专利名称：带有局部硬化的功能性尖端的螺钉及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种低合金碳钢螺钉的制造方法，该低合金碳钢螺钉包括头部、毗连的固定部分和功能性尖端，在该功能性尖端的外部区域的限定径向深度内的硬度比固定部分的硬度大，其中螺钉体通过挤压和滚轧而形成，然后功能性尖端受到硬化操作。本发明具体涉及这样一种螺钉。
背景技术：
为了生产自行攻丝的螺钉，这种螺钉可从德国专利标准号22 11608得知，其中较大的螺纹硬度被限制到自行攻丝部分并延伸到螺纹中心，通过在感应线圈里加热和随后的淬火来加工硬化螺纹区域。只有以这种方法才可能获得本领域致力取得的硬度，该硬度在周边方向上是一致的。然而这导致了操作步骤的不连续，对每个单个螺钉都要进行复杂的操作。因此能量传递率达不到可能的要求。此外，额外的中心硬化由于热传导而发生在其外部区域，尽管由热的加入和螺纹的滚轧引起的中心硬化是充分的，而且额外的硬化效果增加了螺钉由氢引发的易碎敏感性。最后，硬化的区域在轴向方向上是相对较长的；然而，因为硬化的区域不是保持在需要被固定的部件里，而是要螺旋地通过和穿出，因而功能性尖端在轴向上的长度较大会非常有碍于外观。
发明内容
本发明寻求克服上述不足。基于上述公开中所述的方法，本发明提供的硬化是通过带有高水平的能量传递的瞬时加热和紧接着的淬火而实现的，并被限制到功能性尖端的周边部分。那些措施基于以下结果在实际中，如果螺钉的功能性尖端的硬度不在整个周边延伸，而只是在它的周边的一些局部部分上延伸，而功能性尖端的其他部分保持其基本强度，那么螺钉的功能性尖端的作用将不受不利的影响。同时，这提供了在连续通过工艺中实现这样的硬化操作的可能性，从而使得制造方法更为方便经济。还有，该硬化效果能被集中在螺纹的较短的部分里，因而在安装条件下只有相应短的功能性尖端伸出。
用于特定的组成部分的硬化的低合金碳钢的短时奥氏体化本身是公知的，但它不用于上述的特定方式。
在周边部分上加热功能性尖端的操作可以是螺钉直线横向向前运动通过线感应器时受到感应而实现的。然而这是特别有益的-由于朝着螺钉中心的更快能量传递和对应的低水平的热传导-来应用激光束的作用。在那种情况下，可以将多束激光束指引到螺钉的功能性尖端的周边部分上。
局部激光硬化，正如从DE 198 53 733 C1或EP 0 130 749 B1所见一样，其本身是公知的，但它和螺钉无关，特别是和本加工方法中的特定方案中的螺钉无关。
在功能性尖端的局部硬化前，螺钉体可以被整体热处理或渗碳硬化。该热处理是通过加热到奥氏体化温度、淬火和回火而实现，而该渗碳硬化是通过加热到奥氏体化温度并渗碳或碳氮共渗，接着再次淬火和回火而实现。
周边限制性硬化效果优选为径向被限制到功能性尖端上由螺纹形成的螺纹圈的尖部和侧面。如果功能性尖端具有具用于预钻孔或流孔形成的刀刃，硬化效果优选被限制到功能性尖端的钻孔形成的刀刃部分。在所有情况中，导致硬度增加的瞬时加热的径向深度，在从功能性尖端的起始位置处到头部的轴向方向上逐渐减小。
相应地，本发明的主题还包括一种低合金碳钢螺钉，该螺钉包括头部、毗连的固定部分和功能性尖端，在该功能性尖端的外部区域的限定径向深度内的硬度比固定部分的硬度大，其特点在于仅该螺钉的功能性尖端的周边部分被硬化。如果两个径向彼此相对的周边部分被硬化，不只是从制造方法的角度看，将特别有益。然而，更具体的是当适当硬化操作是由激光束来实现时，可以硬化超过两部分，这两部分均匀分布在功能性尖端的周边方向。
附图示出本发明的各种螺钉实施例，其中图1是带有用来形成螺纹的功能性尖端的螺钉的侧视图；图2是图1中所示的功能性尖端的放大示意图，其中阴影表示硬化的螺纹区域；图3a-c示出沿着图1中的线III-III截取的各种截面变型，其中阴影表示硬化区域；图4是另一种螺钉的侧视图，该种螺钉带有用于预钻孔和切削螺纹的功能性尖端；图5是图4中所示的功能性尖端的放大示意图，该其中阴影表示硬化区域；图6是沿着图5中的线VI-VI截取的剖面图；图7是另一种螺钉结构的侧视图，该种螺钉带有用于形成螺纹孔的功能性尖端；图8是图7中所示的功能性尖端的放大示意图，其中阴影表示硬化区域；图9是沿图8中的线IX-IX截取的剖面图；图10为与图2相应的带有三个(部分的)螺纹圈的用于形成螺纹的功能性尖端的视图；图11是沿图10中的线A-A截取的剖面图；图12是沿图10中的线B-B截取的剖面图；以及图13是沿图10中的线C-C截取的剖面图。
具体实施例方式
在图1中所显示的螺钉具有一个带有工具结合凹口2的头部1。螺钉的螺杆3带有螺纹4。第一螺纹圈在功能性尖端5的区域里逐渐变细，正如两个相邻的螺纹圈，在各部分8的各尖部6和各侧面7的区域里以本发明的方式被硬化。图3a到c显示了图1中沿着线III-III截取的视图，该视图表示已被硬化的周边部分8，其结构由阴影所表示，该结构与所用的硬化工艺的类型有关。从而，图3a中所示的部分8是在螺钉直线横向向前运动通过线电感器时感应加热而形成，而图3b到3c中所示的硬化部分8分别通过三个和两个激光束加热而形成。
在图4中所显示的螺钉具有一个头部10，其带有外部工具结合结构11和一个带有螺纹13的螺杆12。功能性尖端14有一个钻孔部分15，该钻孔部分15带有切削刃16和随后的用于形成螺纹线的螺纹圈17，螺纹圈的结构对应于图1所表示的螺钉1(见图4在线III-III上的截面)。可以在图6所示的沿图5中的线VI-VI截取的截面图中看到钻孔部分15的被硬化的周边部分18；可以从图5直接看到该被硬化部分的径向长度范围。
在图7中所显示的螺钉有一个带有工具结合凹口21的头部20。带有螺纹23的螺杆22有一个带有孔形成部分25的功能性尖端24，可以在图9的周边部分26中看到螺杆22的硬化。可以从图8看到部分26的径向长度。和孔形成尖端25相邻的螺纹23的螺纹圈27，在周边部分8中被再次硬化，如图1中所描述的那样，并可以从图2和3中看到(见图7在线III-III上的截面)。
有利的是，根据本发明的功能性尖端的硬化的径向深度在相对于功能性尖端的起始点的轴向方向上可以是增加的。如图13和图10所示，硬化深度在第一螺纹圈区域中为最大，且朝着螺钉头方向，相邻螺纹圈的硬化深度逐渐减小(图12和11)。对应的考虑也应用于带有钻孔或流孔形成部分(分别在图4和图7中示出)。以那种方式，可以在所涉及的各种工作程序的起始点获得最大硬化度以及螺钉的结合力。
权利要求
1.一种低合金碳钢螺钉的制造方法，该螺钉包括头部、毗连的固定部分和功能性尖端，在该功能性尖端的外部区域的限定径向深度内的硬度比固定部分的硬度大，其中螺钉体通过挤压和滚轧而形成，然后功能性尖端被硬化操作，其特征在于该硬化操作是通过高水平的能量传递的瞬时加热和紧接着的淬火而实现的，且该硬化操作并被限定于功能性尖端的周边部分。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于导致硬度增加的瞬时加热的径向深度，在从功能性尖端的起始位置处到头部的轴向方向上逐渐减小。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于加热操作是螺钉直线横向向前运动通过线感应器时受到感应而实现的。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于加热操作是通过激光束的作用来实现的。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于多束激光束被导向到螺钉的功能性尖端的周边部分。
6.如权利要求1到5任一项所述的方法，其特征在于在功能性尖端被硬化之前，螺钉体被整体加热(加热到高达奥氏体化温度并淬火和回火)。
7.如权利要求1到5任一项所述的方法，其特征在于在功能性尖端被硬化之前，螺钉体被渗碳硬化(加热到高达奥氏体化温度并渗碳或碳氮共渗、淬火和回火)。
8.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于硬化效果被限制到功能性尖端的用于形成螺纹线的螺纹圈的尖端和侧面。
9.如权利要求1到7任一项所述的方法，其特征在于硬化操作被限制到功能性尖端的钻孔形成部分的切削刃部分。
10.一种低合金碳钢螺钉，其包括头部、毗连的固定部分和功能性尖端，在该功能性尖端的外部区域的限定径向深度内的硬度比固定部分的硬度大，其特征在于仅该螺钉的功能性尖端的周边部分被硬化。
11.如权利要求10所述的螺钉，其特征在于较大硬度区域的径向深度在从功能性尖端的起始位置处到头部的轴向方向上逐渐减小。
12.如权利要求10或11所述的螺钉，其特征在于功能性尖端的径向相对的两个周向部分被硬化。
13.如权利要求10或11所述的螺钉，其特征在于功能性尖端上多于两个的部分被硬化，这些部分均匀分布于功能性尖端的周边。
全文摘要
本发明公开了一种低合金碳钢螺钉的制造方法，该螺钉包括头部、毗连的固定部分和功能性尖端，在该功能性尖端的外部区域的限定径向深度内的硬度比固定部分的硬度大，其中螺钉体通过挤压和滚轧而形成，然后功能性尖端受到硬化操作，该硬化是通过高水平的能量传递的瞬时加热和紧接着的淬火而实现的，并被限制到功能性尖端的周边部分。
文档编号F16B35/04GK1536236SQ200410029980
公开日2004年10月13日 申请日期2004年4月8日 优先权日2003年4月8日
发明者H·弗莱德里希, C·霍姆里希豪森, H 弗莱德里希, 防锵郎 申请人:埃乔特两合公司