Jak powstaje śruba maszynowa?

Zapotrzebowanie na śruby nie wykazuje oznak spowolnienia - ale skąd się wzięły i jak są wykonane?

Świat zużywa elementy złączne w niesamowitym tempie. Ponad 2,5 miliona elementów złącznych trafia do każdego Boeinga 747, a jako zagłębienia nauki i technologii rośnie również światowy popyt na łączniki gwintowane. Proces produkcji śrub ewoluuje nieustannie, starając się zachować szybkość, wydajność i wyprzedzać krzywą; ale w istocie proces produkcji śrub niewiele się zmienił w ciągu ostatnich 300 lat. Śruby mogą być zaprojektowane z niezliczonymi permutacjami, w tym specjalistycznymi typami głowicy i napędu, drobnymi podziałami, gruboziarnistymi, gwintami prawymi lub leworęcznymi oraz płaskimi końcówkami lub punktami gimlet, aby wymienić tylko kilka. Konkretne etapy w procesach produkcyjnych mogą być tak zróżnicowane jak same śruby, ale we współczesnym świecie produkcję łączników można na ogół podzielić na dwie techniki, które różnią się obróbką stosowaną do formowania gwintów: śruby walcowane gwintowane i śruby do gwintów.

Historia

Najwcześniejsze śruby metalowe były przełomem we współczesnej inżynierii. Innowacja dodała zęby spiralne do sprawdzonej formuły paznokci i stworzyła niezrównany przemysłowy element zapięcia. Śruby były szczególnie popularne w produkcji pistoletów, ze względu na ich zdolność do opierania się poluzowaniu pod wibracjami napotkanymi podczas strzelania. Dla porównania, komponenty takie jak gwoździe mogą (i mogłyby) po prostu wypadać po pewnym okresie użytkowania, powodując niewystrzelenie broni lub nawet rozpadanie się w środku bitwy. Wczesne śruby były produkowane z gwoździ i pracochłonnie rzeźbione ręcznie. Ta metoda produkcji oznaczała, że produkcja była powolna, jakość słaba, a dwie śruby nigdy nie były identyczne.

Dzięki dużemu zapotrzebowaniu na śruby, wynalazcy z całej Europy próbowali tworzyć urządzenia do mechanizacji procesu produkcji śrub. Wysiłki te doprowadziły do opracowania maszyny przez Joba i Williama Wyattów w 1760 roku, która mogła autonomicznie przeciąć około 10 jednolitych śrub na minutę. Podczas gdy wiele specjalistycznych tokarek śrubowych zostało opracowanych przez indywidualnych producentów śrub w XVIII wieku, przecinarka śrubowa braci Wyatt jest powszechnie uważana za jeden z pierwszych przykładów zautomatyzowanej produkcji masowej. Od XVIII wieku projektowanie i produkcja elementów złącznych odnotowały znaczne postępy i stale się rozwijają w celu poprawy wszechstronności, jakości i wydajności produkcji elementów złącznych.

Zainteresowanym więcej informacji na temat historii maszyn do produkcji śrub polecamy tę książkę na ten temat, która oferuje wybór rysunków technicznych i schematów przedstawiających stare maszyny: Historia Przemysłu Śrubowego i Nakrę tkowego

Konstrukcja łącznika

Do określenia różnych obszarów śruby stosuje się różne standardy produkcyjne, co sprawia, że prawie każda śruba jest modułowym połączeniem różnych funkcji. Na przykład rozmiar i skok gwintu metrycznego są zdefiniowane przez ISO 261, ale łeb stożkowy na tej samej śrubie byłby zdefiniowany przez inną normę, taką jak ISO 10642 - śruby z łbem stożkowym z gniazdem sześciokątnym, materiał tej śruby może być zdefiniowany przez ISO 3506. Wiele standardów służy do definiowania atrybutów dowolnej śruby i może definiować wszystko, w tym rozmiar gwintu, typ głowicy, typ napędu, materiał i wykończenie.

Surowce

Prawie wszystkie śruby rozpoczynają swoje życie jako pręt lub jedna ciągła szpula z drutu metalowego. Drut szpulkowy jest używany do mniejszych rozmiarów, ponieważ jest łatwiejszy w transporcie i może być stale podawany do maszyny, ale w przypadku znacznie większych rozmiarów śruby należy wyciąć z litego pręta. Szpula drutu jest smarowana i podgrzewana w celu zwiększenia obrabialności i jest podawana do prostownicy, aby zapewnić, że nie ma niewspółosiowości w produkcie końcowym. Po wyprostowaniu drut jest cięty na żądaną długość, a szereg matryc służy do stopniowego przebicia konturu kształtu główki śruby i tworzenia fazowania na końcu śruby. Ten etap jest znany jako formowanie na zimno i tworzy „blank” - gładki, pozbawiony cech szablon śruby, bez gwintów i bez napędu przeciętego w głowicy.

Cięcie napędu

Proces produkcji napędu śrubowego zależy od rodzaju głowicy i napędu. W przypadku niektórych napędów i typów głowicy beznapędowej ten krok nie jest potrzebny, ponieważ jest wykonywany podczas formowania na zimno. W przypadku zwykłego napędu szczelinowego i niektórych napędów Phillipsa rowek jest cięty w procesie wtórnym.

Walcowanie gwintów

Półfabrykaty śrub są następnie podawane do matryc do walcowania gwintów, które mogą tworzyć gwint śrubowy na wiele sposobów. Najczęstszą metodą jest matryca tłokowa, w której śruba jest walcowana pod ekstremalnie wysokim ciśnieniem między dwiema płaskimi matrycami — z których jedna pozostaje nieruchoma. Proces ten wydrukuje gwint na śrubę i może wytworzyć setki śrub na minutę. Dodatkowe metody obejmują matryce cylindryczne, w których śruba jest podawana do pary (lub trójki) cylindrycznych matryc, które obracają się w stałej pozycji, lub obrotowe matryce planetarne, w których kilka cylindrycznych matryc toczy się wokół nieruchomej śruby. Śruby wytwarzane przez walcowanie gwintów znacznie przewyższają śruby wycinane maszynowo, ponieważ półfabrykat nie jest cięty podczas produkcji, ale jest zagęszczany i wzmacniany przez matryce. Wkręty walcowane gwintowanym firmy Accu mają doskonałe wykończenie, zwiększoną twardość powierzchni, wytwarzają mniej odpadów, są dokładniejsze i są znacznie szybsze w produkcji niż alternatywy do cięcia maszynowego.

Cięcie gwintów

W przypadku produkcji niestandardowych śrub o mniejszej objętości cięcie trzpienia, a następnie gwintów w materiał prętowy może stanowić bardziej ekonomiczny sposób wytwarzania niestandardowych elementów złącznych. Istnieje kompromis z tą techniką - zazwyczaj gwinty są o 30% słabsze niż w przypadku techniki walcowanej, ale gdy potrzebne są krótkie serie wkrętów na zamówienie, jest to alternatywa warta rozważenia. Technika ta oferuje również kilka interesujących możliwości w zakresie wykorzystania precyzyjnych tokarek cnc do znakowania elementów złącznych z drobnymi wzorami i logo.

Kontrola jakości

Po wytworzeniu próbka partii jest wybierana do kontroli, aby upewnić się, że wszystkie produkty zostały wyprodukowane zgodnie ze specyfikacją. Cyfrowy sprzęt metrologiczny służy do zapewnienia, że wszystkie komponenty są zgodne z ogólną tolerancją Accu +0,13/-0,13 mm dla wszystkich wymiarów. Dzięki unikalnemu procesowi walcowania gwintów walcowane gwinty są mierzone według jeszcze ściślejszego standardu +0,00/-0,13 mm, ponieważ precyzyjnie walcowane gwinty nigdy nie powinny być zbyt duże. Aby uzyskać więcej informacji na temat tolerancji gwintów - zobacz ten artykuł: Z rozumienie tolerancji gwintów metrycznych ISO

Obserwuj proces produkcji śrub

Przygotowaliśmy wybór filmów z YouTube, które pokazują szereg technik produkcji śrub maszynowych. Ten film pokazuje kutą na zimno głowicę i późniejszy proces walcowania gwintów.

Ten film pokazuje technikę znacznie mniejszej objętości wykonywania śruby na tokarce ręcznej:

Mamy nadzieję, że podobał Ci się ten artykuł - jeśli masz jakieś pytania, napisz komentarz, a my z przyjemnością pomożemy.