WO1997032682A1 - Gewindeerzeugendes werkzeug - Google Patents
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- B23G2200/00—Details of threading tools
- B23G2200/48—Spiral grooves, i.e. spiral flutes
Definitions
- the invention relates to an internally threaded tool, which can either be a chip-cutting tap or a non-cutting thread former.
- the tool is usually made of either high-speed steel or hard metal.
- the invention provides a method for producing a thread by means of the tool according to the invention.
- a tap is an internal thread cutting tool with a shank for clamping in a tool holder and with a thread cutting portion, which is made up of screw threads and is interrupted at the free end and consists of screw threads.
- guide or guide part which also consists of screw threads interrupted by flutes.
- this guide part does not perform any cutting work, but, as the name suggests, serves to guide and evenly advance the tap through the hole to be tapped.
- the tap Due to the existence of the guide part, the tap is thus self-propelling forwards, the tool carrier being set up in such a way that it easily accommodates the axial movement of the drill.
- the tool holder is usually provided with a compensating chuck.
- the guide part has certain disadvantages. This creates considerable friction between the tool and the thread that has already been cut. This leads to increased thermal and mechanical stress. This friction has a particularly negative effect at high cutting speeds.
- the guide part hinders the coolant supply to the gate area, where the cutting takes place. Thereby arises at the cutting point increased temperature and thus increased wear. In the case of deep threads, there are additional welding problems.
- the thread teeth of the guide part have to cut through irregularly running chips again, especially when machining long-chipping materials.
- blind hole taps also called blind hole taps
- through-hole taps the first case involves holes with a bottom that are open on one side
- the second case involves holes that are bottomless and open on two sides.
- the chips must be moved out of the hole, axially opposite to the thread cutting
- the flutes are helically shaped in the same direction as the direction of rotation of the drill, which means that they have a cutting effect.
- Thread formers In contrast to the tap, the thread former does not produce chips; it only deforms the material. Thread formers are also referred to as a "gate" and a guide part, although the term gate is strictly incorrect, since thread formers do not cut. For the sake of simplicity, however, this expression is also used here for the tapering front part, in which, just as with taps, the deformation work for the thread production is carried out. Furthermore, the guide part in thread formers has the same disadvantages as mentioned above with regard to taps. For example, In DE-A-2 414 635, a thread turret according to the
- 2 shows a blind hole tap according to the invention
- 3 shows a second embodiment of a blind hole tap according to the invention
- Fig. 6 shows a thread former according to the invention.
- a used blind hole tap comprises a shank 1 and a square 2, which is arranged on the shank 1 for the transmission of a torque in a chuck.
- the shaft carries a tapered neck 3 with a threaded head 4.
- the head 4 and the neck 3 are provided with, for example, three equidistant, helical flutes 5.
- the tool is usually with a conical tip 6, which has no function, but is only there for manufacturing reasons.
- the used tap (and also the used thread former) comprises a chamfer a and a guide part b.
- the bleed a tapers evenly towards the front. While the entire machining takes place in the gate area a, the guide part b only serves for the axial guidance of the tool in the thread that has already been produced. All taps and turrets are available. therefore after the State of the art on both the gate and the guide part.
- the length of the guide part is usually about 7 to 14 threads, with blind hole taps in the lower area and through taps in the upper area.
- the gate length is 1.5 to 6 threads.
- the well-known taps (and also thread formers) are used for both tapping in normal
- a blind hole tap according to the invention has a chamfer a but practically no guide part b.
- three threads 7 are formed behind the chamfer a in FIG. 2, they do not serve to guide the tool but merely form a reserve for possible regrinding.
- a possibly 0 Nachschleif sadness ensure the tool, the tools can Rushzugtechnisch a grout to three such threads underway. 7
- the service life of the tool improves on average by a factor of 2.
- chip evacuation is significantly improved with deep threads.
- the length of the threaded part after the gate (the 5 "regrinding reserve") never needs to be longer than 5 threads, preferably at most 3 (the ground teeth 8 and 10 in FIGS. 3 and 4 are not paid for).
- 3 shows a further embodiment according to the invention.
- three full threads 7 are provided for regrinding.
- a number of increasingly ground thread turns 8a, 8b, 8c, etc. are arranged axially behind the thread turns 7.
- a recess 9 is formed in the 5 direction of rotation in front of this row of increasingly truncated teeth 8, the diameter of which, like the neck 3, allows a certain amount of play with the thread already created.
- the thread core diameter is mainly the same along the entire thread head, including the cores between the ground 0 teeth 8.
- a number (for example 3 to 7) of heavily ground thread turns 10a, 10b, 10c, etc. is provided.
- the thread cores of these threads describe the same cylinder as the other 5 thread cores of the thread head.
- This thread core diameter is somewhat larger than the diameter of the neck 3.
- the thread tips of the thread already generated protrude Sanders somewhat in the grooves 11a, 11b, ll r, wir ⁇ between the abraded teeth 10 into which a secure '/) Soanbowung ensured.
- a chip clamping safely avoided between the thread already created and the tool.
- a tap of this type comprises a form-cutting groove 12 and a so-called dirt groove 13.
- this drill also comprises a threaded head with a mainly uniform core diameter and with a chamfer a.
- the regrinding reserve or "extra thread part” in this case comprises only one thread 7.
- FIG. 6 shows a thread former, which therefore produces threads in the workpiece without cutting. As with the taps, it is
- Thread core diameter slightly larger than the diameter of the neck 3 '.
- the tool can be formed with or without lubrication grooves 14.
- the tool shown has five full threads.
- the radial clearance angle in the thread flanks 15 is relatively small because of the axial guidance and to avoid radial fluctuations.
- the internal clearance angle in the thread of the M8 tap is approximately 0.15 °.
- a higher clearance angle leads to axial intersection of the tap (lack of guidance).
- the clearance angle ir be drastically raised.
- the tap according to the invention can Have clearance angles in the thread of over 0.5 °, preferably about 0.8 to 2 °, ie at least about five times the usual value.
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Abstract
Es wird ein innengewindeerzeugendes Werkzeug vorgeschlagen, das entweder ein Gewindebohrer oder ein Gewindformer ist, für starres Gewindeschneiden ('rigid tapping'). Der Gewindekopf des Werkzeuges hat den normalen Anschnitt (a), aber nicht das übliche Führungsteil. Dadurch vermeidet man die mit diesem Teil verbundenen Nachteile, wie z.B. eine höhere Reibung und die Tatsache, dass die Gewinde des Führungsteils vereinzelt unregelmässig ablaufende Späne noch einmal durchtrennen müssen.
Description
GEWINDEERZEUGENDES WERKZEUG
Die Erfindung betrifft ein innengewindebildendes Werkzeug, das entweder ein spanschneidender Gewindebohrer oder ein spanloser Gewindeformer sein kann. Üblicherweise ist das Werkzeug aus entweder Schnellstahl oder Hartmetall. Ferner sieht die Erfindung ein Verfahren vor zum Erzeugen eines Gewindes mittels des erfindungsgemässen Werkzeuges. Ein Gewindebohrer ist ein Innengewinde-Schneidwerkzeug mit einem Schaft zum Einspannen in einem Werkzeugträger und mit einem am freien Ende angeordneten, von Spannuten unterbrochenen, aus Schraubengängen bestehenden Gewindeschneidanteil, dem sogenannten Anschnitt. Anschliessend zum Anschnitt folgt die sogenannte Führung oder Führungsteil, die auch aus von Spannuten unterbrochenen Schraubengängen besteht. Dieses Führungsteil verrichtet aber keine Schneidearbeit, sondern dient, wie der Name schon besagt, zur Führung und zum gleichmässigen Vortreiben des Gewindebohrers durch das zu gewindeschneidende Loch. Durch das Dasein des Führungsteils ist der Gewindebohrer somit vorwärts selbsttreibend, wobei der Werkzeugträger so eingerichtet ist, dass er der axialen Bewegung des Bohrers einfach nachkommt. Normalerweise ist der Werkzeugträger mit einem Ausgleichsfutter versehen. In der Praxis hat indessen das Fϋhrungsteil gewisse Nachteile. Somit entsteht beispielsweise erhebliche Reibung zwischen dem Werkzeug und dem bereits geschnittenen Gewinde. Dies führt zu erhöhter thermischer und mechanischer Belastung. Insbesondere bei hohen Schnittgeschwindigkeiten wirkt sich diese Reibung sehr negativ aus. Weiter behindert das Führungsteil die Kühlmittelzufuhr zum Anschnittbereich, wo die Zerspanung stattfindet. Dadurch
entsteht an der Zerspanungsstelle erhöhte Temperatur und somit erhöhter Verschleiss. Bei tiefen Gewinden treten zusätzlich Aufschweissprobleme auf. Ferner müssen die Gewindezahne des Fuhrungsteiles vereinzelt unregelmassig ablaufende Spane noch einmal durchtrennen, insbesondere bei der Bearbeitung langspanender Werkstoffe. Häufig treten daher bei dieser Bearbeitung Ausbruche im Fuhrungsteil auf; vereinzelt kommt es sogar zu Totalbruch der Gewindebohrer durch eingeklemmte Spane. Prinzipiell gibt es zwei Grundsorten von Gewindebohrern, namiich die Grundlochgewindebohrer (auch Sackloch-Gewmdebohrer genannt) und die Durchgangsgewindebohrer. Wie die Namen schon besagen, geht es im ersten Fall um einseitig offene Locher mit Boden, wahrend es im zweiten Fall um bodenlose, zweiseitig offene Locher geht. Im ersten Fall müssen die Spane aus dem Loch befordert werden, axial entgegengesetzt zur Gewindeschneide-
Richtung. Deshalb sind die Spannuten schraubenförmig geformt in die gleiche Richtung wie die Drehrichtung des Bohrers, wodurch sie spanbefordernd wirken.
Bekannte Grundlochgewindebohrer werden z.B. beschrieben in DE-U-86 23 509.5, DE-C-3 037 568 und EP-A-641 620.
Im zweiten Falle (d.h. bei Durchgangsgewindebohrern) ist gunstiger wenn die Spane nach vorne, durch das Loch befordert werden, in die gleiche Richtung wie d:e Gewindeschneidenchtung. Deshalb werden in diesem Falle die Spannuten (oder die sog. Schalausschnittnuten) gegen die Drehrichtung des Bohrers geneigt und wirken dadurch spanabtreibend der Bohrerspitze entgegen.
Beispiele von Durchgangsgewindebohrern werden beispielsweise in DE-A-3 419 850 und DΞ-U-83 24 835.8 Geschrieben. Bekannt sind auch Gewindebohrer mit geraden, axial sich erstreckender Spannuten, die prinzipiell die Spane weder nach
vorne, noch nach hinten befordern. Diese eignen sich besonders gut bei kurzspanenden Materialen und bei geringen Gewindetiefen. Bei der Verwendung dieser Art von Bohrern nimmt man häufig drei verschiedene Arten von geradlinig genuteten Bohrern, namiich einen Vorschneider, einen Mitteischneider und einen Fertigschneider.
Als Beispiel dieser Art von Gewindebohrern sei auf US-A- 4 708 542 hingewiesen.
Im Gegensatz zum Gewindebohrer erzeugt der Gewindeformer keine Spane; er verformt lediglich das Material. Auch bei Gewindeformern spricht man von einem "Anschnitt" und einem Fuhrungsteil, obwohl die Bezeichnung Anschnitt streng genommen unrichtig ist, da Gewmdeformer ja nicht schneiden. Der Einfachheit halber wird dieser Ausdruck jedoch auch hier für das sich verjungende Vorderteil benutzt, in welchem ebenso wie bei Gewindebohrern die Verformungsarbeit für die Gewindeerzeugung geleistet wird. Ferner bringt das Fuhrungsteil bei Gewindeformern die gleichen Nachteile mit sich, wie oben in bezug auf Gewindebohrer erwähnt sind. Z.B. m DE-A-2 414 635 wird ein Gewindetormer nach dem
Stand der Technik beschrieben.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die oben genannten, mit einem Fuhrungsteil verbundenen, Nachteile zu vermeiden. Ferner ist Aufgabe der Erfindung, ein mnengewindebildendes Werkzeug vorzuschlagen, dem auch ohne die mit einem Fuhrungsteil verbundenen Vorteilen gelingt, in einerr einzigen Arbeitsgang ein normgemasses Gewinde zu schaffen.
Diese und weitere für den Fachmann einleuchtende Aufqaben werden durch αie vorliegende Erfindung gelost, m dem ein gewindeerzeugendes Werkzeug mt den im kennzeichnenden Teil αes Ansprucns 1 angegebenen Merkmalen hergestellt wird.
Die Erfindung wird nun anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen nachfolgend des näheren beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen spiralig genuteten Gewindebohrer gemäss dem Stand der Technik;
Fig. 2 einen Grundlochgewindebohrer gemäss der Erfindung; Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines Grundlochgewindebohrers gemäss der Erfindung;
Fig. 4 eine dritte Ausführungsform eines Grundlochgewindebohrers gemäss der Erfindung;
Fig. 5 einen Durchgangsgewindebohrers gemäss der Erfindung; und
Fig. 6 einen Gewindeformer gemäss der Erfindung. Wie in Fig. 1 dargestellt umfasst ein gebrauchlicher Grundlochgewindebohrer einen Schaft 1 und einen Vierkant 2, der auf dem Schaft 1 angeordnet ist für die Übertragung eines Drehmoments in einem Futter. Der Schaft trägt einen verjungt ausgebildeten Hals 3 mit einem Gewindekopf 4. Der Kopf 4 und der Hals 3 sind mit beispielsweise drei äquidistanten, schraubenförmigen Spannuten 5 versehen. Am operativen Ende ist das Werkzeug normalerweise mit einer konischen Spitze 6, die keine Funktion hat, sondern nur aus herstellungstechnischen Gründen da ist.
Wie oben bereits erwähnt, umfasst der gebrauchliche Gewindebohrer (und auch der gebrauchliche Gewindeformer) einen Anschnitt a und ein Fuhrungsteil b. Wie aus sämtlichen Figuren zu entnehmen ist, verjungt der Anschnitt a sich gleichmässig nach vorne. Wahrend im Anschnittsbereich a die gesamte Zerspanung stattfindet, dient das Fuhrungsteil b Lediglich der axialen Fuhrung des Werkzeuges im bereits erzeugten Gewinde. Alle Gewindebohrer und Gewindetormer verfuger. daher nach dem
Stand der Technik über sowohl Anschnitt als auch Fuhrungsteil. Die Lange des Fuhrungsteils liegt üblicherweise bei ungefähr 7 bis 14 Gewindegangen, wobei Grundlochgewinde-Bohrer eher im unteren Bereich und Durchgangsgewindebohrer im oberen Bereich liegen. Die Anschnittslange liegt bei 1,5 bis 6 Gewindegangen. Die bekannten Gewindebohrer (und auch Gewindeformer) werden für sowohl Gewindeschneiden bei normalen
Geschwindigkeiten, für Hochgeschwindigkeitsgewindeschneiden als auch für starres Gewindeschneiden ("rigid tapping") verwendet. Also werden auch bei solchen Einsatzfallen, wo die Fuhrung des Werkzeuges von der Maschine übernommen wird (das sogenannte starre Gewindeschneiden bzw. Gewindeformen) , Gewindebohrer bzw. Gewindeformer mit einem Fuhrungsteil eingesetzt. Dies bringt natürlich die oben erörterten Nachteile mit sich. Gerade gegen diese Nachteile hat die vorliegende Erfindung Abhilfe gefunden. Wie aus Fig. 2 bis 6 zu entnehmen ist, weichen die Geometrie und die Bauform der erfindungsgemässen Werkzeuge erheblich vom Stand der Technik ab, indem ein Fuhrungsteil praktisch fehlt. Beim starren Gewindeschneiden ist ja, wie bereits erwähnt, die axiale Fuhrung von der Maschine übernommen; auch bei der Reversion. Dadurch entfallt der eigentliche Zweck des Fuhrungsteils. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, besitzt ein erfindungsgemasser Grundlochgewindebohrer einen Anschnitt a aber praktisch kein Fuhrungsteil b. Zwar sind in Fig. 2 drei Gewindegange 7 hinter dem Anschnitt a ausgebildet, aber diese dienen nicht der Fuhrung des Werkzeuges sondern bilden lediglich eine Reserve für eventuelles Nachschleifen. Um eine eventuell0 Nachschleifbarkeit des Werkzeuges sicherzustellen, können die Werkzeuge bevorzugsweise über ein bis drei solche Gewindegange 7 verfugen. Durch dieses Reduzieren der Lange αes Fuhrungsteils auf ein Minimum (wenn kein Nachschleifen vorgesehen ist, kanr
komplett auf das Fuhrungsteil verzichtet werden) , verbessert sich die Lebensdauer des Werkzeugs im Durchschnitt um den Faktor 2. Zusatzlich wird die Spanabfuhr bei tiefen Gewinden erheblich verbessert. Die Lange des Gewmdeteils nach dem Anschnitt (die 5 "Nachschleifreserve") braucht nie langer als 5 Gewindegange zu sein, bevorzugsweise höchstens 3 (die abgeschliffenen Zahne 8 bzw 10 in Fig. 3 und 4 werden dabei nicht gezahlt) . Fig. 3 zeigt eine weitere erfindungsgemasse Ausführungsform. Auch hier sind drei volle Gewindegange 7 zum 0 Nachschleifen vorgesehen. Um eine längere Spanfuhrung zu erreichen, werden aber axial hinter den Gewindegangen 7 noch eine Anzahl von zunehmend abgeschliffenen Gewindegangen 8a, 8b, 8c, usw, angeordnet. Um die durch die Erfindung erzielte niedrige Reibung nicht wieder unnötig zu erhohen, wird in der 5 Drehrichtung vor dieser Reihe von zunehmend abgestumpften Zahnen 8 eine Aussparung 9 geformt, dessen Durchmesser, wie der Hals 3, ein gewisses Spiel zum bereits erzeugten Gewinde ermöglicht. Der Gewindekerndurchmesser ist am ganzen Gewindekopf entlang hauptsächlich gleich, die Kerne zwischen den abgeschliffenen 0 Zahne 8 inbegriffen.
Nach Fig. 4 wird nach der Nachschleifreserve (Zahne 7) eine Anzahl (z.B. 3 bis 7) stark abgeschliffener Gewindegangeπ 10a, 10b, 10c, usw, vorgesehen. Die Gewindekerne dieser Gewindegange umschreiben den gleichen Zylinder wie die übrigen 5 Gewindekerne des Gewindekopfes. Dieser Gewindekerndurchmesser ist etwas grosser als der Durchmesser des Halses 3. Die Gewindespitzen des bereits erzeugten Gewindes ragen bevorzugsweise etwas in die Nuten 11a, 11b, llr zwischen der abgeschliffenen Zahnen 10 hinein, wodurch eine sichere '/) Soanfuhrung Gewährleistet wirα. Ausserdem wird eine Spanklemmunq
zwischen dem bereits erzeugten Gewinde und dem Werkzeug auf sichere Weise vermieden.
Fig. 5 zeigt einen erfindungsgemässen Durchgangsgewindebohrer. Die Neigung der Schneidekanten und der Spannuten treibt die Spane nach vorne, in die dem Schaft entgegengesetzte Richtung. Ein Gewindebohrer dieser Art umfasst eine Schalausschnittnute 12 und eine sogenannte Schmutznute 13. Wie die vorher gezeigten Werkzeuge, umfasst auch dieser Bohrer einen Gewindekopf mit einem hauptsachlich gleichmassigen Gewindekerndurchmesser und mit einem Anschnitt a. Wie aus der Figur ersichtlich, umfasst die Nachschleifreserve oder "Extragewmdeteil" in diesem Falle nur einen Gewindegang 7.
Im Gegensatz zu den vorherigen Figuren, zeigt Fig. 6 einen Gewindeformer, der also spanlos Gewinde im Arbeitsstuck erzeugt. Wie bei den Gewindebohrern ist der
Gewindekerndurchmesser etwas grosser als der Durchmesser des Halses 3' . Das Werkzeug kann mit oder ohne Schmiernuten 14 geformt werden Das gezeigte Werkzeug hat fünf volle Gewindegange. Ein Gewindeformer nach dem Stand der Technik, der also auch ein Fuhrungsteil umfasst, hat mehr als doppelt so viele Gewindegange.
Nacn dem Stand αer Technik ist der radiale Freiwinkel in den Gewindeflanken 15 relativ gering wegen der axialen Fuhrung und zur Vermeidung von radialen Schwankungen. Als Beispiel kann erwähnt werden, dass bei der Bearbeitung von Vergütungsstahl der uoliche freiwinkel im Gewinde des Gewindebohrers M8 bei ungefähr 0,15° liegt. Ein höherer Freiwinkel fuhrt zu axialem Verschneiden des Gewindebohrers (mangelnde Fuhrung) . Durch die starre Führung des Werkzeuges kann nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Freiwinkel ir den
drastisch erhont werden. Somit kann der erfindungsgemasse Gewindebohrer einen
Freiwinkel im Gewinde von über 0,5° haben, vorzugsweise ungefähr 0,8 bis 2°, d.h. mindestens etwa das fünffache des üblichen Wertes. Dadurch wurde die Standzeit dieses Werkzeuges beim Hochgeschwindigkeitsgewindeschneiden (Schnittgeschwindigkeit Vc = ungefähr 100 m/min) nach dem Verfahren "rigid tapping" (d.h. ohne Ausgleichsfutter) um den Faktor 4 erhöht.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich alle auf Werkzeuge, die ein Rechtsgewinde erzeugen, da ja diese ohne Vergleich die üblichsten sind. Naturlich gilt aber die Erfindung entsprechend auch für Werkzeuge die ein Linksgewinde erzeugen.
Claims
1. Innengewindeerzeugendes Werkzeug, das entweder ein Gewindebohrer oder em Gewindeformer ist, für starres Gewindeschneiden mit einem Schaft (1) zum Einspannen in einem Werkzeugträger und einem Gewindekopf (4), dadurch gekennzei chnet , dass der Gewindekopf (4) einen Anschnitt (a) aber kein übliches Fuhrungsteil (b) umfasst.
2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chet, dass nach dem Anschnitt (a) ein Extragewindeteil (7) vorgesehen ist, dessen Lange höchstens fünf Gewindegangen entspricht.
3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Lange des Extragewmdeteiles nach dem Anschnitt höchstens
(a) drei Gewindegangen entspricht.
4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzei chnet , dass nach dem Extragewindeteil eine Anzahl von abgeschliffenen Zahnen (8, 10) vorgesehen sind, die der Spanfuhrung dienen.
5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass vor den abgeschliffenen Zahnen (8) m der Drehrichtung eine Aussparung oder Gewindeentfernung (9) vorgesehen ist, zur weiteren Senkung αer Reibung.
6. Werkzeug nach einerr der vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzei chnet , daß der radiale Freiwinkel im Anschnittsgewinde über 0, X ist .
7. Verfahren zum Innengewindeerzeugen in einem metallischen Arbeitsstuck mittels eines gewindeerzeugenden Werkzeuges, das entweder ein Gewindebohrer oder ein Gewindeformer ist, wobei das Werkzeug in einem starren Werkzeugträger ohne Ausgleichsfutter eingespannt ist, dadurch gekennzei chnet , dass das Gewinde mit einem Werkzeug erzeugt wird, das kein übliches Fuhrungsteil umfasst.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9600927A SE9600927D0 (sv) | 1996-03-08 | 1996-03-08 | Gewindeerzeugendes werkzeug |
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NENP | Non-entry into the national phase |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |