CN110167705A - 螺纹成形器和制造螺纹的方法 - Google Patents

Abstract

本发明特别涉及用于无切削生产螺纹的螺纹成形器(1)，该螺纹成形器具有多个挤压刃齿(4)，这些挤压刃齿分别以预定的齿距角(T)沿成形曲线(9)布置，其中每个齿距角(T)小于或等于预定的最大齿距角(T_max)，其中针对6mm和20mm之间的标称螺纹成形器直径(Da)用如下方式确定最大齿距角(T_mx)，使得满足以下条件：T_max＝sin^‑1((a×ND^y+b×ND+c)x2×π)；其中i)对于6≤ND＜10，则a＝‑0.0008，b＝0.00705，c＝0.1325，y＝2；ii)对于10≤ND＜12，则a＝1.7924/(2×π)，b＝0，c＝0，y＝‑0.408；或者iii)对于12≤ND≤20，则a＝0.751/(2×π)，b＝0，c＝0，y＝‑0.104；其中T_max是最大齿距角，并且ND是以毫米为单位测量的标称螺纹成形器直径(Da)的大小。

Description

螺纹成形器和制造螺纹的方法

本发明涉及一种螺纹成形器(Gewindeformer)和一种用于制造螺纹成形器的方法。

对于螺纹生产或螺纹精加工，除了切削方法外，还已知非切削的方法和螺纹工具。例如，所谓的螺纹丝锥就属于非切削的螺纹生产工具。

螺纹丝锥是相对于其工具轴线轴向工作的螺纹工具，并且通常具有构造在工具柄上的工作区域，该工作区域具有螺旋形环绕工具轴线的工作面的布置，这些工作面被称为成形楔、挤压刃齿(Drückstollen)、或者也被称为开槽齿。

在工具围绕工具轴线旋转并且沿工具轴线轴向进给时借助工作面将螺纹压入工件中。因此，螺纹丝锥通过在相应的接触点/接触面处对工件压力成形或冷成形来生产螺纹。

非切削运行的螺纹工具(即螺纹丝锥)与切削的螺纹工具相比的优点是，与铣削成形的螺纹相比，在生产螺纹时通过对工件成形来实现螺纹结构区域中的加强，由此可以生产更耐磨的螺纹。

螺纹丝锥的柄通常被实施为圆柱形并且通过其背离工件和工作区域的端部被容纳并且被保持在机床或驱动器的卡盘中。

工作区域设置有螺纹成形轮廓，该螺纹成形轮廓表示与待生产的螺纹相反的形状，特别是因此具有相同的螺距。因此，在纵向剖面中或在螺纹轮廓中，螺纹生产工具交替地具有凸起部或齿和凹进部或凹槽，它们通常分别具有距离彼此相同的距离，这意味着螺纹的螺距是恒定的。齿在其横截面中可以以锐角径向向外延伸，并且可以在其头部或顶部区域构造成圆形的。

在工作区域内的横截面中，螺纹丝锥通常具有近似多边形的轮廓，其中工作面(成形楔、挤压刃齿或开槽齿)形成相应多边形的角区域。例如，可以在角区域或挤压刃齿之间形成槽，特别是冷却槽和/或润滑槽。替代地或额外地，螺纹丝锥可以具有在工具的内部延伸的通道，这些通道可以分别被构造成用于供应冷却剂和/或润滑剂。

在螺纹丝锥中可以这样设置，即螺纹丝锥的工作区域在例如楔形的起动区域(Anlaufbereich)或开槽区域中朝向背离工具柄的工具尖端逐渐变细。例如，挤压刃齿在此处，特别是当挤压刃齿的形状大致不变时，可以向内偏移地布置。

螺纹轮廓(特别是螺纹深度)可以通过开槽区域连续地通过增加挤压刃齿的径向进给来产生。此外，还可以使开槽区域中的第一挤压刃齿或开槽齿进入工件表面，例如进入孔的内壁变得容易，其中可以减少挤压刃齿上的成形力。

在起动区域/开槽区域中相邻的或相继的挤压刃齿或开槽齿之间距离工具轴线的径向进给或径向距离的增加也称为成形高度。

在邻接起动区域的引导或校准区域中，挤压刃齿或开槽齿的径向进给或径向长度或外径保持恒定。该区域用于在由起动区域通过成形产生的螺纹中引导螺纹丝锥并且必要时用于精平整或校准螺纹。

为了利用螺纹丝锥生产内螺纹，通常首先在工件中产生孔，该孔具有内径，该孔的内径小于螺纹丝锥的工作区域的外径。随后，螺纹丝锥通过以定义的轴向进给和围绕工具柄的纵向轴线(即工具轴线)的定义的旋转利用工作区域在螺纹成形方向上(即右旋螺纹的顺时针方向以及左旋螺纹的逆时针方向)的前进被引入孔中。

在将螺纹丝锥引入孔中时，挤压刃齿(特别是螺纹尖端和螺纹丝锥的相关的成形表面)被压入工件或孔的表面中或表面上。在这种情况下，工件的材料发生塑性变形并且被径向挤压到螺纹丝锥的工作区域的轴向相邻的挤压刃齿或开槽齿之间的凹进部或凹槽中。

开槽期间，扭矩和摩擦，特别是机械摩擦负载增加到直至所有开槽齿啮合。

待螺纹丝锥充分旋入后，该螺纹丝锥在相反方向上旋转的情况下从产生的螺纹中旋出，其中滑动摩擦力矩和机械摩擦负载在旋出时连续减小。

在通过对工件成形制造螺纹时，在挤压刃齿或开槽齿上出现并非微小的力(特别是摩擦力)，这一方面会导致对工件成形，而另一方面会作为机械应力显著影响挤压刃齿或开槽齿的使用寿命。特别是挤压刃齿或开槽齿的特别是径向的进给和形状不仅影响所出现的力，而且还影响所生产的螺纹的质量。

从DE 11 2009 005 043 T5中已知一种螺纹丝锥，该螺纹丝锥具有开槽齿的特殊结构，这应导致在螺纹制造时应减小摩擦力矩和产生的热量。

从DE 10 2012 100 734 A1中已知一种螺纹成形器，其中为了提高成形特性提出的是，沿工作区域的成形曲线调整第一挤压刃齿和第二挤压刃齿之间的齿距角。

基于此，本发明的任务在于，提出一种新颖的，特别是替代的螺纹成形器和相应的制造方法。特别地，应提出一种螺纹成形器和相应的制造方法，其能够实现精确的螺纹形式/或与常规的螺纹成形器相比利用其例如能够实现螺纹成形器的改进的使用寿命。

该任务通过独立权利要求的特征得以实现。特别地，实施形式和变型从从属权利要求以及此外从以下描述中，特别是从本文描述的实施形式和实施方式中获悉。

根据本发明的一个实施形式，提供了一种螺纹成形器(特别是：螺纹丝锥)，即用于生产螺纹的工具，该螺纹成形器被构造并且配置成用于旋转平移地非切削地生产螺纹。

在这种情况下，术语生产螺纹应特别理解为新制造螺纹以及再加工在工件中或工件上的现有螺纹。

术语“旋转平移”应被理解成螺纹成形器在制造螺纹时围绕其纵向轴线(特别是：工具轴线、旋转轴线)旋转(旋转分量)，并且同时在一定方向上，即在平行于纵向轴线的方向上移动(平移分量)。

特别地，通过螺纹成形器或螺纹丝锥非切削地制造螺纹应被理解成在工件中或工件上的螺纹主要通过工件的材料成形，特别是冷成形来产生。

如已阐述的那样，与切削制造出的螺纹相比，通过成形制造出的螺纹的优点是，通过改进工件材料中的纤维路径可以实现在螺纹齿/螺纹槽区域中的改进的强度。

所提出的螺纹成形器包括一个，即至少一个，特别是一个或多于一个螺纹成形部分，该螺纹成形部分具有多个挤压刃齿(特别是：工作面、成形楔、开槽齿)。特别地，挤压刃齿可以被构造成关于螺纹成形器的纵向轴线径向向外突起的(特别是：突出的)、用于生产螺纹和/或用于再加工螺纹/该螺纹的刃齿(特别是：齿、楔)。

特别地，挤压刃齿可以以如下方式构造，使得通过压入挤压刃齿可以对相应表面和/或接触区域上或相应表面和/或接触区域中的工件成形，并且使得可以构造基本上通过挤压刃齿和位于其间的凹进部(特别是：凹槽)的结构定义的螺纹。

在本发明的实施形式中，挤压刃齿分别以预定的、在相邻的挤压刃齿之间定义的齿距角沿围绕工具轴线(特别是：旋转轴线、纵向轴线)的成形曲线，特别是沿大致螺旋形围绕工具轴线的成形曲线布置。特别地，螺旋形成形曲线可以由待制造的螺纹的相应螺距得出。

根据本发明，沿成形曲线相邻的挤压刃齿之间的每个齿距角小于或等于预定的最大齿距角。

在本发明的实施方式中，对于6mm和20mm之间的标称螺纹成形器直径，最大齿距角以如下方式来确定，使得满足以下条件：

T_max＝sin^-1((a x ND^y+b×ND+c)×2xπ)；

其中

i)对于6≤ND＜10，则a＝-0.0008，b＝0.00705，c＝0.1325，y＝2；

ii)对于10≤ND<12，则a＝1.7924/(2×π)，b＝0，c＝0，y＝-0.408；或者

iii)对于12≤ND≤20，则a＝0.751/(2×π)，b＝0，c＝0，y＝-0.104；

其中T_max是最大齿距角，并且ND是以毫米为单位测量的标称螺纹成形器直径的大小。在上述关系式中，符号“x”是数学乘号。

特别地，标称螺纹成形器直径被理解成螺纹成形器的标称直径，而不考虑现有的尺寸过大或尺寸不足或与现有的尺寸过大或尺寸不足无关，该标称螺纹成形器直径基本上是由螺纹成形器的邻接有可能存在的起动区域(特别是：开槽区域)的引导区域(特别是：校准区域)的标称直径给出的。特别地，标称直径，即标称螺纹成形器直径，被理解成相关的螺母螺纹的最小允许外径。

特别地，齿距角被理解成相对于轴向投影并且由两个沿成形曲线相继的挤压刃齿的中心平面定义的中间角。特别地，齿距角被理解成相对于工具轴线在成形曲线的方向上或在圆周方向上测量的、在沿成形曲线或圆周方向相邻的挤压刃齿之间的中间角。在这方面，术语齿距角对应于技术领域常规的理解。

在提到的标称直径范围为i)至iii)的螺纹成形器中，这些螺纹成形器的挤压刃齿根据给定的关系式进行布置，在这些螺纹成形器中特别地已经发现，特别是在可比的螺纹质量或者甚至螺纹质量得以改善的情况下，可以实现比具有较大的齿距角的螺纹成形器明显改进的使用寿命。

例如，已在现场实验和研究中发现，根据本发明构造的螺纹成形器有利地具有延长的使用寿命，该使用寿命可以比常规的螺纹成形器提高1.5到2.0倍。

根据指定的关系式确定的齿距角通常小于现有技术中已知的齿距角，这尤其意味着沿着形状曲线布置的挤压刃齿在一整圈中的数量比根据现有技术的螺纹成形器更大。

特别地，本发明的一个发现是，从指定的关系式中得出的挤压刃齿的最大允许距离，特别是中心距离以及因此伴随的挤压刃齿沿成形曲线的数量可以对使用寿命产生显著的影响。在这方面，本发明的一个发现是，与常规的螺纹成形器相比，使用寿命和/或螺纹质量/强度可以通过减小最大齿距角或通过提高挤压刃齿的数量来实现，其中用于最大齿距角的指定的关系式已证明是特别有利的。

通过根据上述关系式来布置挤压刃齿(在该布置中例如圆周距离或齿距角比现有技术中同类的螺纹成形器小)，即使由于挤压刃齿的数量增加所致的在制造螺纹时会出现增大的摩擦以及随之而来的增大的扭矩，仍然可以实现使用寿命的显著增加。当齿距角较小时，在制造螺纹时可以降低待成形的螺纹的塑性部分中的回弹。因此随之而来的是，例如由于特别是在螺纹成形器的成形椎体区域中相继的挤压带(Drücksteg)之间的圆周距离缩短，所以特别是针对各个成形齿可以得出负载减小。

在本发明的实施形式中，提供了一种用于在工件中或在工件上制造螺纹的方法。所提出的方法包括至少以下步骤：

-提供工件；

-提供根据本文描述的本发明的实施形式构造的螺纹成形器；和

-在螺纹成形器同时旋转和轴向平移运动的情况下生产螺纹，其中螺纹成形器以预定的旋转速度和预定的轴向进给速度运动。

为了该方法的优点和有利的效果，参考螺纹成形器的实施形式，这些实施形式在此应相应地适用。

在下文中，描述了本发明的其它实施形式，这些实施形式既应适用于螺纹成形器，又应适用于相应的方法，特别是与是否描述了与螺纹成形器或与螺纹制造方法相关的实施形式的相应的特征无关。

在实施形式中可以这样设置，即齿距角中的每个齿距角进一步以如下方式选择，使得对于沿成形曲线的每圈上，沿成形曲线相继存在的挤压刃齿的挤压刃齿数量均是整数值，特别是奇数值。

特别地，在实施形式中，齿距角可以以如下方式选择，使得一方面齿距角小于最大齿距角，并且另一方面，沿螺纹成形部分的成形曲线的每圈上均存在整数数量的挤压带，特别是奇数数量的挤压带。特别地，在使用奇数个挤压刃齿数量时，可以实现相应构造的螺纹成形器的有利的使用寿命。在实施形式中，可以以如下方式选择齿距角，使得针对ND≥8或ND>8的标称螺纹直径，沿着成形曲线相继存在的挤压刃齿的挤压刃齿数量由奇数值来给定。

在实施形式中可以这样设置，即最大齿距角和/或这些齿距角以如下方式确定，使得针对在6mm和小于8mm之间的标称螺纹成形器直径(Da)，对于沿成形曲线(9)的至少一圈，任选每圈上的挤压刃齿数量正好是6个，并且针对在8mm和小于10mm之间的标称螺纹成形器直径(Da)的挤压刃齿数量正好是7个。

例如，齿距角可以用如下方式选择，使得这些齿距角对于所有相邻的挤压刃齿而言均具有基本相同的值。

在变型中，齿距角可以用如下方式选择，使得这些齿距角对于沿着成形曲线相继的挤压刃齿而言是不同的，特别是根据预定的模式或根据在每种情况下预定的规则是不同的。例如，可以在圆周方向上以预定的周期重复齿距角。

在另外的实施形式中，齿距角可以用如下方式选择，使得沿着形状曲线的预定数量的各个挤压刃齿之间的齿距角之和形成全角，即360°。

在实施形式中，特别是在后一种情况下，可以这样设置，即在遵守本文所提出的用于最大齿距角的关系式的情况下以如下方式选择相邻的挤压刃齿之间的齿距角，使得多组挤压刃齿在螺纹成形器的轴向投影中看去是依次布置的，特别是重合地依次布置的。

在实施形式中，各组挤压刃齿可以形成在轴向方向延伸的挤压带，其中相邻的挤压带可以通过位于其间的槽，特别是用于冷却剂和/或润滑剂的槽彼此分隔开。

特别是当一组挤压刃齿在轴向投影中全等布置时，挤压带或槽可以被保持成平行于螺纹成形器的纵向轴线延伸。在具有非全等布置的实施形式中，挤压带组可以被保持成其中挤压刃齿的曲线或槽的曲线遵循螺旋路径或曲线。

在实施形式中可以这样设置，即齿距角，即相邻的挤压刃齿之间的齿距角以如下方式确定，使得针对在10mm和小于12mm之间的标称直径，对于在沿成形曲线的每圈上，沿成形曲线相继存在的挤压刃齿的挤压刃齿数量至少为9(文字表示：九)个，特别是正好是9(文字表示：九)个，并且针对在12mm或大于12mm的标称直径，优选在12mm和20mm之间的标称直径，挤压刃齿的数量至少为11(文字表示：十一)个，特别是正好是11(文字表示：十一)个。

特别地，在实施形式中，齿距角可以用如下方式选择，即当标称直径≥10mm且<12mm时，在圆周方向上存在正好9(文字表示：九)个挤压带，并且当标称直径≥12mm且<20mm时，存在正好11(文字表示：十一)个挤压带。

对于指定的挤压刃齿数量得出针对所提到的标称直径的特别有利的使用寿命。

在本发明的其它实施形式中，可以这样设置，即至少一个，任选每个挤压刃齿的在螺纹成形器的纵向轴线的方向上定向的、特别是具有平行于纵向轴线定向的方向分量的刃面(Flanke)中的至少一个刃面分别具有第一部分刃表面和第二部分刃表面。

第一部分刃表面例如可以是挤压刃齿的开槽表面，即为在制造螺纹时至少部分主动啮合进工件材料中的成形表面。

第二部分刃表面例如可以是自由开槽表面，该自由开槽表面在螺纹制造期间位于开槽表面的下游，即紧跟在引起成形的开槽表面的后面。

部分刃表面例如可以形成在挤压刃齿的朝向螺纹成形器尖端定向的刃面上。然而，相应的部分刃表面在纵向方向上也可以在挤压刃齿的两侧存在。

在本发明的独立要求保护的实施形式中，部分刃表面可以用如下方式构造(特别地：成形和/或磨削)，使得这些平面或平行于挤压刃齿的部分刃表面的平面沿着一个，优选只沿着一个从螺纹成形器的齿根圆直径(Kerndurchmesser)向外延伸的接触线(特别是：切割线、切割刃)以非零的各种角度，优选以钝角相交。

在实施形式中，部分刃表面可以用如下方式构造，使得接触线相对于螺纹成形器的纵向轴线基本上径向向外延伸。例如，部分刃表面可以用如下方式构造，使得接触线相对于螺纹成形器的纵向轴线在轴向投影中基本上平行于径向方向向外延伸。

特别地，螺纹成形器的齿根圆直径应理解为在挤压刃齿之间构造的凹进部的凹进部底部中测量的螺纹成形器上的直径。特别地，齿根圆直径由外径减去相应的挤压刃齿的径向高度/长度得出。

在挤压刃齿的相应构造中，挤压刃齿可以具有径向向外指向的基本上同向(synklastisch)的形状。

特别是在形状同向时，但是也在其它实施形式中，挤压刃齿在本发明的其他实施形式中可以具有顶部或顶部区域，该顶部或顶部区域可以被定义为径向最外侧的点或区域。接触线(特别是：接触刃、切割线、切割刃)在这种情况下以及在本发明的其它实施形式中可以延伸通过挤压刃齿的顶部点，或者基本上居中地或在中间延伸通过相应的顶部区域。例如，接触线在径向投影中看去横向于，特别是垂直于挤压刃齿的顶部曲线延伸，该挤压刃齿的顶部曲线沿着成形曲线延伸通过顶部区域的顶部点或中心。

特别地，接触线是在制造螺纹成形器时所使用的砂轮动力学的结果或通过制造螺纹成形器时所使用的砂轮动力学来确定，和/或是螺纹成形器上分别所需的开槽角或自由开槽角或通过该开槽角或自由开槽角来确定。特别地，成形曲线或顶部曲线可以用如下方式确定，使得从齿根圆直径至少至挤压刃齿的一半产生或再现直线形的接触线。

在实施形式中可以这样设置，即部分刃表面用如下方式构造并且在接触线中以如下方式接触(特别是：相交)，使得当半径给定时，相应的挤压刃齿当在剖平面中垂直于成形线测量时在接触线处具有最大厚度。

特别地，在螺纹成形器中除了用于最大齿距角的条件外还以如下方式构造了部分刃表面，使得根据描述的实施方式中的任一个实施方式形成接触线，在这种螺纹成形器的情况下可以在螺纹结构精确的同时确定改进的稳定性。

特别地，已经表明，如本文所提到的根据标称直径选择每圈上存在的挤压刃齿的数量(特别是所提出的挤压带的数量)，与根据前述实施形式中任一个实施形式所描述的刃面结构(特别是：由部分刃表面形成的刃面)相结合可以实现比常规的螺纹成形器改善的稳定性。

在实施形式中可以这样设置，即挤压刃齿，特别是挤压刃齿中的每个挤压刃齿，具有相对于螺纹成形器的纵向轴线(特别是：旋转轴线)径向向外突出的螺纹成形器尖端。该螺纹成形器尖端例如可以是上面描述的顶部点或顶部区域。

特别地，向外突出的螺纹成形器尖端应被理解成螺纹成形器的向外突出的、朝向尖端或根据尖端类形逐渐变细的部分。出于这种实施形式的优点和有利效果，参考与面向外部的顶部点相关的相应应用的上述实施形式。

在实施形式和变型中可以这样设置，即挤压刃齿，特别是挤压刃齿中的每个挤压刃齿，相对于通过螺纹成形器尖端并且平行于成形曲线延伸的中间平面不对称地构成。

特别地，通过挤压刃齿的不对称设计可以实现螺纹成形器的稳定性的进一步改进。例如可以有利的是，挤压刃齿沿着成形曲线(特别是沿着开槽刃)从一端到螺纹成形器尖端的径向高度的积分小于挤压刃齿沿着成形曲线(特别是沿着挤压刃齿的自由开槽刃)从螺纹成形器尖端到挤压刃齿的另一端的径向高度的积分。

特别在具有如前所述的螺纹成形器尖端的实施形式中，还可以有利的是，接触线延伸通过螺纹成形器尖端，特别是例如延伸通过螺纹成形器尖端的顶点，例如以如下方式，使得接触线在平行于螺纹成形器的纵向轴线的轴向投影中示出了大致径向的曲线。特别是挤压刃齿的这种几何形状可以有助于通过相应的成形工艺产生具有足够的强度和稳定性的螺纹，并且在相应构造的螺纹成形器中还可以同时实现有利的使用寿命。

在实施形式中可以这样设置，即挤压刃齿，特别是挤压刃齿中的每个挤压刃齿，特别是每个在起动区域(特别是：开槽区域)和/或每个在引导区域(特别是：校准区域)存在的挤压刃齿，具有特别在螺纹成形方向定向的、径向向外指向的开槽刃和特别是与螺纹成形方向相反定向的、径向向外指向的自由开槽刃。

特别地，开槽刃应被理解成相对于纵向轴线的径向向外指向的刃(特别是：线、轮廓)，该刃在螺纹成形器的螺纹成形方向(特别是：螺纹成形旋转方向)上定向，并且在螺纹制造时主动地进给到材料中。因此，特别地，自由开槽刃应被理解成相对于纵向轴线径向向外指向的刃(特别是：线、轮廓)，该刃在与螺纹成形器的螺纹成形方向(特别是：螺纹成形旋转方向)相反的方向上定向，其中自由开槽刃应以如下方式构造而成，使得与开槽刃相比在此期间不会进一步进给到材料中。

如前所述的术语开槽区域应被理解成位于由螺纹成形器的背离工具柄部的工具尖端构成的区域的区域，其中挤压刃齿示出了相邻的或相继的挤压刃齿或开槽齿之间的距离工具轴线的径向进给或径向距离的增加。如前所述，进给的增加也称为成形高度。

此外，引导区域或校准区域应被理解成邻接开槽区域的区段，其中至少没有径向进给的增加，并且进给保持恒定。

在本发明的实施形式中，特别是具有相应构造的开槽刃或自由开槽刃的实施形式中，可以这样设置，使得相对于预定的测量深度由开槽刃构成的(特别是：定义的)开槽角大于在该预定的测量深度下由自由开槽刃构成的(特别是：定义的)自由开槽角。

在这种情况下，术语测量深度应理解为，在螺纹成形器的减少了测量深度的(局部)外径的径向高度上实施开槽角或自由开槽角的相应的测量。

为了确定开槽角或自由开槽角，在轴向投影中或相对于挤压刃齿的延伸通过开槽刃或自由开槽刃的中心平面，在开槽刃或自由开槽刃与测量深度圆的交点中将切线置于开槽刃或自由开槽刃上。然后，开槽角或自由开槽角为<90度的角的大小，该角的大小在测量深度圆上所提到的交点中形成于相应的切线和参考切线之间。

换句话说，开槽角或自由开槽角是<90度的倾斜角的大小，切线在开槽刃或自由开槽刃与测量深度圆之间的交点中应以该倾斜角在开槽刃或自由开槽刃上倾斜，以便使该切线与在交点中施加到测量深度圆处的参考切线重合。

特别地，可以通过针对开槽角和自由开槽角所指定的范围实现低磨损的操作和相对长的使用寿命。

在挤压刃齿的至少一个刃面包括两个部分刃表面的本发明的实施形式中可以这样设置，使得针对6mm至小于10mm的标称螺纹成形器直径(即针对螺纹成形器上的螺纹部分的标称直径)，齿距角(特别是：实际的齿距角或有效存在的齿距角)以如下方式确定，使得针对在6mm和小于8mm之间的标称直径，对于沿成形曲线的至少一圈，任选每圈上的挤压刃齿数量正好是6(文字表示：六)，并且针对在8mm和小于10mm之间的标称直径的挤压刃齿数量正好是7(文字表示：七)。换而言之，针对6mm和小于8mm之间的标称直径的相应的实施形式中，每圈上，特别是沿成形曲线绕着纵向轴线的任意圈上都可以存在正好六个挤压刃齿，并且针对8mm和小于10mm之间的标称直径，每圈上，特别是沿成形曲线绕着纵向轴线的任意圈上都可以存在正好七个挤压刃齿。

特别地，挤压刃齿的所提到数量与相应的部分刃表面的组合已经证明在使用寿命和可实现的螺纹质量方面是有利的。

在实施形式中，可以这样设置，即挤压刃齿与多个挤压带成组地布置。在其它实施形式中，每个挤压带可以基本上平行于螺纹成形器的纵向轴线(特别是：旋转轴线)延伸或者关于螺纹成形器的纵向轴线(特别是：旋转轴线)螺旋地延伸。

特别地，在实施形式中可行的是，沿成形曲线依次放置(特别是：布置)的挤压刃齿平行于纵向轴线(特别是：旋转轴线)以螺纹成形器的一倍螺距或多倍螺距布置。

在实施形式中可以这样设置，即挤压刃齿的表面至少部分地通过抛光处理进行平整。抛光处理例如可以涉及用金刚石粉抛光，或者抛光处理可以包括用金刚石粉进行相应的抛光步骤。

下面基于示例性的实施例的说明并参考附图对本发明的其它特征和优点进行更详细的阐述。图中显示：

图1示出了螺纹成形器的透视图，

图2示出了螺纹成形器的螺纹成形器头部的放大图，

图3示出了螺纹成形器头部在朝向螺纹成形器尖端的观察方向看去的俯视图，

图4示出了螺纹成形器的挤压刃齿的部分的放大图，和

图5示出了挤压刃齿的开槽刃和自由开槽刃的曲线的图。

图1至图5中相应的部件和组件用相同的参考标记表示。

图1示出了螺纹成形器1的透视图，该螺纹成形器被构造成用于在例如由上文提到的材料中的一种材料制成的工件上或在该工件中非切削地生产螺纹，例如内螺纹。

螺纹成形器1包括用于夹紧到动力驱动的卡盘(未示出)中的工具柄2，在该工具柄的一端构造了以螺纹成形器头部3的形状构造的工作区域。

螺纹成形器头部3包括多个挤压刃齿4，这些挤压刃齿围绕纵向轴线L(特别是：工具轴线、旋转轴线)螺旋状布置，其中挤压刃齿4的螺旋形曲线与可利用螺纹成形器头部3产生的螺纹的螺距相对应，该挤压刃齿的螺旋形曲线此外还定义了螺纹成形器1的螺纹成形器轮廓。挤压刃齿4基本上以如下方式布置，使得这些挤压刃齿的中间平面根据螺纹的螺距倾斜地、相对于纵向轴线L横向地延伸，并且基本上平行于螺旋形曲线定向。

如特别从示出了螺纹成形器1的螺纹成形器头部3的放大图的图2中可以看出，螺纹成形器头部3在螺纹轮廓中交替地具有由挤压刃齿4形成的凸起部和凹进部或凹槽，这些凸起部和凹进部或凹槽基本上被布置并且被定向为平行于螺旋形曲线。从纵向轴线L的方向看，挤压刃齿4和各个相应的凹进部通常并且在示出的实施例中具有彼此相同的距离，这意味着螺纹的螺距是恒定的。

示出的示例性实施例的挤压刃齿4在中间平面的横截面中以锐角径向向外延伸，其中这些挤压刃齿可以在径向最外部的区域中，特别是在其头部区域或顶部区域5中被构造为圆形。

在图中所示的螺纹丝锥1中进行如下设置，使得工作区域，即螺纹成形器头部3，在锥形的开槽区域7中朝向背离工具柄2放置的工具尖端6逐渐变细，其中当整体形状基本不变时，挤压刃齿4在开槽区域7中连续地向内偏移布置。

通过开槽区域7，相应的螺纹轮廓连续地通过增加的挤压刃齿4的径向进给来产生，并且此外还易于使挤压刃齿4进入工件表面中，例如进入相应孔的内壁中以便产生内螺纹，其中可以总体上减小作用在挤压刃齿4上的成形力。

在邻接起动区域7的引导区域或校准区域8中，挤压刃齿4的径向进给(特别是：径向长度)基本上是恒定的，其中该区域被用于在由起动区域通过成形产生的螺纹中引导螺纹丝锥，并且必要时用于精平整或校准螺纹。引导区域或校准区域8在朝向工具柄2的端部处可以并入到锥形减小的区域中，其中挤压刃齿4的径向长度减小到工具柄水平。

在起动区域/开槽区域中相邻的或相继的挤压刃齿4之间增加的径向进给也称为成形高度。

为了利用螺纹丝锥1生产内螺纹，通常首先在工件中生产孔，该孔具有内径，该孔的内径小于螺纹丝锥1的外径Da，即螺纹丝锥1的标称直径Da(参见图3，其示出了在朝向螺纹成形器尖端6的观察方向上看去的螺纹成形器头部的俯视图)。

接着，螺纹丝锥1利用工具尖端通过定义的轴向进给和定义的围绕纵向轴线L的旋转在螺纹形成方向R上前进地引入产生的孔中。

在这种情况下，挤压刃齿4和/或相关的成形表面，例如挤压刃齿4的轴向定向的刃面(将在下面更详细地讨论)被压入孔的表面中，从而通过材料成形，特别是冷成形产生螺纹。

如已经提到的那样，工件的材料在这种情况下发生塑性变形并且被径向地挤压到螺纹成形器头部3的挤压刃齿4之间的凹进部中。

在开槽时，扭矩增加直到所有挤压刃齿4啮合。在充分拧入螺纹丝锥1之后，该螺纹丝锥在相反的方向上旋转的情况下从产生的螺纹中旋出，其中滑动摩擦扭矩在旋出时连续地减小。

在通过对工件成形制造螺纹时，在挤压刃齿4上出现并非微小的力(特别是摩擦力)，该力一方面影响工件的成形，而另一方面作为机械应力显著地影响挤压刃齿4的使用寿命。特别是挤压刃齿4的径向进给和形状不仅影响所出现的力，而且影响所生产的螺纹的质量和强度。

在根据本发明的螺纹成形器中，如图1至图4所示，挤压刃齿4可以沿着由挤压刃齿4定义的并且围绕纵向轴线L螺旋地延伸的成形曲线9以如下方式布置，使得这些挤压刃齿4与多个挤压带10(参照图3)成组地布置。

示出的示例性实施例的每个挤压带10基本上平行于纵向轴线L延伸。然而，挤压刃齿4的其它布置也是可能的，例如以如下方式，使得挤压带10相对于纵向轴线L螺旋地延伸，或使得至少部分地沿纵向轴线L未形成定义的挤压带10，这例如在挤压刃齿4在成形曲线9的方向上的距离发生改变时可以是这种情况。

由于挤压刃齿4与多个挤压带10成组的有序布置，在圆周方向上相邻的挤压带10之间形成槽11，这些槽例如可以被用于供应润滑剂和/或冷却剂。

其它(未示出)的润滑剂通道和/或冷却剂通道可以例如被构造在工具柄2和螺纹成形器头部3的内部，并且这些通道例如通向工具尖端6的区域中。

图1至图4所示的螺纹成形器1涉及具有标称直径Da，即外径Da为10mm的螺纹成形器1。总的来说，所示的螺纹成形器1在围绕纵向轴线L，即工具轴线L的每圈上具有九个挤压刃齿4或挤压带10。特别地，挤压刃齿4的这种构造和布置在高螺纹质量和强度的同时在少磨损、长使用寿命方面证明是有利的。

特别地，在图1至图4中示出的螺纹成形器1以如下方式构造，使得挤压刃齿4分别以预定的齿距角T(参考图3)沿基本上螺旋形环绕工具轴线L(即纵向轴线L)的成形曲线9彼此布置。

根据基于此的本发明和基于本发明的关于磨损和螺纹质量和/或螺纹强度的认识，相邻的挤压刃齿4之间的每个齿距角T小于或等于预定的最大齿距角T_mx，其中最大齿距角T_mx以如下方式确定，使得满足以下条件：

T_max＝sin^-1((a×ND²+b×ND+c)×2×π)，

其中

i)对于6≤ND＜10，则a＝-0.0008，b＝0.00705，c＝0.1325，y＝2；

ii)对于10≤ND＜12，则a＝1.7924/(2×π)，b＝0，c＝0，y＝-0.408；或者

iii)对于12≤ND≤20，则a＝0.751/(2×π)，b＝0，c＝0，y＝-0.104；

其中T_mx是最大齿距角，并且ND是以毫米为单位测量的标称螺纹成形器直径的大小。

特别地，从上述关系式得出三个范围i)、ii)和iii)，这三个范围也可以彼此独立地要求保护。

对于示出的Da＝10mm的螺纹成形器1，根据上述关系式得出约45.76度的最大齿距角。示出的每圈上具有共九个挤压刃齿4或挤压带10的示例性实施形式的实际的或有效的齿距角T为40度，因此该实际的或有效的齿距角实际上小于最大齿距角Ta。特别地，实际的齿距角可以用如下方式选择，使得其小于或等于最大齿距角，并且每圈上的挤压刃齿数量是整数值，例如奇数值。

应注意，并非要求所有的齿距角Ta都相等。而也有可能的是，挤压刃齿4在使用两个或两个以上不同的齿距角Ta的情况下沿成形曲线布置。

在标称直径，即外径Da为12mm的根据本发明的螺纹成形器1中，通过上述关系式得出约为35.45度的最大齿距角T_max。

如果挤压刃齿4的布置被选择成使得在沿成形曲线的每圈上的挤压刃齿数量具有整数值，特别是具有奇数的整数值，这在使用寿命和螺纹质量方面已被证明是特别有利的，则当公称直径Da为12mm时，例如可以设置每圈十一个挤压刃齿4，这对应于32.73度的有效的齿距角T，该有效的齿距角小于前面提到的35.45度的最大齿距角T_max。

如已提及的，对于根据指定关系式的最大齿距角而言得出螺纹成形器1的使用寿命和挤压刃齿4的使用寿命方面的优点，其中特别是能够同时实现有利的螺纹质量和螺纹强度。

特别地，在获得的有关螺纹成形的认识的本发明的范围内，已被证明特别有利的是，齿距角以如下方式确定，使得针对10mm和小于12mm之间的标称直径Da，对于在沿成形曲线9的每圈上，沿成形曲线9相继存在的挤压刃齿4的挤压刃齿数量至少为九个，特别是正好是九个，并且针对12mm或大于12mm的标称直径，优选针对12mm和20mm之间的标称直径，挤压刃齿数量至少为十一个，特别是正好是十一个。

如从图2、图3、特别是从其中示出了螺纹成形器1的挤压刃齿4的部分的经过放大的视图的图4中可以看出，挤压刃齿4的朝向工具尖端6定向的刃面13分别具有第一部分刃表面13.1和第二部分刃表面13.2。

特别是在指定的用于最大齿距角T_max的关系式下已经证明的是，当第一部分刃表面13.1和第二部分刃表面13.2沿着从螺纹成形器1的齿根圆直径Dk向外延伸的接触线14相交时，在改善使用寿命和/或螺纹质量方面是有利的，其中部分刃表面13优选以非零的各种角度，特别是以钝角相交。后者例如可以指挤压刃齿4在平行于纵向轴线L的径向剖面中沿圆周方向在接触线14处分别具有最大的、在纵向轴线方向上测量的厚度。

在所示的实施例的螺纹成形器1的实例中，接触线14相对于螺纹成形器1的纵向轴线L大体上径向向外延伸，这已被证明在减少磨损方面是有利的。

从图3中特别明显地看出，挤压刃齿4可以用如下方式构造，使得这些挤压刃齿相对于螺纹成形器1的纵向轴线L分别被构造成径向向外突出的螺纹成形器尖端12，其中接触线14通向螺纹成形器尖端12。

螺纹成形器尖端12表示挤压刃齿4在螺纹产生时具有最大径向进给的区域，并且除了部分刃表面13和接触线14外，还受到相对高的摩擦力和扭矩。

例如在齿根圆直径Dk处开始的接触线13分别通向螺纹成形器尖端12，其中挤压刃齿4的径向向外指向的刃15具有相应的折弯部，使得接触线14高出径向向外指向的刃15延伸，这特别从图4中可以看到。

由此一来，针对示出的挤压刃齿几何形状得出的是，在螺纹产生时径向进给和径向/轴向成形力与螺纹成形方向R相反地朝向接触线14增加，并且越过接触线之后又减小。特别地，根据本发明，通过挤压刃齿4的特殊的几何形状和挤压刃齿4(特别是螺纹成形器尖端12)的由最大齿距角T_max给出的(特别是：定义的、限制的)例如在圆周方向上的距离，可以实现螺纹成形器1中的有利的使用寿命和相对良好的螺纹质量和螺纹强度。

特别从图3中可以看到，在旋转方向上，分别连接相邻的螺纹成形器尖端12的连接线形成多边形P，该多边形在图3中仅涉及三个螺纹成形器尖端12而被示出。在图1至图4的螺纹成形器1的实例中，沿着成形曲线9的一圈看去的每个多边形具有九(数字：9)个角。

从图2和图3中可以看出，在本实例中，所有挤压刃齿4以如下方式构造，使得这些挤压刃齿在相对于剖平面S(参见例如图3、图5)不对称地形成，该剖平面延伸通过螺纹成形器尖端4并且垂直于成形曲线9延伸。

具体地，示出的实施例的螺纹成形器1以如下方式构造，使得挤压刃齿4中的每个挤压刃齿都具有径向向外指向的开槽刃15.1，该开槽刃在螺纹成形方向R上定向并且径向地连接在第一部分刃表面13.1上。在这方面，第一部分刃表面13.1可以称为开槽表面。

此外，挤压刃齿4中的每个挤压刃齿包括径向向外指向的、并且与螺纹成形方向R相反定向的自由开槽刃15.2，该自由开槽刃径向地连接在第二部分刃表面13.2上。在这方面，第二部分刃表面13.2可以称为自由开槽表面。

根据实施形式，如图5所示，挤压刃齿4可以用如下方式构造，使得相对于预定的测量深度由开槽刃15.1定义的开槽角大于在该预定的测量深度下由自由开槽刃15.2定义的自由开槽角。

特别是在根据描述的接触线14和/或根据关于开槽刃15.1和自由开槽刃15.2的非对称性或开槽角和自由开槽角的非对称性形成的螺纹成形器1中，可以设置这样的实施形式，即针对6mm至小于10mm的标称螺纹直径Da，如已指定来确定的最大齿距角T_max、以及实际的齿距角T以如下方确定，即针对在6mm和小于8mm之间的标称直径，对于沿成形曲线9的至少一圈，优选每圈上，正好存在六个挤压刃齿4，并且针对在8mm和小于10mm之间的标称直径，正好存在七个挤压刃齿4。对于这样的实施形式而言，也会得出有利的使用寿命和螺纹质量和/或螺纹强度。

在其它实施形式中，可以这样设置，即至少第一部分刃表面和第二部分刃表面13通过抛光处理，例如用金刚石粉进行平整。由此一来，除了所提出的挤压刃齿4的特殊布置和几何形状外，特别地还可以实现使用寿命和螺纹质量方面的其它优势。

从所描述的实施例中可见的是，本文提出的螺纹成形器1能够实现螺纹的制造，其中相应的方法可以具有以下步骤：

-提供工件；

-提供根据本文提出的本发明的实施形式的螺纹成形器；

-在螺纹成形器同时旋转和轴向平移运动的情况下产生螺纹，其中螺纹成形器以预定的旋转速度和预定的轴向速度运动。

在产生螺纹时，特别是在开槽区域7中的开槽刃13.1和开槽刃面13.1(即第一部分刃表面13.1)以及螺纹成形器尖端12径向进给，由此工件根据挤压刃齿4的轴向顺序和挤压刃齿4之间的凹进部在已加工的表面上成形，特别是冷成形，使得产生对应于螺纹成形器头部3的结构的螺纹。

在引导和校准区域8的区域中，没有径向方向上的进一步进给，(除了有可能发生的由于工件材料的弹性的复原成形引起的进给)。如已经提到的那样，引导和校准区域8被设置用于将螺纹成形器头部3引导到由开槽区域7产生的螺纹中和/或再次成形或校准已经产生的/现有的螺纹。

总体而言，表明的是，利用本文所提出的具有多个分别以预定的齿距角T沿成形曲线9布置的挤压刃齿4的、用于无切削生产螺纹的螺纹成形器能够在实现相对较好的螺纹质量和螺纹强度的同时实现特别有利的使用寿命。

参考标记列表

1 螺纹成形器

2 工具柄

3 螺纹成形器头部

4 挤压刃齿

5 顶部区域

6 工具尖端

7 开槽区域

8 引导区域、校准区域

9 成形曲线

10 挤压带

11 槽

12 螺纹成形器尖端

13 刃面

13.1 第一部分刃表面

13.2 第二部分刃表面

14 接触线

15 刃

15.1 开槽刃

15.2 自由开槽刃

L 纵向轴线

Da 外径

Dk 齿根圆直径

T 齿距角

T_max 最大齿距角

E 中间平面

P 多边形

R 螺纹成形方向

S 剖平面

Claims (12)

1.一种用于无切削生产螺纹的螺纹成形器(1)，所述螺纹成形器(1)包括螺纹成形部分(7、8)，所述螺纹成形部分(7、8)具有多个挤压刃齿(4)，所述挤压刃齿(4)分别以相邻的挤压刃齿(4)之间的预定的齿距角(T)沿成形曲线(9)布置，所述成形曲线(9)围绕工具轴线(L)，特别是基本上螺旋形地围绕所述工具轴线(L)，其中每个齿距角(T)小于或等于预定的最大齿距角(T_max)，其中针对6mm和20mm之间的标称螺纹成形器直径(Da)，所述最大齿距角(T_max)用以下方式来确定，使得满足以下条件：

T_max＝sin^-1((a×ND^y+bxND+c)×2xπ

其中

i)对于6≤ND<10，则a＝-0.0008，b＝0.00705，c＝0.1325，y＝2；

ii)对于10≤ND<12，则a＝1.7924/(2×π)，b＝0，c＝0，y＝-0.408；或者

iii)对于12≤ND≤20，则a＝0.751/(2×π)，b＝0，c＝0，y＝-0.104；

其中T_max是所述最大齿距角，并且ND是以毫米为单位测量的标称螺纹成形器直径(Da)的大小。

2.特别是根据权利要求1所述的用于无切削生产螺纹的螺纹成形器(1)，所述螺纹成形器(1)包括螺纹成形部分(7、8)，所述螺纹成形部分(7、8)具有至少一个，优选多个挤压刃齿(4)，其中至少一个，任选每个挤压刃齿(4)的在所述螺纹成形器(1)的纵向轴线或所述纵向轴线(L)的方向上定向的刃面(13)中的至少一个刃面分别具有第一部分刃表面和第二部分刃表面(13.1、13.2)，所述第一部分刃表面和所述第二部分刃表面沿着从所述螺纹成形器(1)的齿根圆直径(Dk)向外延伸的接触线(14)以非零的各种角度相交，其中所述接触线(14)相对于所述螺纹成形器(1)的纵向轴线(L)可选地基本上径向向外延伸，特别是在轴向投影中看时，所述接触线基本上平行于径向方向向外延伸。

3.根据权利要求2所述的螺纹成形器(1)，其中所述接触线(14)延伸穿过螺纹成形器尖端(12)，并且当在平行于所述螺纹成形器(1)的纵向轴线(L)的轴向投影中看时，所述接触线(14)优选地显示出大致径向的曲线。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的螺纹丝锥，其中所述成形曲线或顶部曲线被确定成使得从所述齿根圆直径至少到所述挤压刃齿的一半得出或再现直线形的接触线，和/或，其中所述部分刃表面被构造并且在所述接触线中接触或相交，使得当半径给定时，相应的挤压刃齿当在剖平面中垂直于成形线测量时在所述接触线处具有最大厚度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的螺纹成形器(1)，其中所述齿距角(T)中的每个齿距角还被选择成使得对于沿所述成形曲线(9)的每圈上，沿所述成形曲线(9)相继存在的挤压刃齿(4)的挤压刃齿数量具有整数值，特别是具有奇数的整数值，其中可选地，所述齿距角(T)被选择，使得针对ND≥8或ND>8的标称螺纹直径，沿着所述成形曲线(9)相继存在的挤压刃齿(4)的挤压刃齿数量由奇数值来给定。

6.根据权利要求5所述的螺纹成形器(1)，其中所述齿距角(T)被确定成使得针对在10mm和小于12mm之间的标称直径(Da)，对于沿所述成形曲线(9)的每圈上，沿所述成形曲线(9)相继存在的挤压刃齿(4)的挤压刃齿数量至少为9个，特别是正好是9个，并且针对12mm或大于12mm的标称直径(Da)，优选在12mm和20mm之间的标称直径(Da)，挤压刃齿数量至少为11个，特别是正好是11个。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的螺纹成形器(1)，其中所述挤压刃齿(4)具有相对于所述螺纹成形器(1)的纵向轴线(L)径向向外突出的螺纹成形器尖端(12)，并且其中所述挤压刃齿(4)相对于中间平面(E)可选地不对称地构成，所述中间平面延伸通过所述螺纹成形器尖端(12)并且平行于所述成形曲线(9)延伸。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的螺纹成形器(1)，其中所述挤压刃齿(4)具有径向向外指向的开槽刃(15.1)和径向向外指向的自由开槽刃(15.2)，其中相对于预定的测量深度由所述开槽刃(15.1)定义的开槽角比在所述预定的测量深度下由所述自由开槽刃(15.2)定义的自由开槽角大。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的螺纹成形器(1)，其中所述齿距角(T)被确定成使得针对在6mm和小于8mm之间的标称螺纹成形器直径(Da)，对于沿所述成形曲线(9)的至少一圈，任选每圈上，挤压刃齿数量正好是6个，并且针对在8mm和小于10mm之间的标称螺纹成形器直径(Da)，挤压刃齿数量正好是7个。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的螺纹成形器(1)，其中所述挤压刃齿(4)与多个挤压带(10)成组地布置，其中每个挤压带(10)可选地基本上平行于所述纵向轴线(L)或关于所述纵向轴线(L)螺旋地延伸，并且沿着所述成形曲线(9)依次放置的挤压刃齿(4)平行于所述纵向轴线(L)以所述螺纹成形器(1)的一倍螺距或多倍螺距布置。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的螺纹成形器(1)，其中所述挤压刃齿(4)的表面至少部分地通过抛光处理进行平整，其中所抛光处理可选地包括用金刚石粉抛光。

12.一种用于在工件中或在工件上制造螺纹的方法，所述方法包括以下步骤：

-提供工件；

-提供根据权利要求1至11中任一项所述的螺纹成形器(1)；

-在所述螺纹成形器(1)同时旋转和轴向平移运动的情况下产生螺纹，其中所述螺纹成形器(1)以预定的旋转速度和预定的轴向进给速度运动。