具有连续增大的螺旋角的螺旋槽丝锥的制作方法

本发明涉及一种切削丝锥，并且更具体地涉及一种具有螺纹槽部分的螺旋槽丝锥，该螺纹槽部分具有连续增大的凹槽螺旋或连续减小的凹槽导程。

背景技术

本领域已知以低螺旋角(即高导程)或高螺旋角(即低导程)形成凹槽。“低螺旋”(或低螺旋槽)是以不超过45度的角度螺旋地“缠绕”在圆柱体上的凹槽。“超级”慢螺旋槽将是以不超过15度的角度缠绕在圆柱体上的凹槽。“高螺旋”(或高螺旋槽)是以大于45度的角度螺旋缠绕在圆柱体上的凹槽，而“超级”高螺旋槽以至少65度的角度缠绕在圆柱体上。低螺旋角槽通常用于粗切削，而高螺旋角槽则用于精切削。

直槽或慢螺旋形螺旋槽广泛用于浅盲孔攻丝。它们比高螺旋形螺旋槽具有更好的机械强度，并且通常可产生紧密卷曲的切屑。但是，由于其有限的切屑提升力，它们不能应用于深孔攻丝。切屑排出需要高螺旋槽(或低导程)，但通常会受到巢状切屑团或切屑包裹的影响。

所有攻丝中大约60％应用于盲孔中，并且大多数这些孔都用螺旋槽丝锥攻丝。长切屑材料需要快螺旋槽螺旋角(>30°)，该快螺旋槽螺旋角也受巢状切屑团或切屑包裹的影响。这是攻丝领域中最具挑战性的问题之一。目前市场上现有的丝锥没有真正解决这个问题。

鉴于以上所述研发了本发明。

技术实现要素：

巢状切屑团或切屑包裹的问题通过提供一个同时具有慢螺旋形螺旋槽角和快螺旋槽螺旋角的丝锥来解决。具体地讲，本发明提供了一种具有可变的螺旋形螺旋槽几何形状的丝锥，该几何结构的特征在于凹槽螺旋从丝锥的轴向前端朝向轴向后端发生慢至快的变化，这与常规的快至慢的设计相反。慢至快的凹槽螺旋变化速率可以是恒定或非恒定的。换句话讲，与螺旋角的正切成反比的导程从丝锥的轴向前端朝向轴向后端连续减小。测试表明，巢状切屑团被成功消除。

在本发明的一个方面，螺旋槽丝锥包括具有轴向前端和轴向后端的主体，该主体具有邻近轴向后端的圆柱形柄部分、邻近轴向前端的螺纹槽部分、在圆柱形柄部分与螺纹槽部分之间的非螺纹槽部分以及中心纵向轴线，其中螺旋槽丝锥的螺纹槽部分和非螺纹槽部分还包括相对于丝锥的中心纵向轴线以螺旋角ha形成的多个螺旋槽，并且其中螺纹槽部分的多个螺旋槽的导程大小在从轴向前端朝向轴向后端的预定距离上沿向后方向连续减小。

在本发明的另一方面，螺旋槽丝锥包括具有轴向前端和轴向后端的主体，该主体具有邻近轴向后端的圆柱形柄部分、邻近轴向前端的螺纹槽部分、在圆柱形柄部分与螺纹槽部分之间的非螺纹槽部分以及中心纵向轴线，螺旋槽丝锥还包括相对于丝锥的中心纵向轴线以螺旋角ha形成的多个螺旋槽，其中螺旋角ha的大小从轴向前端朝向非螺纹槽部分以0.5度/毫米至4.0度/毫米之间的速率连续增大。

在本发明的另一方面，一种制造螺旋槽丝锥的方法包括以下步骤：

磨削圆柱形柄，以在丝锥的轴向后端处形成圆柱形柄部分并且在丝锥的轴向前端处形成具有大径的螺纹主体部分；

磨削螺纹主体部分中的螺旋槽以形成切削刃；

将螺纹主体部分磨削至具有一定锥度以形成倒角槽节段；以及

磨削螺纹主体部分以形成切削螺纹，由此螺旋槽相对于丝锥的中心纵向轴线以螺旋角ha形成，使得螺旋槽的导程大小从丝锥的轴向前端处开始朝向轴向后端在预定距离内连续减小。

在阅读本说明书和附图之后，本发明的这些和其他方面将得到更充分的理解。

附图说明

虽然示出了本发明的各种实施方案，但是示出的实施方案不应视为对权利要求的限制。预期可以在不脱离本发明范围的情况下进行各种变化和修改。

图1是根据本发明的一个方面的螺旋槽丝锥的正侧视图；

图2是图1的螺旋槽丝锥的轴向前端的螺纹主体部分的局部放大剖视图；以及

图3是图1的螺旋槽丝锥的恒定直径槽节段的局部放大剖视图。

具体实施方式

现在参见图1，根据本发明的实施方案示出了切削丝锥10。切削丝锥10具有包括轴向前端14、轴向后端16和中心纵向轴线17的细长主体12。切削丝锥10具有邻近轴向后端16的圆柱形柄部分(括号18)、非螺纹槽部分(括号19)以及邻近轴向前端14的螺纹槽部分(括号20)。柄部分18可具有比非螺纹槽部分19和螺纹槽部分20相对更大的直径。柄部分18可任选地具有方形(未示出)以通过车削将丝锥10固定在刀架(未示出)中。切削丝锥10的非螺纹槽部分19和螺纹槽部分20包括相对于丝锥10的中心纵向轴线17以螺旋角ha形成的多个螺旋形螺旋槽22。

应当理解，根据以下公式，导程是丝锥10的螺旋角ha和直径d的函数：

导程＝π×d/tan(螺旋角)公式1

如公式1所示，导程与丝锥10的直径d成正比，并且与螺旋角ha的正切成反比。换句话讲，如果直径d和/或螺旋角ha改变，导程就会改变。

切削丝锥10在其圆柱形柄部分18处通过刀架可操作地连接到机床(未示出)等。螺纹槽部分20具有从轴向前端14处开始并在自此朝向轴向后端的方向上延伸的倒角槽节段24。倒角区域24接合恒定直径(或精切削)节段26，该节段在轴向向后方向上延伸并终止于与非螺纹槽部分19的接合处。

就具体的攻丝应用而言，带有右旋螺旋的螺旋槽丝锥将切屑从钻孔中拉出(右旋螺纹)并在盲孔中发挥作用。左旋螺旋槽丝锥将切屑引导到丝锥(右旋螺纹)的前方，并在通孔中发挥作用。带有直槽的丝锥通常在产生短切屑的诸如铸铁的材料中发挥作用。在直槽丝锥中，凹槽通过储存切屑将切屑传送出孔。

现参见图2和图3，将描述丝锥10的构造和关于倒角凹槽节段24的细节。倒角凹槽节段24具有长度44，并且相对于中心纵向轴线17以角度46形成。恒定直径(或精切削)凹槽节段26具有一系列v形切削螺纹，大致在28处示出。每个切削螺纹28具有切削刃29，并且在大径32处被牙顶30截短，在小径36处被根部34截短。被定义为大径32和小径36之间的直径的中径38有效地限定了相对于切削丝锥10的纵向轴线17的左螺纹牙侧40a和右螺纹牙侧40b的位置。

虽然图3示出了螺纹28具有在螺纹牙侧40a,40b之间形成的约60度的夹角42，但应当理解，其他角度也是可能的。例如，夹角42可在约30度和约90度之间的范围内。攻丝后，螺纹牙侧40a,40b和螺纹牙顶30与新产生的内螺纹接触。通常，丝锥10的小径36被特意设计成大于孔(未示出)的小径，并且因此不接触内螺纹。

切削丝锥10产生由一系列切削刃29形成的内螺纹形式，所述切削刃通过刻出丝锥10的螺纹槽部分而形成。将材料从孔壁移除，直到通过第一完整螺纹28在丝锥10的恒定直径(或精切削)槽节段26上获得最终螺纹形式。经过丝锥10的第一完整螺纹28的螺纹用于准确地引导丝锥10，并允许丝锥10在使用后被重新锐化。

返回参见图1，本发明的一个方面在于，螺纹槽部分20的螺旋槽22的螺旋角ha在从丝锥10的轴向前端14处开始朝向轴向后端16的轴向向后方向上连续增大，直到螺旋角ha达到最大预定值。在一个示例中，最大预定值可为约60度。具体地讲，与靠近非螺纹槽部分19的螺纹槽部分20的螺旋槽22的螺旋角ha(即，终止螺旋角ha)相比，在轴向前端14处的螺纹槽部分20的螺旋槽22的螺旋角ha(即，起始螺旋角ha)的大小相对较小。换句话讲，螺纹槽部分20的螺旋槽22的螺旋角ha的大小在从丝锥10的轴向前端14处开始的轴向向后方向上逐渐且连续增大，直到螺旋角ha达到最大预定值。

如前所述，螺旋槽22的导程与螺旋角ha的正切成反比。因此，螺纹槽部分20的螺旋槽22的从轴向前端14处开始的导程大小比螺旋槽22的靠近非螺纹槽部分19的导程大小相对较大。应当注意，尽管丝锥10的直径在非螺纹槽部分19中减小，但导程在非螺纹槽部分20中也连续减小。换句话讲，螺纹槽部分20的螺旋槽22和非螺纹槽部分19的导程大小在从丝锥10的轴向前端14开始朝向轴向后端16的轴向向后方向上的预定距离内连续减小，直到导程达到最小预定值。

应当指出的是，螺旋槽22的导程也与丝锥10的直径d成正比。还应当指出的是，非螺纹槽部分19具有比螺纹槽部分20相对较小的直径。然而，尽管螺旋槽22的螺旋角ha可在非螺纹槽部分19中减小，但螺旋槽22的导程在丝锥10的非螺纹槽部分19中也继续减小。

在本发明的一个示例中，螺纹槽部分20中的螺旋槽22的起始螺旋角ha可在约0度和约40度之间，并且靠近非螺纹槽部分19的螺旋角ha可在约20度和约60度之间。在一个实施方案中，螺纹槽部分20的螺旋槽22的螺旋角ha的大小在丝锥10的轴向向后方向上以约0.5度/毫米至约4.0度/毫米之间的速率连续增大。换句话讲，与连续增大的螺旋角ha的正切成反比的导程在从丝锥10的轴向前端14处开始的向后方向上连续减小。

在本发明的另一个示例中，螺纹槽部分20中的螺旋槽22的起始螺旋角ha可为约30度，并且终止螺旋角ha可为约50度。在该实施方案中，螺旋角ha在从丝锥10的轴向前端14处开始的向后方向上以约1.25度/毫米的速率连续增大。应当理解，螺纹槽部分20中的螺旋槽22的螺旋角ha的变化速率无需是恒定的，并且本发明可以任何期望的螺旋角ha的增大速率来实践。

测试表明，本发明切削丝锥10的螺纹槽部分20的连续增大的螺旋角ha(即，在螺纹槽部分20和非螺纹槽部分19中连续减小的导程)提供了优异的排屑性能(即，更少巢状切屑团或切屑包裹)，并且与常规的切削丝锥设计相比减小了切削力。与常规的切削丝锥设计相比，切削力的降低显著延长了工具的使用寿命并且减少了巢状切屑团或切屑包裹。

丝锥10由使用碳化钨与钴烧结而成的基材或高速钢制成。加工基材的第一步是通过诸如中心上的圆柱形横向磨削的方法或通过无心进给磨削方法，将坯料磨削成具有精确的圆柱形公差。在此步骤中，将一个圆柱形柄部磨削至适当尺寸以在丝锥10的轴向后端16处形成圆柱形柄部分18，并且在丝锥10的轴向前端14处形成螺纹槽部分20的大径38。通常，圆柱形柄部分18的直径近似等于标称螺纹直径，但圆柱形柄部分18的直径可小于大径丝锥的标称螺纹直径，或者大于小径丝锥的标称螺纹直径。一种选择可包括对作为在丝锥10的极端轴向后端处的柄部的一部分的坯料进行磨削。

在下一个步骤中，对具有连续减小的导程的一个或多个螺旋槽22进行磨削以结合倒角提供切削刃44。螺旋槽22可以是与右旋螺纹或左旋螺纹任意组合的右旋或左旋。cnc工具磨床可被编程以产生本发明的形状。

在下一个步骤中，对螺纹槽部分20进行磨削以形成v形螺纹牙侧表面40以及螺旋上的小径36和大径32。v形螺纹牙侧表面40和大径38复制攻丝过程中产生的内螺纹。根据攻丝应用，螺纹牙侧表面40以及小径36和大径32可减小或可不减小。

将螺纹槽部分20的倒角槽节段24以角度46磨削至具有一定锥度，以允许进入孔中进行攻丝，并且其倒角表面的凸纹以小于刃带角的角度从切削刃逐渐增大至达到最大值的点，然后倒角表面具有减小的凸纹，以在丝锥的根部产生小间隙。虽然可以通过由凸轮产生凸纹的常规磨机在直槽丝锥上产生这种形状，但这种技术不能在螺旋槽丝锥上产生这种形状。cnc工具磨床可被编程以产生本发明的形状。

在磨削之后，可用研磨介质或研磨刷珩磨丝锥10以在切削刃和其他尖角上形成小半径。所得的半径可在0和100微米之间。这种珩磨进一步增大了这些刃的强度。

接下来，丝锥10可任选地涂覆有金属氮化物、碳化物、碳氮化物、硼化物和/或氧化物的耐磨层(未示出)，其中金属选自以下物质中的一种或多种：铝、硅以及元素周期表的iva、va和via族过渡金属。该层以单个单层或多层(包括交替层)沉积。低摩擦层也可沉积在这些耐磨层上方。

在该过程的最后一步中，可在施加耐磨层后对前刀面进行抛光。

如上所述，本发明的螺旋槽丝锥具有多个以螺旋角ha形成的螺旋形螺旋槽，该螺旋角ha从丝锥的轴向前端朝向轴向后端连续增大(即，导程连续减小)，直到螺旋角ha达到最大预定值。与常规的丝锥设计相比，连续增大的螺旋角ha产生具有卓越性能特征的丝锥，诸如更长的工具使用寿命和切屑排出(更少的巢状切屑团或切屑包裹)。

本文所提到的专利和出版物据此以引用方式并入。

虽然当前已描述了优选实施方案，但本发明在所附权利要求书的范围内可以其他方式体现。