DE2100204C3

DE2100204C3 - Vorrichtung zum Herstellen selbstschneidender Schrauben durch Walzen eines Gewindes in einen Rohling

Info

Publication number: DE2100204C3
Application number: DE2100204A
Authority: DE
Inventors: Herman Gustave South Dartmouth Mass. Muenchinger (V.St.A.)
Original assignee: Research Engineering and Manufacturing Inc
Current assignee: Research Engineering and Manufacturing Inc
Priority date: 1970-01-19
Filing date: 1971-01-05
Publication date: 1978-03-23
Also published as: DK139341B; GB1336878A; AT314327B; NL7100217A; US3681963A; CH541733A; DE2100204B2; DE2100204A1; ES387335A1; CA926165A; KR800000968B1; NL161697C; BE761616A; NL161697B; NL7809243A; DK139341C; DE2167036A1; JPS5621497B1; BR7100305D0; FI61647C

Description

Die Erfindung betrilft eine Vorrichtung zum Walzen eines Gewindes in einen Rohling, der einen zylindrischen Schaft und einen an diesen anschließenden vorderen Abschnitt von geringerer Länge als der Schaft mit einer ungeraden Anzahl von innerhalb des Querschnitts des Schaftes liegenden Ausbauchungen in Form eines Gleichdicks aufweist, mittels zweier, einander gegenüberliegende Seiten des Rohlings symmetrisch zu seiner Achse angreifender Gewindewalzbacken, deren Walzflächen in Richtung der Achse des Rohlings gerade sind, parallel zueinander verlaufen und den Schaft und den vorderen Abschnitt des Rohlings erfassende Gew'nderillen aufweisen.

Bei einer nach der DE-PS 12 48 001 und nach der LJS-PS 32 46 656 bekannten Vorrichtung dieser Gattung weisen die Gewindewalzbacken einen ersten Bereich auf, in dein zunächst nur in clic vorderen gleichdickförniigen Abschnitte der Rohlinge Gewinde gewal/t werden, wobei sich wegen der Ausbauchungen der vorderen Abschnitte der Rohlinge die Achse der Rohlinge infolge einer Aussparung der Backen im zylindrischen Schaftabschnilt auf einer Wellenlinie bewegen kann, und einen zweiten Bereich, in dem dann das Gewinde in die Schäfte der Rohlinge gewalzt wird, wobei sich dann die Achse der Rohlinge an den parallelen Backen ausgerichtet auf einer geraden Bahn s bewegt. Da in dem zweiten Bereich der Gewindewalzbacken auch Gewindewalzrillen für den vorderen Abschnitt der Rohlinge vorgesehen sind, greifen dabei in diese nur die Gewindeausbauchungen, nicht aber die Flachseiten des vorderen Abschnitts der Rohlinge diesen führend ein.

Mit diesen Gewindewalzbacken kann man zwar einwandfreie Gewinde auf die Rohlinge walzen, jedoch sind die Gewindewalzbacken wegen der genannten beiden Bereiche relatv lang: es wird erst das Gewinde in

, ₅ die vorderen Abschnitte der Rohlinge gewalzt und dann anschließend das Gewinde in die Schäfte der Rohlinge, so daß auch die Walzzeit verhältnismäßig groß wird. Außerdem sind die Gewindewalzbacken wegen der beiden Abschnitte nicht einfach herstellbar.

,₀ Nach der US-PS 31 80 126 sind Gewindewalzbacken bekannt, deren Walzflächen in Richtung zum vorderen Ende des Rohlings aufeinander zu streben, beispielsweise unter einem Winkel von 2° zur Längsachse des Rohlings. Beim Walzen der Rohlinge oszillieren die Rohlinge über ihre ganze Länge um ein Zentrum, das in ihrer Längsachse im Übergangsbereich zwischen ihrem Schaft und ihrem vorderen. Ausbauchungen aufweisenden Abschnitt liegt. Mit diesen Gewindewalzbacken kann man zwar die Rohlinge zugleich am Schaft und am vorderen Abschnitt mit Gewinden versehen, die justierung dieser Gewindewalzbacken ist jedoch wegen des genau einzustellenden Winkels zwischen den Walzflächen der Gewindebacken schwierig, ihre Dauerstandfestigkeit wegen des ständigen Oszillierens und damit Schiagens der Rohlinge verhältnismäßig gering, und überdies erhalten die Rohlinge ebenfalls wegen des ständigen Oszillierens und damit Schiagens im zylindrischen Schaftabschnitt unregelmäßig ausgebildete Gewinde.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Vorrichtung eingangs genannter Gattung anzugeben, bei der die Gewindewalzbacken einfach herzustellen sind, eine hohe Dauerstandfestigkeit haben und in die Schäfte und den vorderen Abschnitten der Rohlinge gleichzeitig einwandfreie Gewinde einwalzen können.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die den Schaft und den vorderen Abschnitt formenden, mit Gewinderillen versehenen Walzflächen zur gleichzeitigen Bearbeitung von Schaft und vorderem Abschnitt

so unterbrechungslos durchlaufen und daß die Walzflächen im vorderen Bereich des vorderen Abschnitts des Rohlings glatt sind.

Die erfindungsgemäßen Gewindewalzbacken unterscheiden sich, von den bekannten ebenen Gewindcwalz-

ss backen allein dadurch, daß sie im vorderen Bereich des vorderen Abschnitts des Rohlings glatt sind, also keine Walzrillen aufweisen; daher sind sie einfach aufgebaut. Während des Walzvorgangs wird der vordere Bereich des vorderen Abschnitts der Rohlinge durch die glatten

ho Flächen der Gewindewalzbacken ständig hin und her gebogen. Auf diese Weise erhält nicht nur der Schaft, sondern zugleich auch das hintere Ende des vorderen Abschnitts der Rohlinge und der zylindrische Schaft ein sauberes Gewinde. Durch das periodische Biegen des

1Ί5 vorderen Bereichs des vorderen Abschnitts der Rohlinge während des Gewindewalzens werden die Rohlinge nicht geschwächt, was möglicherweise auf eine Art Schmiedewirkung beruht. Da die Rohlinge

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nicht oszillieren, haben die Gewindewalzbacken eine hohe Dauerstandsfesiigkeit.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausfuhrungsbei- spielen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch zwei Gew-indewalzbacken. zwischen denen ein Rohling liegt,

F i g. 2 eine schematische Endansicht der Walzbacken von Fig. 1 zu Beginn des Gewindewalzen!» auf einem Rohling,

Fig. 3 einen Teilschnitt gemäß F i g. 1 beim Walzen des Gewindes auf den Rohling,

Fig.4 einen Schnitt gemäß Fig. 1. nachdem auf den Rohling das Gewinde aufgewalzt ist.

F i g. 5 einen Schnitt gemäß F i g. 1 mit einem anderen Rohling zwisenen zwei Gewindewalzbacken einer anderen Ausführungsform.

Fig.6 einen Teilschnitt gemäß Fig. 5 beim Walzen des Gewindes auf den .Rohling.

Fig. 7 einen Teilschnitt gemäß F ι g. b mit Teilen zweier Gewindewalzbacken einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 8 eine Aufsicht auf einen Gewindcwalzbacken gemäß Fig. 5 und 6.

Die beiden Gewindewalzbacken 56, 57 nach Fig. 1 zum Walzen der Gewinde auf einen Rohling sind zur besseren Übersk in Abstand voneinander dargestellt. Die Gewindewalzbacken 56, 57 sind in Längsrichtung des Rohlings im wesentlichen eben, leder iewindewalzbacken 56, 57 hat eine Reihe von sich abwechselnden Kämmen 58 und Rillen 60, die derart geformt sind. daß sie auf dem Schaft 30 des Rohlings ein ge.-ades Gewinde und auf dem Übergangsteil 34 dos Rohlings ein sich verjüngendes Gewinde mit voll entwickelten Kämmen, aber mit einer in Richtung , im stumpfen, in das Werkstück eindringenden linde 32 sich allmählich verringernden Gewindehöhe einwalzen. Die Spitzen der Gewindekämme 58 der Walzbacken 56, 57 liegen alle in der gleichen Ebene, die durch die Gerade 62 angedeutet ist. In dem Abschnitt jedes Walzbackens 56, 57, der an dem sich verjüngenden vorderen Abschnitt 34 des Rohlings anliegt, nimmt die Tiefe der Rillen 60 in Richtung zum unteren Rand der Walzbacken 56, 57 allmählich ab, doch bleibt der Boden dieser Rillen 61 noch scharf definiert, wie bei 61 erkennbar. Jedoch sind die Spitzen 59, die am Übergangsteil des Rohlings liegen, in Richtung zum äußersten Ende des Rohlings mehr und mehr abgestumpft, bis sch:.eUiich die zunehmend abgeflachten Spitzen 59 in den glatten Walzflächen 64 der Gewindewalzbacken 56, 57 übergehen. Die glatten Walzflächen 64 werden an den vorderen Abschnitt 32 des Rohlings angedrückt und erstrecken sich in der gleichen Ebene wie die Spitzen der Kämme 58 der Walzbacken 56, 57, dargestellt durch die Gerade 62. Jeder Gewindewalzbackcn 56, 57 weist also zwei Abschnitte auf, einen ersten, dessen Kämme 58 und Rillen 60 über eine Breite reichen, die der Länge des Gewindeteiles des Rohlings entspricht, und einen zweiten 64, der glatt ist.

Die Gewindewalzbacken 56 und 57 wurden im vorstehenden als flach geschildert, sie können aber auch ebenso gut Rotationswalzbacken sein.

Der Vorgang des Gewindewalzcns wird anhand der F i g. 2, J und 4 beschrieben.

Zunächst sei auf die F ι g. 2 He/iii/ genommen. /wischen den einander parallelen Oberflächen der Gewinduwalzbacken 56, 57 liegt tier Schaft 30 des Rohhngs. Der vordere Abschnitt 32 des Rohlings hai im Querschnitt die Form eines Bogendreiecks mit abgerun-

deten Ecken. Die Walzbacken 56 und 57 stehen in Kontakt mit diametral gegenüberliegenden Seiten des Schafts 30. jedoch hat nur die obere Ausbauchung 33 des vorderen Abschnitts 32 des Rohlings Berührung mit dem oberen Walzbacken 56. wogegen die unten liegende Seite 31 des vorderen Abschnitts 32 einen Abstand 68 von der Oberfläche des Gewindewalzbakkens 57 hat. Wird nun von den Walzbacken 56 und 57 ein Druck auf den Rohling ausgeübi. ,o werdc.-i in den sich gegenüberstehenden Seiten des Schafts 30 Rillen entsprechend den Kämmen auf den Walzbacken 56, 57 geformt. Da jedoch die Walzfläche 64 des Walzbackens 56, die mit der Ausbauchung 33 des vorderen Abschnitts 32 in Kontakt steht, glatt ist. kann sie nicht in das Metall der Ausbauchung 33 ein. ringen Demzufolge wird der vordere Abschnitt 32 des Rohlings nach unten abgelenkt, wie dies in F i g. 2 durch den Pfeil 66 angedeutet ist.

In F i g. 3 ist ein Rohling mn nur teilweise ausgebildeten Gewindegängen zwischen zwei sich gegenüberstehenden Gewindewalzbacken 56, 57 zu Beginn des Gewindewalzvorganges dargestellt. Diese F i g. 3 zeigt, wie der vordere Abschnitt 32 des Rohlings durch den Druck der glatten Walzfläche 64 des oberen Walzbackens 56 gegen die obere Ausbauchung 33 des vorderen Abschnitts 32 nach unten abgebogen wird. Diese Abbiegung des \orderen Abschnitts 32 des Rohlings findet jedesmal stat' wenn eine der Ausbauchungen 33 mit dem einen oder dem anderen Gewindewal/backen 56, 57 in Kontakt tritt. In anderen Worten: Der vordere Abschnitt 32 des Rohlings wird, jedesmal, wenn eine der Ausbauchungen 33 mit einer der glatten Walzflächen 64 des einen oder anderen Walzbackens 56, 57 in Kontakt kommt, in eine Achse 71 abgelenkt. Die Achse 71 des \orderen Abschnitts 32 des Rohlings wird dadurch kontinuierlich in Abbiegungen um die Achse 70 des Schalls 30 des Rohlings versetzt, zuerst in Richtung zum einen der Wal/backen 56, 57, dann in Richtung zum anderen. Die Bewegungskurve der Achse 71 während des Gewindewalzvorganges ist daher wellenförmig. Daraus ergibt sich, daß das nach innen sich verjüngende Gewinde am vorderen Abschnitt 32 des Rohlings einschließlich des an ihm befindlichen konischen L.bergangsteils 34 Gewindeflanken, Gcwindefüüe und Gewindekämme mit einem bogen-dreieckförmigen Querschnitt erhält, der dem Querschnitt des ursprünglichen vorderen Abschnitts 32 des Rohlings ähnlich ist.

Fig. 4 zeigt die Schraube mit fast vollendetem Gewinde kurz vor dem Auswerfen aus den Gewindewalzbackcn 56, 57. Der Winkel 72 stellt den gesamten Ablenkwinkel der Achse 71 des vorderen Abschnitts 32 der Schraube um die Achse 70 ihres Schafts 30 während des Gewindewal/vorgangs dar. Um die Achse 70 rotiert der Schaft 30 gegen den Kopf 12 der Schraube ohne Schwingung. Die Achsschwingung des vorderen Ab Schnitts 32 des Rohlings wird durch den Übergangsteil 34 nach hinten übertragen und kann sich in ständig abnehmendem Maß ein kurzes Stück weit in den Schaft 30 hinein fortsetzen, das unmittelbar an den Übergangsteil 34 anschließt. Diese Schwingung der Achse 71 des Rohlings in dem vorderen Abschnitt 32 und dem I Ibergangsteil 34 des Ronlings ergibt in diesen Bereichen ein Gewinde mit voilentw ickelien Spitzen von im wesentlichen Nige-dreieckformigem Querschnitt. Genauer gesagt ist es ein Gewinde, bei dem die Querschnitt durch die GewinckiLmken eine Bogendreiecksform haben, die - "n der Querschnitisform ties

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vorderen Abschnitts 32 des Rohlings abhängig ist. Wenn also der vordere Abschnitt 32 im Querschnitt eine Bogendreiecksform mit abgerundeten Ecken hat. sind die resultierenden Ecken der Hankenquerschnitte des auf dem vorderen Abschnitt 32 der Schraube entstehenden Gewindes ebenfalls abgerundet. Da sich jedoch der Schwingungsausschlag der Achse 71 während des Gewindewalzen in Richtung /um Schaft 30 des Rohlings verringert, werden die Flankcnquersehnittc des Gewindes allmählich immer mehr kreisförmig, je weiter sie sich dem Schaft 30 des Rohlings nähern, und sind genau kreisförmig in denjenigen Schaftabschnitten, in denen die Achse 70 nicht schw ingt.

Aufgrund des Druckes d'-r Walzflächen 64 der GewindcwalzbackeR 56, 57 ai f die Ausbauchungen 33 des Schraubenrohlings werde ι die Ausbauchungen 33 im Verlauf des Gewindcwalzvorgangs bis zu einem Zustand abgerundet, der in F i g. 2 durch gestrichelte Linien 75 angedeutet ist. Auch kann die vorderste Fläche der Schraube etwas ausgehöhlt werden, wie in der F i g. 4 dargestellt.

Die verhältnismäßig breiten, abgeflachten Spitzen der Kämme 59 der F i g. 1 tragen in gleicher Weise wie die benachbarten glatten Walzflächen 64 dazu bei. eine Ablenkung und Rotationsschwingung des vorderen Abschnitts 32 des Rohlings während des Gewindewalzens zu bewirken.

Im Fall der in den Fig I bis 4 gezeigten Gewindewalzbacken 56,57 sind die glatten Walzflächen 64 in einem Stück mit den Walzbacken 56, 57 ausgebildet. Solche glatten Walzflächen, können aber auch als gesonderte Elemente geformt und mit den Längsrändern der Walzbacken 56 und 57 verbunden werden, wie dies beispielsweise in F i g. 5 gezeigt ist. In dieser F i g. 5 ist ein Schraubenrohling 110 zwischen zwei Gcwindewalzbacken 112 und 114 mit gewindeformenden Kämmen 116 dargestellt, die über ihre ganze Länge gleichmäßig hoch sind. Mit den unteren Rändern der Gcwindewalzbacken 112 und 114 sind längliche Randteile 118, 120 verbunden, deren glatte Walzflächen 122 einander zugekehrt bind und abwechselnd auf die eine Ausbauchung 124 am vorderen Abschnitt 126 des Rohlings 110 drücken. In diesem Fall isi die diagonale Breite des vorderen Abschnitts 126 des Rohlings !00 kleiner als der Durchmesser des zylindrischen Schaftes 128 des Rohlings 110 und dementsprechend haben die Randteile 118,120 einen kleineren Abstand voneinander ais die Ebenen der Spitzen der Gewindekämme 116. um dadurch den reduzierten Durchmesser des vorderen Abschnitts 126 zu kompensieren. Die Walzflächen 120, 122 der Randteile 118,120 wirken in der gleichen Weise wie die Walzflächen 64 der in Fig. 1 dargestellten Gewindewalzbacken 56, 57. Sie treten mit der Ausbauchung 124 oder den Ausbauchungen des vorderen Abschnitts 126 des Schraubenrohlings 110 in Kontakt und biegen diesen Abschnitt 126 abwechselnd nach der Seite ab, wodurch auf der schrägen Schulter 130des Rohlings 110 ein Ausbauchungen aufweisendes, sich verjüngendes Gewinde erzeugt wird.

An die Stelle des Rohlings MO nach F i g. 5 könnte auch ein Rohling mit drei Ausbauchungen 33, wie er in F i g. I bis 4 gezeigt ist. treten.

I3ei Verwendung von Gewindewal/backcn 112, 114 mit Kämmen 116, die über die ganze Breite der Backen 112,114 die gleiche Höhe haben, werden die Spitzen des auf dem vorderen Abschnitt 126 des Rohlings 110 ausgebildeten Gewindes nicht scharf, sondern erhalten eine unfertige Form, wie in F i g. 6 bei 132 dargestellt.

In Fig. 7 sind zwei Gcwindewalzbacken 140, 142 veranschaulicht, mit deren unteren Kanten zwei Randstreifen 144 und 146 verbunden sind. Die Randstreifen 144 und 146 haben glatte Walzflächen 148. Auf einem Großteil der Länge der Randstreifen 144 und 146 erstrecken sich die Walzflächen 148 über deren ganze Breite. An den Hinterenden der Randstreifen 144 und 146 sind jedoch etwas erhabene Flächen 149 ausgebildet, so daß in dem vorderen Abschnitt der Schraube 153 unmittelbar am Ende 154 des sich verjüngenden Abschnittes des Schraubgewindes eine Nut 152 entsteht. Die Nulbildung erfolgt während der letzten Umdrehungen des Gewindewalzvorganges nach der Formung der ausgebauchten vorderen Gewindegänge. Eine derartige leichte Einsenkung oder Hinterdrehung neben dem Ende der ersten Gewindegänge ist manchmal wünschenswert, um das Gewinde besser greifen zu lassen, etwa wenn eine Schraube in Verbindung mit einem eng tolerierten Führungsloch verwendet wird.

In Fig. 8 ist schematisch in Aufsicht ein Gewindewalzbacken dargestellt, der einen mit gewindeschneidenden Kämmen versehenen Teil 170 und einen zweiten Teil 172 mit einer ebenen, glatten Oberfläche aufweist Die gewindeschneidenden Kämme haben eine Form wie sie in F i g. 1 oder in F i g. 5 auf den Gewindewalzbacken 112, 114 dargestellt sind. Der Randteil 172 kann ir einem Stück mit dem Teil 170 des Gewindewalzbakkens ausgebildet sein, wie in F i g. 1 bei 64 gezeigt; oder er kann ein gesondertes Teil sein, wie in F i g. 5 dargestellt. Der Teil 172 kann auch neben dem Teil 17C am hinteren Ende d^s Walzbackens mit einer erhabener Rippe versehen sein, wie durch die gestrichelten Linier 173 angedeutet, entsprechen dem erhabenen Teil 14? der Fig. 7

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

21 OO 204 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Herstellen selbstschneidender Schrauben durch Walzen eines Gewindes in einen Rohling, der einen zylindrischen Schaft und einen an diesen anschließenden vorderen Abschnitt von geringerer Länge als der Schaft mit einer ungeraden Anzahl von innerhalb des Querschnitts des Schaftes liegenden Ausbauchungen aufweist, mittels zweier, einander gegenüberliegender Seiten des Rohlings symmetrisch zu seiner Achse angreifender Gewineinander gegenüberliegende Seiten des Rohlings Achse des Rohlings gerade sind, parallel zueinander verlaufen und den Schaft und den vorderen Abschnitt des Rohlings erfassende Gewinderillen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schaft (30; 128) und den vorderen Abschnitt (32, 34; 126, 130, 132) formenden,mit Gewinderilien versehenen Walzflächen (62,64; 116) zur gleichzeitigen Bearbeitung von Schaft (30, 128) und vorderem Abschnitt (32, 34; 126, 130, 132) unterbrechungslos durchlaufen und daß die Walzflächen (62; 64; 122; 149) im vorderen Bereich des vorderen Abschnitts (32,34) des Rohlings glatt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindewalzbacken (56, 57) in Richtung zum vorderen Abschnitt (32) des Rohlings Gewinderillen (60, 61) abnehmender Tiefe mit entsprechend abgeflachten Kuppen (59) aufweisen, die in die glatten Walzflächen (64) übergehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindewalzbacken (112, 114; 140, 142) im Bereich des Schafts und im hinteren Bereich des vorderen Abschnitts des Rohlings Gewinderillen konstanter Tiefe aufweisen und die glatten Walzflächen (122; 149) im vorderen Bereich des vorderen Abschnitts des Rohlings zum Rohling vorspringen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die glatten Walzflächen (149) in Richtung zum vorderen Ende des Rohlings zurückspringende glatte Walzflächen (148) anschließen.