专利名称：用于尖端螺钉的平面螺纹滚丝模的制作方法
背景技术：
本发明一般涉及制造螺钉用的滚丝模。更具体地说，尤其涉及用来制造具有锐利尖端螺钉的平面螺纹滚丝模。
在本发明涉及的滚丝模中，当工件在一对长形的、大体成平板状的模具之间通过时，该工件就通过滚压工艺转变成成品螺钉。模具中的一个模是固定的，另一个模可相对定模移动，从而在工件上产生一种表面材料流动，由此而在螺钉上形成连续螺旋的螺纹沟槽。在特别适合于本发明的滚丝模装置中，一对模具中的较短的模安置在固定状态，而较长的模则沿大体上平行于一纵向基准平面的方向运动。随着工件在此对模具间的滚动，工件主体的回转轴线沿纵长方向运行。成品螺纹的直径是由工件直径和在工作行程终端处的两模之间的距离控制的。模具的设计使得当工件滚过模具时，就能在工件上形成所期望的螺纹。
滚丝工艺可用于制造要求有锐利的螺钉尖端的手锥尖端型螺钉，及用于制造自动穿孔和自动攻丝螺钉。例如，在授予Dxion的美国专利US3,789,643中公开了一种倍角切断模及用于滚压螺钉的方法。该专利使用于制作手锥尖端型螺钉。手锥尖端是由一挤压切断斜面产生的。该斜面在开始时有高的切入率，接着又有多次逐渐的切入，切入除去滚丝过程中在尖端端头上形成的挤压废料。
在本发明涉及的传统平面螺纹滚丝模中，为了生产成品尖端螺钉，在螺钉滚丝的最后阶段，对置的模具以相对滚动中心对称的双面结构配合作用。对于这种传统的方法和装置来说，例如，在自动穿孔和自动攻丝螺钉时，所要求的稳定生产和精确地形成端部将会成为问题。这是由于在螺钉形成的最终阶段难以将废料反复去除。对于制作有相当锐利角度的尖端端头的螺钉来说，难以达到恒定一致的螺钉生产，因而本领域的熟练技术人员要求进行改进模具，以期获得恒定地生产成品螺钉的结构方案。
发明简述概括地说，发明的优选形式包括一对螺纹滚丝模，它们专门适合于用平面螺纹滚丝工艺高速地制造自动穿孔、自动攻丝或手锥尖端型螺钉。由于在端部形成部分实现偏离中心升高量及一种不对称角度结构，而使本模具与传统的、大体上对称的模具结构不同。这样的模具结构在成品螺钉上产生一个十分恒定的尖端，而且强化了使废料从螺钉端头反复去除的作用。
模具中的一个模在滚动中心处有一模具升高量，而且在模具的终端限定一双倍的或扩大的角度尖端，与第一模配合作用在滚丝过程中生产紧固件螺纹的第二模，有一个与工件中心分隔开的模具升高量，同时在工件终端对尖端维持一个单一的或正常的预先设立的形成角。
本发明的一目的是提供一种用来形成自动穿孔螺钉尖端的新的改进的模具。
本发明的另一目的是在高速螺纹成形制造过程中提供更为恒定锐利的螺钉尖端。
本发明的又一目的是提供一对平面螺纹滚丝模具，该模具能以高效的、有效的成本方式高速地制造有恒定尖端的螺钉。
本发明的另一目的是提供一种新的，改进的平面滚丝模具对，由于形成高度恒定的尖端的结果使该模具对能生产出有恒定轮廓总长度的螺钉。
本发明的又一目的是提供一种新的、改进的平面滚丝模具对，该模具对不要求螺钉制造者在现场对模具对进行重大调整，就能生产出恒定的自动穿孔型螺钉。
本发明的其它目的和优点在结合附图进行详细介绍后将变得更加清楚。
附图简短说明
图1是本发明一对滚丝模的侧视图，其包括一个短的定模，及一个可移动长模，用它们之间的螺钉坯件匹配地安置定位；图2是图1所示短定模处于终止部分的放大端向局部示意剖视图；图3是图1所示长动模处于终止部分的放大端向局部示意剖视图；图4是沿图1中4-4线剖切的放大局部横剖视图，其中两模上的行线在长模运动前在图1所示位置上从左端看时是垂直对准的，工件的直径与剖切线对准，为了展示尖端的形成而将螺纹省略；
图5是沿图1中5-5线剖切的放大剖视图，其中两模上的行线在长模运动前在图1所示位置上从左端看时是垂直对准的，工件的直径与剖切线对准，为了展示尖端的形成而将螺纹省略；图6是沿图1中6-6线剖切的放大横剖视图，其中两模上的行线在长模运动前在图1所示位置上从左端看时是垂直对准的，工件直径与剖切线对准，为了展示尖端的形成而将螺纹省略；图7是沿图1中7-7线剖切的放大横剖视图，其中两模上的行线在长模运动前在图1所示位置上从左端看时是垂直对准的，工件的直径与剖切线对准，为了展示尖端的形成而将螺纹省略；图8是沿图1中8-8线剖切的放大横剖视图，其中两模上的行线在长模运动前在图1所示位置从左端看时是垂直对准的，工件直径与剖切线对准，为了展示尖端的形成而将螺纹省略；图9是图1中短定模的俯视图；图10是图9中短定模的俯视图，为了更清楚地展示平表面，其上的螺脊及沟槽均已被除去，并示意性地分隔开以展示各不同的区域；图11是放大的示意图，展示用于图2和图3中模具的衰减点(Fadepoint)；图12是由本发明的模具制造的一螺钉放大侧视图；图13是一放大的示意图，表示图2和图3中模具的一替换实施例的衰减点。
详述优选实施例参看附图，在图中的相同标记代表相同的构件，采用定模10和动模12用于在工件20上滚制螺纹和形成尖端，从而通过往复运动平面模的方法来生产出成品自动穿孔或自动攻丝螺钉21。将工件制造成成品螺钉的各个步骤分别表示在图4-8中的20a、20b、20c、20d及20e。往复平面模12沿图1中箭头方向相对定模10运动，从而确定一滚压循环。在开始刚与模具啮合时的工件有一头部22及大体上为圆柱状的柄24(见图4)。随着该工件在定模的起始位置和终止位置间的沿纵向滚动，就在工件上制出螺纹26及尖端28。
如图1和9所示的定模10，每个模具都有相对的表面14、16，表面上构成有螺脊和沟槽，它们形成螺纹并确定如成品螺钉的螺距、大直径和小直径以及螺纹类型。在每个滚压循环期间，模具协同作用逐渐切入工件，以形成成品螺钉。螺纹26和尖端28仅在模具被分开之前才完全形成。本发明的模具10和12专门设计用来制造具有锐利尖端的间距螺纹(space-theaded)、自动攻丝螺钉、手锥螺钉、手锥尖端螺钉或自动穿孔螺钉。如图12中螺钉21所示。因此，模具有三种作用形成螺纹，形成尖端及除去多余材料。
一起动销(未示出)与工件坯件结合，从而确保动模移动贴近坯件并开始进行滚压工艺。就大多数情况来说，随着工件坯件在每个模具的开始端32、42开始滚压，其上的螺纹变得越来越深和越来越尖。在终止部分34、44，螺纹是平的和较浅的。当螺钉开始滚压时开始端的螺纹是尖锐的，以便比较容易地切入，沿模具长度方向逐渐变得较宽，直到每个螺钉的螺纹宽度和深度最后达到成品螺钉螺纹的要求为止。将模具对准或匹配，使其能生产出正确最佳化的连续螺纹。最后模具成形在终止部分34、44，并且还沿模具延伸一段距离，延伸的距离应足以保证得到螺钉的正确尺寸。模具的构形使得在终止部分尽可能只做最小量的滚压加工，以便延长模具的使用寿命。通常，沿模具的边缘设置切除棱边来加工螺钉的尖端。当模具的构形带有配合形成螺纹的和形成螺钉端部的表面时，模具的C区域包括一切除或挤压倾斜平面，该倾斜平面以很高的速度切入工件的圆柱部分。在随后的区域中，切除斜面36、46内的倾斜角度变化，而且切除斜面连续地以较低速度与工件接触，如图7所示，这时挤压出的废料已完全形成，但还没有与工件的圆柱部分断开。
最终区域中，在C区域开始的尖端螺纹表面继续在手锥尖端上充分地形成螺纹，在D区域末端手锥尖端已经完全形成。一平的表面平行于短模的基座，当相应表面抵靠支承长模时而使挤压废料最终脱落，而且在工件圆柱部分通过模具之间时使宽度增加。设置后锥部分38来推动挤压废料离开模具，切割该后切割表面，从而为挤压废料的掉落提供一区域，其情况如图8所示。
参看图2和3，定模10和动模12在模具的各自的终止部分具有特殊的构形，以便提供一种偏离中心扩大的或双倍角结构，该结构加强了模具以高精度和重复方式除去废料部分23的能力。如图11所示，滚压工件的中心线用轴线Z表示。一个模，例如一对模具中的模10有一模具升高量T10，升高量延伸到通过螺钉的滚动中心的一平面(垂直于图11)。第二模12具有较小的模具升高量T12，此升高量延伸到与中心线Z相隔开的位置上。实现在模具表面上的这种偏离中心升高量结构，而使模具的升高量确定一个均匀间隙G。各个模10，12的模具根部螺纹距50和60在图11和13中用虚线表示，选择它们以实现给定螺钉的设计要求。
如图11所示的用于9号-12号自动穿孔螺钉的有代表性的尺寸列于表1中。
表1角W 10°角X 20°角Y 10°间隙G0.003英寸LT0.016英寸LP0.160英寸R100.495英寸R120.465英寸T100.825英寸T120.795英寸R10和R12分别代表用于模10和12的根部成形尺寸。T10和T12分别代表用于模10和12的螺纹成形尺寸(模具升高量)。LT是模10和12的不对称顶端成形部分的轴向长度。
LP是模10和12的尖端形成部分的轴向长度。相应的具有代表性的模具升高量T10和T12是这样的，即T10＞T12。
在所介绍的实施例中，模具顶角X是初始模具角Y的两倍。在实践中，在模具被组装到平模机时，偏离中心设计和专门的模具顶角配合作用，当螺钉在模具尖端区域内转动其最后的1.5至2圈时，产生出一个恒定的相当锐利的螺钉尖端。在尖端区域表示的10°和20°角为开始螺钉尖端达到浅的螺纹深度。自然，如图13所示，其他的角度关系也是可能的。
模10有一尖端形成表面52，该表面终结于锥形顶端形成表面54。模12有一尖端形成表面62，它终结于锥形顶端形成表面64。除了不对称的顶端形成表面54和64外，形成表面52和62相对中心线Z大体上是对称的。表面54确定一个由表面56和58形成的扩大的顶型腔部分，表面56和58以不同的角度W和X延伸并相交。表面58和64分别以模具顶角X和Y从一个理论上的顶点70延伸。角X大于角Y。在轴向长度LT后，表面56以相对中心线Z的一角度W延伸，W角与X角相等。角度X和长度LT的大小设计成使得两个模10和12上的LP长度大体上相等。
如图13所示，对于8号-9号自动穿孔螺钉的有代表性的尺寸列于表2。
表2角W 13°角X 23°角Y 13°间隙G 0.003英寸LT0.0155英寸LP0.221英寸R100.0540英寸R120.0510英寸T100.0865英寸T120.0835英寸R10和R12分别是模10和12的根部成形尺寸。T10和T12分别是模10和12各自的螺纹成形尺寸(模具升高量)。LT是模10和12的不对称顶端成形部分的轴向长度。LP是模10和12尖端成形部分的轴向长度，再次提请注意，模10和12的模具升高量是这样的T10＞T12。
应体会到，包括扩大的模具顶角X在内的上述方案特别适合于自动穿孔螺钉。采用所介绍的模具能提供相当有效的生产技术，并消除任何要求顾主进行的现场调整，如磨光、切槽和磨削等。这种模具特别适合于单面切除模具。通过相对螺钉移动模具中心点偏离中心，使废料在正确预定的位置上破断，因而实现使废料从工件上更加稳定地断开。
虽然为了说明而介绍了本发明的最佳实施例，但这些介绍不应看作是对本发明的限制。因为对本领域的那些熟练人员来说，在不偏离本发明的基本精神和原则的情况下可以做出各种变型、替换和适应性修改。
权利要求
1.一种用于平面螺纹型螺钉制造工艺的滚压模具组件，包括一第一模，包括第一最终阶段紧固件形成部分，该部分确定一滚动中心线，并确定一第一尖端形成表面，该形成表面相对所述中心线以第一尖端角延伸，并有第一模升高量；以及一第二模，它与第一模配合作用、通过滚压工艺生产螺纹紧固件，所述第二模包括第二最终阶段紧固件形成部分，该部分确定一第二尖端形成表面，该表面相对所述中心线以第二尖端角延伸，所述第一尖端角大于所述第二尖端角，并有第二模升高量，所述第二模升高量小于所述第一模升高量。
2.如权利要求1所述的滚压模具组件，其中所述两模相互配合形成一顶端形成腔，所述腔具有由通过所述中心线的平面确定的第一和第二区域，所述第一区域是由部分所述第一尖端形成表面在所述第一模上限定的，所述第二区域是由部分所述第二形成表面在第二模上限定的，所述第一区域的容积大于第二区域的容积。
3.如权利要求1所述的滚压模具组件，其中所述第一区域由两个轴线形成部分限定，一轴线在所述第一尖端角延伸，第二轴线则在大体上等于所述第二尖端角的第三尖端角轴向延伸。
4.如权利要求1所述的滚压模具组件，其中所述第一尖端角大体上为第二尖端角的两倍。
5.如权利要求1所述的滚压模具组件，其中所述两模配合作用形成一尖端形成腔，该腔包括大体上围绕所述中心线对称的第一腔部分，及大体上相对所示中心线不对称的第二顶端部分。
6.如权利要求5所述的滚压模具组件，其中所述顶端部分的轴向长度小于或等于第一尖端形成腔轴向长度的约10％。
7.一种用于平面螺纹型螺钉制造工艺的滚压模具组件，包括一定模，包括一确定滚动中心线及第一尖端形成部分的第一最终阶段紧固件形成部分，第一尖端形成部分具有由相对所述中心线在第一尖端角延伸的第一尖端成形表面限定的第一顶端部分；以及一动模，它与所述第一模配合作用通过滚压工艺生产螺纹紧固件，所述第二模具有一限定第二尖端成形部分的第二最终阶段成形部分，第二尖端成形部分包括由一相对所述中心线、在第二尖端成形角延伸的第二尖端成形表面限定的第二顶端部，所述第一尖端角大于第二尖端角。
8.如权利要求7所述的滚压模具组件，其中所述第一和第二顶端部分配合作用形成一顶端腔，所述腔具有由一通过所述中心线的平面限定的第一和第二区域，所述第一区域由所述第一尖端形成表面部分地限定在所述第一模上，所述第二区域由所述第二尖端形成表面部分地限定在第二模上，所述第一区域的容积大于所述第二区域的容积。
9.如权利要求8所述的滚压模具组件，其中所述第一区域是由大体上等于第二尖端角的第三尖端角延伸的第三表面部分地限定的。
10.如权利要求7所述的滚压模具组件，其中所述第一尖端角大体上为第二尖端角的二倍。
11.如权利要求8所述的滚压模具组件，其中所述第一和第二成形部分配合作用形成一环绕所述中心线轴向延伸的尖端形成腔，该腔包括大体上围绕所述中心线对称的第一腔部分，以及大体上相对所述中心线不对称的第二部分。
12.如权利要求11所述的滚压模具组件，其中所述第二部分的轴向长度小于或等于所述尖端形成腔轴向长度的约10％。
13.一种用于平面螺纹型螺钉制造工艺的滚压模具组件，包括一第一模，包括限定一滚动中心线及具有第一模具升高量的第一最终阶段紧固件形成部分，第一模具升高量延伸到通过所述中心线的平面，而且包括终结于第一锥形顶端形成部分的第一尖端形成部分，所述第一锥形顶端形成部分具有相对所述中心线以第一角度延伸的第一尖端形成表面；以及一与所述第一模配合作用通过滚压工艺生产紧固件的第二模，所述第二模包括一第二最终阶段紧固件形成部分，并具有第二模具升高量，该升高量延伸到与所述平面隔开的位置，并且第二尖端形成部分终结于第二锥形顶端形成部分中，所述第二锥形顶端形成部分具有一相对所述中心线在第二尖端角延伸的第二尖端形成表面，所述第一角大于所述第二角，而且第一模具升高量大于第二模具升高量。
14.如权利要求13所述的滚压模具组件，其中所述第一尖端形成部分由两轴线形成部分限定，一轴线形成部分在所述第一角度延伸，第二个则在大体上等于所述第二角度的第三角度沿轴向延伸。
15.如权利要求13所述的滚压模具组件，其中所述第一角度大体上是所述第二角度的两倍。
16.如权利要求1所述的滚压模具组件，其中所述第一和第二尖端形成部分配合作用形成一尖端形成腔，该腔包括大体上围绕所述中心线对称的第一腔部分，以及大体上相对所述中心线不对称的第二顶端部分。
17.如权利要求16所述的滚压模具组件，其中所述顶端部分的轴向长度大体上小于或等于所述尖端形成腔轴向长度的10％。
18.如权利要求1所述的滚压模具组件，其中所述第一模具有第一模尖端长度，第二模具有第二模尖端长度，所述第一和第二模尖端长度大体上相等。
全文摘要
一对用于制造自动穿孔、自动攻丝或手锥型螺钉(21)的滚丝模(10,12),采用一偏离中心的升高量和不对称的顶端形成表面(54,56),以便加强在螺钉顶端(28)处去除废料。
文档编号B21H3/00GK1265613SQ98807828
公开日2000年9月6日 申请日期1998年8月6日 优先权日1997年8月8日
发明者阿瑟·E·施奈德 申请人:Pcc特制品公司