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wt-online - Ausgabe 06-2005, S. 496

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Umformtechnik, Gewindebohren

Berechnung der Umformkraft und des Drehmoments beim Gewindefurchen

Teil 1 von 3: Berechnung der Kontaktfläche am Gewindefurcher

Um Innengewinde herzustellen, werden im Normalfall die Verfahren Gewindebohren, Gewindefräsen und Gewindefurchen eingesetzt. Dabei besitzt jedes dieser Verfahren sein spezifisches Eigenschaftenprofil hinsichtlich des Arbeitsprozesses und des Arbeitsergebnisses. Im Gegensatz zu den Gewindefertigungsverfahren Gewindefräsen und Gewindebohren erfolgt die Herstellung des Gewindes beim Gewindefurchen durch plastische Umformung des Werkstoffes. Dadurch bieten sich prozessbedingte Vorteile gegenüber der spanenden Innengewindeherstellung, beispielsweise keine Notwendigkeit zur Spanentsorgung oder eine höhere dynamische Festigkeit des Gewindegrundes. Grundsätzlich kann das Verfahren Gewindefurchen als die vorteilhaftere Alternative zu den spanenden Verfahren gesehen werden, mit der einfachen Einschränkung, dass es funktionieren muss. Diese triviale Einschränkung beschreibt allgemein die Probleme mit der Komplexität des Gewindeumformvorgangs. Denn nur wenn der umzuformende Werkstoff bestimmte Bedingungen hinsichtlich der Bruchdehnung und Zugfestigkeit bietet und das Werkzeug geometrisch und oberflächentechnologisch auf den jeweiligen Einsatzfall abgestimmt ist, ist ein Gewindefurchprozess möglich.

Durch die Kenntnis der Leistungsgrößen Umformkraft und Furchmoment kann bereits in der Konzeptionsphase eines Gewindefurchers eine Anpassung des Werkzeugs an die jeweiligen Bearbeitungsanforderungen durchgeführt werden. Deshalb soll in dieser Veröffentlichungsserie eine theoretische Methode beschrieben werden, mit der die Berechnung der Umformkraft – und darauf basierend der Furchmomente am einzelnen Formkeil beziehungsweise an dem ganzen Gewindefurcher – möglich ist. Durch die Kenntnis dieser Leistungsgrößen ist der Entwurf von Gewindefurchern wesentlich wirtschaftlicher realisierbar als durch rein empirische Herangehensweisen.

Die Serie wird in drei Veröffentlichungen mit den folgenden Schwerpunkten gegliedert:

Teil 1 beginnt mit der Verfahrensbeschreibung Gewindefurchen. Nachfolgend wird die Vorgehensweise bei der Bearbeitung des gesamten Themas erläutert. Als Hauptteil erfolgt die Berechnung der Kontaktfläche am Gewindefurcher.

Teil 2 behandelt die Themen Modellierung des Umformgrades sowie Berechnung der Umformkraft und des Furchmoments. Die theoretischen Schwerpunkte des Themas sind damit abgeschlossen.

Teil 3 erfolgt eine kurze Beschreibung der verwendeten Versuchstechnik mit anschließender Verifikation der errechneten und real gemessenen Umformkräfte und Furchmomente. Abschließend werden alle erarbeiteten Ergebnisse zusammengefasst.

Calculation of the forming force and the forming torque for the thread forming process – Part 1 of 3: Calculation of the contact area at the thread former

The procedures of tapping, thread milling and thread forming are used to produce internal threads. Each of these procedures has its own specific characteristics concerning the operating process and its result. In contrast to thread production processes like tapping and thread milling, the thread produced by the thread forming method results from plastic deformation of the material. This procedure offers process related benefits compared to chipping internal thread production, like no need for swarf disposal and a higher dynamic strength of the thread groove. The procedure of thread forming is the favourable alternative to chipping methods as long as it works. The problem is the complexity of the plastic deformation process of the thread. Only when the material to be formed meets certain conditions concerning breaking elongation and tensile strength, and the tool is geometrically and surface technologically adjusted to each particular application, the process of thread forming is possible.

Knowledge of the performance parameters forming force and forming torque allows for the adjustment of the thread former to the specific requirements for each forming process. This series describes a theoretical method for the calculation of the forming force, and based on this the forming torque, at each single forming wedge respectively at the whole thread former. Thus the design of thread formers can be realized more efficiently than by purely empirical approaches.

The series has three parts with the following subjects.

Part 1 starts with a description of the method of thread forming which is followed by an explanation of the chosen approach to the whole subject. The main part contains the calculation of the contact surface of the thread former.

Part 2 deals with the subjects of modelling the deformation degree and calculation of the forming force and forming torque.

Part 3 describes the experimental setup with a subsequent verification of the calculated and measured forming forces and forming torques.

Autor:
Schäfer, M.; Tikal, F.

Der vollständige Beitrag ist erschienen in:
wt-online 06-2005, Seite 496
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