专利名称：手动工具,特别是一种螺纹工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种手动工具，特别是涉及一种螺纹工具，以及优选是涉及一种螺丝刀或一种扳手，并且还涉及一些钳子、夹紧工具或锉刀，它们的工作面上都加工有凹部。
本发明还涉及一种对上述类型工具的工作面的外形进行加工的方法。
德国的实用新型专利DE9500780.2U1披露了这种类型的一种工具。该实用新型描述了一种用于十字头螺钉的螺丝刀刀头，其中，工作面的外形加工成线性形状，其上交替地形成有一些凹部和凸起。形成有一个沟槽轮廓，该沟槽轮廓具有位于该沟槽侧面的肋条。在生产这种螺丝刀刀头的过程中，首先；用模压出全部肋条。随后，对该工具进行淬火。在淬火过程中对表面产生的影响也会对肋条产生影响。在工具脆性过高的情况下，其中较硬的肋条从较硬的主体上凸出，那么就会产生过度的切口效应。要避免这种情况只能将表面硬度设置的低一些。不过，这会使得肋条相对较软，而较软的肋条随后会迅速地受到磨损。在本文中，人们要面对的问题，一方面是，肋条要耐磨就使得工具脆性过高，而另一方面，要避免工具整体脆性就会导致肋条较软，而肋条较软就会遭受磨损。
因此，现有技术还采用了其他方法来增加螺丝刀刀头的表面粗糙度。例如，DE4029734A1以及EP0521256A2披露了在工作面上涂上一些摩擦材料微粒。GB950544以及DE19720139C1披露一种对表面外貌进行加工和和涂层的组合方式。
本发明基于这样一种目的，即提供一种通用类型的工具，尤其是具有较低脆度和较硬肋条的工具，以及提供一种用于生产该工具的方法。
通过在权利要求书中描述的本发明来实现该目的。
权利要求1给出了该工具的采用能量进行辐射的工作表面，辐射采用这样一种方式进行，即形成具有隆起的边缘肋条的凹部。使得接近该表面的区域熔化，该熔融体固化后形成位于边缘处的肋条。该操作在进行热处理后实施而不会有问题，例如坯料的淬硬。在热处理的过程中采用一种适当的方法使得坯料具有适当的刚度，从而降低材料的脆度。然后，优选地是采用一种激光对该坚硬的芯部材料进行辐射，仅仅在沟槽区域而不是在中间区域产生局部表面硬化。该熔融体自身淬火。与材料的淬硬相应，表面的三维结构，尤其是其表面形态也会变化。具体是形成一些带有边缘肋条的沟槽一样的凹部。这些具有相对较硬材料的沟槽嵌在具有较软材料的周围区域中。所生产的肋条具有较高的耐磨性，另一方面在一个沿着表面垂直方向的压力施加在其上时能弹性地贯穿到芯部材料中。而且，根据本发明的方法的优点在于，凹部的几何形状实际上可以选择采用任何理想的方式。优选的是，所生产的边缘肋条具有额外的硬度。当人们采用以这种方式进行外貌加工过的螺纹工具旋拧螺纹时，这些肋条就能压进螺纹结合开口的侧壁中，使得工具咬进该螺钉中。如果是镀锌螺钉的话，尤其要申明将曲肋插入螺钉头中。优选是采用特别是一种聚焦激光实施辐射操作。这种外形加工方式也适用于锉削。
不过，还可以想象到使得激光束加宽并使其越过工件结合面的区域。因此，将金属表面加热超过其熔点，并以较高的温度梯度突然进行冷却。该表面由于金属的熔化和蒸发的相关效应而变的粗糙。通过施加较高能量而形成突然冷冻的形态还会导致表面的硬化。通过激光辐射作用后的肋条/凹部结构的硬度，大于周围区域的材料的硬度，且这些结构被弹性地支承着。
可以将激光直接作用在工具的钢质主体上，但是，还可以考虑采用电子沉积的方式来预先涂上一层金属涂层。外貌加工工艺还可以采用两个步骤来进行。例如，可以通过对整个区域采用激光辐射而首先使得整个表面变的粗糙。随后，采用一种聚焦激光束来形成一种线性结构。还可以省掉第一步。采用聚焦激光束形成线性结构伴随有沟槽的形成，该沟槽采用堤岸一样的边缘确定。这些堤岸一样的边缘凸出于工件结合面的表面之上，并形成坚硬且粗糙工件结合型面。现已发现，尤其是采用电子沉积方式将金属涂层涂附到暴露在激光下的表面区域上时，金属涂层会被制作的更紧密。现已证明，采用镍作为金属涂层更为有利。如果将微粒硬质材料尤其是金刚石碎屑嵌于镍金属涂层中时尤其有利。采用激光还能使得这些金刚石碎屑更牢固地固定在这种金属基质中。激光的施加时的强度和时间是这样的，即采用这种方式生产的外形加工过的区域，相对于包围着该区域的外形未加工过的工件结合面设置得略微有些靠后。产生这种外形加工的激光束的方向可以直接垂直指向该表面。然而，也可以确定成锐角方向。这就确保设置得靠后的区域的边缘侧翼以锐角伸出进入工件结合面中。激光束的焦点以写入方式在该表面上移动。在该焦点处，钢质基材或已经涂附在该钢质基材上的镍-磷涂层在一些区域熔化。从而产生材料转化。局部熔化的钢质材料形成硬化的微观结构。局部熔化的镍-磷层通过熔接与钢质基体相连。这种类型的外形加工对于具有十字型断面的螺丝刀刀头的工作面尤其有利。轮廓线沿着旋转方向倾斜延伸，从而抵消凸轮脱出(cam-out)效果。工具插入螺钉开口。而且，沟槽的形状防止其填充有磨蚀材料。其起到容屑槽的作用。
在根据本发明施加高能尤其是聚焦光束时，工具的表面在光束的焦点区域快速地局部熔化。这种局部熔化可以采用光例如激光束或电子束或溅射方式发生。表面的这种仅仅在局部的且实际上为自发的局部熔化，将在材料中导致非常高的温度梯度。这样的结果就是在将能量的供应撤掉后，即作为激光束向前移动的结果，熔融体就会立即固化。在熔化过程中作用的动力在熔融体内形成向后者的边缘方向的流动。结果，这就形成一些奔向边缘的波纹。该工艺应以这样一种方式进行引导，即尽管这种波纹能够获得尽可能陡的侧翼，但是其并不会断开。因此，在波纹具有其最佳侧翼形时，就必须立即终止施加能量。当这种极其快速的能量供给结束时，熔融体立即固化。结果，固化的熔融体就获得了较高的硬度。该硬度会比62HRC还高。该硬度可能在64与66HRC之间。在非常相似的结构下，该结构的厚度大约为50μm，坯料由于加热而回火。因此那儿的材料变软。因此较硬的材料较好地埋植在较软的区域内。较软的区域的硬度增加直到其达到基材的硬度为止。
下面将参照附图对本发明的示例性实施例进行解释，附图中
图1表示带有采用激光进行外形加工的工作尖端的螺丝刀；图2表示该工作尖端；图3表示工件结合面的一个局部视图；图4表示用于第二示例性实施例的与图3中所示局部视图对应的视图；图5表示本发明的第三示例性实施例，以透视方式详细地图示出变粗糙后的表面；图6表示与图5中的表面对应的经过外形加工后的视图7表示本发明的示例性实施例，其中工作面形成非常相似(well-like)的沟槽，该沟槽彼此交叉；图8表示成型较好的沟槽的横断面图；图9表示本发明的另一个示例性实施例，其中凹部成一种弹坑形；图10用图解的方式描绘出厚度为50μm的固化后的熔融体的典型硬度曲线以及厚度为30μm回火区域的连接；图11表示本发明的另一个示例性实施例，其中该工具是一种带有扁平刀片的螺丝刀；图12表示本发明的另一个示例性实施例，其中螺旋工具类似螺丝刀，但是在该情况中，刀刃为多边形，而且该多边形面是采用激光束进行外形加工而成的；图13表示本发明的另一个示例性实施例，其中该工具是一种锉刀；图14表示锯齿环钳子的工作尖端；图15表示锯齿环钳子的工作尖端的变化形式；以及图16用图解方式描绘例如一种钳子、夹紧工具或扳手的夹爪(Jaw)，该夹爪按照本发明进行外形加工出凹部。
图1和2中所示的例示性实施例为螺丝刀，该螺丝刀具有手柄1和刀片2。在其末端，该刀片2具有工作尖端3。该工作尖端3形成一工件结合面8。在该示例性实施例中，后者成十字型。多道平行的激光束经过该工件结合面8产生多条线性轮廓条纹6，这些条纹彼此平行延伸。在钢质芯部4上涂上金属涂层5的作用是增加材料的强度。材料的强度在材料的结合型面6的区域内的这种增强伴随有表面硬度的增加，其增加量大约100％。施加有能量的区域6相对于包围着该区域的未施加能量的区域形成得略微靠后一些。施加激光束导致熔融体顺着激光束的路径形成。由于熔融体相对于该坯料具有非常高的温度梯度，因此熔融体会迅速地冷却。因此固化的沟槽具有比包围该沟槽的材料高得多的硬度。最好对聚焦激光束这样进行导引和定向，即熔融体在其边缘以堤岸的方式上升，从而以这种方式形成退火边缘肋条。用于这种波纹的材料源于位于这两道波纹之间的凹部。优选的是该边缘肋条通过熔融体中的热动力学导致的流体运动形成，以这样的方式即该材料从熔融体的中心向边缘分开流动，以便在该边缘处固化。
采用聚焦激光束施加能量。所使用的激光束源可以是一种写入激光器，尤其是一种二极管激光器，该激光器能够在较高的输出功率下工作。在图3所示的示例性的实例中，钢质芯部4支承着金属涂层5，该涂层为磷化镍涂层。用写入动作在该表面上引导的激光束不但使涂层5产生局部的部分熔化，而且使得钢质主体4的毗连区域产生部分熔化。随后突然使该熔融体固化。在该过程中，一种细长的弹坑形成沟槽9的形状，沟槽9具有两个堤岸一样的边缘10，边缘10凸出于金属涂层5的表面之上。这就导致该表面变得粗糙，局部熔化并突然冷却的材料具有较高的硬度。该材料是无定形的马氏体。
在图4所示的示例性实施例中，额外地将金刚石碎屑7引入镍涂层5中，并在一些区域凸出到涂层的表面上方。借助于聚焦激光束的局部加热也形成了一种线性轮廓条纹6。轮廓条纹6形成带有侧边缘波纹10的沟槽9，侧边缘波纹凸出于该表面的上方。在局部施加能量的过程中，不仅金属材料部分熔化，而且金属材料还会蒸发。在该工艺中在一些区域中被施加能量的金刚石碎屑经受相变。其在边缘处氧化成这种方式，即它们形成一种圆形结构。位于轮廓条纹6区域内的金刚石碎屑7′随后不再凸出于表面之上。
在图5所示的示例性实施例中，钢质芯部4上没有涂层。其表面暴露在一种二极管激光器下。表面区域11由于这种暴露而局部熔化。在该工艺过程中形成的气泡由于突然固化而冷冻就位，导致粗糙度增加。
在图6所示的示例性实施例中，按照图5已进行预处理后的钢质芯部表面11通过聚焦激光束的写入作用进行处理。在该工艺过程中，在表面上形成线性结构。钢质主体4的表面材料在一些区域局部熔化并向边缘移动，从而在沟槽9的两侧形成象堤岸一样的凸出于表面11之上的结构10。
尤其如从图1和2中能看到的那样，优选的施加区域是螺丝刀的工作尖端。最好该线性结构倾斜地形成。随后将螺纹尖端的结合表面插入螺钉头部。这能抵消凸轮脱出(cam-out)效果。沟槽不会被螺钉头上磨掉下的金属所堵塞住。其起的作用和容屑槽一样。
尤其有利的是，随着表面局部变硬，局部变得粗糙。
在处理工作尖端之前，可以对整个刀片进行镀铬处理。再通过激光束处理将铬从工作尖端上完全去掉，或将铬从有些区域去掉，使得工作尖端具有使其区别于刀片其他部分的色彩。
该沟槽的形状、沟槽的方向以及沟槽的结构可以与螺纹工具的力输出轮廓相匹配。例如，该沟槽可以形成一种菱形。其可以以鱼骨形方式延伸。但是，其还可以横向或平行于刀片的延伸方向延伸。相反，当表面结构受到模压时，对沟槽的形状和轮廓几乎没有任何限制，因为没有脱模的问题。
沟槽的堤岸一样的边缘相对于工件结合面的略微凸起，还造成螺纹工具固定在螺钉的开口中，因为由于堤岸结构而使得存在一定程度的尺寸过大。已经置于螺纹工具上的螺钉能固定在那儿而不需要额外的力，例如磁力等。
图7表示本发明的另一个示例性实施例。在该情况下，带有边缘肋条的凹部借助于聚焦激光束形成。但是，在此情况下，沟槽形的凹部彼此交叉，从而在交叉点处四个凸起形成于边缘肋条区域内。
图8表示侧翼的轮廓。边缘肋条的侧翼相对较陡。边缘肋条是由于在施加能量时产生的波纹形成的。该波纹刚好在其断开之前固化。
在图9所示的示例性实施例中，仅有工作面的某些点暴露在激光束下，从而产生环形边缘肋条。
图10表示典型的硬度曲线。该硬度以洛氏硬度单位给出。在厚度为0-50μm的范围内其硬度基本上是不变的。该范围与固化熔融体一致。此处的硬度通常为65HRC。厚度为50-80μm的范围为固化熔融体之下的回火区域。在该示例性实施例中的连接坯料的硬度为60HRC。由于回火，在回火区域内的硬度大约为50HRC到60HRC。
图11中的示例性实施例为带有扁平尖端的螺丝刀。在位于扁平尖端3的后面的区域中，形成一扁平区域15，其上形成有经过外形加工而成的轮廓条纹6。扁平区域15可用作去除材料的切削加工。该结构意味着一种工具可以用来旋拧螺纹和锉削。
类似的切削加工可以采用图12中所示的示例性实施例来进行。在这种情况下，刀片具有一个成角度的尤其是方形横断面的外形。在这种情况下，多边形表面12上形成有一些轮廓条纹，这些条纹平行延伸并相对于刀片的延伸方向倾斜定向。它们形成一种肋条结构，从而这些扁平表面起到锉刀的作用。尖端3在该区域采用肋条成形。
图13中的示例性实施例是一种锉刀。锉刀的刀片也采用上述方式进行外形加工而成。该图中所示的工具的特征为锉刀刀片为L形。平坦的凹形表面上覆盖有一些轮廓条纹6。此外，在顶点处有一狭窄的表面15。该表面同样通过激光辐射形成有用于去除碎屑的肋条6。采用该工具，就能在一次操作中除去毛边。刀片与具有手柄的杆14相连。
图14中的示例性实施例表示锯齿环钳子的尖端16。该钳子的两个工作尖端成锥形延伸。在这种情况下，平行于该锥体的轴线，尤其是对面向外的侧面进行外形加工6，防止工作尖端滑出锯齿环的开口。
图15表示一种变化形式。在这种情况下，轮廓区域6形成一种彼此间具有轴向间距的圆环。
图16表示一个夹爪(Jaw)17，该夹爪根据本发明进行外形加工而成。该夹爪可与钳子相结合。钳子具有两个彼此面对的夹爪，且这两个夹爪每个上都通过外形加工有彼此交叉的轮廓线。但是，该夹爪还可以安装到一种夹钳上。扳手的夹爪开口也可以有相同的结构。
尤其是，可以提供这种夹爪，以便安装到一种可调节的螺纹工具上，例如安装到一种活动扳手上。
所披露的所有特征固有的从属于本发明。所披露的相关的/附属的现有技术文件(在先申请的副本)其整体在此被结合到本申请的公开内容中，为此，将这些文献的特征部分结合到本申请的权利要求书中。
权利要求
1.一种手动工具，尤其是一种螺纹工具或一种扳手以及钳子、夹紧工具或锉刀，其具有一个或多个形成有凹部的工作面，其特征在于，这些凹部采用高能辐射制成并且具有边缘肋条。
2.如前述一个或多个权利要求、尤其是前述权利要求所述的手动工具，其特征在于，彼此相对的边缘肋条(10)是一种熔融体的边缘，该熔融体立即固化形成一种非常相似的结构。
3.如前述一个或多个权利要求、尤其是前述权利要求所述的手动工具，其特征在于，该非常相似的结构的厚度大约为50μm。
4.如前述一个或多个权利要求、尤其是前述权利要求所述的手动工具，其特征在于，该非常相似的结构的硬度要比包围该结构的工作面区域的硬度高，并且具体是该结构的硬度大于62HRC，优选在64-66HRC之间。
5.如前述一个或多个权利要求、尤其是前述权利要求所述的手动工具，其特征在于，有一个位于该非常相似的结构之下的较软材料的回火区域，并且其硬度随着深度的增加而上升，一直到其达到基材的硬度为止，优选为50-60HRC。
6.如前述一个或多个权利要求、尤其是前述权利要求所述的手动工具，其特征在于，回火区域的厚度大约为30μm。
7.如前述一个或多个权利要求、尤其是前述权利要求所述的手动工具，其特征在于，在一金属涂层(5)上进行外形加工。
8.如前述一个或多个权利要求、尤其是前述权利要求所述的手动工具，其特征在于，该金属涂层为通过电子沉积方式涂覆的铬层或镍层或磷化镍层。
9.如前述一个或多个权利要求、尤其是前述权利要求所述的手动工具，其特征在于，将硬质材料微粒(7)(金刚石)尤其是金刚石碎屑，引入金属层(5)中。
10.如前述一个或多个权利要求、尤其是前述权利要求所述的手动工具，其特征在于，该凹部形成粗糙度，该粗糙度通过材料的部分蒸发和相变而形成。
11.如前述一个或多个权利要求、尤其是前述权利要求所述的手动工具，其特征在于，凹部成多个沟槽(9)的形状，该沟槽紧邻于另一个延伸，且具有向堤岸一样的边缘(10)。
12.如前述一个或多个权利要求、尤其是前述权利要求所述的手动工具，其特征在于，沟槽彼此交叉。
13.如前述一个或多个权利要求、尤其是前述权利要求所述的手动工具，其特征在于，由该堤岸限定的凹部形成的轮廓线，基本上在其整个线性宽度范围内，其表面硬度大约为结合面的未进行外形加工区域的硬度的两倍。
14.如前述一个或多个权利要求、尤其是前述权利要求所述的手动工具，其特征在于，该凹部为弹坑形的单独的凹部。
15.如前述一个或多个权利要求、尤其是前述权利要求所述的手动工具，其特征在于，该工作面(8)为螺纹工具的刀片(2)的工作尖端(3)。
16.如前述一个或多个权利要求、尤其是前述权利要求所述的手动工具，其特征在于，有一与螺丝刀的工作尖端毗连的表面，该表面尤其是形成一种平坦面，并在其上设有轮廓条纹。
17.如前述一个或多个权利要求、尤其是前述权利要求所述的手动工具，其特征在于，该平坦面为有槽螺丝刀的靠近尖端的平坦部分。
18.如前述一个或多个权利要求、尤其是前述权利要求所述的手动工具，其特征在于，该平坦面是一种多边形刀片(2)的一个多边形面。
19.如前述一个或多个权利要求、尤其是前述权利要求所述的手动工具，其特征在于，该手动工具是一种锉刀。
20.如前述一个或多个权利要求、尤其是前述权利要求所述的手动工具，其特征在于，该手动工具是一种中空锉刀，尤其是带有一种设置于空腔顶点内的纵向狭窄面(15)的中空锉刀。
21.一种用于在工具上尤其是在前述一个或多个权利要求所述的工具上进行外形加工工作面的方法，其特征在于，以较高的能量对工作面(8)在较大面积上和/或局部地进行简短的辐射，从而辐射区域接近表面的区域熔化并在边缘处固化形成肋条。
22.根据权利要求21的方法、或尤其是根据其的方法，其特征在于，采用激光束或电子束进行该辐射。
23.根据前述一个或多个权利要求、或尤其是前述权利要求所述的方法，其特征在于，在工具淬硬后进行激光辐射。
24.根据前述一个或多个权利要求、或尤其是前述权利要求所述的方法，其特征在于，一束激光束以锐角定向在工件结合面上。
25.根据前述一个或多个权利要求、或尤其是前述权利要求所述的方法，其特征在于，工件结合面(8)在进行激光处理之前涂覆上金属。
26.根据前述一个或多个权利要求、或尤其是前述权利要求所述的方法，其特征在于，工件结合面(8)在进行激光处理之前镀上铬。
27.根据前述一个或多个权利要求、或尤其是前述权利要求所述的方法，其特征在于，能量是这样进行选择的，当聚焦激光束经过金属表面时，形成含有由于金属的简短的局部熔化和/或蒸发导致的无定形马氏体的沟槽(9)，且在边缘区域(10)，这些沟槽以一种堤岸形式凸出于相邻的未处理的表面之上。
28.根据前述一个或多个权利要求、或尤其是前述权利要求所述的方法，其特征在于，施加在钢质主体(4)中的金刚石(7)，在施加激光束的过程中被局部倒圆。
29.根据前述一个或多个权利要求、或尤其是前述权利要求所述的方法，其特征在于，激光器的功率以及激光经过的速度这样相互匹配，即在熔融体中形成的、并向暴露在能量下的区域边缘移动的波纹，在其断开之前瞬间固化。
全文摘要
本发明涉及一种手动工具，尤其是螺丝刀或锉刀这种形式的手动工具，该工具包括一个或多个带有沟槽外形的工作面。根据本发明，这些沟槽由采用高能辐射产生的凹部形成，这些凹部具有边缘肋条。边缘肋条可由立即固化成碟型结构的熔融边缘形成。
文档编号B25B15/00GK1424954SQ00818594
公开日2003年6月18日 申请日期2000年12月8日 优先权日1999年12月15日
发明者马丁·斯特劳赫 申请人:沃拉·沃克·赫尔曼·沃纳两合公司