CN101623784B - 用于一次通过地形成螺纹孔的工具和方法 - Google Patents

Abstract

一种适于在工件中一次通过地形成螺纹孔的工具和方法，包括：穿孔部分，其可操作以在所述工件中冲出导向孔并产生附接于所述工件的连皮；攻螺纹部分，其可操作以沿着所述孔的圆周形成阴螺纹；更优选地，挤压部分，其可操作以将工件材料从那里限定的外表面推离；扩展部分，其可操作以扩展所述孔的直径；密封部分，其可操作以在液压成型过程期间密封所述孔；以及抛光部分，其可操作以在攻螺纹之前进一步扩展和处理所述孔的圆周。

Description

用于一次通过地形成螺纹孔的工具和方法

技术领域

本发明涉及在金属片和工件中、以及在模具孔穿孔/攻螺纹过程中形成螺纹孔的攻螺纹工具和方法，尤其涉及用于一次通过地穿孔、挤压、密封、抛光和形成滚压螺纹的工具和方法，其中所述工具和方法尤其适用于液压成型过程。

背景技术

机器螺钉和螺栓长期用于固定组件的零件。为了能实施这种连接方法，同样地研发了在工件或零件内切割出或滚压出阴螺纹孔的攻螺纹工具和方法。这样做时，通常先在工件中形成导向孔，其中所述孔的直径小于预期螺栓的直径。然后在导向孔的圆周上垂直滚压出具有与螺栓相同节距的螺纹。更优选地，沿着所述圆周设置肩部，以促进阳螺栓与阴孔的垂直接合。因此，广泛地采用至少两步的攻螺纹过程，其中一种用于穿孔的配置需要被另一种攻螺纹的配置替换掉。但是，令人担心的是，由于增加了生产时间、复杂性和修理/更换，导致增加了相关的成本。

液压成型当前已经成为日益流行的在攻螺纹之前形成成品件的方法。这种零件制造方法包括将工件固定在模具腔内、通过增压流体接合所述工件、以及扩展所述工件，以使其与模具腔一致。

因此，本领域需要一种在一次通过中给工件攻螺纹的改进工具或方法，更优选地，一种可与液压成型工艺相适合并可利用其优点的工具和方法。

发明内容

响应于这些以及其它关注，本发明提出了用于在一次通过中形成螺纹孔的工具和方法。同样，本发明提出了能够替代传统的多步骤穿孔、挤压和攻螺纹过程的一步法，从而减少了生产时间和相关的成本。

本发明还可用于在液压成型过程期间攻螺纹孔。更具体地，本发明的工具优选构造成在液压成型过程期间密封所述孔并防止泄漏。这有利地利用了工件在流体压力下的移动来实现工件与工具的相对移动。

本发明还可用于形成螺纹孔而不产生疏散的连皮(looseslug)。更具体地，在这点上，本发明的工具优选构造为不使工件的冲孔部分与余下部分分离。

因此，本发明的第一方面广泛地涉及适于在工件中一次通过地形成螺纹孔的工具。所述工具具有硬度、厚度和外表面。所述工具包括细长元件，其具有末端和大于其厚度的纵向长度。所述元件还具有穿孔部分，其中所述穿孔部分与所述末端相邻，限定了切刃，并且构造成在所述通过期间从所述工件的其余部分切割连皮，以在其中产生导向孔。所述孔具有初始直径并限定一圆周。最后，攻螺纹部分与所述末端间隔开，并且构造成也在所述通过期间沿着所述孔的圆周形成螺纹。

本发明的第二方面涉及在工件中一次通过地形成螺纹孔的方法。所述方法包括将所述表面与限定连续切刃的穿孔工具接合，并使所述切刃朝着所述工件移动大于所述厚度的距离的初始步骤。结果，从所述工件的其余部分切割连皮并在该工件中形成导向孔，从而开始所述通过。然后，在所述通过期间，使所述孔的圆周与攻螺纹工具接合，并使所述工具在沿第一方向旋转的同时移动大于所述厚度的距离，以沿着所述孔的圆周形成螺纹。在所述通过期间，通过使所述攻螺纹工具在沿着与所述第一方向相反的方向旋转的同时反向移动大于所述工具长度的距离，使所述攻螺纹工具从所述孔脱离。然后，所述工具线性地且旋转地移回其起始位置，以备另一循环。

从下面优选实施例及附图的详细描述可清楚本发明的其它方面和优点，包括使所述孔与扩展、挤压、密封和抛光部分接合或脱离。

附图说明

下面参考附图详细描述本发明的优选实施例，其中：图1为根据本发明优选实施例的相对于工件处在预攻螺纹位置的工具的正视图，特别示出了具有穿孔、挤压、扩展、抛光和攻螺纹部分的工具；图2为根据本发明优选实施例的、在液压成型过程之前相对于工件和模具处于预攻螺纹位置的工具的正视图，特别示出了除图1中所示部分之外还具有密封部分的工具；图2a为图2中所示工具和工件的正视图，其中所述穿孔部分接合所述工件以开始通过；图2b为图2中所示工具和工件的正视图，其中在所述通过期间所述挤压和扩展部分接合所述工件；图2c为图2中所示工具和工件的正视图，其中在所述通过期间所述密封部分开始接合所述工件；图2d为图2中所示工具和工件的正视图，其中在所述通过期间所述密封部分进一步接合所述工件；图2e为图2中所示工具和工件的正视图，其中在所述通过期间所述抛光部分接合所述工件；图2f为图2中所示工具和工件的正视图，其中在所述通过期间所述攻螺纹部分接合所述工件；图2g为图2中所示工具和工件的正视图，其中所述工具从攻了螺纹的工件脱离以完成所述通过；图3为图2中所示工具的正视图以及抛光和攻螺纹部分的螺纹的优选实施例的放大插图；图4为根据本发明优选实施例的、用在本发明中的攻螺纹工具的局部正视图，特别示出了具有攻螺纹壁的密封部分；以及图5为根据本发明优选实施例的组装工具的正视图，其包括多个子部分，并通过锁定键和紧固件固定。附图标记10工具12工件12a外表面12b内表面14穿孔部分16切刃18连皮20(工件的)其余部分22导向孔(孔)24斜面26孔的圆周28挤压部分30扩展部分32抛光部分34接合表面36抛光螺纹38攻螺纹部分40阴螺纹42阳螺纹43肩部44上斜子部分46下斜子部分48模具50开口52密封部分53压缩外层54机器56阳插58接收器60锁定键62紧固件

具体实施方式

总地参考图1-5，本发明涉及一次通过地给工件12穿孔和攻螺纹的改进型攻螺纹工具10和方法。所述工具10通过具有多个部分或元件而在一次通过中实现多个功能，其中每个部分或元件都构造成接合并处理所述工件12。在优选实施例中，本发明的工具10还适于在引起工件12的横向移动的液压成型过程期间使用。这里相对于一个平坦工件12(例如金属板)来描述和示出所述工具10；但是，利用工具10来给多层叠层件攻螺纹也显然落在本发明的范围内。例如，可通过相应地延长其至少一部分来修改所述工具10。如本文所使用的，术语“通过”应当意味着完整的攻螺纹循环，从将工具10固定在相对于工件12的预攻螺纹位置开始，终止于形成所述孔之后工具10从工件12完全脱离。术语“元件”包括单独定位的非连接结构，并且可操作以执行这里所述本发明方法的特定步骤。

工件12具有预定的硬度和厚度，并限定了外接合表面12a(图1)。更优选地，所述表面12a通常是平面的，以便被工具10垂直地接合。适于与本发明一起使用的工件材料包括铝、铝合金、碳钢和钢合金。在必要时，工具10和工件12配合地构造成使得工具10的硬度值大于工件12的硬度值。同样，工具10和工件12配合地构造，使得工具10的纵向长度与厚度相比足以实施预期的功能。

如所示出的实施例中所示，工具10具有限定相对的末端及连接端的细长元件以及纵向中心轴线(图1)。工具10包括与限定切刃16的末端相邻的穿孔部分14。更优选地，切刃16是连续的，最优选地，切刃16具有圆形的结构。所述切刃16的硬度值大于工件12的硬度值，以便切割工件12。例如，在工件12由铝坯形成的情况下，所述穿孔部分14可由钢形成。

所述切刃16优选限定了平坦或稍微凸的钝头，并且当向工件10施加足够的液压压力时，其可操作以从工件12的余下部分20冲压出连皮18。通过使工具10与工件12接合并沿着切刃16施加足够的压力(图2a)，在工件12内形成导向孔22。更优选地，切刃16限定了使切刃16不连续的斜面24(图1-5)，使得连皮18并不完全从余下部分20完全脱离。结果，不会产生可能会卡在液压成型流体泵、工件12或更令人关注的最终组件的紧密空间内的自由体。斜面24的角度将所述连皮推离所述孔22，如图2a中所示。所述孔22具有初始直径，并限定了圆周26。

然后，工具10呈现，所述孔22被挤压部分28和扩展部分30接合，这两个部分可操作以将所述孔22扩宽至预定攻螺纹直径。本领域的技术人员应当理解，导向孔22的尺寸构造成平衡形成并扩展孔22所必须的穿孔、挤压和扩展力。也就是说，过小的导向孔22将需要过多的力来挤压和扩展其直径；而过大的孔22增大了所需的切割/冲孔力。最终，优选的穿孔部分14具有不小于所述厚度的长度，使得在挤压和扩展之前形成并支撑整个孔22。

如图1-5中所示，挤压部分28位于穿孔部分14后方附近，并构造成将工件材料推离表面12a(图2b)。如图1-5中所示，所述扩展部分30紧邻着所述挤压部分28，并构造成逐渐地侵占所述孔22的圆周26，从而将工件材料径向向外推，以挤压所述工件和扩展所述孔22。同样，所述扩展部分30通常具有波纹(bellowed)部分，在那里所述工具的直径从导向孔直径逐渐过渡为初始的预攻螺纹直径。优选的部分30的线性扩展壁在该部分30的端部处倒圆角，以便于过渡和防止碎屑。

在挤压和扩展后，工具10用于抛光所述孔22的圆周26；因而，该工件还具有抛光部分32，该部分在纵向上邻近扩展部分30(图2e)。所述抛光部分32优选构造成在攻螺纹之前接合、扩展、整平并磨光所述圆周。更特别地，如图1中所示，所述抛光部分32具有逐渐侵入的接合表面34。该表面34由沿着向外的方向从基部向部分32的顶部逐渐延伸的抛光螺纹36来限定。所述抛光螺纹36在沿着螺纹半径逐渐向外的横向位置被截去，使得所述接合表面34在基部开始呈现其最大接合表面积和最内点。所述接合表面34构造成将所述圆周26扩展至大于期望的攻螺纹(图2g)的小直径(或内侧半径(i.r.))且小于大直径(或外侧直径(o.r.))的半径，更优选地，最终抛光半径通常为预期内外半径之间距离的一半。同样，所示实施例中的抛光部分32通过朝着所述工件12移动而接合所述圆周26，同时沿着第一方向旋转。

所述圆周的预备处理的考虑包括，但不限于，预期孔的圆度、尺寸和表面光洁度，最特定地为想要产生的螺纹的圆度。第二重要的是小直径的圆度，这也可通过抛光处理来提高。

之后，工具10具有在纵向上邻近抛光部分32的攻螺纹部分38，其构造成沿着抛光孔的圆周形成阴螺纹40(图2f)。同样，攻螺纹部分38的硬度值大于工件的硬度值；但是，应当理解，攻螺纹的过程主要包括使材料朝着内径向内和朝着外径向外“移动”。因此，形成阳螺纹42沿着部分38的整个纵向长度盘旋，以具有所需的节距(即，相邻螺纹回转之间的距离)。应当理解，所述挤压过程在表面上产生用于插入部及其他的凹槽；但是，需要凹入式紧固件，例如，螺纹42可在顶部被截去(图4)，以进一步限定肩部或插入部43。

在所示实施例中，阳螺纹42具有三角螺纹，但是，还应当理解，在必需更大承载能力或精度时，可利用其它螺纹结构，例如矩形或梯形螺纹。攻出的螺纹42优选包括初始的上斜子部分44和后面的下斜子部分46，其中所述螺纹42分别具有逐渐增大和减小的外径(图1、图2和图2f)。因此，所述攻螺纹部分38也通过相对于工件12移动并相对于所述孔22沿第一方向旋转而接合所述圆周26。

在本发明的另一方面，在工件12具有或被引起具有初始管结构的部位位于由模具48限定的模具腔中，并且经历液压成型过程，优选的工具10还适于在该过程期间使用。更具体地，应当理解，在这种过程期间，工件12被填充有作用在管状工件12的内表面12b上的增压流体(未示出)，以使其沿所有方向均匀地扩展(图2d)。所述工件12在其扩展时适应于模具48的内部轮廓。所述工具10和模具48共同地构造成允许工具10在液压成型过程期间或之后接合所述工件12，这样，所述模具48优选限定了开口50，工具10移动通过该开口50。

在该结构中，优选的工具10还具有在穿孔部分14与攻螺纹部分38的纵向中间的密封部分52，更优选地在扩展部分30与抛光部分32之间。所述密封部分52构造成在所述过程之后防止流体通过所述孔22泄漏。应当理解，所述增压流体用作防止所述管皱缩的型芯，以及在该液压成型过程之后密封流体允许没有流体损失地穿透另外的孔且不必皱缩孔的入口。更特别地，如图2d中所示，所述密封部分52与扩展孔配合地构造，使得该部分52紧密地接收在其中。

如图4中所示，所述密封部分52的可替换实施例具有用于适应由液压成型产生的孔22的扩展的锥度壁。但是，在该结构中，应当清楚，其扩展率与锥度率必须精确地一致，以使得能够在保持密封的同时相对移动。可替换地，所述锥度率可超过所述孔的扩展，使得所述密封部分52可引起所述孔22扩展。这使得能够消除或减小所述扩展部分30，因为所述密封部分52的锥度也可执行相同的功能。在另一可替换实施例中，工具10可在工件12内自动移动，从而需要仅足以形成密封的纵向长度。在所述孔于挤压和冷却之后并不扩展而是收缩在工具10上，优选提供与图4中所示锥度相反的轻微锥度(例如，1°的倒锥)。最后，所述密封部分52，尤其是相对于后面的结构，还可具有构造成更好地密封所述圆周26的压缩材料外层53(图3)。

在所述孔22被攻螺纹之后，工具10通过反向进行上述部分14、28、30、32、38、52的全部运动而脱离工件12。也就是说，所述攻螺纹部分38和抛光部分36沿着与第一方向相反的方向旋转，并且所有部分都反向地移动(即，与接合方向径向相反地移动)。应当理解，为了使该运动能够进行，所述抛光部分36和所述攻螺纹部分38必须具有完全相同的螺纹(即，相等的节距等)。此外，应当理解，所述阳螺纹42必定产生攻的螺纹40，该螺纹限定的内径大于由穿孔部分14、挤压部分28、扩展部分30和/或密封部分52限定的最大直径，以使得工具10能够移除。

在本发明的另一方面，所述工具10在优选是可编程的机器54的连接端处或附近优选地连接到该机器，且更优选地是可拆卸地连接到该机器(图1-5)。所述机器54可操作至横向位置，然后在容许范围内纵向移动和/或旋转所述工具10，其中所述机器54可为例如机器臂或其它实质工具致动装置。如前所述，所述机器54可操作以确保工具10与工件12之间的垂直接合，且因而还可包括一个或多个传感器(未示出)。

在本发明的再一方面，还应当理解，所述工具10可具有整体元件(图1-4)、或者由相应组的穿孔、挤压、扩展、密封、抛光和攻螺纹子部分(未示出)构成的组件(图5)。也就是说，每组都具有多个单一形式的子部分，例如，所述子部分具有不同的尺寸、长度、表面、螺纹直径和/或节距。如图5中所示，组装的工具10包括根据需要从各组选择的子部分，并且所选择的子部分可拆卸地互相连接，以便与从所述各组的另一所选子部件互相交换或完全省去。例如，应当理解，对于产生期望的相等平均直径的螺纹孔，挤压或扩展所述导向孔22并非是必需的，使得可从工具组件省去这些部分28、30。组件10可通过由子部分限定的一系列阳插56和阴接收器58、和/或穿过其纵向中心的锁定键60来牢固地紧固(图5)。所述键60可通过例如螺栓和螺母紧固件62(也在图5中示出)固定到机器54上。

上述本发明的优选形式仅用于示意，不应用用来限制本发明的范围。在不脱离本发明精神的情况下，本领域的技术人员可容易地对本文所述操作的示例性实施例和模式进行各种修改。因此，本发明人根据等同理论声明，本发明的范围包括不脱离所附权利要求所述的本发明的文字含义范围的任意设备、系统或方法。

Claims (17)

1.一种适于在工件中一次通过地形成螺纹孔的工具，其中所述工件具有第一硬度、厚度和外表面，所述工具包括：

细长元件，其具有末端和大于所述厚度的纵向长度；

所述元件还具有：

与所述末端相邻的穿孔部分，限定了刃硬度大于所述第一硬度的切刃，并且构造成在所述通过期间从所述工件的其余部分切割连皮，以在所述工件中产生导向孔，其中所述孔具有初始直径并限定一圆周；

与所述末端间隔开的攻螺纹部分，具有大于所述第一硬度的攻螺纹硬度，并且构造成在所述通过期间沿着所述圆周形成螺纹；以及

在所述穿孔部分与所述攻螺纹部分纵向中间的抛光部分，其构造成在所述通过期间接合、扩展和磨光所述圆周。

2.如权利要求1所述的工具，其中所述元件还具有在所述穿孔部分与所述攻螺纹部分纵向中间的挤压部分，其构造成在所述通过期间接合所述圆周并将工件材料从所述表面推离。

3.如权利要求1所述的工具，其中所述元件还具有在所述穿孔部分与所述攻螺纹部分纵向中间的扩展部分，其构造成在所述通过期间扩展所述孔的直径。

4.如权利要求1所述的工具，其中所述抛光部分限定了逐渐侵入的接合表面，该表面构造成扩展所述孔和处理所述圆周。

5.如权利要求1所述的工具，其中所述元件还具有与所述穿孔部分相邻并构造成接合所述圆周和将工件材料从所述表面推离的挤压部分、与所述挤压部分相邻并构造成扩展所述孔的直径的扩展部分、与所述攻螺纹部分相邻并构造成在所述通过期间接合、扩展和磨光所述圆周的抛光部分。

6.如权利要求1所述的工具，其中所述工具还适于在液压成型过程期间使用，在所述液压成型过程期间，所述工具填充有增压流体，所述元件还具有在所述穿孔部分与所述攻螺纹部分纵向中间并构造成在所述通过期间防止流体通过所述孔泄漏的密封部分。

7.如权利要求6所述的工具，其中所述密封部分具有构造成保持与孔的密封关系的纵向锥度壁。

8.如权利要求1所述的工具，其中所述切刃设有斜面，使得所述连皮的一部分保持附接于所述其余部分。

9.如权利要求1所述的工具，其中所述攻螺纹部分还包括上斜和下斜子部分，所述子部分构造成逐渐接合和脱离所述攻螺纹部分和所述圆周。

10.如权利要求1所述的工具，其中所述元件还具有与所述末端相对的第二端，并且构造成可拆卸地与可操作以移动和旋转所述元件的机器互连。

11.如权利要求1所述的工具，其中所述工件位于模具中，经受液压成型过程，其中增压流体接合所述工件，并且所述增压流体可操作以使得所述工件相对于所述工具移动并适应所述模具，所述模具与工具协同地构造，以允许所述工具在所述过程期间接合所述工件。

12.一种适于在工件中一次通过地形成螺纹孔的工具，其中所述工件具有硬度、厚度和外表面，并且在所述通过期间经历液压成型过程，所述工具包括：

细长元件，其具有末端和大于所述厚度的纵向长度；

所述元件还具有：

与所述末端相邻的穿孔部分，限定了切刃，并且构造成在所述通过期间从所述工件的其余部分切割连皮，以在所述工件中产生导向孔，其中所述孔具有初始直径并限定一圆周；

与所述穿孔部分纵向相邻的挤压部分，其构造成接合所述圆周，以在所述通过期间将工件材料从所述表面推离；

与所述挤压部分纵向相邻的扩展部分，其构造成在所述通过期间扩展所述孔的直径；

与所述扩展部分纵向相邻的密封部分，其构造成接合所述圆周，并在所述通过期间防止流体通过所述孔泄漏；

与所述密封部分纵向相邻的抛光部分，其构造成在所述通过期间进一步扩展所述直径，并磨光所述圆周；以及

与所述末端间隔开的攻螺纹部分，其构造成在所述通过期间沿着所述圆周形成螺纹。

13.如权利要求12所述的工具，其中所述元件具有由相应组的穿孔、挤压、扩展、密封、抛光和攻螺纹子部分构成的组件，每组都包括具有不同尺寸的多个子部分，并且所述元件包括从各组选择的子部分，所选子部分可拆卸地互相连接，以便与从所述各组选择的另一子部分交换。

14.一种适于在工件中一次通过地形成攻螺纹孔的方法，其中所述工件具有外表面并限定一厚度，所述方法包括如下步骤：

将所述表面与限定连续切刃的穿孔元件接合，并将所述切刃朝着所述工件移动大于所述厚度的距离，以从所述工件的其余部分切割连皮并在其中形成导向孔，从而开始所述通过，其中所述孔限定一圆周；

通过移动抛光元件同时沿着第一方向旋转所述抛光元件，来利用所述抛光元件抛光和扩展所述孔；

在所述通过期间，使所述圆周与攻螺纹元件接合，并且使所述攻螺纹元件在沿第一方向旋转的同时移动大于所述厚度的距离，从而沿着所述孔的圆周形成阴螺纹；

在所述通过期间，通过使所述攻螺纹元件在沿着与所述第一方向相反的方向旋转的同时反向移动大于所述厚度的距离，使所述攻螺纹元件从所述孔脱离；

在形成所述螺纹之后，通过使所述抛光元件在沿着与所述第一方向相反的方向旋转的同时反向移动而脱离所述孔；以及

通过使所述穿孔元件反向移动大于所述厚度的距离而将所述穿孔元件从所述孔脱离，以完成所述通过。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述方法还包括使所述圆周与扩展元件接合并通过移动所述扩展元件来扩展所述孔，使所述圆周与挤压元件接合并通过移动所述挤压元件而使工件材料离开所述表面，使所述孔与密封元件接合，以在形成所述螺纹之前密封所述孔，以及通过反向地移动所述扩展、挤压和密封元件来脱离所述孔。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述穿孔、扩展、挤压和密封元件具有最大直径，并且所述螺纹具有大于所述最大直径的最小孔直径。

17.如权利要求15所述的方法，其中所述穿孔、扩展、挤压、密封、抛光和攻螺纹元件呈现为整体式元件的部分，并且所述方法还包括将所述元件相对于所述工件固定在预定位置。

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