JP2013507256A - ねじ転造装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ねじ転造によって円筒状の外側面を有する工作物にねじを形成する装置であって、ピッチのないプロフィールを備えたプロファイリング工具（７）を有し、プロファイリング工具の軸が工作物の軸に対して斜めまたは平行である装置において、プロファイリング工具（７）が、円形で、軸（８）を中心に回転可能に軸承されたディスク（９）であり、ディスクの外周面からリング形状の同軸の、ピッチのない２つのプロフィール（１０）が突出し、二つのプロフィールが形成すべきねじのねじプロフィールの形状と寸法に相当する環状間隙を形成する。

Description

本発明は、ピッチのないプロフィールを備えたプロファイリング工具を有し、ねじ転造によって、円筒状の外面を有する工作物にねじを形成する装置に関するものであって、その場合にプロファイリング工具の軸は、特に工作物の軸に対して斜めになっている。

一般に、ねじ転造は、冷間加工によってねじを形成する非切削加工であって、該当する未加工品の表面にプロフィールが転造される。DIN8580によれば、ねじ転造は、変形、さらに正確には圧力変形および圧延に属する。加工は、１つまたは複数の工具によって、工作物上に圧縮応力を発生させることに基づいている。この方法は、ねじを形成するための他の方法、特に切削によりねじを形成する方法よりも、ずっと高速であり、大量生産においてコスト的により有効である。

すなわち、ねじ転造の利点は、以下の通りである。
ねじを切る場合に生じるような粒間破断がない。
冷間変形によって、表面硬化が得られる。
プレス研磨されたねじ側面を形成することができる。
より高い摩耗強度が生じる。
切欠きに対する影響を受けずらい。
切り屑を生じないため、材料需要が減少する。
ねじ切りの場合よりも、容易である。

従来の、フラットな工具によるねじ転造においては、一対のジョーが、ねじのピッチ角度を有するねじカウンタープロフィールを備えており、その場合に一方のジョーが固定的に、他方のジョーは移動可能に配置されている。工作物は、摩擦力の作用を受けて転動するので、周面全体にねじが生じる。ローラジョーは、斜めになったインレットとアウトレットおよびまっすぐな較正部分を有している。

円形の工具によるねじ転造は、インフィード方法またはスルーフィード方法において行なうことができる。短いねじまたは長いねじを、頭部まで転造することができる。インフィード方法においては、ローラは、同一のピッチ角度であるが、反対の捩れ方向を有する、対応するねじプロフィールを備えている。工作物は、センターレス又は両センター間のどちらかで保持される。軽い補償的運動を別にして、工作物は転造プロセスの際に軸方向に静止している。工作物直径に対するローラ直径の比および起動回数は、互いに対して正確に調整されなければならないので、一対のローラは、所定のねじのためだけに、使用することができる。

スルーフィード方法においては、ローラは、並べて配置された、ピッチのないねじプロフィールを有している。ローラは、必要なピッチ角度だけ、その水平の長手軸を中心に回転する。それによって、回転する場合に、ピッチ角度だけ工作物の軸方向の送りが生じる。ローラは、制限された程度内で、異なる工作物直径のためにも、使用することができる。しかし、この方法においては、インフィード方法に比較して、ピッチ精度がより低くなる。

自己開放するねじローラヘッドは、大体において、３つのローラを有している。それらは、工作物に接して軸方向に案内されて、ローラの斜め位置によって、自動的に工作物上へ引き付けられる。予め定められたねじ長さが得られた場合に、ローラヘッドは自動的に開放して、引き戻されることができる。

既知のねじ転造装置は、常に位置固定されている。というのは、それらは、大きい外側寸法と大きい重量を有しているからである。電気的な駆動が、常に必要である。ねじがローラにより、かつ機械的に形成される状況も、ねじ転造の領域内の従来技術に特有である。意図的にねじを変化させる流れにおいて、必然的に複数の工具、好ましくはローラを交換しなければならず、かつ機械的な駆動を設けなければならない。

本発明の課題は、簡単な構造とわずかな外側寸法において、雄ねじを転造するための、携帯性が良く、比較的問題なく手動で操作可能な装置を提供することである。

この課題は、本発明によれば、プロファイリング工具が、円形の、その軸を中心に回転可能に軸承されたディスクであり、そのディスクの外周から突出し、環状溝を規定する２つのリング形状の同軸の、ピッチのないプロフィールを有し、その環状溝の形状と寸法が、形成すべきねじのねじプロフィールに相当することによって、解決される。

本発明は、ねじを転造する装置に関するものであって、ねじ転造において、転造工具とクランプ装置との間に工作物が挟持され、ねじの送りによって所定位置に固定される。ロックが行なわれた後に、手動による回転運動によって、工作物にねじを転造することができる。その場合に、工作物のねじ幾何学配置は、転造工具によって定められる。転造工具は、好ましくはクィック交換システムとして形成されており、それによって任意の雄ねじを形成することができる。

この種の装置は、簡単な構成において、手で持って操作することができる、小型の構造を有している。装置は、電気的な駆動を必要とせず、力は、筋力によって発生させることができる。工作物が、ねじ転造装置に取り付けられるのではなく、装置は、ねじを形成すべき箇所に容易に移動させることができる。

さらに、工作物がすべり軸受として支持されることは、従来技術から知られていない。というのは、それによって平均的当業者の専門知識によれば、新しく転造されたねじが損傷することがあるからである。むしろ当業者は、ねじの損傷を回避するために、意識的にこの種のすべり軸受けを回避しようと試みるであろう。

本発明に係る解決においては、転造プロセスによる工作物の硬化が利用される。すなわち、ねじ転造の形式の加工方法を、送り調整装置の寸法設計および材料選択と組み合わせることによって、工作物上に規格化されたねじを形成することが可能になる。ここでは、カットされたねじは、実際において、軸方向に「すべり軸受送り」した場合には、比較的激しく損害を被ることになる。すなわち幾何学配置と、材料を条件とする工作物への負荷とが最小限に抑えられる。

接近できない工作物（取り外しが面倒な機械内部の）における使用も、本発明に係る装置によって可能になる。

簡単な形成における確実な保持は、円筒状の工作物が支持ブロックの部分円筒状の溝内に保持されており、その溝の長手軸がプロファイリング工具の軸に対して斜めに配置されている場合に、与えられる。その場合には、支持ブロックはプロファイリング工具の軸に対して横方向かつ特に直角に、特に手動によって、調節可能である。

工作物の好ましい代替的な支持ブロックは、部分円筒状の溝の内壁がねじ部分を有し、そのねじ部分が形状とピッチにおいて、工作物に形成すべきねじに実質的に相当する場合に、得られる。

さらに、円筒状の工作物が、プロファイリング工具と対向する側において、工作物に対して軸平行の少なくとも２つのローラによって支承されており、そのローラが支持ブロックに支持されていることが、提案される。

簡単かつ容易な取扱いは、プロファイリング工具と支持ブロックとの間の間隔を調節するために、支持ブロックがねじロッドによって、特に手動で、操作可能であることによって、与えられている。

好ましくは、工作物が、プロファイリング工具と支持ブロックとの間の間隙内へ軸方向および／または径方向に挿入可能かつ引出し可能であることが、提案される。特に好ましくは、ねじ転造装置が、手動工具として手動で操作可能であって、携帯可能である。

本発明の実施例を、図面に斜視図で示して、以下で詳細に説明する。

工作物が支持ブロックの溝内でプロファイリング工具に対して保持される第１の実施形態を示す図である。 工作物が、２つのローラによってプロファイリング工具に対して保持される第２の実施形態を示す図である。 閉成されたリング形状のフレームを有する実施形態を示す図である。

ねじ転造装置１は、２つの腕４、５が延びるベース３を備えた、Ｕ字形状のフレーム２を有している。第１の腕４は、長手方向の溝６によって２つの腕の片側部分４ａ、４ｂに分割されており、溝６内でプロファイリング工具７が軸８上に軸承されており、その軸の端部は、２つの腕の片側部分４ａ、４ｂを貫通しており、それによって腕４が保持される。

プロファイリング工具は、円形のディスク９を有しており、そのディスクの外側の円形で、環状で、同軸の間隔を開けている外周１０は、同一の直径と同一の横断面とを有し、、それらは、同軸の環状溝を形成し、その断面は、形状及び寸法において、形成すべきねじのねじプロフィールの断面に相当する。その場合に、外周１０の寸法と横断面は、それらが形成すべきねじの寸法および横断面に相当するように、選択されている。

円筒状の外側を有する棒状の工作物をプロファイリング工具に対して押圧するために設けられた支持ブロック２０は、部分円筒状の溝１２を有し、その中に工作物が挿入され、その場合に凹状の溝面は、形成すべきねじに従ってプロフィールを有することができる。溝１２とは逆の側において、支持ブロック２０に支持されたねじロッド１３は、外側の腕５の相補的な孔に係合し、その外側の端部に設けられたグリップ１４を介して手動でその長手軸を中心に回動させることができ、それによって支持ブロック２０をプロファイリング工具へ近づけ、あるいは離れるように移動させることができる。

プロファイリング工具７を第１の腕内に軸承する代りに、プロファイリング工具７は支持ブロック２０内で軸承することができ、かつ第１の腕４が溝１２を有するカウンターサポートを形成することができる。さらに、支持ブロック２０は、図２に示すように、２つのガイドホィールないし２つのガイドローラ２１を支持することができ、それらが、工作物のねじ山と係合する。代替的に、特にねじを修理する場合に、ローラ２１の表面を滑らかな円筒状にすることができる。

さらに、フレーム２は、Ｕ字状ではなく、閉成することができ、すなわち２つの腕４、５が上方の部分２ａによってつながっているので、フレーム２はリング形状であって、図３に示すように、その中央の開口部内に支持ブロック２０が位置している。

すべての形態において、ディスク９及び２つの外周１０の回転軸８は、溝１２の軸に対して、ないしはガイドエッジに対して斜めに配置されており、従って工作物内に、リング形状の溝だけでなく、連続するねじ山が生じる。その場合に、この斜め配置の角度は、約０．４゜から１０゜である。損傷したねじを修復するために、斜め位置をなくすことができ、すなわちその場合にはガイド、特に溝１２は、支持ブロックないしガイド部分２０内でプロファイリング工具の軸８に対して平行である。

機械を使用せずに本発明に係る工具を適用する利点は、場所に結びつけられずに行なうことができ、フレキシブルに使用することができ、たとえば据付け時間を省くことにある。従って工具は、少数を形成するのに適しており、たとえばロールヘッドよりも、ずっと安価に形成することもできる。というのは、工具がわずかな簡単な部品からなるからである。

これは、形状付与のために、支持要素に対向して配置された、個別のプロフィールローラが使用されることによって、可能になる。既知の工具におけるプロフィールローラは、ピッチを有するプロフィールか、あるいは円形に一周するリブまたはリングの形式のピッチのないプロフィールを有する。本発明においては、同様に、形状付与するために、ピッチのないプロフィールが使用されるが、もちろんこのプロフィールは、正確に２つの一周するリブまたはリングを有し、それらがそれらの間に、成形すべきねじプロフィールにほぼ相当する、リング形状の間隙を形成することを、特徴としている。プロフィールは、より多くのリングを有することもできるが、使用する場合には２つだけが工作物にと係合する。

プロフィールローラのこの形状（定められた間隙と係合する、正確に２つの一周するリングないしリブ）によって、材料内へプロフィールローラを進入させるために加えなければならない力が、最小限に抑えられる。さらに、このプロフィールローラがほぼねじピッチだけ、工作物軸に対して斜め位置であることによって、従来の工具におけるような、複雑な強制ガイドを省くことができ、それにもかかわらずプロフィールローラは、正確に所望のピッチでプロフィールを工作物に刻み込む。

プロフィールローラを工作物内へ進入させるために必要な力をもたらすことができるようにするために、工作物は、プロフィールローラと対向する側において、支持要素によって支持される。これは、たとえばねじに適合されたネガティブプロフィールを有するソリッドボディとして、形成することができる。この支持要素において重要なことは、それが力をできるだけ大面積で、かつ点状にではなく、工作物へ伝達することである。

工具の好ましい形態は、パイプカッターのそれに似ているが、そのパイプカッターは、これまで説明してきた本発明とは、プロフィールを与える、斜めになったプロフィールローラの代りに、まっすぐなカッティングホィールが使用されることにおいて、異なっている。

工具の提案された形態は、ポータブルに携帯可能な手動工具として形成されていることを、特徴としている。その場合に、プロファイリング工具と支持要素は、互いに対して接線状にあてがうことができる。その場合に少なくとも１つの非作動位置が調節可能であって、その非作動位置において工作物は、プロファイリング工具と支持要素との間に導入することができる。工作物にとって、軸方向にも接線方向にも導入できることは、最大可能な柔軟性を提供する。さらに、１つの工具によって、工作物の端部だけでなく、任意の箇所にねじを形成することができる。その場合に重要なことは、プロファイリング工具と支持要素が、１つの力の流れ平面内に位置しているので、加工すべき工作物にロック装置によって曲げモーメントまたは傾きモーメントが生じないことである。その場合に工具は、プロファイリング工具が工作物軸に対して、ねじピッチにほぼ相当する角度だけ斜めになるように、形成されている。

さらに、可能な送り調整は、工作物の端部に工具を取り付けるだけでなく、ねじを工作物中央から始めて工作物の端部へ向って転造できるようにする。それによって、工具をうっかりと斜めに取り付けることがなくなる。傾けて、あるいは斜めに取り付けることを回避するために、ねじ切りの際に一般的であるように、工作物を工作物端部において把持することを、省くことができる。同時に、切りくずを生じない加工の好ましい特性を、本発明に係る装置を用いて利用することができるので、この種の方法によって形成されるねじの利点が、ポータブルに手動で実現される。

その場合に驚くほど簡単なやり方で、予め定められた送り力によって送り調整された後に、作業位置において装置全体を工具長手軸を中心に回転させることによって、切りくずを生じることなしに外ねじが形成され、その場合にプロファイリング工具によって形成すべきねじ幾何学配置は、プロフィール深さとプロフィール形状に関して一義的に前もって定められている。プロフィールの傾いた、あるいは不正確な形成は、実際において不可能である。「強すぎる」送りも、不可能である。というのは、プロフィールを与える２つのリブないしリングの間の空間が、変形された工作物によって完全に充填されるとすぐに、力が指数的に上昇し始めるからである。その場合に工作物の幾何学配置は、実質的に円筒状の外側面を必要とするだけであって、パイプ形状に形成されていてもよく、あるいは中実材料からなることもできる。さらに、外ねじは、定められた点まで完全に形成することができるので、ランアウトなしのねじを形成することができる。その場合に電気的なエネルギ供給は、不要であるので、多様な使用可能性が与えられている。

もちろん、工具の他の形態も考えられ、その形態において工具は、軸方向のみに導入することができ、もちろんこの形態はそのために、さほど頑丈に形成する必要はない。というのは、力が工具のボディによって効果的に吸収できるからである。

この工具の他の使用可能性は、ねじ補修である。工具によって、変形した雄ねじが再び成形される。プロフィールローラの斜め位置に基づいて、比較的大きい損傷が、既知の工具によるよりも、ずっと良好に改良される。しかし、すでに説明したように、ねじの補修は、プロフィールローラが斜めになっていない場合、すなわちその軸が工作物の長手軸に対して平行になっている場合でも、高い品質で実施される。

プロファイリング工具のプロフィールおよびプロファイリング工具が工作物軸に対して斜めになる角度は、形成すべきねじタイプに依存しているので、工具の部分（形状を付与するローラおよびカウンターホルダ）を手間なしに交換可能に設計することが効果的であって、それによって工具は、様々なねじタイプを形成するために使用することができる。これは、カウンターホルダとプロフィールローラが時間が経つにつれて摩耗し、その場合に新しくされなければならないことによっても、有意義である。

Claims (8)

1. ねじ転造によって円筒状の外側面を有する工作物にねじを形成する装置（１）であって、ピッチのないプロフィールを備えたプロファイリング工具（７）を有し、プロファイリング工具の軸が工作物の軸に対して斜めまたは平行である装置において、
   プロファイリング工具（７）が、円形で、回転軸を中心に回転可能に軸承されたディスク（９）であり、ディスクの外周面から突出し、環状の溝を規定する同軸で、ピッチのない二つのプロフィール（１０）を有し、二つのプロフィール（１０）の形状と寸法が、形成すべきねじのプロフィールに相当することを特徴とする装置。
2. 円筒状の工作物が、支持ブロック（２０）の部分円筒状の溝（１２）内に保持されており、溝の長手軸がプロファイリング工具（７）の軸に対して斜めに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 支持ブロック（２０）が、プロファイリング工具（７）の軸に対して横方向かつ特に直角に、特に手動で調節可能であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 部分円筒状の溝（１２）の内壁がねじ部分を有しており、ねじ部分が形状とピッチにおいて、工作物に形成すべきねじに実質的に相当することを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
5. 円筒状の工作物が、プロファイリング工具（７）に対向する側において、工作物に対して軸平行の少なくとも２つのローラ（２１）によって支承されており、ローラが支持ブロック（２０）に装着されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. プロファイリング工具（７）と支持ブロック（２０）の間の間隔を調節するために、支持ブロック（２０）がねじロッド（１３）によって、特に手動で操作可能であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 工作物が、プロファイリング工具（７）と支持ブロック（２０）との間の間隙内へ、軸方向および／または径方向に挿入可能で、かつ取出し可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 本装置が、手動工具として手動で操作可能であり、かつ携帯可能であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。

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