CN105829030B - 用于工具保持器的制造方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的用于工具保持器的制造方法设有下述步骤。成形空心的主轴(基体)。在壁中设置至少一个长形空隙。主轴由包含无合金或低合金的钢的第一材料构成。插入部由形成高合金工具钢的第二材料构成。插入部具有与空隙互补的基座和肋。插入部嵌入空心主轴中，使得基座位于空隙中并且肋凸出到主轴内部空间中。基座在高于所用钢的AC3温度之上焊接到空隙中。冷却由空心主轴和插入部构成的组合体。在含碳气氛中进行组合体的热处理，气氛的碳含量足以使空心主轴渗碳并且不足以使插入部渗碳。在800摄氏度和950摄氏度之间的温度下进行组合体的热处理。在热处理之后在盐浴或液体浴中冷却组合体。

Description

用于工具保持器的制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于工具保持器、特别是用于车削和凿钻的手持工具机的工具保持器的制造方法。

背景技术

US7338051描述了一种用于组合锤的工具保持器。该工具保持器具有管状的基体，在该基体的内部空间中容纳的钻头沿其轴线运动。锁定部件嵌入到内部空间中并且确保钻头不会脱出。另外该工具保持器具有肋，该肋嵌入钻头的对应槽中，从而将扭矩从工具保持器传递到钻头上。该肋由烧结的硬金属构成并且作为插入部嵌入基体中。烧结的硬金属非常耐磨。在基体中的重叠的钻孔中固定肋。持久的固定包括粘合、压配合、钎焊或焊接、激光焊接。

肋遭受非常高的机械负荷。特别是当钻头在钻探过程中卡在螺纹钢上时产生扭矩的负荷峰值。此外，插入部和基体通过撞击机构而经受振荡。对于肋和基体之间的连接的持久性提出高的要求。烧结硬金属的钎焊和焊接很复杂，而粘合和压配合不是合适的措施。

肋应当具有高的耐磨性并且尽管如此在工具保持器制造过程中应当容易加工。

第二材料优选是冷加工钢或高速钢；热加工钢已证明在钎焊和热处理之后比较软。

发明内容

根据本发明的用于工具保持器的制造方法具有下述步骤。成形空心的主轴(基体)。在壁中设置至少一个长形空隙(Aussparung)。主轴由包含无合金或低合金的钢的第一材料构成。插入部(Einsatz)由形成高合金工具钢的第二材料构成。插入部具有与空隙互补的基座和肋。插入部嵌入空心主轴中，使得基座位于空隙中并且肋凸出到主轴内部空间中。基座在高于所用钢的AC3温度之上焊接到空隙中。冷却由空心主轴和插入部构成的组合体(Verbund)。在含碳气氛中进行组合体的热处理，气氛的碳含量足以使空心主轴渗碳并且不足以使插入部渗碳。在800摄氏度和950摄氏度之间的温度下进行组合体的热处理。在热处理之后在盐浴或液体浴中冷却组合体。

令人惊讶地通过该制造方法获得一种耐磨的肋。工具钢由于非常特殊的多步骤的硬化过程而实现其硬度，钢材供应商给出了该硬化过程的温度走向。该硬化过程包含：至少一次加热，加热到碳化物熔融的温度；以及三次的回火，回火在500和600摄氏度之间的温度下进行。第三次回火在文献中描述为重要的，从而在第二材料中排除剩余奥氏体并且由此在冷却过程中排除已产生的玻璃状的马氏体以及获得工具钢期望的负荷性能。当工具钢加热到明显高于600摄氏度时，工具钢损失了其硬度，在大约800摄氏度预期有软化退火。根据传统的教导，钎焊时的温度以及之后热处理步骤的温度都对应于对于肋的工具钢的应用。

在组合体的热处理之后可以跟随有在180摄氏度至210摄氏度下的回火，回火排除了特别在空心主轴中的应力。

插入部优选借助锻造法或精密铸造法成形。

附图说明

接下来的描述根据示例的实施方式和附图阐述了本发明。附图中：

图1示出了组合锤；

图2示出了工具保持器；

图3示出了工具保持器的横截面平面III；

图4示出了插入部的俯视图。

只要没有另外说明，相同的或功能相同的部件在附图中通过相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1示意性地示出了组合锤1作为钻凿式手持工具机的示例。组合锤1具有工具保持器2，在该工具保持器中能够插入工具的杆端部3，例如锤钻4的杆端部。驱动器5(Motor)构成了组合锤1的初级驱动，该驱动器驱动撞击机构6和输出轴7。使用者能够借助手柄8引导组合锤1并且借助系统开关9使组合锤1运行。在运行过程中，组合锤1使锤钻4连续地围绕工作轴10旋转并且能够在此将锤钻4沿着工作轴线10朝撞击方向11撞入基础中。撞击机构6优选为电机驱动的气动的撞击机构6。撞杆12通过空气弹簧13耦接在活塞14上，该活塞通过驱动器5沿着工作轴线10往复运动。撞杆12通过冲头15直接或间接地撞击到杆端部3上。

工具保持器2具体地在图2中以纵截面图示出并且在图3中以横截面图示出。工具保持器2具有由输出轴7驱动的空心的主轴16(基体)，该主轴具有用于工具4的容纳空间17。锤钻4可以通过从动侧的开口18沿插入方向(与撞击方向11反向)插入容纳空间17中。容纳空间17优选与杆端部3互补地成形，例如成形为圆筒形。

借助阻挡体，这里借助棘爪19在容纳空间17中能够拆卸地锁定设有锁定槽的锤钻4。棘爪19装入空心主轴16的壁中的长孔20中。通过锁定环21进行棘爪19的径向止动，棘爪19沿径向贴靠在该锁定环的内部并且部分地凸出到容纳空间17中。棘爪19凸出到容纳空间17中的部分能够嵌入工具4的锁定槽中。弹性负荷的闸板22将棘爪19保持在锁定环21内部，即，在轴向上与锁定环21重叠。在安装锤钻4时，棘爪19克服弹性负荷的闸板22移动并且脱离与锁定环21的啮合。棘爪19能够在径向上移开并且释放容纳空间17。棘爪19能够克服弹性负荷的闸板22移动穿过操作套管23，由此消除棘爪19的径向止动并且能够取出锤钻4。

空心的主轴16的旋转运动通过凸出到容纳空间17中的肋24而传递到锤钻4上。工具保持器2的示例性设计具有一个肋24。替换性的工具保持器2特别是对于大直径的锤钻来说可以具有两个或更多个肋24。肋24沿着工作轴线10在用于棘爪19的长孔20的高度上。

肋24是插入部25凸出到容纳空间17中的部分。插入部25具有肋24和基座26。空心的主轴16对于每个肋24都具有一个空隙27，基座26沿径向28嵌入到该空隙中。空隙27与基座26互补。基座26通过钎焊而持久地固定在空隙27中。整个插入部25优选为一件式，即，由一种材料组成并且没有接合区域地连续。插入部25能够由工具钢制得。空心的主轴16由另一种材料制成。

肋24具有主体区段29。该主体区段29基本上将整个扭矩传递到组合锤1上。主体区段29暴露在外的外表面、特别是顶面30和两个侧面31平行于工作轴线10。这些外表面限定出梯形的横截面，该横截面沿着工作轴线10在主体区段29的整个长度上是恒定的。顶面30垂直于径向28(垂直方向)。侧面31优选邻接在顶面30的相对的纵边上。侧面31优选彼此在20度和40度之间倾斜。肋24因此优选在其底面、即在基座26上比在顶面30上更宽。肋24的平均宽度32大致相同，例如与肋24的高度33相差小于20％。主体区段29的长度34至少为高度33的三倍。肋24必须足够长以使得将扭矩传递到锤钻4上。

肋24具有一个后部区段35，该后部区段沿撞击方向11设置在主体区段29的后面。后部区段35具有端面36，该端面指向撞击方向11。端面36优选为梯形。端面36的法线位于由工作轴线10和垂直方向28张开的平面中。示例的端面36不是垂直于工作轴线10而是在70度和80度之间倾斜。端面36优选为平的。端面36比主体区段29略窄，即小于梯形的横截面。端面36在基座26上的宽度37为横截面在基座26上的宽度32的80％和90％之间。

两个相对的入口面38邻接在端面36的侧向。入口面38使端面36与侧面31相连接。平的入口面38相对于侧面31稍微倾斜，优选倾斜2度和10度之间。入口面38优选从基座26一直达到顶面30。入口面38的长度39大致对应于两个入口面38的间距，即肋24的宽度37。

基座26比肋24更长且更宽。基座26在其纵向端部处通过半圆柱形的端部件闭合。基座26在两个端部件之间基本为方形。空隙27同样相应地具有包含方形中间区域的半圆柱型的端部。

空心的主轴16例如由管状坯件制成。该管状坯件可以冷扩张成期望的内部轮廓。随后切削式加工内表面和外表面。另外，切削式地、例如通过铣头成形用于棘爪19的长孔20以及用于插入部25的空隙27。支承区段可以微调并打磨成目标直径。

管状坯件的钢材优选为低合金化的钢，例如16MnCr5。碳含量低于0.4重量％，优选大于0.1重量％。这种钢是低合金化的；所有混有的合金元素少于5重量％。在此铬可以具有最大含量，例如在1.0和2.2重量％之间。钢材也可以是无合金化的。在此碳含量同样低于0.4重量％。

插入部25优选在没有切削式加工的条件下制成。插入部25例如由钢质的坯件锻造而成。例如通过模具进行成形，坯件置入该模具中。该模具例如可以形成多件式并且具有与插入部25(例如具有基座26的肋24)互补的形状。在950摄氏度和1150摄氏度之间的温度下锻造坯件。在此超过钢的AC3温度，由此形成奥氏体。在成形之后优选在空气中将插入部25冷却至室温。插入部25可以替代性地借助精密铸造法制造。

用于插入部25的坯件是一种工具钢，例如X155CrVMo12-1。碳含量大于0.8重量％，优选小于2.2重量％。坯件是高度合金化的，所有合金元素的含量大于7重量％。

插入部25置于空心主轴16的空隙27中。焊料、例如含铜的焊料引入插入部25与空心主轴16之间。插入部25例如在焊接炉中在1030摄氏度和1070摄氏度范围内的温度下焊接到空心的主轴16上。焊接过程持续20分钟至60分钟之间。在焊接过程中空心主轴16的钢与插入部25的钢加热到它们的重结晶温度之上。在此工具钢损失了硬度。在焊接之后优选在空气中或者在另一种气体气氛中冷却由空心主轴16和插入部25组成的组合体。

该组合体在一个直接紧接着的步骤中进行热处理。将该组合件加热至800摄氏度和950摄氏度之间的温度。该温度能够在两个或多个步骤中提升，从而使得组合体中的热机机械学应力最小化。组合体在该温度下保持30分钟至2小时。该温度明显低于适合工具钢硬化的温度。在示例性的工具钢X155CrVMo12-1的情况下，适合工具钢硬化的温度规定为1160至1190摄氏度。对于工具钢的三次重复的热处理(热处理最大在400至600摄氏度之间的温度下进行)来说这个温度也是特别的，从而获得工具钢的典型硬度和负荷能力。

在含碳的气氛中，例如在气体渗碳炉中进行热处理。例如通过掺入甲醇和丙烷提高碳水平。碳水平调节使得碳水平在热处理过程中优选保持恒定。这样选择碳水平，即，使得空心主轴16渗碳。碳水平对于选择的钢来说可以采用表格或模拟，或者在少量试验中确定。碳水平的测量可以以已知的方式间接地通过氧分压来确定。另外这样调整碳水平，使得插入部25的工具钢不渗碳。例如碳水平在0.7和0.75之间。在插入部25中的碳含量可以下降或者保持不变。

通过急速的淬火例如在油中结束热处理。组合体硬化。适宜地，热处理之后跟随在180摄氏度和210摄氏度之间的低温下的一次回火，从而消除内部应力。

在一个设计中，在组合体淬火至室温之后接着冷却至-60摄氏度至-120摄氏度。这种低温冷却有利于组合体的硬化。在低温冷却之后跟随一次回火。

Claims (8)

1.一种用于工具保持器(4)的制造方法，所述方法设有下述步骤：

成形空心的主轴(16)，所述主轴在壁中具有至少一个长形空隙(27)，所述主轴由无合金或低合金的钢的第一材料构成；

由高合金工具钢的第二材料形成插入部(25)，其中所述插入部(25)具有与所述空隙(27)互补的基座(26)和肋(24)；

将所述插入部(25)嵌入所述空心的主轴(16)中，使得所述基座(26)位于所述空隙(27)中并且所述肋(24)凸出到所述主轴(16)的内部空间(17)中；

将所述基座(26)在高于所述第一材料的AC3温度以及所述第二材料的AC3温度之上的温度钎焊到所述空隙(27)中；

冷却由所述空心的主轴(16)和所述插入部(25)构成的组合体；

在含碳气氛中进行所述组合体的热处理，所述气氛的碳含量足以使所述空心的主轴(16)渗碳而不足以使所述插入部(25)渗碳，其中在800摄氏度和950摄氏度之间的温度下进行所述组合体的热处理，以及；

在所述热处理之后在液体浴中使所述组合体淬火。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述组合体的热处理之后进行在180摄氏度至210摄氏度条件下的回火。

3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述插入部(25)借助锻造法或精密铸造法成形。

4.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述第一材料具有最大0.4％的碳含量。

5.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述第一材料具有少于5％的金属合金含量。

6.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述第二材料具有至少0.8％的碳含量。

7.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述第二材料具有至少7％的金属合金含量。

8.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述第二材料是冷加工钢或高速钢。