CN115210043A - 封装棘轮及其制造方法 - Google Patents

Abstract

手持工具包括细长板状钢芯，其具有平行平面中的顶面和底面；驱动头部，其形成在钢芯的一端并且具有形成在其中的驱动头腔；柄脚部，其从驱动头部延伸到钢芯的另一端；棘轮组件，其设置在驱动头腔中；以及第一封装层，其覆盖柄脚部和驱动头部，但不覆盖棘轮组件的至少一部分。第一封装层可以包含纤维增强塑料复合材料。

Description

封装棘轮及其制造方法

技术领域

示例性实施例一般涉及手持工具，尤其涉及一种相比传统扳手重量更轻、制造步骤更简单的棘轮及其制造方法。

背景技术

手持工具通常用于工业的各个方面以及消费者的家中。手持工具用于多种应用，包括例如紧固、部件连接等。对于一些紧固应用，棘轮，特别是包含棘轮组件的棘轮，其被称为棘轮扳手(或简称为“棘轮”)，可以是优选的。这些常见的手持工具通常允许一些不同尺寸的套筒中的任何一个与驱动方形件配合。棘轮还允许扳手仅在一个方向(通常可选择)转动套筒。

棘轮组件通常包括与棘爪接合的齿轮。棘爪与齿轮接合以允许棘爪沿一个方向在轮齿上移动(例如，重置扳手位置，以施加拧紧或松开紧固件的扭矩)。然而，棘爪不允许沿另一个方向在轮齿上移动，以便扭矩可以由于扳手(以及驱动方形件和连接的套筒)的旋转而施加。

这些常见和非常流行的装置通常通过使用剪切机将钢条初始切割成坯料来制造。然后将坯料加热(例如通过感应线圈)至非常高的温度(>1200℃)。然后，在称为热锻的工艺中，使用锻压机将现在非常热的坯料成形为棘轮扳手的期望形状。虽然作为热锻工艺的一部分形成了体腔，但仍必须对体腔进行机加工，以备作为接收齿轮组件或棘轮组件的体腔。使用车床对棘轮扳手进行清洁和处理，以提供棘轮扳手上应包含的所需形状或设计特征(包括与非金属手柄连接的特征)。然后进行热处理以硬化金属。随后，使用带有化学品和研磨介质的振动设备对棘轮进行表面清洁。然后可以进行精加工(例如镍或铬电镀)，这些精加工的实施通常涉及使用化学品。然后将棘轮组件插入体腔。此后，可以添加非金属手柄或其他设计元素。此外，在一些情况下，整个棘轮(除了驱动方形件和棘轮组件的部分)也可涂有非金属材料，以隔离在电活性环境中使用的工具。

从以上描述中可以看出，制造平常的棘轮扳手需要大量步骤。此外，这些步骤包括许多单独的步骤，这些步骤成本高昂，可能对环境有害并/或耗时。因此，可能需要提供一种改进的棘轮扳手及其制造方法。

发明内容

在一个示例性实施例中，可以提供手持工具。该手持工具可以包括：细长板状钢芯，其具有平行平面中的顶面和底面；驱动头部，其形成在钢芯的一端并且具有形成在其中的驱动头腔；柄脚部，其从驱动头部延伸到钢芯的另一端；棘轮组件，其设置在驱动头腔中；以及第一封装层，其至少部分地覆盖柄脚部和驱动头部、但不覆盖棘轮组件的至少一部分。第一封装层可以包含纤维增强塑料复合材料。

在另一示例性实施例中，可以提供一种用于制造手持工具的方法。

该方法可以包括从钢板上激光切割钢芯，在钢芯的第一端附近形成驱动头腔，通过注塑将包含纤维增强塑料复合材料的第一封装层施加在钢芯上，以及将棘轮组件组装到驱动头腔中以限定棘轮。

在另一示例性实施例中，提供了另一种用于制造手持工具的方法。

该方法可以包括从钢板上激光冲压钢芯，在钢芯的第一端附近形成驱动头腔，通过注塑将包含纤维增强塑料复合材料的第一封装层施加在钢芯上，以及将棘轮组件组装到驱动头腔中以限定棘轮。

附图说明

在以一般术语描述了一些示例性实施例之后，现在将参考附图，附图不一定按比例绘制，其中：

图1示出了根据一个示例性实施例的钢板的立体图，其上具有坯料轮廓；

图2是根据坯料轮廓从图1中的钢板切割出的坯料(或钢芯)以及根据一个示例性实施例的棘轮组件的立体图，该棘轮组件可插入坯料中形成的驱动头腔中；

图3是根据一个示例性实施例插入坯料中驱动头腔中的棘轮组件的立体图；

图4是根据一个示例性实施例的通过在图3的装置上施加封装层而形成的棘轮的立体图；

图5示出了根据一个示例性实施例的制造棘轮的方法的框图。

具体实施方式

下面将参考附图更全面地描述一些示例性实施方式，其中示出了一些但不是所有示例性实施例。实际上，本文描述和描绘的示例不应被解释为限制本公开的范围、适用性或配置。相反，提供这些示例性实施例是为了使本公开内容满足适用的法律要求。相似的附图标记始终表示相似的元件。此外，如本文所用，术语“或”将被解释为一个逻辑运算符，每当其一个或多个操作数为真时，该逻辑运算符将导致真。如本文所用，可操作连接应理解为涉及直接或间接连接，在任何情况下都能够实现可操作连接部件彼此的功能互连。

如上所述，一些示例性实施例可以涉及提供具有改进设计的棘轮(例如，棘轮)，其能够以较少的步骤生产优质产品。示例性实施例可以通过消除大量的步骤或用更先进的工艺和更简单的步骤代替它们来避免这些步骤，并且这些更先进的工艺和更简单的步骤仍能提供优质成品。就此而言，例如，热锻和机加工步骤、电镀和精加工步骤，甚至一些中间清洁步骤可以从生产过程中去除。示例性实施例可以采用钢芯的激光切割代替热锻和机加工。然后可将钢芯封装在复合材料(例如玻璃纤维增强塑料(GFRP)或碳纤维增强塑料)中以提供最终所需形状。由此产生的棘轮制造更简单、更容易，但也更轻且电绝缘，同时仍保持耐用和美观。

图1至图4示出了根据一个示例性实施例的棘轮100的生产中的各个阶段。就此而言，图1示出了金属坯料或钢板110。钢板110可以具有标准厚度(T)，该标准厚度将与预期形成棘轮100的芯部的厚度相同。在一个示例性实施例中，钢板110的厚度可以为约8至25mm。对于一些实施例，可以采用约8.56mm的最小厚度。钢板110的长度(L)和宽度(W)可以被切割或选择，以确保棘轮100的预期长度和宽度也足够。例如，钢板110的厚度对于1/2英寸驱动棘轮可以增加，或者对于1/4英寸驱动棘齿可以减小。

在钢板110被切割或以其他方式选择之后，钢板110可以经热处理或退火以获得硬度。钢板110也可以在热处理或退火后喷砂或以其他方式清洁。然而，可以采购或以其他方式供应已经对其进行了热处理和/或清洁的钢板110。然后，钢板110可以通过激光切割形成图1所示的坯料轮廓120。坯料轮廓120提供了棘轮100的芯部所需的轮廓形状。值得注意的是，激光切割的替代方法可以是冲压、水射流切割、线电火花切割(EDM)或等离子切割等。然而，在任何情况下均不采用热锻。

在一些情况下，还可以采用激光切割来形成体腔(或驱动头腔130)，最终将在该体腔中提供棘轮组件140。然而，除非驱动头空腔130一直延伸穿过钢板110，否则驱动头腔130通常通过机加工形成。此外，即使使用激光切割粗略地形成，驱动头腔130的形成通常也需要进一步加工以形成图2所示的最终形状。例如，肩部或台阶可以围绕驱动头腔130形成，以与棘轮组件140的前板接合。在一些情况下，台阶的深度可为约0.3至约0.5mm。因此，响应于激光切割和/或任何所需的加工，如图2所示制造坯料150。

图2中的坯料150也被认为是棘轮100的钢芯。此外，包括图2中坯料150的钢芯在结构上不同于通过传统方法制造的手持工具的金属芯，即使这些工具在某点被涂覆。就此而言，坯料150的钢芯保持板状(例如，具有完全位于平行平面中的顶面和底面，以及可能过渡到连接顶面和底部的垂直延伸侧壁的边缘，尽管在一些情况下该边缘可能会去毛刺)。虽然平常的棘轮工具具有圆柱芯，该圆柱芯是使用上述经过热锻工艺使用及加工圆柱坯料的结果，但一个示例性实施例中的棘轮100的钢芯(或坯料150)是板状的，并且更简单和更容易制造。

坯料150包括柄脚部分152和驱动头部154。驱动头腔130可完全或部分地延伸穿过驱动头部154，并限定容纳空间，该容纳空间形成为将棘轮组件140的部件容纳在其中。坯料150可在此阶段进行处理(例如通过黑色氧化物处理或其他类似工艺)。在对坯料150进行任何期望的处理之后，可以执行封装过程，并且可以将棘轮组件140安装到驱动头腔130中。根据最终产品的期望特性，在不同的实施例中可以改变驱动头腔130的封装和安装顺序。

在一个示例中，如图3所示，棘轮组件140可在封装之前安装到驱动头腔130中(随后如图4所示)。然而，应当理解的是，可替代地，可以先进行封装，然后将棘轮组件140安装到驱动头腔130中。在任何情况下，封装后，所得棘轮100如图4所示。

封装可以包括施加到坯料150的至少一层(有时两层)非金属材料。在一个示例实施例中，第一封装层170(有时是唯一的封装层)可以是或包括例如GFRP的复合材料。第一封装层170可以限定为在坯料150的表面上具有一致的厚度，或者该厚度可以基于坯料150上的位置而变化。例如，第一封装层170的厚度可以在靠近驱动头部154处相对恒定。该区域中的第一封装层170的厚度可以在约1mm至约5mm之间。然而，在一些情况下，可以采用约2至3mm之间的厚度。同时，在柄脚部152附近，可以采用更大的厚度(或在远离驱动头部154处过渡到更大的厚度)。例如，远离驱动头部154延伸的柄脚部152长度的大约1/3可以包括与驱动头部154处相同厚度的GFRP。此后，其可对应于手柄的位置，厚度可在柄脚部152的顶部和底部大致增加，以便在手柄上形成圆形把手。然而，GFRP可以被模制成任何形状(即，包括非圆形形状)。

第一封装层170的封装可以通过注塑工艺由GFRP提供。这实现了采用相对简单且成本高效的方法来封装棘轮100，而且还为定义手柄的设计或舒适特征以及规划或期望任何其他区域中的特定设计元素提供了很大的灵活性。例如，GFRP可以是聚酰胺或尼龙6与60％玻璃纤维的组合物。第一封装层170的机械性能可以包括22GPa的弹性模量、50KSI(345MPa)的弯曲强度和35.5KSI(245MPa)的极限拉伸强度。

因此，第一封装层170可以是相对较轻但非常坚固的材料。此外，该材料可以相对容易地应用，以允许形状和设计特征的充分变化，而没有太大难度。GFRP具有耐磨性、耐腐蚀性，可在寒冷天气中使用。GFRP也是绝缘的，因此棘轮100可以提供防触电保护。

在一些情况下，第二封装层172可以设置在第一封装层170的一部分或全部上。例如，在一些情况下，第二封装层172可以仅设置在手柄上，以便提供抓握、纹理、着色、品牌等。然而，第二封装层172也可以设置在其他位置，或者如上所述，作为整个棘轮100的外壳(除了棘轮组件140的一些或所有部分)。在一个示例性实施例中，第二封装层172也可以通过注塑施加，并且可以包括热塑性聚氨酯弹性体(TPU)或聚氯乙烯(PVC)。因此，例如，由于TPU或PVC材料具有良好的绝缘性能，第二封装层172可以提供额外的防触电保护。

图5示出了根据一个示例性实施例的制造棘轮的方法的框图。该方法可以包括在操作200处从钢板激光切割(或冲压)坯料(或钢芯)。如上所述，钢板可在操作200之前经受初始处理步骤，包括预热处理和/或喷砂或其他清洁工艺。然而，这些步骤可以在钢板到达工厂之前由供应商执行，然后将根据图5的方法处理钢板。坯料或钢芯可根据坯料轮廓进行切割。

此后，在操作210处，可以在坯料中形成驱动头腔。如上所述，该操作可以通过例如经由计算机数控(CNC)机床的机加工来执行。尽管不是必需的，该方法还可以包括操作220，其包括执行金属处理步骤，例如黑色氧化物处理。在操作230处，该方法还可以包括通过注塑施加第一封装层。用于第一封装层的材料可以是GFRP。在一些情况下，在操作240处，该方法可以包括通过注塑进一步(且可选地)施加第二封装层(或附加层)。在一些情况下还可以提供附加层(例如第三层、第四层等)。如果采用第二封装层，其所使用的材料可以是例如TPU或PVC包覆模。在操作250处，棘轮组件可插入驱动头腔中，棘轮可完全组装。

如上所述，一些实施例可以仅包括一层(即，第一封装层包括GFRP)。此外，应注意，在一些替代实施例中，操作250可以在操作230之前执行。因此，例如，棘轮组件可以在执行施加第一封装层之前插入驱动头腔中。换言之，图5中的一些操作可以按不同的顺序执行。然而，如上所述，在一些实施例中也可以省略一些操作。

从图1至图5的示例可以看出，示例性实施例可以通过更少的加工步骤定义具有简化可制造性的手持工具。所得到的手持工具也可以比根据传统方法制造的类似尺寸的手持工具轻得多。就此而言，传统制造的棘轮具有更多的金属质量，因此更重。额外的重量会导致使用者在长期使用手持工具后变得疲劳。这种金属手持工具由于其导电性质通常也不可用于可能存在电荷的区域。然而，一个示例性实施例中的手持工具必须通过其在绝缘材料中封装金属部件而绝缘。这些绝缘材料不仅可以防触电，而且能有效地防寒。因此，由于工具的温度，储存在外的金属工具在冬季可能变得极冷，使用者几乎无法使用。然而，根据示例性实施例的手持工具可以存储在寒冷的环境中，并且由于由封装材料提供的隔离，使用者可以立即拿起并操纵(无需手套或其他预防措施)。

在示例性实施例提供的优点中，值得注意的是，热锻、振动清洁和铬/镍电镀都可以作为手持工具形成的一个步骤完全消除。热锻是一种成本高昂的工艺，会产生大量浪费。因此，通过采用示例性实施例，可以避免通过热锻生产的手持工具而造成的成本和废品。此外，示例性实施例涉及显著更少的金属去除和相应的金属材料浪费。完全避免铬和/或镍电镀的能力还避免了相应的成本和产生潜在有害废物的担忧。

因此，一个示例性实施例中的手持工具可以包括细长板状钢芯，其具有平行平面中的顶面和底面；驱动头部，其形成在钢芯的一端并且具有形成在其中的驱动头腔；柄脚部，其从驱动头部延伸到钢芯的另一端；棘轮组件，其设置在驱动头腔中；以及第一封装层，其覆盖柄脚部和驱动头部、但不覆盖棘轮组件的至少一部分。然而，在一些情况下，柄脚部或驱动头部可以被部分覆盖(例如，露出钢芯)。第一封装层可以包含纤维增强塑料复合材料(例如玻璃纤维或碳纤维)。

手持工具可以包括各种改进、增强或可选附加特征，其中一些在本文中描述。可以按照任何期望的组合添加改进、增强或可选附加特征。例如，第一封装层可以在柄脚部和驱动头部上注塑成型。它可以完全覆盖或部分覆盖，但不应覆盖部件的组装部分。在一个示例性实施例中，玻璃纤维增强塑料复合材料可包括尼龙6和约10％至约80％玻璃纤维(例如60％)的组合物。在一些情况下，第一封装层可以包括相对于驱动头部在柄脚部处测量到钢芯的非均匀深度。在一个示例性实施例中，靠近驱动头部的第一封装层的深度可以在约1mm和约3mm之间，且靠近驱动柄脚的第一封装的深度大于约3mm。在一些情况下，第二封装层可以施加于第一封装层之上。在示例性实施例中，第二封装层可以是注塑成型的，并且可以包括TPU或PVC。在一些情况下，第三和/或第四封装层可施加在最后一个包覆模制层上。在一些情况下，第二层、第三层和/或第四层可以通过注塑成型单独制造，然后插入到第一封装的GFRP层上。在一些情况下，钢芯可以在施加第一封装层之前进行黑色氧化物处理。在一个示例性实施例中，钢芯可以被激光切割或冲压。在一些情况下，钢芯可由顶面、底面和其间连接顶面和底面的垂直延伸侧壁限定。

受益于前述描述和相关附图中呈现的教导，本发明所属领域的技术人员将想到本文所述发明的各种改进和其他实施例。因此，应当理解，本发明不限于所公开的特定实施例，并且改进和其他实施例旨在包括在所附权利要求的范围内。此外，尽管前述描述和相关附图在元件和/或功能的某些示例性组合的上下文中描述了示例性实施例，但是应当理解，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以由替代实施例提供元件和/或者功能的不同组合。就此而言，例如，还考虑了与上述明确描述的不同的元件和/或功能组合，如一些所附权利要求中所述。在本文描述了问题的优点、益处或解决方案的情况下，应当理解，这些优点、益处和/或解决方案可以适用于一些示例性实施例，但不一定适用于所有示例性实施例。因此，本文所述的任何优点、益处或解决方案不应被认为是所有实施例或本文所要求保护的实施例的关键、必需或必要的。尽管本文使用了特定术语，但它们仅在一般和描述性意义上使用，不用于限制目的。

Claims (20)

1.一种手持工具，包括：

细长板状钢芯，其具有位于平行平面中的顶面和底面；

驱动头部，其形成在所述钢芯的一端并且具有形成在其中的驱动头腔；

柄脚部，其从所述驱动头部延伸到所述钢芯的另一端；

棘轮组件，其设置在所述驱动头腔中；以及

第一封装层，其至少部分地覆盖所述柄脚部和所述驱动头部、但不覆盖所述棘轮组件的至少一部分，

其中，所述第一封装层包含纤维增强塑料复合材料。

2.根据权利要求1所述的手持工具，其中，所述第一封装层在所述柄脚部和所述驱动头部上注塑成型。

3.根据权利要求2所述的手持工具，其中，所述纤维增强塑料复合材料包括玻璃纤维增强塑料材料和约10％至约80％玻璃纤维的组合物。

4.根据权利要求1所述的手持工具，其中，所述第一封装层具有相对于所述驱动头部在所述柄脚部处测量到所述钢芯的非均匀深度。

5.根据权利要求4所述的手持工具，其中，所述第一封装层靠近所述驱动头部的深度在约0.1mm和约10mm之间，并且

其中，所述第一封装层靠近棘齿柄脚的深度大于约1mm。

6.根据权利要求1所述的手持工具，其中，第二封装层施加于所述第一封装层之上。

7.根据权利要求6所述的手持工具，其中，所述第二封装层是注塑成型的，并且包括热塑性聚氨酯(TPU)或聚氯乙烯(PVC)。

8.根据权利要求1所述的手持工具，其中，所述钢芯在施加所述第一封装层之前进行黑色氧化物处理。

9.根据权利要求1所述的手持工具，其中，所述钢芯采用激光切割、冲压、等离子切割、水射流切割或电火花切割(EDM)。

10.根据权利要求1所述的手持工具，其中，所述钢芯由所述顶面、所述底面和位于其间以连接所述顶面和所述底面的垂直延伸的侧壁限定。

11.一种制造手持工具的方法，所述方法包括：

从钢板上激光切割钢芯；

在所述钢芯的第一端附近形成驱动头腔；

通过注塑将包含纤维增强塑料复合材料的第一封装层施加在所述钢芯上；以及

将棘轮组件组装到所述驱动头腔中以限定棘轮。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，施加所述第一封装层包括在所述钢芯的柄脚部和驱动头部上注塑成型玻璃纤维增强塑料复合材料。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述玻璃纤维增强塑料复合材料包含尼龙6和约10％至约80％玻璃纤维的组合物。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，施加所述第一封装层包括将所述第一封装层施加到相对于所述驱动头部在所述柄脚部处测量到所述钢芯的非均匀深度。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，施加所述第一封装层包括将所述第一封装层施加到靠近所述驱动头部约0.1mm至约10mm之间的深度，并将所述第一封装层施加到接近所述驱动柄脚的大于约1mm的深度。

16.根据权利要求11所述的方法，还包括在所述第一封装层上施加第二封装层。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，施加所述第二封装层包括在所述第一封装层上注塑热塑性聚氨酯(TPU)或聚氯乙烯(PVC)。

18.根据权利要求11所述的方法，还包括在施加所述第一封装层之前将黑色氧化物处理施加到所述钢芯。

19.根据权利要求11所述的方法，其中，激光切割所述钢芯包括将所述钢芯形成为细长板，所述细长板包括顶面、底面和位于其间以连接所述顶面和所述底面的垂直延伸的侧壁。

20.一种制造手持工具的方法，所述方法包括：

从钢板上激光冲压钢芯；

在所述钢芯的第一端附近形成驱动头腔；

通过注塑将包含纤维增强塑料复合材料的所述第一封装层施加在钢芯上；以及

将棘轮组件组装到驱动头腔中以限定棘轮。

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