NL8000110A - Inrichting voor het maken van zelftappende schroeven. - Google Patents

Description

\ ' ·.

VO 0012 -1-

Titel: Inrichting voor het maken van zelftappende schroeven.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze, meer in het bijzonder een inrichting voor het maken van zelftappende schroeven uit roestvrij staal.

Roestvrij staal uit de serie 300 wordt tot nog toe in hoofd- 5 zaak gebruikt voor het vervaardigen van tegen roest bestand zijnde voortbrengselen, zoals schroefverbindingen. Dergelijk materiaal van het type 18—8 roestvrij staal, hetgeen betrekking heeft op de percentages chroom en nikkel in de samenstelling, is austenitisch en kan niet warm behandeld worden. Deze materiaalsoorten zijn in 10 het gebruik beperkt voor zover een grote hardheid niet wordt vereist. Bij het maken van zelftappende schroeven is het uiteraard wel nodig dat een voldoende hardheid aanwezig is in de orde van grootte van k5-50 R^ teneinde schroefdraad te kunnen snijden in werkstukken uit koolstofstaal.

15 Er zijn reeds verschillende proeven genomen met roestvrij staal van hardheid welke noodzakelijk is bij het tappen van schroefdraad. Daarbij werd gebruik gemaakt van roestvrij staal uit de serie U00 dat ten hoogste 12$ chroom bevat. Een dergelijk materiaal kan warm worden behandeld en ontladen waardoor de spanningen ver-20 dwijnen en wordt dan vervolgens bij een bescheiden temperatuur opnieuw verhit. Weliswaar wordt de hardheid zodanig opgevoerd dat draad getapt kan worden doch het materiaal zelf wordt min of meer bros. Aangezien het chroomgehalte beperkt blijft tot 12$ zijn deze materiaalsoorten niet zodanig bestand tegen corrosie als staal uit 25 de 300 serie van het type 18—8.

Andere proeven met betrekking tot de warmtebehandelings-eigenschappen bij roestvrij staal met een hoger chroomgehalte maken het gebruik van hardingsmiddelen noodzakelijk zoals titanium of columbium bij de staalbereiding, welk materiaal gehard moet worden.

30 Daardoor zal het chroomgehalte teruglopen en ontstaat een gemiddelde samenstelling.

Roestvrij staal met 18$ chroom en 18$ nikkel is voldoende 80G 0 1 10 /> ? -2- hard om draad te kunnen tappen. Aan dit materiaal kan moeilijk in koude toestand een kop worden gemaakt of draad worden gerold aangezien het gereedschap daar niet lang tegen bestand is.

Andere proeven met betrekking tot een samengestelde behande-5 ling van het staal door verhitting en het toevoegen van mengcompo-nenten zoals aluminium en bepaalde hoeveelheden chroom, nikkel en koolstof zijn echter duur en het is niet mogelijk daaruit met hoge snelheid zelftappende schroeven te vervaardigen doch ook hierbij keert men terug tot de gemiddelde samenstelling.

10 Het doel van de uitvinding is het verschaffen., van een werk wijze, meer in het bijzonder een inrichting om zelftappende schroeven te vervaardigen uit roestvrij staal uit de serie 300 van het type 18—8.

Beoogd wordt het vervaardigen van zelftappende schroeven 15 uit austenitisch, roestvrij staal uit de serie 300 waarbij een dure en samengestelde warmtebehandeling dan wel harden niet meer noodzakelijk is.

De uitvinding beoogd meer in het bijzonder een inrichting te verschaffen voor het vervaardigen van zelftappende schroeven 20 uit austenitisch materiaal van de serie 300 zonder dat gebruik gemaakt behoeft te worden van moeilijke samenstellingen waarbij materiaal warm behandeld en gehard moet worden nadat het produkt gereed is.

Nog een voordeel van de uitvinding is dat gebruik gemaakt 25 kan worden van een gebruikelijke draadrolmachine, die praktisch niet veranderd behoeft te worden. Van belang voor de uitvinding is dat het materiaal, in het bijzonder austenitisch roestvrij staal uit de serie 300 van het type 18—8 voor het draadrollen voorzien wordt van een kop en op het verkregen vormstuk in koude toestand draad 30 wordt gerold. In elk geval moet de temperatuur lager zijn dan de omgevingstemperatuur en goede resultaten zijn verkregen bij een temperatuursniveau van -^0°F tot -200°F.

Aldus kan een werkstuk worden verkregen met een hardheid aan de toppen en bodem van de schroefdraad in de orde van grootte van 8000110 Η.

* -3- U5-50 R_ waarbij de kern zelf een hardheid- heeft van ongeveer

* V

Een doelmatige uitvoeringsvorm is die waarbij gebruik, wordt gemaakt van een isolerende tunnel welke zich om een rail bevindt 5 welke.leidt naar een stel ten opzichte van elkaar beweegbare draad-rolgereedschappen. Een koelvloeistof, bijvoorbeeld vloeibare stikstof wordt op gekozen punten in de tunnel naar de vormstukken en de voedingsrail gevoerd.

Verdere bijzonderheden van de uitvinding worden onder ver-10 wijzing naar de tekening nader toegelicht. Daarin toont: fig. 1 een bovenaanzicht van een inrichting voor het toepassen van de nieuwe werkwijze; fig. 2 een zijaanzicht van een zelftappende schroef welke overeenkomstig de uitvinding is vervaardigd; 15 fig. 3 op vergrote schaal een doorsnede· van de schroef vol gens fig. 2 waarin de verschillende hardheidsgraden zijn aangegeven; fig. b een bovenaanzicht van een andere uitvoeringsvorm van een inrichting voor het toepassen van'de uitvinding; fig. 5 een zijaanzicht van de inrichting volgens fig. U; 20 fig. 6 een doorsnede over de tunnel volgens de lijn 6-6 van fig. U; fig. 7 een dwarsdoorsnede over de tunnel volgens de uitvinding over de lijn 7-7 van fig. en fig. 8 een bovenaanzicht van een andere uitvoeringsvorm van 25 de inrichting volgens fig. b.

Volgens de uitvinding worden zelftappende schroeven gemaakt waarmede in koolstofstaal op gebruikelijke wijze schroefdraad gesneden kan worden. Meer in het bijzonder betreft de uitvinding een werkwijze en een inrichting voor het maken van dergelijke zelf-30 tappende schroeven uit austenitisch, roestvrij staal uit de serie 300 dat tot nog toe werd gebruikt voor het maken van schroefbouten vanwege zijn grote weerstand tegen corrosie doch waarmede tot nog toe geen schroefdraad getapt kon worden.

80 0 0 1 10 ί -U-

Roestvrij staal uit de serie 300 van het type 18—8 heeft volgens de uitvinding een samenstelling van 17-18,5¾ chroom, 7,75-8,25¾ nikkel, 0,06-0,10¾ koolstof, 2,0¾ mangaan, 1,0¾ silicium en ongeveer 0,0^5¾ fosfor en 0,030¾ zwavel.

5 Materiaal van deze chemische samenstelling wordt geleverd in draadvorm en allereerst voorzien van een kop welke langs koude weg wordt aangebracht voor het maken van een ruw vormstuk.

Ha het aanbrengen van de kop wordt het vormstuk onder de omgevingstemperatuur gekoeld en gebleken is dat temperaturen van -U0°F tot 10 200°F voldoende zijn voor een praktische toepassing. In de gekoelde toestand worden de ruwe vormstukken gevoerd naar een gebruikelijk draadrolapparaat, zodat in de gekoelde toestand draad daarop wordt gevormd. De koelende werking van het austenitisch materiaal uit de serie 300 tijdens het rollen van de schroefdraad zet het austeniet 15 om in martensiet, althans in de top en de bodem van de gevormde schroefdraad waardoor een hardheidsgraad wordt verkregen, welke voldoende is om draad te tappen.

Na het rollen van de draad worden de vormstukken op gebruikelijke wijze nabewerkt. De uitvinding maakt het mogelijk zelftappen-20 de schroeven te vervaardigen uit niet hardhaar tegen corrosie zeer bestendig materiaal waarbij de produktiesnelheid aanzienlijk kan worden opgevoerd. Het draadrolapparaat volgens de uitvinding kan harde zelftappende schroeven maken met een snelheid van UO-^OO stuks per minuut, hetgeen uiteraard afhangt van de produktiesnelheid van 25 de draadrolmachine.

Ii fig. 2 en 3 is een uitvoeringsvorm van een zelftappende schroef weergegeven, welke is vervaardigd onder toepassing van de uitvinding en de daartoe ontwikkelde inrichting. Een en ander betekent uiteraard geen beperking tot het type schroef doch slechts 30 als illustratie van de uitvinding.

De schroef 10 is voorzien van een kop 12 en een schacht 1i waarop de schroefdraad 16 is gevormd welke schroef eindigt in een conische, van schroefdraad voorziene punt 18.

80 0 0 1 10 -5- üit fig. 3 blijkt dat door het koelen van het austenitische roestvrije staal uit de serie 300 en het daarop rollen van draad in gekoelde toestand hardheidsgraden worden verkregen welke tot nog toe niet bereikbaar waren met roestvrij staal van het type 18-8.

5 De voet en de top van de schroefdraad hebben een hardheid van k0-50 R^ en de flanken een hardheid van ongeveer U0 terwijl de kern van de schacht een minimumhardheid heeft van ongeveer 30 R^.

De schroef 10 heeft aan de voet en de top een zodanige hardheid dat de draad niet wordt weggedrukt doch een bepaalde rek. De schroef 10 is niet doorgehard derhalve niet bros en kan een grote trek- en schuifbelasting opnemen. Fig. 3 illustreert de verschillende hardheids graden welke verkregen kunnen worden met de nieuwe werkwijze, uiteraard zonder dat de uitvinding daartoe beperkt is.

Er bestaat, zoals proeven hebben aangetoond, een bepaalde 15 correlatie tussen het magnetisme van de gerede schroef en de hard-heidsgraad, hetgeen een gevolg is van de omzetting van austeniet in martensiet tijdens het rollen van draad in-gekoelde toestand.

Fig. 1 toont een inrichting voor het toepassen van de nieuwe werkwijze waarbij gebruik wordt gemaakt van een standaard draadrol-20 inrichting met dé toevoerwiddelen. Het draadrolapparaat 20 heeft een vast stempel 22 en een beweegbaar stempel 2k en een toevoerraal 26, welke leidt naar de monding van de ten opzichte van elkaar beweegbare stempels, terwijl voorts een toevoertrechter aanwezig is welke getrild kan worden. De voedingstrechter heeft op gebruikelijke 25 wijze een spiraalvormig voedingstrajeet 80 waardoor de ruwe vorm-stukken achtereenvolgens van de trechter naar de voedingsrail 26 gevoerd kunnen worden. Aan het ondereinde bevindt zich een afvoer 32 nabij de hellende voedingsrail waardoor de ruwe vormstukken achtereenvolgens naar de draadrolstempels gevoerd kunnen worden.

30 Het koelen van de ruwe vormstukken voor het rollen van draad kan geschieden door de temperatuur in de voedingstrechter 28 door gebruik van een isolerende wand 3^ rond de trechter laag te houden. Het koelen zelf geschiedt door een koelmiddel zoals droog ijs 36 binnen de trechter 28. Gevonden werd dat wanneer roestvrijstalen 80 0 0 1 10 £ 7» -6- vormstukken uit de serie 300 voldoende worden af gekoeld wanneer de temperatuur in de vultrechter ten minste -100°F is.

De aldus gekoelde vormstukken worden dan op gebruikelijke wijze uit de vultrechter aan het boveneinde van de voedingrail ge-5 voerd en komen dan als gevolg van hun eigen gewicht over de hellende rail 26 in de monding van het draadrolgereedschap. Onder de besproken omstandigheden hebben de ruwe vormstukken bij de afvoer 32 een temperatuur van ongeveer -Uo°F.

Het is duidelijk dat ook andere manieren toegepast kunnen 10 worden om de ruwe vormstukken te koelen en deze toe te voeren zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Bij de uitvoeringsvorm volgens fig. en 5 is een isolerende tunnel U0 om de voedingsrail 26 aangebracht. De andere elementen van het draadrolapparaat 20 zijn gelijk aan die volgens fig. 1 met 15 uitzondering van de gekoelde en geïsoleerde vultrechter 28.

De tunnel !+0 omgeeft het grootste gedeelte van de voedingsrail 26 en isoleert deze van de omgeving. Nabij de monding van het draadrolgereedschap 22 en 2k is een bron voor vloeibaar koelmiddel aanwezig waarmede de vormstukken 38 en de voedingsrail 26 besproeid 20 worden. De vormstukken 38 in de tunnel U0 zo ook de voedingsbuis U2 worden besproeid vanuit een aantal op onderlinge afstanden gelegen openingen Uh waardoor een temperatuur wordt verkregen van minder dan -200°F. De toevoerbuis k2 is verbonden met een bron voor koelmiddel, in dit geval vloeibare stikstof. Koeltanks k6 en de toevoer-25 leiding U8 bevinden zich nabij het draadrolapparaat. De voedingsbuis k2 ligt, zoals blijkt uit fig. 6 en 7 in de langsrichting van de tunnel nabij de voedingsrail zodat één of meer openingen Uh dienen als straalmondstuk binnen de tunnel waardoor deze en meer in het bijzonder de vormstukken gekoeld kunnen worden.

30 De gesloten ruimte binnen de tunnel welke op lage temperatuur kan worden gehouden geeft een betrouwbare koeling van de vormstukken zodanig dat de austenitische structuur tijdens het koud rollen van de draad in een martensitische wordt omgezet.

80 0 0 1 10 * v ft -- * » -7-

Het basisbeginsel van een tunnel als weergegeven in fig. k en 5 lan ook op andere wijze worden verwezenlijkt. Fig. 8 toont een aantal mondstukken 50 welke verbonden zijn met een verdeelbuis 52 waarbij de mondstukken door de wanden van de tunnel heenlopen en 5 zich op bepaalde plaatsen bevinden. De verdeelbuis is verbonden met de toevoer voor een koelmiddel zoals bijvoorbeeld vloeibare stikstof.

De uitvinding meer in het bijzonder de inrichting welke beschreven is dient voor het vervaardigen van zelftappende. schroeven 10 uit de serie 300 vervaardigd uit roestvrij staal van het type 18-8, hetgeen tot. nog toe met dit type staal niet mogelijk was.

Het roestvrije staal heeft eigenschappen welke hét bestand maken tegen corrosie terwijl daarop gemakkelijk een kop kan worden aangebracht en de top en de voet van de schroefdraad een voldoende 15 hardheid krijgt om de schroeven zelftappend te maken. De nieuwe werkwijze kan worden toegepast met de gebruikelijke draadrolmiddelen zonder extra behandelingen van het voorstuk, terwijl gewerkt kan— worden met een uitzonderlijk hoge produktiesnelheid. Aangenomen wondt dat de grote hardheid van het toch'niet hardbare roestvrije staal 20 wordt verkregen door een combinatie van de hardende irking tijdens de behandeling en de omzetting van austeniet in martensiet, hetgeen mogelijk is doordat op het ruwe vormstuk in zeer koude toestand draad wordt gerold.

800 0 1 10

Claims (5)

1. Werkwijze voor het maken van zelftappende schroeven uit austenitisch, roestvrij staal uit de serie 300, waarbij een kop op het materiaal wordt gevormd, ten minste het schachtgedeelte van het verkregen vormstuk wordt gekoeld tot onder de omgevings- 5 temperatuur en dit tussen draadrolgereedschappen wordt gevoerd voor het daarop vormen van schroefdraad, terwijl het vormstuk zich in de gekoelde toestand bevindt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vorm-stukken worden gekoeld tot de temperatuur van ten minste -Uo°F.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vorm-stukken uit een materiaal zijn vervaardigd dat 16-19% chroom en 6-8,5% nikkel bevat. 1+. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vormstukken worden gekoeld in een vultrechter voordat deze naar de 15 draadrolgereedschappen worden gevoerd.

5- Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vormstukken worden gekoeld tot een temperatuur van -100°F tot -200°F voordat daar draad op gerold wordt.

6. Zelftappende schroef uit austenitisch roestvrij staal van 20 de serie 300 vervaardigd onder toepassing van de werkwijze volgens conclusies 1-5 waarbij het materiaal is samengesteld uit 17-18,5% chroom, 7,75-3,25% nikkel, 0,06-0,10% koolstof, 2,0% mangaan, 1,0% silicium waarbij de hardheidsgraad aan de top en de voet van de schroefdraad i+5-50 Rc bedraagt, terwijl de kern van de schroef 25 een hardheid heeft van ten minste 30 R als resultaat van het partieel omzetten van austeniet in martensiet tijdens het in koude toestand rollen van de schroefdraad. 800 0 1 10