用于冷成型螺紋軋制模具的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說明】用于冷成型螺紋軋制模具的方法和設(shè)備
[0001]相關(guān)申請的參見引用
[0002]依照Title 35USC Sec.119 (e)，本專利要求享有2012年10月2日提交的標(biāo)題為“用于冷成型螺紋軋制模具的方法和設(shè)備”的臨時專利N0.61/708，939的優(yōu)先權(quán)，茲以參見方式將其全部內(nèi)容引入，好像完全闡述。
[0003]發(fā)明背景
[0004]本公開涉及用于制造螺紋緊固件或其他圖案的柱形物品的模具的軋制成型。更具體地，涉及利用冷成型機和工藝用于在模具上形成圖案的設(shè)備和方法。
[0005]用于螺紋軋制的螺紋成型模具利用銑削和磨削設(shè)備而普遍地生產(chǎn)。這樣的操作通常花費幾個小時來生產(chǎn)一個模組。而且，銑削和磨削生產(chǎn)的模具具有粗糙的表面。
[0006]典型地螺紋成型工具包括不動的模具和可移動的模具。移動模具的面是平的。不動模具的面是波狀的以提供和成型為緊固件的坯件接合的特定區(qū)域。模具坯料50是經(jīng)過充分地退火處理且具有洛氏硬度20到30的M-2工具鋼。在模具坯料上成型螺紋圖案后，其被熱處理到洛氏硬度C-60。
[0007]模具坯料是在模具的表面壓印出螺紋軋制圖案的矩形鋼塊。為了延長模具的使用壽命，螺紋軋制圖案生產(chǎn)在模具坯料的兩面上。一旦給定的一面磨損，則將模具坯料旋轉(zhuǎn)180°以呈現(xiàn)一個新的螺紋軋制圖案。
[0008]用于模具的根部銳利度規(guī)格傳統(tǒng)上已經(jīng)由模具生產(chǎn)限制逼迫。銑削輪和磨削輪具有最小的能力來保持精細末端，并且由于成型在模具上的末端變得更銳利，所以它們的壽命顯著縮短。
[0009]可以確定的是，螺紋軋制模具可以由具有限定螺紋圖案的脊的冷成型模具坯料來生產(chǎn)。公開的是一種降低復(fù)雜性并且提高速度(分鐘vs.小時)的機器和工藝。組合的螺紋成型模具是小公差和高耐磨性的。
[0010]應(yīng)當(dāng)理解的是，本文公開的在螺紋軋制模具上的螺紋限定脊的冷成型僅僅是示例性的設(shè)備功能，并且公開了工藝?？梢灶A(yù)期的是，工藝和設(shè)備適合于其他用途，其中使金屬變形以將圖案提供到表面上是所期望的結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]在公開的螺紋模具冷成型工藝和生產(chǎn)冷成型螺紋軋制模具的開發(fā)中，已經(jīng)認識到幾個重要的工藝局限性和后果。
[0012]第一，已經(jīng)認識到有必要軋制圓形工具來縱向橫穿工件的表面而不是試圖通過垂直于模具表面移動的平板模具以將螺紋沖壓到工件上。柱形模具的縱向移動允許工具在集中的區(qū)域形成螺紋圖案，橫穿模具面逐步擴展形狀。許多較大的物料流可以通過該軋制運動而不是沖壓來實現(xiàn)。
[0013]軋制的方向必須相對于幾乎平行于坯料的縱向邊緣的螺紋方向成低角度。使用具有足夠大直徑的工具，平行于工件邊緣而不是平行于螺紋本身軋制是可能的。該合成的工具包括螺旋形的脊，比如螺絲，而不是以環(huán)形圈形式的環(huán)形脊。這使得工藝變得實用，即使對于復(fù)雜的螺紋形式。例如，正如傳統(tǒng)方法所需要的，用于在末端具有特殊螺紋的螺釘?shù)哪＞呖梢酝瑫r成型而不是每次成型一種螺紋。
[0014]第二，已經(jīng)認識到工具必須在工件上軋制很多次，逐步發(fā)展越來越深的螺紋。這保持在工具中的應(yīng)力足夠低以防止破裂，通過許多小的道次將工作擴展出去。有可能開發(fā)一種方案，其中一定數(shù)量的道次已經(jīng)完成，每個道次均處于一定的、逐漸增加的、向下的力。
[0015]第三，已經(jīng)確定有必要限制工件嚴(yán)格地沿著平行于軋制方向的兩個縱向側(cè)面。沒有這樣的限制，工件物料垂直于工具上的螺紋流向一旁，沿著模具面的邊緣破壞螺紋。防止這種向一旁的物料流來保護工具并使工件物料向上流到工具的螺紋中并且發(fā)展成為正確的形狀。
[0016]第四，可以斷定的是，即使在使用具有多個道次的軋制的概念后，60°螺紋扣形(在所有機械螺釘上的螺紋的角度)太鈍以致不能通過單獨的工具完全成型。不管進行多少道次，仍有多少螺紋扣形可以形成的限制。因此，必須依次使用多個工具。第一，施加預(yù)成型螺紋扣形，比如一個具有30°或45°角的螺紋扣形。這樣的形狀可以由進入模具面的全螺紋深度形成。然后，具有最終的60°螺紋成型的第二工具可以用來完成形成最終模具構(gòu)造的螺紋成型脊的期望的形狀。
[0017]依次使用多個工具(例如具有30°和60°螺紋的工具)的第二個結(jié)果是通過第一工具留在工件上的螺紋可以進一步通過第二工具變形以形成不同于任一工具的形狀的工件。這可以生產(chǎn)通過成型或常規(guī)方法不可能實現(xiàn)的螺紋扣形。一個例子是更尖銳的根部，該根部提高了模具性能，超過由常規(guī)方法制成的根部。更深的模具根部允許螺紋被軋制到螺釘坯料上以自由地擴展而不是最終接觸模具的根部。由于與模具根部接觸，結(jié)果是最終螺釘產(chǎn)品具有更少的峰部損傷。這也延長了模具的壽命。
[0018]也已經(jīng)確定了，在模具上開發(fā)螺紋形狀和冷成型工具的壽命所需要的道次數(shù)目方面，柱形工具和工件之間的摩擦系數(shù)是非常重要的。并且，在工具上的特殊涂料使得在性能上有很大的不同。因此，可以預(yù)期的是冷成型工具涂覆有硬的、光滑的、碳基涂層。
[0019]螺紋模具的冷成型可以在簡單的、便宜的、相對小的機器上實施，尤其當(dāng)例如和粉末粉碎機相比時。并且，冷成型并不需要冷卻劑，或移除是冷卻劑污染物的材料。此外，利用冷成型，有別于銑削輪和磨削輪，每個工具均可以在被替換或在重整之前產(chǎn)生多個模具。
[0020]本公開的冷成型工藝?yán)昧刂贫皇强臻g的定位來將形狀塑造到模具坯料上。這允許工具不需要復(fù)雜的緊固、安裝和機械編程而容易和精確地跟隨復(fù)雜的模具輪廓。此夕卜，如稍后闡明的，可以預(yù)期的是，多個模具面可以同時處理。
[0021]本公開的冷成型工藝的模具具有非常平滑的光潔度從而降低了使用期間的摩擦力，并且延長了模具壽命。平滑的光潔度也有助于具有較低公差變化的緊固件產(chǎn)品的制造。
[0022]通過冷成型，最終的模具根部形狀可以比用于創(chuàng)造模具根部形狀的成型工具更銳利。因此，模具根部的銳利度規(guī)格可以基于模具的壽命考慮而不是基于用于制造模具的工具的脆弱考慮。
[0023]在這方面，公開了一種利用初始和后續(xù)圖案成型工具以將面圖案軋制成型到具有圖案接收面的圖案成型模具上的方法，每個工具均具有大致柱形的圖案限定表面，當(dāng)將圖案限定表面和圖案接收面接合并且驅(qū)使它們將圖案限定表面的圖案印壓到成型模具坯料的圖案接收面時，將圖案限定表面和圖案接收面相對地和連續(xù)地往復(fù)移動和旋轉(zhuǎn)。公開了一種用于實施該工藝的設(shè)備，該設(shè)備包括用于圖案成型模具的壓印盤，初始的和后續(xù)圖案成型工具，每個工具均具有大致柱形的圖案限定表面，用于將成型模具坯料的圖案限定表面和圖案接收面相對地和連續(xù)地往復(fù)運動和旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置，和用于接合表面以將圖案成型工具的圖案限定表面的圖案印壓到成型模具坯料的圖案接收面中的相對運動機構(gòu)。
【附圖說明】
[0024]圖1是用于螺紋成型模具的坯料的側(cè)面立體圖；
[0025]圖2是使用本公開的設(shè)備和工藝通過冷成型生產(chǎn)的螺紋成型模具的端部立體圖；
[0026]圖3是本公開的螺紋成型設(shè)備的立體圖；
[0027]圖4是本公開的螺紋成型設(shè)備的側(cè)視圖；
[0028]圖5是本公開的冷成型設(shè)備的局部斷開的側(cè)視圖；
[0029]圖6是本公開的圖案成型工具與螺紋形狀施加到其上的螺紋成型模具協(xié)作的立體圖；
[0030]圖7是本公開的圖案成型工具和圖6的螺紋成型模具的端部立體圖；
[0031]圖8是本公開的初始螺紋成型工具和生成的螺紋成型模具的放大比例局部剖視圖；
[0032]圖9是本公開的后續(xù)的螺紋成型工具和生成的螺紋成型模具的放大比例局部剖視圖；
[0033]圖10是根據(jù)本公開的用于冷成型模具的設(shè)備的可選構(gòu)造的側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0034]圖1示出了待加工的模具坯料或模塊50。相對面向的模具坯料的前面和后面的細長圖案接收面52和53是平的。這些矩形面接收螺紋成型脊，在使用中，這些脊將軋制的螺紋施加到柱形緊固件坯料。面52的相對縱向端部可以包括約5度的微小的錐度55，用于在螺紋軋制期間將待形成的坯料滾上和滾離。
[0035]圖2示出用于軋制成型螺紋緊固件(例如機械螺釘)的全螺紋成型模具60。在這里，面52被印壓成在縱向上沿著面52發(fā)展螺旋圖案的螺紋成型圖案54。相似的脊圖案也可以在面53上提供。
[0036]用于冷軋螺紋成型模具的機器可參見圖3。機器100某些部分示意性地在圖4和圖5中示出。機器100包含相對運動機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和工具。
[0037]參照圖3和圖4