СВЕРЛЯЩИЙ ВИНТ
DRILLING SCREW

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к сверлящему винту, в частности к двухкомпонентному стальному винту с головной частью и режущей частью, причем головная часть выполнена из устойчивого к коррозии материала и содержит головку винта и участок стержня, причем режущая часть выполнена из закаливаемого или твердого материала.
Кроме того, изобретение относится к способу изготовления сверлящего винта, в частности двухкомпонентного стального винта, содержащего головную часть, выполненную из устойчивого к коррозии материала и содержащую головку винта и участок стержня, режущую часть из закаливаемого или твердого материала и промежуточный участок, расположенный между участком стержня и режущей частью и выполненный из устойчивого к коррозии материала.
Уровень техники
Сверлящие винты или двухкомпонентные стальные винты, а также способ изготовления таких сверлящих или двухкомпонентных стальных винтов хорошо известны на уровне техники. В частности, в строительстве применяют двухкомпонентные стальные винты, содержащие нержавеющую головную часть для внешней поверхности здания, благодаря чему эта головная часть не подвергается воздействию коррозии или ржавчины. Кроме того, известные на уровне техники двухкомпонентные стальные винты в режущей части содержат закаленный элемент со стальным сверлящим наконечником, благодаря чему, с одной стороны, можно получить двухкомпонентный стальной винт с нержавеющей наружной стороной, подвергающейся воздействию окружающей атмосферы, и закаленной передней частью, образующей сверлящий наконечник.
Для соединения головной части с режущей частью на уровне техники известно склеивание, сварка или свинчивание двух частей. При этом возможен вариант, в котором как головная часть, так и режущая часть будут иметь внутреннюю резьбу, и обе части будут соединены резьбовым штифтом.
Обнаружилось, что в известных на уровне техники двухкомпонентных стальных винтах не всегда удается надежно соединить друг с другом головную и режущую часть. Кроме того, для изготовления резьбы на стержне двухкомпонентного стального винта необходимо расположить головную часть и режущую часть соосно друг относительно друга. На практике при этом имеют место большие отклонения. В результате двухкомпонентные стальные винты и способы изготовления таких винтов, известные на уровне техники, отличаются высоким процентом брака и высокими затратами на контроль качества. Опубликованная немецкая патентная заявка DE 102014204598 раскрывает соединение режущей части с головной частью посредством прессования выдавливанием. При этом, однако, обнаружилось, что таким образом не могут быть изготовлены особо длинные винты.
Раскрытие сущности изобретения
Таким образом, задача изобретения состоит в том, чтобы предложить сверлящий винт, в частности двухкомпонентный стальной винт, и способ изготовления сверлящего или двухкомпонентного стального винта, лишенных вышеперечисленных недостатков.
Поставленная задача решена сверлящим винтом с признаками, раскрытыми в пункте 1 формулы изобретения. Прочие предпочтительные варианты осуществления двухкомпонентного стального винта раскрыты в зависимых пунктах формулы. Соответственно, между участком стержня и режущей частью расположен промежуточный участок, изготовленный из устойчивого к коррозии материала и неразъемно соединенный с участком стержня, причем режущая часть содержит выступ в виде шипа или выемку в виде чаши, причем промежуточный участок содержит выемку в виде чаши или выступ в виде шипа, причем одна из двух соединяемых деталей имеет в поперечном сечении профиль захвата, причем выступ в виде шипа расположен в выемке в виде чаши, причем промежуточный участок прочно соединен с режущей частью посредством прессования выдавливанием таким образом, что выступ в виде шипа режущей части по меньшей мере частично поднутряет в осевом направлении промежуточный участок в области выемки в виде чаши, или выступ в виде шипа промежуточного участка по меньшей мере частично поднутряет в осевом направлении режущую часть в области выемки в виде чаши. Когда режущая часть соединена с промежуточным участком, и полученный узел в области участка стержня неразъемно соединен с головной частью, например, с помощью сварки, участок стержня, промежуточный участок и режущая часть совместно образуют стержень винта. После этого на стержне винта можно, например, выполнить резьбу.
При этом, предпочтительно, головная часть и промежуточный участок выполнены из нержавеющей стали, в то время как режущая часть, предпочтительно, выполнена из термообработанной стали, высококачественной быстрорежущей стали, твердого сплава или технической керамики. При этом особенно предпочтителен вариант, в котором головная часть соединена с режущей частью посредством бокового выдавливания. Предусмотренное изобретением поднутрение может быть получено, в частности, посредством бокового выдавливания, причем течение материала может быть направлено перпендикулярно направлению усилия пресса.
Поскольку для прессования выдавливанием можно использовать сравнительно короткий промежуточный участок, можно, с одной стороны, получить надежное соединение между режущей частью и промежуточным участком, причем, с другой стороны, схожесть материалов промежуточного участка и головной части позволяет получить надежное неразъемное соединение между головной частью и промежуточным участком. Длину винта можно выгодным образом задавать путем выбора длины участка стержня головной части.
Предпочтительно, участки захвата направлены в выемке в виде чаши или на шипе радиально внутрь. Впоследствии посредством прессования выдавливанием, например посредством бокового выдавливания, можно выполнить поднутрение между режущей частью и промежуточным участком, или между выступом в виде шипа и выемкой в виде чаши, вследствие чего промежуточный участок и режущая часть будут надежно соединены в осевом направлении, то есть в направлении продольной оси винта.
Кроме того, наличие профиля захвата с участками захвата может обеспечить передачу крутящего момента с головной части на режущую часть. Таким образом, предложенный изобретением сверлящий винт позволяет надежно и просто соединять головную часть с режущей частью как в осевом, так и в радиальном направлении.
Предпочтительно, как выемка в виде чаши, так и выступ в виде шипа расположены на торцевой стороне головной или режущей части, ориентированной перпендикулярно продольной оси винта.
В следующем особенно предпочтительном варианте выступ в виде шипа полностью заполняет выемку в виде чаши, или промежуточный участок полностью охватывает выступ в виде шипа. Таким образом, в предложенном изобретением сверлящем винте можно реализовать соединение промежуточного участка и режущей части с геометрическим замыканием.
Кроме того, предпочтителен вариант, в котором режущая часть закалена, в частности, цементирована и закалена, и содержит сверлящий наконечник.
При этом в особенно предпочтительном варианте режущая часть содержит отверстие, выходящее в сверлящий наконечник. Такое отверстие можно использовать при использовании сверлящего винта, то есть при завинчивании, например, в металлическую балку, в качестве резервуара для смазки.
Предпочтительно, режущая часть изготовлена из быстрорежущей стали (HSS), высоколегированной или углеродистой стали, твердого сплава или технической керамики.
При этом в особенно предпочтительном варианте головная часть и промежуточный участок изготовлены из нержавеющей стали. Предпочтительно, головная часть и промежуточный участок изготовлены из одной и той же нержавеющей стали, благодаря чему головную часть можно легко и надежно неразъемно соединить с промежуточным участком.
В следующем предпочтительном варианте осуществления сверлящего винта профиль захвата выполнен в виде звездообразного шлица Torx, Torx Plus, шестигранника, многогранника, зубчатого венца или креста.
В следующем предпочтительном варианте осуществления сверлящего винта между участками захвата предусмотрены круговые участки. Выгодным образом, профиль захвата содержит три участка захвата. Следовательно, профиль захвата при наличии трех участков захвата содержит три круговых участка. При этом круговые участки выгодным образом могут быть расположены радиально снаружи от участков захвата в выемке в виде чаши или на выступе в виде шипа.
Кроме того, предпочтителен вариант, в котором участки захвата и круговые участки расположены под углом примерно 120 градусов друг относительно друга по периметру выемки в виде чаши или выступа в виде шипа.
В следующем предпочтительном варианте осуществления двухкомпонентного стального винта выемка в виде чаши или выступ в виде шипа в области круговых участков имеет первый радиус, а в области участков захвата -второй, уменьшенный радиус, величина которого меньше первого радиуса. В частности, участки захвата могут быть выполнены в виде ответных круговых участков, направленных к центру выемки радиально внутрь.
Кроме того, поставленная задача решена способом изготовления двухкомпонентного стального винта с признаками, раскрытыми в пункте 8 формулы. Такой способ содержит следующие этапы: выпрессовывают выемку в виде чаши заданной глубины на промежуточном участке или формируют выступа в виде шипа заданной длины на промежуточном участке; изготавливают режущую часть с выступом в виде шипа, длина которого превышает глубину выемки, или выпрессовывают на режущей части выемку в виде чаши с глубиной меньше длины выступа в виде шипа промежуточного участка; причем при выпрессовывании выемки в виде чаши выпресовывают профиль захвата с участками захвата; вводят выступ в выемку и соединяют промежуточный участок с режущей частью посредством прессования выдавливанием, в результате чего выемку в виде чаши полностью заполняют выступом в виде шипа; сваривают участок стержня и промежуточный участок, соединенный с режущей частью. При этом особенно предпочтительно, выдавливание осуществляют в виде бокового выдавливания.
Кроме того, поставленная задача решена способом изготовления двухкомпонентного стального винта с признаками, раскрытыми в пункте 8 формулы. Такой способ содержит следующие этапы: выпрессовывают выемку в виде чаши заданной глубины на промежуточном участке или формируют выступ в виде шипа заданной длины на промежуточном участке; изготавливают режущую часть с выступом в виде шипа или выемкой в виде чаши с профилем захвата в поперечном сечении; вводят выступ в выемку и соединяют промежуточный участок с режущей частью посредством прессования выдавливанием, в результате чего выступ в виде шипа полностью заполняет выемку в виде чаши или полностью охватывается ей; неразъемно соединяют участок стержня и промежуточный участок, соединенный с режущей частью. При этом особенно предпочтительно, выдавливание осуществляют в виде бокового выдавливания.
При изготовлении режущей части может быть применено выдавливание или прессование с коэффициентом не выше 75%. После соединения, то есть когда выступ в виде шипа полностью заполняет выемку в виде чаши или полностью охвачен ей, в особенно предпочтительном варианте выступ в виде шипа по меньшей мере частично поднутряет выемку в виде чаши в осевом направлении. Поскольку длина выступа в виде шипа до соединения превышает глубину выемки в виде чаши, материал режущей части при осевом смещении во время процесса выдавливания может смещаться в радиальном направлении в выемку в виде чаши. Это позволяет сформировать выпуклые, выступающие радиально наружу участки на выступе в виде шипа на полностью собранном винте. Такие выпуклые выступы позволяют сформировать поднутрение, в результате чего головная часть надежно соединяется с режущей частью в осевом направлении с геометрическим замыканием. Кроме того, на выступе в виде шипа или в выемке в виде чаши уже может быть выполнено поднутрение, благодаря чему во время процесса бокового выдавливания материал промежуточного участка прилегает к выступу в виде шипа или к стенке выемки в виде чаши и, тем самым, образует осевое соединение с геометрическим замыканием.
В предпочтительном варианте способа выемку в виде чаши выпрессовывают на промежуточном участке или режущей части так, что ее площадь составляет примерно от 20 до 75% площади поперечного сечения промежуточного участка. Обнаружилось, что при таком соотношении площадей можно обеспечить особенно надежное соединение промежуточного участка с режущей частью.
Кроме того, предпочтителен вариант, в котором при изготовлении режущей части выступ в виде шипа выполняют в форме кругового цилиндра. При этом предпочтительно, выступ имеет гладкую периферийную поверхность. Предпочтительно, диаметр кругового цилиндрического выступа выбирают таким образом, чтобы он был меньше или равен наименьшему внутреннему диаметру выемки в виде чаши. Благодаря этому выступ можно легко вставить в выемку в виде чаши до начала процесса выдавливания.
Согласно описываемому изобретением способу при выпрессовывании выемки в виде чаши на промежуточном участке выпрессовывают профиль захвата с участками захвата. При этом особенно предпочтителен вариант, в котором участки захвата направлены радиально внутрь, что позволяет использовать их после соединения посредством прессования выдавливанием для улучшения передачи крутящего момента между головной частью и режущей частью.
Кроме того, описываемый изобретением способ предусматривает, что при прессовании выдавливанием выступа в виде шипа на режущей части будет выполнен профиль захвата с участками захвата. При этом особенно предпочтителен вариант, в котором участки захвата направлены радиально внутрь, что позволяет использовать их после соединения посредством прессования выдавливанием для улучшения передачи крутящего момента между промежуточным участком и режущей частью.
В следующем предпочтительном варианте способа промежуточный участок и режущую часть перед соединением располагают вдоль одной оси. При этом возможен вариант, в котором промежуточный участок и режущую часть выравнивают вдоль одной оси при укладке в матрицу для прессования.
Также предпочтителен вариант, в котором участок стержня и соединенный с режущей частью промежуточный участок располагают на одной оси перед сваркой.
При этом особенно предпочтительно, участок стержня, промежуточный участок и режущую часть прокатывают после сварки, после чего накатывают резьбу на участок стержня, промежуточный участок и режущую часть. При этом особенно предпочтителен вариант, в котором накатывание резьбы дополнительно улучшает соединение между головной частью и режущей частью.
Также предпочтителен вариант, в котором изготовление режущей части или промежуточного участка и соединение обоих компонентов выполняют в многопозиционном прессе.
Краткое описание чертежей
Прочие детали и предпочтительные варианты исполнения настоящего изобретения следуют из приведенного ниже описания представленных на фигурах вариантов осуществления изобретения. На фигурах изображено:
Фигура 1: сверлящий винт, описываемый изобретением.
Фигура 2: промежуточный участок сверлящего винта согласно фигуре 1.
Фигура 3: режущая часть сверлящего винта согласно фигуре 1.
Фигура 4: промежуточный участок и режущая часть сверлящего винта согласно фигуре 1, расположенные на одной оси перед процессом прессования выдавливанием.
Фигура 5: укрупненный вид промежуточного участка и режущей части в начале процесса прессования выдавливанием.
Фигура 6: укрупненный вид соединения посредством прессования выдавливанием после процесса прессования выдавливанием.
Фигура 7: выемка в виде чаши на промежуточном участке согласно фигуре 2.
Фигуры 8-13: прочие укрупненные виды вариантов осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
На фигуре 1 изображен сверлящий винт 10, выполненный в виде двухкомпонентного стального винта, причем сверлящий винт 10 содержит головную часть 12 и режущую часть 14. Между головной частью 12 и режущей частью 14 предусмотрен промежуточный участок 16, расположенный вдоль продольной оси 18 сверлящего винта. Кроме того, головная часть 12 содержит головку 20 винта и участок 22 стержня. Промежуточный участок 16 соединен с режущей частью 14 посредством прессования выдавливанием в области стыка 24. Кроме того, промежуточный участок 16, соединенный с режущей частью 14 посредством прессования выдавливанием, неразъемно соединен с головной частью 12 в области участка 22 стержня и стыка 25. Головная часть 12 и промежуточный участок 16 выполнены из нержавеющей стали, причем режущая часть выполнена из закаливаемого материала, твердого сплава или технической керамики.
Поскольку головная часть 12 и промежуточный участок 16 выполнены предпочтительно из одного материала, головную часть 12 и промежуточный участок 16 можно легко и надежно приварить друг к другу в области стыка 25.
На фигуре 2 изображен промежуточный участок 16 сверлящего винта 10, показанного на фигуре 1. Промежуточный участок 16 расположен концентрично относительно продольной оси 18. Промежуточный участок 16 содержит выемку 26 в виде чаши. Такая выемка 26 в виде чаши имеет глубину 28 в осевом направлении, то есть в направлении продольной оси 18. Кроме того, выемка 26 в виде чаши на фигуре 2 имеет диаметр 30. Промежуточный участок 16 выполнен в виде кругового цилиндра и имеет диаметр 32. Предпочтительно, выемка 26 в виде чаши выполнена на промежуточном участке 16 посредством прессования. Предпочтительно, выемка 26 в виде чаши имеет профиль 70 захвата, показанный на фигуре 7, который будет рассмотрен и раскрыт ниже при описании фигуры 7.
На фигуре 3 изображена режущая часть 14 сверлящего винта 10, показанного на фигуре 1. Режущая часть 14 имеет диаметр 34, приблизительно соответствующий диаметру 32 промежуточного участка 16. Кроме того, режущая часть 14 имеет выступ 36 в виде шипа. Выступ 36 в виде шипа и режущая часть 14 расположены концентрично относительно продольной оси 18. В области выступа 36 в виде шипа режущая часть 14 имеет диаметр 38. Кроме того, выступ 36 в виде шипа имеет длину 40 в направлении продольной оси 18.
Длина 40 выступа 36 в виде шипа превышает глубину 28 выемки 26 в виде чаши промежуточного участка 16. Диаметр 38 выступа 36 в виде шипа меньше наименьшего диаметра 30 выемки 26 в виде чаши.
Это отчетливо видно на фигуре 4, на которой изображены промежуточный участок 16 и режущая часть 14, причем промежуточный участок 16 и режущая часть 14 расположены соосно продольной оси 18. При этом выступ 36 в виде шипа режущей части 14 вставлен в выемку 26 в виде чаши промежуточного участка 16. Введение выступа 36 в виде шипа в выемку 26 в виде чаши может осуществляться в направлении стрелки 42. Отчетливо видно, что длина 40 выступа 36 в виде шипа превышает глубину 28 выемки 26 в виде чаши. Также видно, что диаметр 30 выемки 26 в виде чаши превышает диаметр 38 выступа 36 в виде шипа. На фигуре 4 изображены промежуточный участок 16 и режущая часть 14 перед выполнением процесса прессования выдавливанием.
На фигуре 5 изображен увеличенный фрагмент промежуточного участка 16, причем в выемку 26 в виде чаши промежуточного участка 16 введен выступ 36 в виде шипа на режущей части 14. Обе части, а именно промежуточный участок 16 и режущая часть 14, помещены в матрицу 44 многопозиционного пресса и опираются на периферийную поверхность 46 матрицы 44. На фигуре 5 изображены промежуточный участок 16 и режущая часть 14 в начале процесса прессования выдавливанием. Рабочее направление машины показано стрелкой 48. Если теперь режущую часть 14 дополнительно переместить в направлении стрелки 48 за положение, показанное на фигуре 4, то торцевая сторона 50 выступа 36 в виде шипа по меньшей мере частично войдет в поверхность 52 дна выемки 26 в виде чаши. Так как дальнейшее осевое смещение в направлении стрелки 48 ограничено дном 52 выемки 26 в виде чаши, материал выступа 36 в виде шипа может вытесняться в направлении стрелки 54 в полость 56 между промежуточным участком 16 и выступом 36 в виде шипа режущей части 14 радиально наружу, то есть перпендикулярно направлению стрелки 48.
На фигуре 6 изображен увеличенный фрагмент соединения посредством прессования выдавливанием в конце процесса прессования выдавливанием. Промежуточный участок 16 и режущая часть 14 сверлящего винта 10 по-прежнему расположены в матрице 44 многопозиционного пресса и опираются на периферийную поверхность 46 матрицы. Отчетливо видно, что процесс выдавливания осуществляется в направлении стрелки 54: материал выступа 36 в виде шипа может вытесняться перпендикулярно рабочему направлению пресса, то есть перпендикулярно направлению стрелки 48. При этом материал вытесняется в полость 56, показанную на фигуре 5, и заполняет ее.
Движение боковой стенки 58 промежуточного участка 16, образующее выемку 26 в виде чаши, ограничено периферийной поверхностью 46 матрицы 44, так как промежуточный участок 16 и режущая часть 14 опираются на периферийную поверхность 46 матрицы 44. В конце процесса выдавливания выступ 36 в виде шипа полностью заполняет выемку 26 в виде чаши.
Как показано на фигуре 6, выступ в виде шипа 36 имеет выпуклость 58. В области этой выпуклости 60 выступ 36 в виде шипа имеет диаметр 62 после процесса прессования выдавливанием. В области 64 перехода к выступу 36 в виде шипа такой выступ имеет диаметр 66. Диаметр 62 превышает диаметр 66, вследствие чего выступ 36 в виде шипа поднутряет выемку 26 в виде чаши в осевом направлении. Таким образом, более невозможно извлечь выступ 36 в виде шипа из выемки 26 в виде чаши в направлении стрелки 68.
Так как при изготовлении отверстий или применении сверлящих винтов 10 также необходимо передавать высокие крутящие моменты, выемка в виде чаши на промежуточном участке 16, как было указано выше, содержит профиль 70 захвата, показанный на фигуре 7. Профиль 70 захвата образован круговыми участками 72 и участками 74 захвата, расположенными между круговыми участками 72. На фигуре 7 показаны три круговых участка 72, расположенные под углом 76 примерно 120 градусов друг относительно друга. В области круговых участков 72 выемка 26 в виде чаши имеет постоянный радиус 78. Кроме того, в области участков 74 захвата выемка 26 в виде чаши имеет радиус 80, постоянно уменьшающийся к центру 82 участков 74 захвата. Этот уменьшающийся радиус 80 определяет расстояние, уменьшающееся в области участков 74 захвата. Участки 74 захвата выполнены в виде ответных круговых участков и также могут определяться отложенным снаружи радиусом 86.
Если теперь режущую часть 14 или выступ в виде шипа 36 на режущей части 14 вводят в выемку 26 в виде чаши промежуточного участка 16 для процесса прессования выдавливанием, особенно предпочтителен вариант, в котором диаметр 38 выступа 36 в виде шипа выбирают меньшим или равным наименьшему диаметру 30 выемки 26 в виде чаши в области центра 82 участков 74 захвата, благодаря чему выступ 36 в виде чаши можно легко ввести в выемку 26 в виде чаши. После этого в процессе прессования выдавливанием материал выступа 36 в виде шипа может смещаться в полости 56, определенные круговыми участками 72. Благодаря профилю 70 захвата можно дополнительно к поднутрению за счет выпуклости 60, обеспечивающей соединение в осевом направлении, обеспечить передачу крутящего момента в радиальном направлении.
Аналогично вышеприведенному описанию и фигурам, на фигурах 8-13 показаны различные варианты осуществления для случаев, в которых материал режущей части 14 не обладает достаточной способностью к деформированию. В этих случаях формование практически исключительно воспринимается промежуточным участком 16, в то время как поднутрения 88 и 90 на выступе 36 в виде шипа или в выемке 26 в виде чаши уже изготовлены на предыдущих этапах.
На фигуре 8 показан вариант, в котором выемка 26 в виде чаши содержит профиль 70 захвата на режущей части 14 и поднутрение 88. При этом выступ 36 в виде шипа имеет форму кругового цилиндра и, как было указано выше, длину, превышающую глубину выемки 26 в виде чаши, и диаметр, меньший или равный внутреннему диаметру поднутрения 88.
Особый вариант показан на фигуре 9, так как в этом случае процесс изготовления шипа на промежуточном участке 16 и прессование промежуточного участка 16 и режущей части 14 могут быть осуществлены за один этап (в зависимости от материала режущей части 14). В этом случае деформация происходит на режущей части 14. Кроме того, в этом варианте дополнительный материал, необходимый для выпуклости, образуется последующим отеканием из верхней области промежуточного участка 16. Выступ 36 в виде шипа в этом случае уже сформирован с профилем 70 захвата и поднутрением 90 на режущей части 14 в ходе предыдущего этапа.
На фигуре 10 изображен вариант, аналогичный фигуре 5, в котором профиль 70 захвата и поднутрение 88 предварительно выполнены в выемке 26 в виде чаши на режущей части 14.
На фигуре 11 изображен вариант, аналогичный фигуре 5, в котором профиль 70 захвата и поднутрение 90 предварительно выполнены на выступе 36 в виде шипа на режущей части 14.
На фигуре 12 изображен вариант, аналогичный фигуре 6, в котором профиль 70 захвата и поднутрение 88 предварительно выполнены в выемке 26 в виде чаши на режущей части 14.
На фигуре 13 изображен вариант, аналогичный фигуре 6, в котором профиль 70 захвата и поднутрение 90 предварительно выполнены на выступе 36 в виде шипа режущей части 14.
После соединения промежуточного участка 16 и режущей части 14 посредством прессования выдавливанием промежуточный участок 16, соединенный с режущей частью 14, сваривают с головной частью 12 в области участка 22 стержня.
Так как для прессования выдавливанием можно использовать сравнительно короткий промежуточный участок 16, то, с одной стороны, можно получить надежное соединение режущей части 14 и промежуточного участка 16, а, с другой стороны, -надежное сварное соединение головной части 12 и промежуточного участка 16, благодаря тому, что они изготовлены из схожих материалов. Длину винта можно выгодным образом задавать путем выбора длины участка 22 стержня головной части 12.