專利名稱：沖擊扳手砧座及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沖擊扳手，并且更具體涉及沖擊扳手中改進(jìn)的砧座。
背景技術(shù)：
沖擊扳手中使用的砧座的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)包括圓形部分，其過渡到方形部分。圓形部分接納在沖擊扳手內(nèi)并用作支承軸頸。方形部分接納在沖擊套筒(impact socket)中。從圓形截面到方形截面的過渡必然在過渡部分中產(chǎn)生尖銳拐角或者小倒圓。
這些尖銳拐角或者小倒圓可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)無效。初始情況下，當(dāng)零件全新時(shí)，砧座的方形部分和沖擊套筒之間存在最小間隙。然而，經(jīng)過長時(shí)間使用，沖擊套筒可能“受損”，導(dǎo)致與砧座的方形部分的更松配合。方形部分界面和沖擊套筒之間增加的間隙允許砧座的方形部分的中心線與沖擊套筒的中心線不平行。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，軸向沿著方形部分和沖擊套筒的界面存在的兩者之間的理論線接觸變成了接觸點(diǎn)。這些接觸點(diǎn)形成于圓形主體和方形驅(qū)動(dòng)部之間過渡中尖銳倒圓處并且導(dǎo)致增加的應(yīng)力區(qū)域。
此外，當(dāng)沖擊套筒變得“受損”時(shí)，沖擊套筒的拐角將“挖”入過渡部分中的尖銳倒圓中。沖擊套筒和方形部分之間的這種挖掘可以損壞砧座，導(dǎo)致應(yīng)力集中區(qū)域。當(dāng)應(yīng)力建立在這些點(diǎn)上時(shí)，砧座可能在應(yīng)力集中區(qū)域中失效。從而，這可能導(dǎo)致砧座的早期失效。
砧座中尖銳倒圓問題的一種解決方案是增加砧座的整體強(qiáng)度。例如，已經(jīng)嘗試增加鋼中合金元素(例如碳或者鎳)的量。不利的是，這種合金的加入導(dǎo)致砧座內(nèi)殘余奧氏體量的增加。殘余奧氏體制約了用于沖擊加載的強(qiáng)度并且通常導(dǎo)致疲勞失效。從而，依然存在提供降低應(yīng)力集中區(qū)域并延長砧座壽命的改進(jìn)的砧座設(shè)計(jì)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種適于接納在沖擊扳手內(nèi)的砧座。砧座包括圓形主體和形成于該圓形主體端部的方形頭部。錐形斜面從圓形主體延伸至方形頭部。從錐形斜面至方形頭部的過渡部分形成倒圓。該倒圓具有約2mm的曲率。在該過渡部分中，所有表面結(jié)合以消除尖銳拐角和小倒圓。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供了一種沖擊工具的砧座，其具有由鋼形成的主體，所述鋼具有小于0.15％的碳和約2.95至約3.55％之間的Ni以及約1.0至約1.45％之間的Cr。該主體具有通過滲碳形成的、具有大于0.15％碳的碳含量的外層。該滲碳外層具有顯微結(jié)構(gòu)，該顯微結(jié)構(gòu)具有通過多次熱處理/淬火循環(huán)形成的大于90％的回火馬氏體。
根據(jù)下文中提供的詳細(xì)說明，本發(fā)明可應(yīng)用的其他領(lǐng)域?qū)⒆兊妹黠@。應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然詳細(xì)說明和具體示例顯示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是它們僅用于舉例說明，而并不限制本發(fā)明的范圍。


根據(jù)詳細(xì)說明和附圖，本發(fā)明將得以更加充分理解，其中圖1是具有根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的砧座的示例性沖擊扳手的側(cè)視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的砧座的透視圖；圖3是圖2中所示的砧座的剖視圖；以及圖4是圖2和3中的砧座的局部視圖。
具體實(shí)施例方式
以下對優(yōu)選實(shí)施例的說明本質(zhì)上僅是示例性的并且根本不限制本發(fā)明、其應(yīng)用或者用途。
參照附圖1，其中示出示例性沖擊扳手8包括根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)造的改進(jìn)的砧座100。沖擊扳手8還包括容納電動(dòng)機(jī)14的殼體12，電動(dòng)機(jī)的輸出與齒輪組件16連接。齒輪組件16將輸出傳輸至凸輪軸18，凸輪軸進(jìn)而驅(qū)動(dòng)沖擊器20。改進(jìn)的砧座100安裝在沖擊器20內(nèi)。安裝在殼體12上的扳機(jī)和手柄組件22用于起動(dòng)電動(dòng)機(jī)14。
通常，圓形主體30在形狀上呈圓柱形并且在其一端具有增大的底部36。增大的底部36包括從其上延伸并適于接納在沖擊器20中的兩個(gè)鎖定翼38?；康箞A40繞該增大的底部36的圓周延伸并且延伸至圓形主體30，從而連接這兩個(gè)部分。
方形驅(qū)動(dòng)頭32包括側(cè)表面42和前表面44?？蛇x的定位銷孔46從側(cè)表面42之一延伸穿過驅(qū)動(dòng)頭32。將定位銷孔46的尺寸確定為接納定位銷(未示出)。方形驅(qū)動(dòng)頭32適于插入工具部件(未示出)中。
過渡區(qū)域34包括從圓形主體30延伸至方形驅(qū)動(dòng)頭32的錐形斜面52。倒圓54形成于方形驅(qū)動(dòng)頭32的拐角處，在此，表面42與錐形斜面52相交。以前，這些倒圓54形成應(yīng)力集中區(qū)域并且是砧座100的潛在材料失效的根源。
現(xiàn)在參照圖3和4并一直參照附圖3，過渡區(qū)域34包括從圓形主體30延伸至方形驅(qū)動(dòng)頭32的錐形斜面52。應(yīng)當(dāng)理解的是，通過將方形頭部和圓形主體制造成具有大致相同直徑，則可以去除錐形斜面。砧座100的設(shè)計(jì)致使在砧座100的圓形主體30和改進(jìn)方形驅(qū)動(dòng)頭32之間的過渡區(qū)域34中材料增加，尤其是在錐形斜面52處。該材料形成繞錐形斜面52的圓周的倒圓54。如圖3中所示，砧座100在倒圓54的截面面積大于方形驅(qū)動(dòng)頭32的截面面積。倒圓54消除了現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的尖銳倒圓并且消除了這些應(yīng)力集中區(qū)域和砧座100失效的潛在根源。
砧座100還具有由成圓形截面的圓形主體確定的第一部分56和由方形頭部確定的第二部分58，所述方形頭部具有方形截面，而過渡部分由具有大約2mm的外部倒圓的錐形斜面確定。砧座100具有小于約1.8微米表面光潔度的表面。尤其是，第二部分和過渡部分具有小于1.6微米的表面光潔度，而第一部分或圓柱主體30具有小于約0.8微米的表面粗糙度。不考慮加工痕跡方向(lay)，錐形斜面34、表面42、倒圓54以及所有凸起和凹陷過渡部分的表面結(jié)構(gòu)具有平均小于1.6微米的粗糙度Ra。
砧座100具有由一種鋼制成的主體，所述鋼具有小于0.15％的碳，2-4％(優(yōu)選2.95-3.55％)之間的Ni和0.75-1.5％(優(yōu)選1.0-1.45％)之間的Cr。此外，優(yōu)選地，該砧座100具有0.4-0.7％的Mn，0.15-0.3％的Si，和0.08-0.15％的Mo。高Ni和Cr含量的組合與低碳含量一起為材料提供了以下能力，即不僅在受熱處理時(shí)保持高的疲勞極限，而且保持非常高的沖擊強(qiáng)度。該合金具有顯微結(jié)構(gòu)，該顯微結(jié)構(gòu)具有由多次熱處理/淬火循環(huán)形成的多于90％的回火馬氏體并且優(yōu)選具有約98％的回火馬氏體。
如上所述，砧座100受到滲碳和隨后的熱處理。尤其是，在約1650°F至1700°F的溫度下對砧座100進(jìn)行滲碳，以使表面含碳水平變成0.6-1.0％之間，并且隨后進(jìn)行淬火。然后，該砧座受到兩次重新加熱和淬火循環(huán)，以限制殘余奧氏體量。就此而言，在含碳0.6-1.0％的氣氛下將砧座重新加熱至1450-1525°F之間。優(yōu)選在油中進(jìn)行淬火，油溫在100-300°F之間。由于材料的高Ni含量，附加的熱處理和淬火循環(huán)是尤其必要的。通過對材料進(jìn)行兩次連續(xù)重新加熱和淬火，滲碳層的顯微結(jié)構(gòu)得以改進(jìn)并且顯著提高了材料的疲勞特性，將沖擊砧座的使用壽命提高了2-10倍。
本發(fā)明的說明本質(zhì)上僅是示例性的，從而，不脫離本發(fā)明精神的改變將在本發(fā)明范圍內(nèi)。此類改變將被不認(rèn)為是脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種制造沖擊工具的砧座的方法，包括提供砧座，其包括具有小于0.15％的碳和約2％至約4％的Ni的鋼；以及對該砧座進(jìn)行多次加熱和淬火循環(huán)。
2.如權(quán)利要求1所述的制造砧座的方法，其中該砧座還包括0.15-0.3％的Si。
3.如權(quán)利要求1所述的制造砧座的方法，其中對砧座進(jìn)行多次熱處理和淬火循環(huán)是對砧座進(jìn)行滲碳和淬火以及兩次隨后的重新加熱和淬火循環(huán)。
4.如權(quán)利要求1所述的制造沖擊扳手的砧座的方法，其中在約1450-1525°F之間的溫度下對砧座進(jìn)行多次熱處理循環(huán)，所述多次熱處理循環(huán)之間存在淬火循環(huán)。
5.如權(quán)利要求1所述的制造沖擊扳手的砧座的方法，其中提供具有圓柱第一部分和方形第二部分以及位于其間的過渡部分的砧座，所述過渡部分具有2mm的外部倒圓。
6.如權(quán)利要求5所述的制造砧座的方法，其中在不考慮加工痕跡方向的情況下，提供具有小于1.6微米R(shí)a的表面結(jié)構(gòu)的砧座。
7.如權(quán)利要求5所述的制造砧座的方法，其中第二部分具有小于1.6微米的表面光潔度。
8.一種沖擊工具的砧座，包括由鋼形成的主體，所述鋼具有小于0.15％的碳和約2.95％至約3.55％之間的Ni，以及約1.0％至約1.45％之間的Cr，所述主體具有通過對主體滲碳形成的具有大于0.15％的碳的碳含量的外層；以及顯微結(jié)構(gòu)，該顯微結(jié)構(gòu)具有通過多次熱處理/淬火循環(huán)形成的大于90％的回火馬氏體。
9.如權(quán)利要求8所述的砧座，其具有圓形截面的第一部分和方形截面的第二部分以及其間的過渡部分，所述過渡部分具有約2mm的外部倒圓。
10.如權(quán)利要求9所述的砧座，其中表面具有小于1.6微米的表面粗糙度。
11.如權(quán)利要求9所述的砧座，其中第一部分和過渡部分具有小于1.6微米的表面粗糙度。
12.如權(quán)利要求8所述的砧座，其具有大于約98％重量的馬氏體。
13.一種沖擊扳手，包括具有由合金鋼形成的主體的砧座，所述合金鋼具有小于0.15％的C和2.95％至3.55％之間的Ni，以及1.0％至1.45％之間的Cr，所述主體由大于約90％的回火馬氏體形成，所述回火馬氏體通過多次加熱和淬火循環(huán)形成。
14.如權(quán)利要求13所述的沖擊扳手，其中該主體在約1450-1525°F之間的溫度下受到多次熱處理循環(huán)，所述多次熱處理循環(huán)之間存在淬火循環(huán)。
15.如權(quán)利要求14所述的沖擊扳手，其中該主體具有通過滲碳處理形成的碳含量大于0.6％的外層。
16.如權(quán)利要求15所述的沖擊扳手，其中砧座主體具有圓形截面的第一部分，和具有第一截面面積的任何方形截面的第二部分，以及其間的過渡部分，所述過渡部分具有大于所述第一截面面積的第二截面面積。
17.如權(quán)利要求16所述的沖擊扳手，其中該主體具有小于0.8微米的表面光潔度。
18.如權(quán)利要求17所述的沖擊扳手，其中該第一部分和過渡部分具有小于1.6微米的表面光潔度。
全文摘要
本發(fā)明公開了沖擊扳手砧座及其形成方法。適于接納在沖擊扳手內(nèi)的砧座包括圓形主體和方形頭部。方形頭部形成于圓形主體的一端。錐形斜面從圓形主體延伸至方形頭部。在錐形斜面中形成倒圓。
文檔編號(hào)C21D1/18GK1800430SQ20051013610
公開日2006年7月12日 申請日期2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月7日
發(fā)明者托馬斯·J·博丁, 戴維·S·布魯納, 艾倫·M·帕里斯 申請人:布萊克和戴克公司