无缝无毛刺挤压丝锥及其制作的内螺纹的制作方法

本实用新型涉及一种加工工具，尤其涉及无缝无毛刺挤压丝锥及其制作的内螺纹。

背景技术：

现有内螺纹成型技术是：先钻孔或冲孔，然后用以下三种方法：①丝锥攻丝；②车削螺纹；③铣削螺纹。先不论车削螺纹和铣削螺纹，因为车削和铣削螺纹属于切削加工且局限于加工公称尺寸较大的螺纹，而用丝锥加工螺纹的方法比较通用。

丝锥以有无屑分类为：有屑丝锥和无屑丝锥。

有屑丝锥以排屑方向分为：前排屑丝锥(螺尖丝锥、反螺旋槽丝锥)、后排屑丝锥(螺旋槽丝锥)、容屑在槽中丝锥(直槽丝锥)、内容屑丝锥；通过切削丝锥加工内螺纹的方法加工出的普通三角内螺纹小径处牙底通常是平的，且容易有飞边毛刺。

无屑丝锥常见的有挤压丝锥。挤压丝锥是利用金属塑性变形原理而加工内螺纹的一种新型螺纹刀具，特别适用于强度较低、塑性较好的铜合金和铝合金，也可用于不锈钢和低碳钢等硬度低、塑性大的材料攻丝，在中碳钢和高碳钢以及合金钢中也有应用。

用以往挤压丝锥来加工内螺纹，可以得到比切削丝锥加工的螺纹更高的表面光洁度，并且挤压成型螺纹时不破坏金属的纤维组织，提高了内螺纹齿部分的材料致密度，螺纹表面形成硬化层，大幅增加了内螺纹强度，但内螺纹小径牙底处会有缺缝且有飞边毛刺。以往挤压丝锥攻丝螺纹成型后，由于螺纹成型过程中工件材料塑性变形流动，最终内螺纹小径牙底中间处形成缺缝(如图21)，在螺纹装配时经常造成外螺纹牙误旋入到缺缝中，造成外螺纹有可能旋不进本应进入的内螺纹牙型中，不利于螺纹旋合，虽然有无屑的特点和增强了内螺纹的强度的优点，但并不被对螺纹有高要求的场合使用。

通常60°三角螺纹的内螺纹小径处牙底都是平的，也就是直线连接，牙底和牙面形成两个120°左右的夹角，且常有飞边毛刺，不利于螺纹装配。

技术实现要素：

本实用新型针对以上问题，提供了一种将挤压丝锥牙底做成规定r圆弧连接，消除了以往挤压丝锥成型内螺纹的缺缝和飞边毛刺，精准控制螺纹旋合率的无缝无毛刺挤压丝锥及其制作的内螺纹。

本实用新型的技术方案是：包括方部﹑柄部和螺纹部，所述螺纹部包括挤压部分和校准部分，所述校准部的牙型半角为α，校准部的牙型螺纹旋合率为δ，螺纹部的螺距为p；螺纹部的牙底的曲率半径为r；所述曲率半径r＝(7-5δ)p/(16cosα)；

所述校准部的螺纹原始三角形高度为h，所述校准部牙顶的平顶直线低到其切取高度以h/8为极限，螺纹小径处圆弧牙底的切取高度h2小于h/4，并从h/4处以规定尺寸(b)下降。

所述规定尺寸(b)为5μm～45μm。

所述螺纹部的牙型角为60°，所述牙底的曲率半径r与牙底小径切取高度h2相等。

所述挤压部的螺纹牙顶呈圆弧面(r1)

所述挤压部分(l5)的螺纹长度为0.5p-25p。

所述内螺纹的小径牙顶呈连续封闭状态的圆弧面或呈微缝状态。

本实用新型无缝无毛刺挤压丝锥因为有效控制了螺纹小径处的牙底r圆弧，可以得到连续、光滑的小径牙底r圆弧内螺纹，并使其与牙面连接形成光滑曲线，螺纹旋合的时候牙底圆弧部分有导向的作用，引导了与外螺纹的旋合，优于平底螺纹，更利于螺纹装配。解决了以往挤压丝锥成型内螺纹的飞边毛刺和缺缝问题，体现了挤压成型螺纹优于切削成型螺纹的优点，大幅提高了螺纹连接的强度和质量，提高了内螺纹生产效率，更加适应高要求的螺纹连接。也可通过增大攻丝底孔尺寸，得到微缝状态(牙底中间处设置有微缝，牙底和牙面还是圆弧连接，如图22)的内螺纹，应用于对小径要求不高的场合。

本实用新型具有如下特点：

1、解决了以往挤压丝锥成型内螺纹时内螺纹小径处产生的缺缝和飞边毛刺。

2、通过控制无缝无毛刺挤压丝锥牙底r圆弧来较精准控制螺纹旋合率(δ)，r＝(7-5δ)p/(16cosα)。

3、降低挤压丝锥的攻丝扭矩，提高挤压丝锥的强度和生产效率。

附图说明

图1是本实用新型挤压丝锥校准部分螺纹形状结构示意图，

图2是挤压丝锥校准部分螺纹结构示意图，

图3是挤压丝锥校准部分螺纹牙底结构示意图，

图4是挤压丝锥挤压部分螺纹牙顶的结构示意图，

图5是类型1：m7以下通孔用挤压丝锥的结构示意图，

图6是类型2：m7以下盲孔用挤压丝锥的结构示意图，

图7是类型3：盲孔用带颈挤压丝锥的结构示意图，

图8是类型4：m7以上挤压丝锥的结构示意图，

图9是类型5：m5以下螺母挤压丝锥的结构示意图，

图10是类型6：直径d∈(5mm～30mm]圆柄(无方头)螺母挤压丝锥的结构示意图，

图11是类型7：直径d＞5mm的螺母挤压丝锥的结构示意图，

图12是类型8：带内冷孔的挤压丝锥的结构示意图，

图13是3棱挤压丝锥螺纹横截面形状结构示意图，

图14是4棱挤压丝锥螺纹横截面形状结构示意图，

图15是5棱挤压丝锥螺纹横截面形状结构示意图，

图16是6棱挤压丝锥螺纹横截面形状结构示意图，

图17是本案无缝无毛刺挤压丝锥攻丝状态螺纹成型结构示意图，

图18是普通挤压丝锥攻丝状态螺纹成型结构示意图，

图19是切削丝锥攻丝状态螺纹成型结构示意图，

图20是本实用新型的挤压丝锥成型的内螺纹小径牙底封闭状态牙型图；

图21是采用现有挤压丝锥成型的内螺纹小径牙底牙型图；

图22是本实用新型的挤压丝锥成型的内螺纹小径牙底微缝状态牙型图；

图中d是丝锥螺纹的公称尺寸、d1是柄径、d2是颈径、d3是内冷孔径、l是丝锥边到边总长、l是螺纹长度、l1是颈部长度(退刀部分)、l2是丝锥方头长度、l5是挤压部分螺纹长度、l减去l5部分是螺纹校准部分、kr是挤压锥主偏角、rk是挤压丝锥棱顶曲率半径、5是油槽，2a是方头(方头呈正四边形或正六边形)。

具体实施方式

本实用新型如图1-21所示；包括柄部和螺纹部，所述螺纹部包括挤压部分和校准部分，挤压部分齿形是后一齿比前一齿高，当挤压丝锥前进运动时，每一个齿每一个棱都挤压一层金属变形，挤压丝锥主要的挤压成型工作是由挤压部分担负。校准部分的齿形是完整的，它主要用来校准螺纹，并起导向作用，所述校准部的牙型半角为α，校准部的牙型螺纹旋合率为δ，螺纹部的螺纹的螺距为p；螺纹部的牙底的曲率半径为r；所述曲率半径r＝(7-5δ)p/(16cosα)；

所述校准部的螺纹原始三角形高度为h，所述校准部牙顶的平顶直线低到其切取高度以h/8为极限，螺纹小径处圆弧牙底的切取高度h2小于(浅到不超过)h/4，并从h/4处以规定尺寸(b)下降，以螺纹小径处圆弧牙底的切取高度h2值为半径作无缝无毛刺挤压丝锥的牙底r圆弧，且与两牙面相切。

所述规定尺寸(b)为5μm～45μm。

所述螺纹部的牙型角为60°，所述牙底的曲率半径r与牙底小径切取高度h2相等。

所述挤压部的螺纹牙顶呈圆弧面(r1)。圆弧面(r1)与牙面的相切点在h/8处。

所述挤压部分(l5)的螺纹长度为0.5p-25p。

所述内螺纹小径处的牙顶呈连续封闭的圆弧面或呈微缝状态。

通过控制无缝无毛刺挤压丝锥牙底r圆弧值来较精准控制螺纹旋合率(如图2)；

设：牙底曲率半径为r

螺纹原始三角形高度为h

理论牙型高度为h

实际啮合高度为h1

牙底小径切取高度h2

螺距为p

牙型半角α

螺纹旋合率为δ(参照h＝5h/8＝100％)

已知条件：r＝oc，ae＝h，ef＝p/2，h＝h-h/8-h/4＝5h/8，∠oac＝α

在△abc和△aef中

∵∠aef＝∠abc＝90°

∠bac＝∠eaf

∴△abc～△aef

∴ab/ae＝bc/ef①

h＝h－h/8－h/4＝5h/8

δ＝h1/h×100％＝h1/(5h/8)

h1＝δh＝δ·5h/8

ab＝h-h/8-h1＝h-h/8-δ·5h/8

ae＝h

在rt△obc中∠ocb＝∠oac＝α

oc＝r

bc＝oc·cosα＝rcosα

ef＝p/2

回代上述比例式①得：

(h-h/8-δ·5h/8)/h＝rcosα/p/2

化简得:

r＝(7-5δ)p/(16cosα)

在60°牙型角(牙型半角30°)的螺纹中牙底圆弧半径r与牙底小径切取高度h2相等。

如图3，已知条件：∠qaj＝30°，∠ocj＝∠oqj＝90°，oq＝oc＝r，aq＝h2

在△oqj与△ocj中

∵oq＝oc＝r

oj＝oj

∠ocj＝∠oqj＝90°

∴△oqj≌△ocj(hl)

∴∠qoj＝∠coj

∴oj平分∠aoc

∵∠oac＝30°

∠oca＝90°

∴∠aoc＝60°

又∵oj平分∠aoc

∴∠qoj＝30°＝∠qaj

∴△oaj为等腰三角形

∴oq＝aq

∴r＝oq＝aq＝h2

∴r＝h2

在60°牙型角(牙型半角30°)的螺纹中，当螺纹小径处圆弧牙底的切取高度h2等于h/4时，螺纹旋合率δ为80％。

如图3所示，已知条件：h2＝h/4；h＝5h/8；δ＝(h1/h)*100％

h1＝h-qg

前面已经证明了r＝oq＝oc＝aq＝h2，∠aoc＝60°，

∴∠qoc＝60°

∴△qoc为等边三角形

又∵cg⊥oq

∴cg平分∠ocq

∴qg＝og＝(1/2)*oq＝(1/2)*h2＝(1/2)*(h/4)＝h/8

∴h1＝h–qg＝(5h/8)–(h/8)＝4h/8

∴δ＝(h1/h)*100％＝(4h/8)/(5h/8)＝80％

严格控制挤压丝锥的牙底r圆弧和调整工件攻丝前的底孔尺寸可以得到较理想的三角螺纹内螺纹的牙底r圆弧，有效的消除内螺纹牙底的挤压缺缝，避免了内螺纹牙底的飞边毛刺，并使内螺纹牙底圆弧光滑过渡，有利于引导和外螺纹的旋合。以往挤压丝锥由于缺缝的产生，对攻丝前的底孔尺寸精度要求很高，而牙底做成规定r圆弧的无缝无毛刺挤压丝锥对攻丝前的底孔精度要求有所降低。只需要根据不同工件的材质适当调整底孔尺寸，就可以得到无缝无飞边毛刺的小径牙底r圆弧的内螺纹。

挤压丝锥牙底做成规定圆弧也改善了丝锥螺纹牙底的尖角的应力集中，增强了挤压丝锥的强度，减少了加工余量，提高了挤压丝锥生产效率。

挤压丝锥的挤压部分(l5)的牙顶也做成圆弧r1，牙顶圆弧与牙面的相切点在h/8处。

相比较：挤压部分牙顶平顶的挤压丝锥，与挤压部分牙顶圆弧顶的挤压丝锥，在攻丝过程中牙顶圆弧顶的挤压丝锥更利于工件材料的塑性变形，便于内螺纹的形成，减小了挤压丝锥的攻丝扭矩。

挤压丝锥的类型

如图5，类型1：m7以下通孔用，l5做成2p～6p。

如图6，类型2：m7以下盲孔用，l5做成0.5p～3p。

如图7，类型3：带颈盲孔用，l5做成0.5p～3p。

如图8，类型4：m7以上，l5做成0.5p～6p。

如图9，类型5：m5以下螺母挤压丝锥，l5做成18p～25p。

如图10，类型6：直径d∈(5mm～30mm]圆柄(无方头)螺母挤压丝锥，l5做成20p～25p。

如图11，类型7：直径d＞5mm的螺母挤压丝锥，l5做成20p～25p。

如图12，类型8：带内冷孔的挤压丝锥,一般用于盲孔，l5做成0.5p～3p。

挤压丝锥的棱数可设为奇数也可设为偶数，可根据具体技术条件设定。rk为棱顶曲率半径，可根据不同的工件材质作以调整。5为油槽也可装夹倒角刀，挤压丝锥可以设置油槽，也可不设置油槽。

本实用新型的挤压丝锥和以往的挤压丝锥成型内螺纹牙型对比，以往的挤压丝锥成型的内螺纹牙底出现缺缝和飞边毛刺，本实用新型的挤压丝锥成型的内螺纹牙底已消除缺缝，无飞边毛刺，牙底圆弧光滑与两牙面连接。

螺纹连接强度是通过工件材质和螺纹连接的旋合率以及螺纹齿的强度来保证的。

本实用新型现有60°三角螺纹(牙型半角为30°)连接的内螺纹没有对小径处牙底作r圆弧要求。

本实用新型提供一种可消除缺缝和飞边毛刺，并可较精准控制螺纹旋合率的挤压丝锥。在60°牙型角的丝锥牙型中，当螺纹原始三角形高度为h螺距为p时，将挤压丝锥校准部分(如图5)螺纹牙型设定成：螺纹牙顶的平顶直线低到其切取高度尽可能接近h/8(如图2)。螺纹小径处圆弧牙底的切取高度h2浅到不超过h/4，如果切取高度h2超过h/4，螺纹旋合率δ将低于80％，降低了螺纹强度，且不利于内螺纹小径牙底r圆弧的形成。切取高度h2不超过h/4，可得到螺纹旋合率δ超过80％的内螺纹，且有利于内螺纹小径牙底r圆弧的形成，得到高强度螺纹。并从h/4处以规定尺寸(b)下降，以h2值为半径作无缝无毛刺挤压丝锥的牙底r圆弧(在60°三角螺纹牙型中r＝h2)，且与两牙面相切(见图3)。挤压部分(l5)螺纹牙顶圆弧与牙面的相切点在h/8处(见图4)，并使所述丝锥挤压部分前端的螺纹直径逐渐减小，小到丝锥的圆弧牙顶直径尺寸小于攻丝底孔尺寸。规定尺寸(b)为5μm～45μm。

实例

无铅铜螺母，材质为hb159-1.5q/npwz004,螺纹规格m1*0.25，螺纹长度2.8mm,要求得到88％的螺纹旋合率，现有的工艺是用以往挤压丝锥攻丝，攻丝底孔尺寸0.88mm，使小径胀到小于螺纹旋合率88％的小径尺寸，然后再镗孔去除缺缝和飞边毛刺达到螺纹旋合率88％的尺寸，但镗孔时的螺纹退刀面和牙底的连接处仍然产生飞边毛刺，40倍显微镜可见，增加了攻丝难度，减小了丝锥使用寿命，影响螺纹装配。

实用新型人用无缝无毛刺挤压丝锥试验结果如下：将要求的螺纹旋合率(δ)88％代入公式r＝(7-5δ)p/(16cosα)＝0.0469mm,将挤压丝锥牙底r圆弧控制在r＝0.0469mm，公差±0.005mm，润滑油供给充分，攻丝时很流畅，直接得到88％的螺纹旋合率。一般加工内螺纹，在螺纹入口处和出口处都需要倒角，倒角有在攻丝前也有在攻丝后，无缝无毛刺挤压丝锥制作内螺纹，倒角需要安排在攻丝后，且倒角刀的切削方向和螺纹的螺向相反，否则容易出现吃刀现象，倒角深度需达到1p～1.25p，以去除内螺纹入口和出口处由于挤压时，挤压成型的内螺纹小径牙底的不饱满所形成的缺陷，倒角后可得到接近完美的内螺纹。在100倍的显微镜下内螺纹小径处未见飞边毛刺和缺缝。使用无缝无毛刺挤压丝锥，减少了加工工序，提高了生产效率，提高了螺纹连接强度和螺纹装配的顺畅。

本实用新型并不限定于上述方案，在不脱离本实用新型宗旨的范围内，可进行：①螺距(p)或②牙型半角(α)或③螺纹旋合率(δ)的变更等各种变更。

无缝无毛刺挤压丝锥因为有效控制了螺纹小径处的牙底r圆弧，可以得到连续、光滑的小径牙底r圆弧内螺纹，并使其与牙面连接形成光滑曲线，螺纹旋合的时候牙底圆弧部分有导向的作用，引导了与外螺纹的旋合，优于平底螺纹，更利于螺纹装配。解决了以往挤压丝锥成型内螺纹的飞边毛刺和缺缝问题，体现了挤压成型螺纹优于切削成型螺纹的优点，大幅提高了螺纹连接的强度和质量，提高了内螺纹生产效率，更加适应高要求的螺纹连接，例如：交通领域、it行业，工业自动化流水线装配等需要螺纹连接的场合。

挤压丝锥牙底做成规定圆弧的也改善了丝锥螺纹牙底的尖角的应力集中，增强了挤压丝锥的强度，并减小了挤压丝锥加工的磨削余量，提高了加工效率。

通过严格控制无缝无毛刺挤压丝锥的牙底r圆弧和控制工件攻丝前的底孔尺寸可以得到较理想的三角螺纹内螺纹的牙底r圆弧，有效的消除了内螺纹牙底的挤压缺缝，并避免了内螺纹牙底的毛刺。

对于本案所公开的内容，还有以下几点需要说明：

(1)、本案所公开的实施例附图只涉及到与本案所公开实施例所涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；

(2)、在不冲突的情况下，本案所公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例；

以上，仅为本案所公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本案所公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。