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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Spiralgewindebohrer und genauer gesagt auf eine Technologie zum Verbessern einer Schraubengewindebeschaffenheit eines Abfasungsabschnitts mit dem Ziel der Verbesserung eines Spanabgabevermögens und einer Haltbarkeit einer Schneidkante.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein Spiralgewindebohrer ist weit verbreitet zur Anwendung gekommen, mit einem Aufbau, der (a) einen Gewindeabschnitt mit einem Außengewinde, Spiralnuten, die von einem Schaft aus betrachtet in derselben Richtung wie eine Schneide-/Drehrichtung genutet sind, um zu ermöglichen, dass das Außengewinde aufgeteilt oder segmentiert ist, und Schneidkanten aufweist, die entlang der Spiralnuten ausgebildet sind. (b) Der Gewindeabschnitt hat einen Vollgewindeabschnitt mit einem feststehenden Außendurchmesser und einem Abfasungsabschnitt, dessen Außendurchmesser zu einem Gewindebohrerende hin abnimmt. (c) Der Spiralgewindebohrer wird von dem Abfasungsabschnitt ausgehend in ein vorbereitetes Loch eingeschraubt, um eine Innenumfangsumgebung des vorbereiteten Lochs zu einem Innengewinde zu schneiden und um Späne über die Spiralnuten zu der Schaftseite hin abzugeben. Bei einem derartigen Spiralgewindebohrer ist es üblich, das Außengewinde des Abfasungsabschnitts so auszubilden, dass bei diesem die Schraubengänge auf zwei Arten ausgebildet sind. Das bedeutet beispielsweise, dass Außenumfangsabschnitte der Schraubengänge, die in derselben Dimension wie die des Vollgewindeabschnitts ausgebildet sind, entlang eines vorbestimmten Abfasungsgradientens schräg so ausgeschnitten sind, dass deren Durchmesser in Richtung hin zu dem Gewindebohrerende abnimmt, oder dass eine Gesamtheit der Schraubengänge in Richtung hin zu dem Gewindebohrerende entlang dem Abfasungsgradienten im Durchmesser abnimmt (siehe Patentveröffentlichung 1).
- Patentveröffentlichung 1: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 37-13848
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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[Gegenstand, auf den durch die Erfindung abgehoben wird]
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Bei dem Spiralgewindebohrer eines derartigen Stands der Technik ist jedoch eine Spanbeschaffenheit, d. h. eine Schneidkantenbeschaffenheit durch eine Schraubengangbeschaffenheit des Außengewindes und eine durch den Abfasungsgradienten hervorgerufene Neigung oder nur durch die Schraubengangbeschaffenheit näher festgelegt. Daher ist es wahrscheinlich, dass eine ausreichende Leistung bei einem Spanabgabevermögen und bei einer Haltbarkeit der Schneidkanten nicht notwendigerweise erreicht werden kann.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung des vorhergehend genannten Gesichtspunkts gemacht und hat die Aufgabe, das Spanabgabevermögens und die Haltbarkeit von Schneidkanten durch Bereitstellen eines Abfasungsabschnitts mit einem Außengewinde mit einer verbesserten Schraubengangbeschaffenheit zu erhöhen.
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[Mittel zum Lösen der Aufgabe]
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Zum Erreichen der vorhergehend genannten Aufgabe bezieht sich ein erster Gesichtpunkt der vorliegenden Erfindung auf einen Spiralgewindebohrer mit (a) einem Gewindeabschnitt, der ein Außengewinde, Spiralnuten, die gesehen in einer Richtung weg von einer Schaftseite in derselben Richtung wie eine Schneide-/Drehrichtung genutet sind, um das Außengewinde aufzuteilen, und Schneidkanten aufweist, die entlang der Spiralnuten ausgebildet sind; (b) wobei der Gewindeabschnitt einen Vollgewindeabschnitt mit einem feststehenden Außendurchmesser und einem Abfasungsabschnitt aufweist, dessen Außendurchmesser zu einem Gewindebohrerende hin abnimmt; und (c) wobei der Abfasungsabschnitt in ein vorbereitetes Loch eingeschraubt wird, um ein Innengewinde an einer Innenumfangswand des vorbereiteten Lochs zu schneiden und um Späne entlang der Spiralnuten in Richtung zu dem Schaft hin abzugeben; wobei der Spiralgewindebohrer dadurch gekennzeichnet ist, dass (d) der Abfasungsabschnitt ein Außengewinde mit Schraubengängen aufweist, das derart ausgebildet ist, dass aus Sicht einer Richtung senkrecht zu einem Querschnitt, der eine Achse O umfasst, Außenumfangsabschnitte von den Schraubengängen, die dieselbe Dimension wie die des Vollgewindeabschnitts haben, entlang einer geraden Linie zum Schneiden entfernt sind; und (e) die gerade Linie die Achse O mit einem Neigungswinkel θ schneidet, der in einem Bereich von –15° ≤ θ ≤ 30' fällt, wobei eine Seite, deren Durchmesser in Richtung hin zu dem Gewindebohrerende abnimmt, als positiv definiert ist.
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Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung weist der Abfasungsabschnitt eine Vielzahl von in der axialen Richtung benachbarten Schraubengängen auf, deren Außendurchmesser mit einem vorbestimmten feststehenden Abfasungsgradienten gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung variieren.
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Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der Erfindung weist der Abfasungsabschnitt eine Vielzahl von in der axialen Richtung benachbarten Schraubengängen auf, deren Außendurchmesser variieren, um eine konkave Gestalt in der axialen Richtung gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung aufzuweisen.
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[Wirkung der Erfindung]
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Der Ausdruck „Neigungswinkel θ der geraden Linie”, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf einen Neigungswinkel zwischen der geraden Linie und der Achse O der Außenumfangsfläche des Schraubengangs des Außengewindes, d. h. des Bolzengewindes des Abfasungsabschnitts und stellt den Neigungswinkel zwischen der Achse O des Außenumfangsabschnitts und der Schneidkante dar, die an einem Gratbereich ausgebildet ist, an dem das Schraubengewinde und die Spiralnut kreuzen. Innengewindeschneidbearbeitungssversuche zum Überprüfen des Spanabgabevermögens und der Haltbarkeit von Schneidkanten wurden unter Verwendung von Spiralgewindebohrern mit Abfasungen durchgeführt, deren Neigungswinkel θ unabhängig von einem Abfasungsgradienten bestimmt sind. Als Folge hat sich herausgestellt, dass bei der Abfasung eine vorteilhafte Wirkung erreicht wurde, die unter den Neigungswinkel θ von –15° ≤ θ ≤ 30' fällt, wobei eine Seite, deren Durchmesser in Richtung hin zu dem Gewindebohrerende abnimmt, als positiv definiert ist. Das bedeutet, dass ein Span eine stabilere spiralförmige Form mit einer sich daraus ergebenden Fähigkeit eines vorteilhaften Abgebens des Spans aus den Spiralnuten als die aufwies, die mit dem Spiralgewindebohrer des Stands der Technik oder der herkömmlichen Technik erreicht wurde (Schraubengänge mit Außenumfangsabschnitten, die an einer schrägen Linie entlang eines Abfasungsgradienten ausgeschnitten wurden). Dies führt zu der Unterdrückung der Zerspanung der Schneidkante aufgrund eines Festfressens der Späne, wodurch eine verbesserte Haltbarkeit bereitgestellt wird.
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Des Weiteren war gemäß diesen Versuchen, die durch die vorliegenden Erfinder ausgeführt wurden, dann, wenn der Neigungswinkel θ mit dem durch –15° ≤ θ ≤ 30' ausgedrückten Wert ausgewählt wurde, ein Gewindebohrmoment leicht erhöht. Es liegt jedoch weiterhin innerhalb eines erlaubten Bereichs, in dem eine Bearbeitung erreicht werden kann. Eine Schubkraft war annähernd gleich zu der, die mit dem Gewindebohrer des Stands der Technik erreicht wurde.
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Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann die Abfasung vorzugsweise eine Vielzahl von axial benachbarten Schraubengängen aufweisen, deren Außendurchmesser entlang einem vorbestimmten feststehenden Abfasungsgradienten variieren. Daher sind Schneiddimensionen einer großen Anzahl von an der Abfasung vorliegenden Schneidkanten, d. h. Dickendimensionen der Späne annähernd gleich zueinander. Dies ermöglicht es einer Gesamtheit der Schneidkanten der Abfasung, Späne, die mit stabilisierten spiralförmigen Formen ausgebildet sind, zu erzeugen, was zu einer weiteren Erhöhung des Spanabgabevermögens führt.
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Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann die Abfasung vorzugsweise eine Vielzahl von in der axialen Richtung benachbarten Schraubengängen aufweisen, deren Außendurchmesser so variieren, als wenn die Vielzahl von Schraubengängen eine konkave Gestalt in der axialen Richtung ausbilden. Daher nimmt eine Schneiddimension der Schneidkante, d. h. eine Dickendimension des Spans entlang einer Richtung ausgehend von dem Vollgewindeabschnitt in Richtung zu einem Gewindebohrerende hin ab. Der Span bei einem Bereich nahe dem Vollgewindeabschnitt weist eine verringerte Breitendimension auf, da ein Schneidvorgang bei den Schraubengängen in der Nähe von Scheitelabschnitten durchgeführt wird. Der Span bei einem anderen Bereich nahe dem Gewindebohrerende wird bezüglich einer Breite groß, da das Schneiden mit dem Schraubengang in der Nähe von dessen Wurzel durchgeführt wird.
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Somit neigen die durch die individuellen Schneidkanten erzeugten Späne dazu, dass die Querschnittsformen der Späne derart variieren, dass die Querschnittsbereiche (weiter in Bezug auf zu entfernende Volumen) der Späne einander gleich zu machen sind, im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Abfasung mit dem feststehenden Abfasungsgradienten variiert, wie er bei den oben genannten vorhergehenden Gesichtspunkt der Erfindung erreicht wird. Dies vermindert einen Unterschied zwischen Schneidlasten, die auf die große Anzahl von Schneidkanten wirken, wodurch das Auftreten von lokaler Abnutzung unterdrückt wird, was von einer daraus folgender weiter erhöhten Haltbarkeit begleitet wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Satz von Ansichten, die einen Spiralgewindebohrer zeigen, bei dem die vorliegende Erfindung Anwendung findet; 1A ist eine Frontansicht; 1B stellt eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang einer Linie IA-IA von 1A dar; und 1C ist eine vergrößerte Ansicht, die Schraubengangformen zeigt, die an einer Abfasung ausgebildet sind.
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2 ist ein Satz von Ansichten, die die Schraubengangformen der Abfasung des in 1 gezeigten Spiralgewindebohrers zeigen; 2A ist einen Ansicht, die ein Beispiel eines Bearbeitungsverfahrens zeigt; 2B ist eine Ansicht, die einen Neigungswinkel θ einer Außenumfangsfläche eines Schraubengangs darstellt; und 2C ist eine Ansicht, die Einschneideformen (Spanformen) einer großen Anzahl von Schneidkanten der Abfasung zeigt.
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3 ist ein Satz von Ansichten, die ein Ergebnis darstellen, das durch einen Haltbarkeitsversuch erreicht wird, der unter Verwendung von sieben Arten von Versuchsstücken durchgeführt wurde, bei denen sich der Neigungswinkel θ unterscheidet; 3A stellt eine Verarbeitungsbedingung dar; und 3B ist eine Ansicht, die das Versuchsergebnis darstellt.
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4 ist eine Fotografie eines während des in 3 gezeigten Haltbarkeitsversuchs abgegebenen Spans zur Darstellung eines die vorliegende Erfindung umsetzenden Versuchsstück Nr. 4.
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5 ist eine Fotografie eines während des in 3 gezeigten Haltbarkeitsversuchs abgegebenen Spans zur Darstellung eines Versuchsstück Nummer 1 des Stands der Technik.
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6 ist ein Satz von Ansichten, die Daten eines Drehmoments zeigen, das für drei am Anfang stehende, dem Haltbarkeitsversuch von 3 ausgesetzte Löcher gemessen wurde; 6A ist eine Ansicht, die Daten zeigt, welche sich auf das Versuchsstück Nr. 4 der vorliegenden Erfindung beziehen; und 6B ist eine Ansicht, die Daten zeigt, welche sich auf das Versuchsstück Nr. 1 des Stands der Technik beziehen.
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7 ist ein Satz von Ansichten, die Daten einer Schubkraft zeigen, die für die drei am Anfang stehenden Löcher gemessen wurde, wenn diese dem Haltbarkeitsversuch von 3 ausgesetzt worden sind; 7A ist eine Ansicht, die Daten zeigt, welche sich auf das Versuchsstück Nr. 4 der vorliegenden Erfindung beziehen; und 7B ist eine Ansicht, die Daten zeigt, welche sich auf das Versuchsstück Nr. 1 des Stands der Technik beziehen.
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8 ist eine Ansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung und in Entsprechung zu 1C darstellt.
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[Erklärung von Bezugszeichen]
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- 10: Spiralgewindebohrer 16: Gewindeabschnitt 16a: Vollgewindeabschnitt 16b: Abfasungsabschnitt 18: Außengewinde 20: Spiralnuten 22: Schneidkanten O: Mittelachse θ: Neigungswinkel
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BESTER WEG ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Obwohl ein die vorliegende Erfindung umsetzender Spiralgewindebohrer generell zwei bis vier Spiralnuten aufweist, die vorgesehen sind, um es einem Außengewinde zu ermöglichen, aufgeteilt zu sein, kann die Anzahl von Spiralnuten abhängig von einer diametralen Dimension oder dergleichen geeignet bestimmt sein. Gewöhnlicherweise haben die Spiralnuten Nutwinkel, die in einem Bereich von beispielsweise annähernd 10° bis 55° fallen, und die, die in einen Bereich von annähernd 30° bis 50° fallen, wurden weitverbreitet verwendet. Nutwinkel können jedoch abhängig von einer diametralen Dimension oder dergleichen geeignet bestimmt sein. Obwohl als Basismaterial vorzugsweise Schnellstahl oder Hartmetallstahl eingesetzt werden kann, können andere Werkzeugmaterialien ebenfalls verwendet werden. Der Spiralgewindebohrer kann eventuell mit einer Hartstoffbeschichtung aus TiN, TiCN oder dergleichen versehen sein oder kann je nach Bedarf einer Oxidationsbehandlung ausgesetzt werden.
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Der die vorliegende Erfindung umsetzende Spiralgewindebohrer kann als ein exklusives Werkzeug zum Schneiden eines Innengewindes, d. h. eines Muttergewindes in einem vorbereiteten Loch verwendet werden, das im Vorfeld mit einem Bohrer oder dergleichen ausgebildet worden ist. Alternativ dazu kann der Spiralgewindebohrer einen Aufbau mit einem Bohrer oder dergleichen haben, der an einer Stelle fern von dem Gewindeabschnitt zu einem Gewindebohrerende zusammengefügt ist, um ein vorbereitetes Loch zuerst zu bohren und nachfolgend das Innengewinde dort hinein zu schneiden. Bei einer weiteren Alternative kann der Spiralgewindebohrer nach der Art ausgebildet sein, die ein Innengewinde in ein Blindloch schneidet, oder nach der Art, die ein Innengewinde in ein Durchgangsloch schneidet.
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Gewöhnlicherweise werden die Gewindebohrer verwendet, deren Abfasungsabschnitt eine axiale Dimension aufweist, die in einen Bereich von beispielsweise ungefähr 1,5 P (wobei „P” als „eine Steigung von Gewindegängen” bezeichnet ist) bis 4 P fällt. Diejenigen, deren axiale Dimensionen insbesondere auf einen Wert von 2 P bis 3 P fallen, sind weit verbreitet bekannt. Die axialen Dimensionen können jedoch abhängig von einer diametralen Dimension und einer Art des Materials, aus dem das Bearbeitungsstück gemacht ist, oder dergleichen geeignet festgelegt werden.
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Ein Außengewinde des Abfasungsabschnitts weist Schraubengänge auf, die durch Schleifen und Entfernen eines Außenumfangsabschnitts des Außengewindes mit derselben Dimension wie der von beispielsweise einem Vollgewindeabschnitt und unter Verwendung eines Schleifsteins oder dergleichen mit einem Neigungswinkel θ ausgebildet sind, der definiert sein kann, um ein Soll-Neigungswinkel θ zu sein. Bei dem Spiralgewindebohrer, der mit einem derart vervollständigten Zustand fertig gestellt ist, kann es jedoch ausreichend sein, dass der Neigungswinkel θ in einen Wert von –15° ≤ θ ≤ 30' fällt, und ein Verfahren einer derartigen Bearbeitung kann geeignet bestimmt sein. Alle der Schraubengänge, die durch die Spiralnuten aufgeteilt sind, können vorzugsweise auf denselben Winkel wie der Neigungswinkel θ fallen, aber der Neigungswinkel θ kann kontinuierlich oder schrittweise innerhalb eines Bereichs von –15° bis +30' variieren.
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Falls der Neigungswinkel θ weniger als –15° beträgt (mit einer Zunahme in eine negative Phase), dann nimmt ein Eckabschnitt einer an einem Gewindebohrerende ausgebildeten Schneidkante bezüglich eines Winkels ab (um weniger als 105° mit einem einen Scheitelwinkel von 60° aufweisenden Gewindegang zu sein) wodurch ein Risiko einer an einer Schneidkante auftretenden Abnutzung oder Abspannung hervorgerufen wird. Demgegenüber wird es dann, wenn der Neigungswinkel θ größer als +30' ist, schwierig, eine Wirkung des Erzeugens von Spänen mit stabiler spiralförmiger Form zusammen mit erhöhtem Abgabevermögen angemessen zu erreichen. Daher kann der Neigungswinkel θ vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von –15° bis +30' festgelegt sein.
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Nach dem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist der Abfasungsabschnitt eine Vielzahl von axial benachbarten Schraubengängen auf, um Außendurchmesser aufzuweisen, die entlang der axialen Richtung in einer konkaven Form variieren. Somit nimmt eine Schneiddimension der Schneidkante, d. h. eine Dickendimension des Spans ausgehend von dem Vollgewindeabschnitt zu dem Gewindebohrerende hin ab. Daher weisen Späne, die durch die individuellen Schneidkanten erzeugt werden, Querschnittsflächenbereiche mit einem minimierten Unterschied auf. Die konkaven Formen, d. h. die Außendurchmesser einer großen Anzahl von Schraubengängen des Abfasungsabschnitts können vorzugsweise derart bestimmt sein, dass die Späne annähernd zueinander gleiche Querschnittsflächenbereiche aufweisen.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ausführlich mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1A, 1B und 1C sind ein Satz von Ansichten, die einen drei Schneidkanten aufweisenden Spiralgewindebohrer 10 eines Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen; 1A ist eine Frontansicht des Spiralgewindebohrers 10 aus Sicht einer Richtung senkrecht zu einer Achse „0”; und 1B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang einer Linie IA-IA von 1A; und 1C ist eine Ansicht, die Schraubengangprofile (Schneidzahnprofile) einer Abfasung 16b mit einem vergrößerten Maßstab zeigt. Der Spiralgewindebohrer 10 hat einen Schaft 12, einen Verengungsabschnitt 14 und den Gewindeabschnitt 16, die alle in dieser Reihenfolge auf einer gemeinsamen Achse ausgebildet sind.
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Der Gewindeabschnitt 16 hat ein Außengewinde 18 mit einem Nutprofil in Entsprechung zu einem zu schneidenden Innengewinde. Des Weiteren weißt der Gewindeabschnitt 16 drei Spiralnuten 20 auf, die in umfangsbezogenen und gleich beabstandeten Intervallen um die Achse O herum ausgebildet sind, und die von dem Schacht 12 aus gesehen in derselben Richtung wie eine Schneide-/Drehrichtung (d. h. im Uhrzeigersinn in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) genutet sind, um das Außengewinde 18 aufzuteilen. Der Gewindeabschnitt 16 hat einen Abfasungsabschnitt 16b, dessen Außendurchmesser in Richtung zu einem Gewindebohrerende hin abnimmt, und einen Vollgewindeabschnitt 16a, der sich kontinuierlich von dem Abfasungsabschnitt 16b ausgehend erstreckt, um ein Vollgewinde aufzuweisen, das mit einem festen Außendurchmesser ausgebildet ist. Der Gewindeabschnitt 16 hat Schneidkanten 22, die entlang der Spiralnuten 20 ausgebildet sind. Jede der drei Spiralnuten 20 ist an dem Gewindeabschnitt 16 und einer Hälfte des Verengungsabschnitts 14 in Reihe entlang einer Spirallinie mit einer festen Gewindesteigung kontinuierlich ausgebildet. In 1A gezeigte eingepunktete Linien stellen jeweils Mittellinien der Spiralnuten 20 dar. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Spiralgewindebohrer 10 aus Schnellstahl gemacht und hat eine Nennbezeichnung von M12 × 1,75. Jede Spiralnut 20 des Gewindeabschnitts 16 hat einen Spiralwinkel von annähernd 40° und der Abfasungsabschnitt 16b hat eine axiale Länge von 2,5 P (wobei „P” eine Steigung von Gewindegängen bezeichnet).
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Bei dem Abfasungsabschnitt 16b weist eine Vielzahl von in der axialen Richtung angrenzenden Schraubengängen einen mit einem vorbestimmten, festen Abfasungsgradienten variierenden Außendurchmesser auf. Die Schraubengänge sind gestaltet, um Grate (Außenumfangsflächen 26) zu haben, deren Mitten auf einer graden Linie L1 ausgerichtet sind, die mit Bezug auf die Achse O mit einem Abfasungsgradientenwinkel (von 13°12' in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) geneigt ist. Eine Abweichung t1 im Außendurchmesser der in der axialen Richtung benachbarten Schraubengänge ist die gleiche wie die Abweichung t2 von anderen benachbarten Schraubengängen. Die Abweichungen t1 und t2 im Außendurchmesser entsprechen Schneiddimensionen der Schneidkanten 22, d. h. Dickendimensionen von Spänen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Spiralgewindebohrer 10 drei Klingen auf, d. h. drei Reihen von Schneidkanten 22, die um die Achse O herum ausgebildet sind und eine Schneiddimension (welche die Dickendimension eines jeden Spans darstellt) einer jeden Schneidkante 22 ist ein Drittel der Abweichungen t1 und t2.
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Des Weiteren sind die Schraubengänge des Außengewindes des Abfasungsabschnitts 16b in Formen ausgebildet, die durch lineares Ausschneiden von Außenumfangsabschnitten (d. h. schraffierte Bereiche in 2A) der Schraubengänge 24 erhalten werden, die im in 2A gezeigten Querschnitt einschließlich der Achse 0 dieselbe Dimension wie die des Vollgewindeabschnitts 16 haben. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Schraubengänge 24 durch einen Gewindeschleifvorgang bereitgestellt, der dieselbe Dimension wie der des Vollgewindeabschnitts 16a hat, und anschließend werden die Außenumfangsabschnitte, die durch die schraffierten Bereiche angegeben sind, durch eine Schleifbearbeitung unter Verwendung eines zylindrischen Schleifsteins geschliffen und entfernt. Dies ermöglicht es dem Abfasungsabschnitt 16b, eine angestrebte Schraubengewindeform zu haben, deren Außenumfangsflächen 26 in linearen Formen entlang der axialen Richtung ausgebildet sind. Die Außenumfangsfläche 26 schneidet die Achse O mit einem Neigungswinkel θ (siehe 2B), der festgelegt ist, um in einem Bereich von –15° ≤ θ ≤ 30' zu fallen, wenn eine Seite, deren Durchmesser in Richtung zu dem Gewindebohrende hin abnimmt, als positiv (+) definiert ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen alle von einer großen Anzahl von Schraubengängen, die durch die drei Spiralnuten 20 in umfänglicher Beziehung aufgeteilt sind, die Außenumfangsflächen 26 auf, die einem Schleifen mit einem einzelnen Schleifstein ausgesetzt sind, um mit demselben Neigungswinkel θ geneigt zu sein. 1C und 2A sind Ansichten der Schneidkanten 22 (bei Neigungsflächen) aus Sicht entlang jeder Spiralnut 20, wobei jede einer Querschnittsform einschließlich der Achse O entspricht, und wobei jede Außenumfangsfläche 26 einen Neigungswinkel θ = 0° aufweist. Zudem können die Außenumfangsflächen 26 und die Schraubengänge Flanken aufweisen, die je nach Bedarf jeweils mit Aussparungen oder Hemmungen vorgesehen sind.
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Mit einem derartigen Aufbau ist der Spiralgewindebohrer 10 fest auf einer Spindel beispielsweise einer Gewindebohrmaschine oder dergleichen montiert und anschließend wird der Abfasungsabschnitt 16b in Führungsvorschub nach vorne gefördert, d. h. mit 1 P bei jeder Umdrehung gefördert, um in ein im Vorfeld vorbereitetes Loch eines Werkstücks eingeschraubt zu werden. Dies ermöglicht es der großen Anzahl von Schneidkanten 22, die an dem Abfasungsabschnitt 16b ausgebildet sind, ein Innengewinde zu schneiden, und Späne werden durch die Spiralnuten 20 an Orte nahe dem Schaft 12 geführt und abgegeben. 2C ist eine Ansicht, die Querschnittsformen der Späne (Schneidformen der Schneidkanten 22) darstellt, die erhalten werden, wenn der Spiralgewindebohrer 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels in das im Vorfeld vorbereitete Loch 32 des Werkstücks 30 zum Schneiden des Innengewindes eingeschraubt wird. Bereiche, die durch eingekreiste Nummern 1 bis 8 gekennzeichnet sind, stellen eine Reihenfolge von Schneidschritten und die Querschnittsformen der Späne da. Alle Späne erstrecken sich parallel zu der Achse O und haben annähernd feste Dickendimensionen in einer Breitenrichtung (axialen Richtung), während sie annähernd dieselben Dickendimensionen aufweisen.
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Bei dem Spiralgewindebohrer 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist der Abfasungsabschnitt 16b das Außengewinde mit den Schraubengängen auf, wobei die Außenumfangsflächen 26 bezüglich der Achse O mit dem Neigungswinkel θ geneigt sind. D. h., dass die Außenumfangsabschnitte 22, die an Gratabschnitten ausgebildet sind, an denen sich die Schraubengänge und die Spiralnut 20 schneiden, bezüglich der Achse O mit den Neigungswinkel θ geneigt sind. Der Neigungswinkel θ fällt in einem Bereich von –15° ≤ θ ≤ 30'. Daher weisen die Späne stabile spiralförmige Formen auf, um vorteilhaft von den Spiralnuten 20 nach außen abgegeben zu werden, wodurch das Auftreten von Zerspannung oder Brechen der Schneidkante aufgrund des Festfressens der Späne unterdrückt wird, um dadurch eine erhöhte Haltbarkeit bereitzustellen.
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Weiterhin weist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Abfasungsabschnitt 16b die mehreren in der axialen Richtung benachbarten Schraubengänge auf, die Außendurchmesser aufweisen, welche entlang eines vorbestimmten, festen Abfasungsgradientens variieren. Die Abweichungen t1 und t2 im Außendurchmesser sind zu einander gleich und die bei dem Abfasungsabschnitt 16b vorliegenden mehreren Schneidkanten 22 haben annähernd gleiche Schneiddimensionen. Das bedeutet, dass die Späne eine annähernd gleiche Dicke haben. Daher stellen die Schneidkanten 22 des Abfasungsabschnitts 16b die Späne mit stabilen spiralförmigen Formen bereit und eine Spanabgabeleistung wird weiter erhöht.
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Haltbarkeitsversuche wurden für die Spiralgewindebohrer 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels unter Verwendung von sieben Arten von Versuchsstücken Nr. 1 bis 7 durchgeführt, von denen jedes durch zwei Stücke vorbereitet war, die die Abfasungsabschnitte 16b einschließlich der Schraubengänge mit den Außenseitendurchmesserflächen 26 hatten, welche mit Neigungswinkel θ ausgebildet sind, die von einander verschieden sind. Versuchsergebnisse wurden erhalten, wie es in 3A bis 3C gezeigt ist. Die sieben Arten Versuchsstücke Nr. 1 bis 7 hatten verschiedene Neigungswinkel θ wie es in 3B angegeben ist. Das Versuchsstück Nr. 1, das einen Neigungswinkel von θ = 13°12' hat, stellt ein Werkzeug des Stands der Technik dar, wobei der Neigungswinkel θ bestimmt ist, um gleich zu einem Abfasungsgradienten des Abfasungsabschnitts zu sein. Die Versuchsstücke Nr. 4 bis 6, die Neigungswinkel θ im Bereich von 0° bis –13° aufweisen, stellen Werkzeuge der vorliegenden Erfindung dar und die Versuchsstücke Nr. 2, 3 und 7 stellen Werkzeuge von Vergleichsbeispielen dar. Gewindeschneiden der Innengewinde, d. h. der Muttergewinde wurde unter einer in 3A gezeigten Gewindebohrbedingung zum Ausbilden von Innengewinden ausgeführt, und die Anzahl von Gewindebohrlöchern bis zum Ende der Werkzeugstandzeit, wo das Auftreten von Zerspannung oder übermäßiger Maßabweichung (GP-OUT) von Kanten verursacht wird, wurden überprüft. Das Material „S45C” einer Art des zu schneidenden Werkstücks, wie es auf 3A angegeben ist, war Kohlenstoffstahl zur Maschinenstrukturverwendung, wie in JIS (japanische Industriestandards) festgelegt.
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Wie es aus dem in 3B gezeigten Versuchsergebnis ersichtlich ist, hatten alle der die vorliegende Erfindung umsetzenden Versuchsstücke Nr. 4 bis 6 eine Fähigkeit des Erreichens von Gewindeschneidarbeit, bis bei den Versuchsstücken eine übermäßige Maßabweichung aufgrund von Abnutzungen der Schneidkanten 22 aufgetreten ist, wonach diese Versuchsstücke in die Lage versetzt wurden, das Gewindebohren auszuführen, um 400 oder mehr Innengewinde auszubilden.
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Demgegenüber erreichten alle der Versuchsstücke Nr. 1 bis 3 und Nr. 7, die die Neigungswinkel aufweisen, die nicht in den Bereich von –15° ≤ θ ≤ 30' fallen, die Werkzeugstandzeit aufgrund des Auftretens von Zerspannen an den Rändern durch Festfressen der Späne. Zudem hatten alle von diesen Versuchsstücken eine Durchschnittsanzahl von Gewindebohrlöchern, die auf einen Wert von 300 oder weniger fällt. Es hat sich weiterhin herausgestellt, dass die Produkte der vorliegenden Erfindung eine um einen Wert von annähernd 40% verbesserte Haltbarkeit haben können.
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4A und 4B und 5A und 5B sind Fotografien, die Schneidspäne zeigen, welche während einer Gewindebohrbearbeitung für die Haltbarkeitsversuche abgeben wurden. 4A und 4B zeigen Späne, die von dem Versuchstück Nr. 4 des die vorliegende Erfindung umsetzenden Gewindebohrers abgegeben wurden, und 5A und 5B stellen Späne des Versuchsstücks Nummer 1 des Stands der Technik dar. Wie es aus diesen Fotografien der Späne klar ersichtlich ist, haben die Späne, die den Gewindebohrer der vorliegenden Erfindung verwenden, wie es in 4A und 4B gezeigt ist, relativ gleichmäßig gewundene (spiralförmig) Formen. Demgegenüber haben die Späne, die den Gewindebohrer des Stands der Technik verwenden, wie es in 5A und 5B gezeigt ist, Formen, die mit einer teilweise verzogenen Windungsform ausgebildet sind, und das Vorliegen einer verzogenen Windungsform verursacht, dass sich eine Vielzahl von Spänen in derselben Spiralnut 20 miteinander verflechten, begleitet durch das Auftreten einer Verschlechterung der Abgabeleistung.
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6A und 6B und 7A und 7B zeigen Ergebnisse von gemessenen Gewindebohrmomenten (Drehmoment) und Schubkräften für drei am Anfang stehende Löcher, die während der Haltbarkeitsversuche gewindegebohrt wurden, welche an dem Versuchsstück Nr. 4, das ein Gewindebohrer der vorliegenden Erfindung darstellt, und dem Versuchsstück Nr. 1 des Stands der Technik durchgeführt wurden, welche für die in 3A und 3B gezeigten Haltbarkeitsversuche verwendet wurden. Wie es in 6A und 6B gezeigt ist, fällt ein derartiges Gewindebohrmoment in einen geeigneten erlaubten Bereich für Gewindebohren, obwohl das Versuchsstück der vorliegenden Erfindung ein Gewindebohrmoment hatte, das leicht größer als das des Versuchsstücks des Stands der Technik war. Bezüglich der in 7A und 7B gezeigten Schubkraft liegt annährend kein Unterschied zwischen denen des Gewindebohrers der vorliegenden Erfindung und des Gewindebohrers des Stands der Technik vor. Als Ergebnis einer derartigen Folge stellt sich heraus, dass der Gewindebohrer der vorliegenden Erfindung den Span mit der stabilen spiralförmigen Form mit erhöhter Abgabeleistung und Haltbarkeit ohne beinahe keine Verschlechterung des Gewindebohrmoments und der Schubkraft gegenüber denen, denen bei dem Gewindebohrer des Stand der Technik begegnet wurde, bereitstellt.
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Bei dem vorhergehend weiter ausgeführten vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Abfasungsabschnitt 16b weiterhin eine Reihe von mehreren in der axialen Richtung benachbart ausgebildeten Schraubengängen, bei denen sich die Mitten der Außenumfangsflächen 26 auf der geraden Linie L1 befinden, um entlang dem vorbestimmten, festen Abfasungsgradienten derart zu variieren, dass die Abweichungen t1 und t2 im Außendurchmesser zueinander gleichgerichtet sind. Die Außenumfangsflächen 26 können jedoch derart variiert werden, dass die Mitten der Außenumfangsflächen 26 auf einer konkav gekurvten Linie 12 ausgerichtet sind und der Abfasungsabschnitt 16b in einer konkaven Gestalt ausgebildet ist, wie es in 8 gezeigt ist. In diesem Fall wird die Abweichungsrate t2 in der diametralen Dimension weniger als t1 und eine Schneiddimension der Schneidkante 22, d. h. eine Dickendimension des Spans nimmt ausgehend von dem Vollgewindeabschnitt 16a in Richtung zu dem Gewindebohrende hin ab. Bei einem Bereich nahe dem Vollgewindeabschnitt 16a führen benachbarte Oberkanten der Schraubengänge das Schneiden durch, wodurch der Span dazu veranlasst wird, klein bezüglich einer Breite zu werden (in Entsprechung zu einer Breite der Außenumfangsfläche 26). Bei einem anderen Bereich näher an dem Gewindebohrerende wird das Schneiden mit dem Schraubengang in der Nähe einer Wurzel von diesem durchgeführt, wodurch der Span dazu veranlasst wird, bezüglich einer Breite groß zu werden. Dies ermöglich es Querschnittsformen der durch die individuellen Schneidkanten 22 erzeugten Späne derart zu variieren, dass die Querschnittsbereiche (weitere zu entfernende Volumen) der Späne zueinander gleichgemacht werden, im Vergleich zu einem Fall, bei dem der Abfasungsabschnitt mit dem festen Abfasungsgradienten variiert, wie es bei dem oben genannten vorhergehenden Ausführungsbeispiel erreicht worden ist. Dies verringert einen Unterschied zwischen Schneidlasten, die auf die große Anzahl von Schneidkanten 22 wirken, wodurch das Auftreten von an einem örtlich begrenzten Bereich auftretender Abnutzung unterdrückt wird, begleitet mit einer daraus folgenden weiter erhöhten Haltbarkeit.
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Bei dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel kann die konkave Gestalt, d. h. die konkave Kurve 12 derart bestimmt werden, dass die Späne Querschnittsflächenbereiche aufweisen, die annähernd gleich zueinander sind, und in so einem Fall werden Schneidlasten, die auf die große Anzahl von Schneidkanten 22 wirken, nahezu gleich zueinander gemacht.
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Während die vorliegende Erfindung vorhergehend mit Bezug auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es gewollt, dass die beschriebene Erfindung nur als die Ausführungsbeispiele darstellend in Betracht gezogen wird und dass die vorliegende Erfindung mit verschiedenen Abwandlungen und Verbesserungen basierend auf dem Wissen des Fachmanns umgesetzt werden kann.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Bei dem Spiralgewindebohrer der vorliegenden Erfindung ist der Abfasungsabschnitt mit dem Außengewinde ausgebildet, das die Schraubengänge aufweist, welche die Gestalt von Formen einnehmen, die durch Ausschneiden der Außenumfangsabschnitte der Schraubengänge, die dieselbe Dimension wie die des Vollgewindeabschnitts haben, auf einer geraden Linie im Querschnitt einschließlich der Achse O erhalten werden. Die gerade Linie schneidet die Achse O mit dem Neigungswinkel θ in dem Bereich von –15° ≤ θ ≤ 30', wobei eine Seite, deren Durchmesser in Richtung hin zu dem Gewindebohrerende abnimmt, als positiv definiert ist. Dies ermöglicht es den Spänen, mit den stabilen spiralförmigen (spiraligen) Formen ausgebildet zu werden, um bevorzugterweise aus den Spiralnuten zu der Außenseite hin abgegeben zu werden. Des Weiteren unterdrückt dies das Auftreten von Zerspannung der Schneidkante aufgrund des Festfressens der Späne, um es zu ermöglichen, eine hervorragende Haltbarkeit zu erreichen. Somit kann der Spiralgewindebohrer vorzugsweise beim Gewindebohrer von Innengewinden an verschiedenen Werkstücken eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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