用于冷成型螺纹轧制模具的方法和设备的制造方法
【专利说明】用于冷成型螺纹轧制模具的方法和设备
[0001]相关申请的参见引用
[0002]依照Title 35USC Sec.119 (e)，本专利要求享有2012年10月2日提交的标题为“用于冷成型螺纹轧制模具的方法和设备”的临时专利N0.61/708，939的优先权，兹以参见方式将其全部内容引入，好像完全阐述。
[0003]发明背景
[0004]本公开涉及用于制造螺纹紧固件或其他图案的柱形物品的模具的轧制成型。更具体地，涉及利用冷成型机和工艺用于在模具上形成图案的设备和方法。
[0005]用于螺纹轧制的螺纹成型模具利用铣削和磨削设备而普遍地生产。这样的操作通常花费几个小时来生产一个模组。而且，铣削和磨削生产的模具具有粗糙的表面。
[0006]典型地螺纹成型工具包括不动的模具和可移动的模具。移动模具的面是平的。不动模具的面是波状的以提供和成型为紧固件的坯件接合的特定区域。模具坯料50是经过充分地退火处理且具有洛氏硬度20到30的M-2工具钢。在模具坯料上成型螺纹图案后，其被热处理到洛氏硬度C-60。
[0007]模具坯料是在模具的表面压印出螺纹轧制图案的矩形钢块。为了延长模具的使用寿命，螺纹轧制图案生产在模具坯料的两面上。一旦给定的一面磨损，则将模具坯料旋转180°以呈现一个新的螺纹轧制图案。
[0008]用于模具的根部锐利度规格传统上已经由模具生产限制逼迫。铣削轮和磨削轮具有最小的能力来保持精细末端，并且由于成型在模具上的末端变得更锐利，所以它们的寿命显著缩短。
[0009]可以确定的是，螺纹轧制模具可以由具有限定螺纹图案的脊的冷成型模具坯料来生产。公开的是一种降低复杂性并且提高速度(分钟vs.小时)的机器和工艺。组合的螺纹成型模具是小公差和高耐磨性的。
[0010]应当理解的是，本文公开的在螺纹轧制模具上的螺纹限定脊的冷成型仅仅是示例性的设备功能，并且公开了工艺。可以预期的是，工艺和设备适合于其他用途，其中使金属变形以将图案提供到表面上是所期望的结果。
【发明内容】
[0011]在公开的螺纹模具冷成型工艺和生产冷成型螺纹轧制模具的开发中，已经认识到几个重要的工艺局限性和后果。
[0012]第一，已经认识到有必要轧制圆形工具来纵向横穿工件的表面而不是试图通过垂直于模具表面移动的平板模具以将螺纹冲压到工件上。柱形模具的纵向移动允许工具在集中的区域形成螺纹图案，横穿模具面逐步扩展形状。许多较大的物料流可以通过该轧制运动而不是冲压来实现。
[0013]轧制的方向必须相对于几乎平行于坯料的纵向边缘的螺纹方向成低角度。使用具有足够大直径的工具，平行于工件边缘而不是平行于螺纹本身轧制是可能的。该合成的工具包括螺旋形的脊，比如螺丝，而不是以环形圈形式的环形脊。这使得工艺变得实用，即使对于复杂的螺纹形式。例如，正如传统方法所需要的，用于在末端具有特殊螺纹的螺钉的模具可以同时成型而不是每次成型一种螺纹。
[0014]第二，已经认识到工具必须在工件上轧制很多次，逐步发展越来越深的螺纹。这保持在工具中的应力足够低以防止破裂，通过许多小的道次将工作扩展出去。有可能开发一种方案，其中一定数量的道次已经完成，每个道次均处于一定的、逐渐增加的、向下的力。
[0015]第三，已经确定有必要限制工件严格地沿着平行于轧制方向的两个纵向侧面。没有这样的限制，工件物料垂直于工具上的螺纹流向一旁，沿着模具面的边缘破坏螺纹。防止这种向一旁的物料流来保护工具并使工件物料向上流到工具的螺纹中并且发展成为正确的形状。
[0016]第四，可以断定的是，即使在使用具有多个道次的轧制的概念后，60°螺纹扣形(在所有机械螺钉上的螺纹的角度)太钝以致不能通过单独的工具完全成型。不管进行多少道次，仍有多少螺纹扣形可以形成的限制。因此，必须依次使用多个工具。第一，施加预成型螺纹扣形，比如一个具有30°或45°角的螺纹扣形。这样的形状可以由进入模具面的全螺纹深度形成。然后，具有最终的60°螺纹成型的第二工具可以用来完成形成最终模具构造的螺纹成型脊的期望的形状。
[0017]依次使用多个工具(例如具有30°和60°螺纹的工具)的第二个结果是通过第一工具留在工件上的螺纹可以进一步通过第二工具变形以形成不同于任一工具的形状的工件。这可以生产通过成型或常规方法不可能实现的螺纹扣形。一个例子是更尖锐的根部，该根部提高了模具性能，超过由常规方法制成的根部。更深的模具根部允许螺纹被轧制到螺钉坯料上以自由地扩展而不是最终接触模具的根部。由于与模具根部接触，结果是最终螺钉产品具有更少的峰部损伤。这也延长了模具的寿命。
[0018]也已经确定了，在模具上开发螺纹形状和冷成型工具的寿命所需要的道次数目方面，柱形工具和工件之间的摩擦系数是非常重要的。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，可以预期的是冷成型工具涂覆有硬的、光滑的、碳基涂层。
[0019]螺纹模具的冷成型可以在简单的、便宜的、相对小的机器上实施，尤其当例如和粉末粉碎机相比时。并且，冷成型并不需要冷却剂，或移除是冷却剂污染物的材料。此外，利用冷成型，有别于铣削轮和磨削轮，每个工具均可以在被替换或在重整之前产生多个模具。
[0020]本公开的冷成型工艺利用力控制而不是空间的定位来将形状塑造到模具坯料上。这允许工具不需要复杂的紧固、安装和机械编程而容易和精确地跟随复杂的模具轮廓。此夕卜，如稍后阐明的，可以预期的是，多个模具面可以同时处理。
[0021]本公开的冷成型工艺的模具具有非常平滑的光洁度从而降低了使用期间的摩擦力，并且延长了模具寿命。平滑的光洁度也有助于具有较低公差变化的紧固件产品的制造。
[0022]通过冷成型，最终的模具根部形状可以比用于创造模具根部形状的成型工具更锐利。因此，模具根部的锐利度规格可以基于模具的寿命考虑而不是基于用于制造模具的工具的脆弱考虑。
[0023]在这方面，公开了一种利用初始和后续图案成型工具以将面图案轧制成型到具有图案接收面的图案成型模具上的方法，每个工具均具有大致柱形的图案限定表面，当将图案限定表面和图案接收面接合并且驱使它们将图案限定表面的图案印压到成型模具坯料的图案接收面时，将图案限定表面和图案接收面相对地和连续地往复移动和旋转。公开了一种用于实施该工艺的设备，该设备包括用于图案成型模具的压印盘，初始的和后续图案成型工具，每个工具均具有大致柱形的图案限定表面，用于将成型模具坯料的图案限定表面和图案接收面相对地和连续地往复运动和旋转的驱动装置，和用于接合表面以将图案成型工具的图案限定表面的图案印压到成型模具坯料的图案接收面中的相对运动机构。
【附图说明】
[0024]图1是用于螺纹成型模具的坯料的侧面立体图；
[0025]图2是使用本公开的设备和工艺通过冷成型生产的螺纹成型模具的端部立体图；
[0026]图3是本公开的螺纹成型设备的立体图；
[0027]图4是本公开的螺纹成型设备的侧视图；
[0028]图5是本公开的冷成型设备的局部断开的侧视图；
[0029]图6是本公开的图案成型工具与螺纹形状施加到其上的螺纹成型模具协作的立体图；
[0030]图7是本公开的图案成型工具和图6的螺纹成型模具的端部立体图；
[0031]图8是本公开的初始螺纹成型工具和生成的螺纹成型模具的放大比例局部剖视图；
[0032]图9是本公开的后续的螺纹成型工具和生成的螺纹成型模具的放大比例局部剖视图；
[0033]图10是根据本公开的用于冷成型模具的设备的可选构造的侧视图。
【具体实施方式】
[0034]图1示出了待加工的模具坯料或模块50。相对面向的模具坯料的前面和后面的细长图案接收面52和53是平的。这些矩形面接收螺纹成型脊，在使用中，这些脊将轧制的螺纹施加到柱形紧固件坯料。面52的相对纵向端部可以包括约5度的微小的锥度55，用于在螺纹轧制期间将待形成的坯料滚上和滚离。
[0035]图2示出用于轧制成型螺纹紧固件(例如机械螺钉)的全螺纹成型模具60。在这里，面52被印压成在纵向上沿着面52发展螺旋图案的螺纹成型图案54。相似的脊图案也可以在面53上提供。
[0036]用于冷轧螺纹成型模具的机器可参见图3。机器100某些部分示意性地在图4和图5中示出。机器100包含相对运动机构、驱动机构和工具。
[0037]参照图3和图4