterten Abflachungen sind nämlich merk lich breite plane bzw. ebene Gebilde, deren Breite in der Regel mindestens P/10 be trägt. Die verbreiterten Abflachungen sind derart, daß sie beim Gewindefurchen im Werkstoff derartige Druckspannungen erzeugen, daß bei einer zur Bildung von Gleitebenen geeigneten Gefüge-Gitterstruktur zwei oder mehr Gleitebenen gebildet werden, d. h. daß das Furchen primär durch Druck erfolgt, wobei die Temperatur des Werkstoffes unter 250°C, sogar unter 200°C bleibt.

Es liegt eine besonders zweckmäßige und vorteilhafte Ausführungsform der Erfin dung vor, wenn die verbreiterten Abflachungen von Gewindegang zu Gewindegang gleich breit sind. Diese Ausführungsform wird z. B. angewendet, wenn der Anlauf bereich mit einer Anstrehlung versehen ist. Wichtig sind die verbreiterten Drück flächen-Abflachungen, welche Reibung und damit Werkstofferwärmung bewirken.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es auch, wenn die radial wirkenden Ab flachungen in axialer Richtung entlang den Gewindegängen zum Führungsbereich hin auf ein Minimum abnehmen. Diese zweitgenannte Ausführungsform wird in der Regel angewendet, wenn der Kern bis zum Vorderende gleichbleibenden Durchmesser aufweist. Es führen die Abflachungen zu einer Zunahme der radialen Abmessung der Gewindegänge in Richtung von dem Vorderende zu dem Führungs bereich.

Bei dem erfindungsgemäßen Gewindefurcher nehmen die Radien der Drückflächen- Abflachungen in Richtung von dem Vorderende zu dem Führungsbereich von Ge windegang zu Gewindegang zu, wodurch die Wirkung der Anlaufbereich-Gewin degänge zunimmt. Die in axialer Richtung gesehene Breite der Drückflächen-Abfla chungen nimmt bei der zweitgenannten Ausführungsform in Richtung vom Vor derende zu dem Führungsbereich vom Gewindegang zu Gewindegang ab. Das Mini mum der Abflachung ist erreicht, wenn die Gewindegänge im Führungsbereich das Minimum des konstruktiv errechneten Werkzeugaußendurchmessers erreichen. Das Minimum der Abnahme kann jedoch auch einer sehr schmalen Verrundung der Gewindegänge des Führungsbereichs entsprechen, wenn diese Gewindegänge radial außen verrundet sind. Die Abflachungen sind allgemein in der Regel an maximal drei Gewindegängen vorgesehen.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn von den radial wirkenden Ab flachungen gebildete, in Umfangserstreckung der Gewindegänge verlaufende Kan ten abgerundet sind. Durch diese Abrundungen sind scharfe Kanten vermieden und ist die mit dem erfindungsgemäßen Gewindefurcher angestrebte Wirkung verbes sert. Der Radius der Abrundung ist z. B. 0,1 mm.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es auch, wenn die Abnahme der Abfla chungen von Gewindegang zu Gewindegang stetig ist. Diese Abflachungen bewir ken beim Gewindefurchen eine günstigere Verformung des Materials und haben in Achsrichtung gesehen eine zur Gewindefurcher-Mittelachse schräg geneigte Anord nung.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist auch die Anwendung des erfindungsge mäßen Gewindefurchers zur Herstellung von Innengewinde in einem Werkstoff mit einer hexagonalen Gefüge-Gitterstruktur, die eine oder mehr, z. B. zwei Gleit ebenen bildet. Hierdurch sind die für den erfindungsgemäßen Gewindefurcher be sonders geeigneten Werkstoffe gegeben. Als Werkstoffe mit nur einer Gleitebene sind Mg, Zn und Be zu nennen. Siehe hierzu "Werkstoffkunde und Werkstoffprü fung", 10. Auflage Wolfgang Weißbach, Friedr. Vieweg & Sohn, Abschnitt 2.2, S. 31.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist dabei die Anwendung des erfindungsge mäßen Gewindefurchers zur Herstellung von Innengewinde in einem Werkstoff mit einer hexagonalen Gefüge-Gitterstruktur, dessen Spanmaterial durch eine bei spanender Bearbeitung auftretende Erhitzung ab 500°C entzündbar ist. Dieser ent zündbare Werkstoff ist in der Praxis primär Magnesium oder eine Magnesiumle gierung. Der erfindungsgemäße Gewindefurcher macht die Herstellung genauer In nengewinde in Magnesium und Magnesiumlegierung praktisch brauchbar möglich.

Die Erfindung wird in der Praxis in Verbindung mit dem Werkstoff Stahl nicht verwendet, sondern primär in Verbindung mit den Werkstoffen verwendet, welche die Gefüge-Gitterstruktur-Gleitebenen besitzen und deren Spanmaterial sich bei spanender Bearbeitung entzünden würden. In der Regel ist das Formgebungsteil, insbesondere der Anlaufbereich mit einer verschleißfesten Oberflächenschicht ver sehen, die zumindest die verbreiterten Abflachungen und deren abgerundeten Kan ten bedeckt. Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Gewinde im Werkstoff Magnesium mittels Furchen vorgesehen, bei dem der Werkstoff nicht direkt oder indirekt erhitzt wird, sondern allein unter Druck gefurcht wird.

In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Gewindefurchers,

Fig. 2 den Anlaufbereich des Gewindefurchers gemäß Fig. 1, in einem gegenüber Fig. 1 vergrößerten Maßstab,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Gewindefurchers,

Fig. 4 den Anlaufbereich des Gewindefurchers gemäß Fig. 3, in einem gegenüber Fig. 3 vergrößerten Maßstab,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines dritten Gewindefurchers,

Fig. 6 den Anlaufbereich des Gewindefurchers gemäß Fig. 5 in einem gegenüber Fig. 5 vergrößerten Maßstab,

Fig. 7 und 8, Fig. 9 und 10 sowie Fig. 11 und 12 jeweils eine Seitenansicht und eine Vorderansicht des ersten, zweiten und dritten Gewindefurchers,

Fig. 13 und 14, Fig. 15 und 16 sowie Fig. 17 und 18 jeweils eine Seitenansicht und eine Vorderansicht eines vierten, fünften und sechsten Gewindefurchers,

Fig. 19 im Schnitt den Anlaufbereich des Gewindefurchers gemäß Fig. 2, in einem gegenüber Fig. 2 vergrößerten Maßstab, und

Fig. 20 im Schnitt den Anlaufbereich des Gewindefurchers gemäß Fig. 4, in einem gegenüber Fig. 4 vergrößerten Maßstab.

Die Gewindefurcher gemäß Zeichnung weisen jeweils einen Schaftteil 1 und einen Formgebungsteil 2 auf. Der Formgebungsteil 2 umfaßt einen Kern 3, an dem Ge windegänge 4 vorgesehen sind, und ist in einen Führungsbereich 5 und einen vor neliegenden Anlaufbereich 6 gegliedert, der in einem Vorderende 7 frei ausläuft. Die Gewindegänge 4 im Führungsbereich 5 sind im Querschnitt gesehen im wesent lichen spitzwinkelig, wobei der außenliegende Grat 8 z. B. abgerundet ist. Im An laufbereich 6 bilden die Gewindegänge 4 nahe dem Kern 3 innere schräge Drück flanken 9 und radial nach außen weisende verbreiterte Drückflächen-Abflachungen 10. Jede dieser Abflachungen 10 ist von zwei umlaufenden Kanten 11 begrenzt, die gemäß Fig. 19 und 20 abgerundet sind.

Bei dem Gewindefurcher gemäß Fig. 1 und 2 sowie Fig. 7 und 8 ist der Querschnitt des Formgebungsteils ein Polygon (Profilhinterschliff) und ist eine gestufte Zunah me der Abflachungen vorgesehen, wie es auch in Fig. 19 angegeben ist; der Kern weist zum Vorderende hin gleichbleibenden Querschnitt auf. Bei dem Gewindefur cher gemäß Fig. 3 und 4 sowie Fig. 9 und 10 ist der Querschnitt des Formgebungs teils ein Polygon (Profilhinterschliff) und ist eine kegelige bzw. stetige Zunahme der Abflachungen vorgesehen, wie es auch in Fig. 20 angegeben ist; der Kern weist zum Vorderende hin gleichbleibenden Querschnitt auf. Bei dem Gewindefurcher gemäß Fig. 5 und 6 sowie Fig. 11 und 12 ist der Querschnitt des Formgebungsteils kreisrund und ist eine gleich breite Gestaltung der Abflachungen vorgesehen; der Kern weist zum Vorderende hin abnehmenden, gestrehlten Querschnitt auf.

Bei dem Gewindefurcher gemäß Fig. 13 und 14 ist der Querschnitt des Formge bungsteils kreisrund und ist eine gestufte Zunahme der Abflachungen vorgesehen, wie es auch in Fig. 19 angegeben ist; der Kern weist zum Vorderende hin gleich bleibenden Querschnitt auf. Bei dem Gewindefurcher gemäß Fig. 15 und 16 ist der Querschnitt des Formgebungsteils kreisrund und ist eine kegelige bzw. stetige Zu nahme der Abflachungen vorgesehen, wie es auch in Fig. 20 angegeben ist; der Kern weist zum Vorderende hin gleichbleibenden Querschnitt auf. Bei dem Gewindefurcher gemäß Fig. 17 und 18 ist der Querschnitt des Formgebungsteils ein Polygon und ist eine gleich breite Gestaltung der Abflachungen vorgesehen; der Kern weist zum Vorderende hin abnehmenden, gestrehlten Querschnitt auf.

Claims

1. Gewindefurcher,
der einen Schaftteil und einen Formgebungsteil bildet,
bei dem der Formgebungsteil an einem Kern Gewindegänge bildet und in einen Anlaufbereich und einen Führungsbereich gegliedert ist,
bei dem im Anlaufbereich die Gewindegänge nahe dem Kern innere schräge Drückflanken bilden und an diese radial nach außen anschließend äußere Drück flächen bilden,
bei dem im Führungsbereich die Gewindegänge im Querschnitt gesehen radial nach außen im wesentlichen spitzwinkelig sind und
bei dem der Anlaufbereich in der Wirkung der Gewindegänge von einem Vor derende zu dem Führungsbereich zunimmt,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Anlaufbereich (6) die äußeren Drückflächen gegenüber dem Spitzwinkeli gen im wesentlichen radial wirkende verbreiterte Abflachungen (10) sind.

2. Gewindefurcher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verbreiter ten Abflachungen (10) von Gewindegang (4) zu Gewindegang gleich breit sind.

3. Gewindefurcher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial wir kenden Abflachungen (10) in axialer Richtung entlang den Gewindegängen (4) zum Führungsbereich (5) hin auf ein Minimum abnehmen.

4. Gewindefurcher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verbreiterten Abflachungen (10) bei jedem Gewindegang breiter als ca. 1/10 × P sind.

5. Gewindefurcher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß von den radial wirkenden Abflachungen (10) gebildete, in Um fangserstreckung der Gewindegänge (4) verlaufende Kanten (11) abgerundet sind.

6. Gewindefurcher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab nahme der Abflachungen (10) von Gewindegang (4) zu Gewindegang stetig ist.

7. Anwendung des Gewindefurchers nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Her stellung von Innengewinde in einem Werkstoff mit einer hexagonalen Gefüge- Gitterstruktur, die unter Temperatur eine oder mehr Gleitebenen bildet.

8. Anwendung des Gewindefurchers nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Her stellung von Innengewinde in einem Werkstoff mit einer hexagonalen Gefüge- Gitterstruktur, dessen Spanmaterial durch eine bei spanender Bearbeitung auftre tende Erhitzung ab 500°C entzündbar ist.