CN1827277A - 用于制造螺纹的工具和方法 - Google Patents

Abstract

用于无屑制造螺纹的工具，特别用于制造内螺纹的工具，其以一种特定的方式，使成形高度、挤压脊部的间距和/或挤压面适合工件材料。

Description

用于制造螺纹的工具和方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造螺纹的工具，特别是用于制造内螺纹的工具，本发明还涉及一种制造螺纹的方法，特别是利用所述工具制造螺纹的方法。

背景技术

对于螺纹制造来说(包括：螺纹修复)，除了采用切削加工方法和螺纹加工工具外，公知的技术还有无屑加工方法和螺纹加工工具。使用的制造螺纹的工具和加工方法的全面的评述记载在：Handbuch derGewindetechnik und Frstechik[Manual of threading practice andmilling practice]作者：EMUGE-FRANKEN，出版社：Publicis CorporatePublishing，出版年份：2004(ISBN 3-89578-237-7)，以下仅称之为″EMUGE手册″。

落在无屑螺纹制造工具范围内的是″螺纹成形器″或螺纹开槽工具或冷锻丝锥(参见EMUGE手册，第9章第299到324页)以及只适应于加工外螺纹的滚丝工具(参见EMUGE手册，第11章第373到404页)。

螺纹成形器是螺纹加工工具，其相对于他们的工具轴线沿轴的方向工作，并具有一个工作区，工作区上具有一个环绕工具轴线、具有的螺旋结构的有效区域，所述有效区域被称为成形楔块或挤压凸齿(pressing lobe)或成形齿，由此当工具绕着其轴线旋转，并沿着工具轴线的方向轴向进刀时，在工件上挤压出螺纹。因此，在压力的作用下，螺纹成形器制造出工件。相对于切削方式加工螺纹的工具来说，这些无屑螺纹加工工具的优点是，由于表面的变形和与之相关的硬化，螺纹牙形区域材料的硬度增加，因此可以制造出更抗磨损的螺纹。通常，柄为圆柱形结构，其由远离工件和工作区的端部被容纳并保持在机床或驱动器的卡盘内。

工作区设置有螺纹成形轮廓，对于将要制造的螺纹，其构成匹配的形状。即，特别地，其具有相等的螺距(thread pitch)。因此，在纵截面或在螺纹牙形上，螺纹制造工具具有交替的突出物或齿和凹进部分或凹槽，通常，在所有情况下它们彼此之间的距离相等，这意味着螺纹圈的间距是常数。在他们的横截面上，齿被设计成以锐角基本上径向向外逐渐变细，并且依据常规，其被设计成在齿顶或顶部区域进行轻微地倒角。通常，在工作区，螺纹成形器的横截面大至为多边形，有效区域或挤压凸齿(成形楔块)形成所述多边形的边角区。可以在多边形的边角区域间或挤压凸齿之间设置槽，并且可选地，或附加地，在所有情况下可以在工具中设置内部通道，以供给冷却剂和/或润滑剂。

一般，螺纹成形器的工作区沿一般为锥形的入口区域或初始成形区域向工具端部方向变窄，即，挤压凸齿向内偏置，其形状没有大的变化。因此，通过增加挤压凸齿的径向进给，螺纹的牙形，特别是螺纹深度被连续地制造完成，并且第一个挤压凸齿或最初形成的齿透入工件表面或孔的内壁这一过程变得方便，并且在挤压凸齿处的成形力减小。在入口区域相邻或连续的挤压凸齿或成形齿之间，距离工具轴线的径向距离或径向进给的增大，也可被称为成形高度。

在位于起始区域后的一个引导或校准区域，径向进给或径向距离或挤压凸齿或成形齿的外径保持恒定。在通过起始区域进行螺纹制造过程中，，此区域引导螺纹成形器，如果有必要，随后对螺纹进行平滑或校准处理。

为了利用螺纹成形器生产内螺纹，首先，在工件上加工一个孔，其外径小于螺纹成形器的工作区域的外径，然后，工作区域位于前方的螺纹成形器以相应的进给插入所述孔中，同时使螺纹成形器依据螺纹的旋转方向绕着工具柄部的纵轴旋转，即，对于右旋螺纹来说是顺时针方向，对于左旋螺纹来说是逆时针方向。在此过程中，螺纹成形器的挤压凸齿被挤压进入工件或孔的表面。在此过程中，工件的材料产生塑性变形，在径向产生位移，进入螺纹成形器工作区域的凹入处或凹槽中。在最开始的成形过程中，扭矩增加，直到全部最初形成的齿都处于啮合状态。然后，在减少滑动摩擦扭矩期间，螺纹成形器又从螺纹孔中以相反的方向旋转同时旋出。通常，在螺纹成形期间，在弹性变形后，材料以一定的回弹比例回弹。由于出现有这种位移及也有弹性回复，所以在不进行再加工时，所制造螺纹的底径将小于孔的原始外径，也小于螺纹成形器工作区域的螺纹部分。

在EMUGE手册第9章第301到322页描述了多种螺纹成形器的实际实施例。

在这里，有一些螺纹成形器的实施例，在工具端部其具有一个完整尖端(full point)，有一些实施例，其没有完整尖端，在工具端部位于起始成形区域前方具有一个平的端部。初始成形锥角在所有的具体实施例中都相同，所述初始成形锥角刻画了在初始成形区域的间距或径向增加或进给，和因此的挤压凸齿的成形高度。所述描述的唯一不同之处是初始成形锥的长度其为2到3圈多或3.5到1.5圈多或1.5到2圈多的螺纹圈(参见第322页9.6.3)。在初始成形的锥形区域中，完成的螺纹齿的直径增大，所述内容记载于第322页第9.6.2中。

对于螺纹成形来说，材料必须能够容易地进行冷加工。适应制造螺纹的格外是轻金属和轻金属合金，特别是铝合金，尤其是锻造铝合金和铸铝合金，和镁合金、镍钴合金、钛及钛合金、非铁金属、铜和铜合金，如青铜或黄铜和钨铜合金，普通用钢和不锈钢/耐酸钢/耐热钢，铸造材料，如铸铁、尤其是球墨铸铁，以及塑料。然而，这些材料部分地具有非常不同的特性，特别在硬度、强度、变形特性、磨损和粘着性能方面。

在EMUGE手册第9章第299到324页中，相对于工件的材料及其材料特性，对螺纹成形的一些性质进行了描述。其中记载有可以被挤压出的最大螺距受到材料特性的限制，经验表明，间距大于3毫米时不再需要成形。

对于各种材料和材料组，推荐螺纹成形器的圆周速度是螺纹成形器材料的函数，即具有或不具有硬质材料涂层的HSL-E(高速钢)，并且推荐整体硬质合金用于成形部分及柄部(VHM)，也推荐整体硬质合金用于成形部分和没有涂敷的工具钢(KHM)用于柄的组合，以上内容记载于EMUGE手册的第320页和321页。

此外，在EMUGE手册第303到307页和第109到131页中描述的并且为某些特定的工件材料所设计的实际工具的情况中，提出使用涂层当做防磨损保护或滑动涂敷，并且涂层采用不同的材料，例如氮化钛或TiCN或TiAlN或氮化铬(CrN)或钻石或滑动涂敷(MoS2、WC/C)，以及在其他材料的情况下不进行表面涂层。特别地，在工具的材料粘附的情况下推荐进行工具的涂敷(EMUGE手册第323页)。

对于由研磨材料制成的工件，建议采用硬质合金作为工具的材料(参见EMUGE手册第305页)。此外，文中还描述了根据工件材料使用和选择润滑剂(参见EMUGE手册第311页下方)。

此外，专利文献WO02/094491A1中公开了一种无屑螺纹成形工具和一种无屑制造螺纹的方法，其基于的工作原理是圆形螺纹成形。在WO02/094491A1中公开的螺纹成形工具为伸长的，包括一个工作区和一个或多个环形的圆周轮廓，它们通过环形槽彼此分隔开。各圆周轮廓具有非圆的结构，如多边形，并具有至少三个挤压凸齿。另外，可以在单个挤压凸齿之间设置轴向延伸的凹槽，其设置在工具的外表面，用于供给冷却液。建议此工具使用的材料是硬质合金或高速钢。

在根据WO 02/094491A1的方法中，当这种工具在绕着自己的轴旋转时现在插进一个孔中，此孔的直径大于工具的直径，并且沿着孔的圆周进行圆周运动，在此同时向所述孔中施加进给运动，从而以无屑的方式在孔中形成螺纹。

因此，根据WO02/094491A1，和轴向的螺纹形成过程相反，该螺纹并不是通过一个位于工具上适合于该螺距的螺旋状有效区域，以及工具唯一的轴向或线性进给运动结合其绕着工具轴线的旋转运动而形成，而是，一方面通过一个工具上的环形有效区域来形成，其没有间距并且横截面为多边形，另一方面通过工具的螺旋运动来形成，所述螺旋运动和工具绕着其纵向轴线的旋转运动相组合，并且由相对工具纵向轴线的轴向地线性进给运动和工具的纵向轴线绕着孔的中心轴线的旋转运动而形成。

DE 10318203A1中还公开了另一种圆形的螺纹成形器。这一公知的圆形螺纹成形器在其成形头部具有至少一个轮廓凸起，优选地为至少二个，其被设计成多边形，并连续地位于圆周上，在圆周上其径向尺寸变化。因此，在每一情况下，所述轮廓凸起在圆周上形成多个挤压凸齿，其可按均匀地或甚至非均匀地分布在圆周上。此外，至少在挤压凸齿区域，成形头部可设置有涂层，用以减少摩擦和/或磨损。

发明内容

本发明的目的是提供一种螺纹制造工具和一种利用所述螺纹制造工具制造螺纹的方法，其中可以将所述工具创新地应用于由不同材料制成的工件上。

本专利申请记载的本发明提供的工具和本发明提供的方法可以实现这一目的。分别地从由从属于权利要求1和权利要求17的权利要求得出有益的具体实施例及改进。权利要求书要求的本发明主题不局限于当前的权利要求或其通过参照权利要求的组合，且还包括权利要求中记载的任何特征或子特征的任何技术上可行的组合。

本发明提供的用于制造螺纹的工具，

a)其可绕着工具轴线旋转，且

b)包括多个挤压凸齿，其中所述挤压凸齿

b1)被设置成在轴向方向上彼此偏移，并且

b2)用于将所述螺纹挤压入工件的表面，且

b3)各挤压凸齿包括一中央的挤压脊部，所述挤压脊部在所述挤压凸齿相对于所述工件的进给方向上延伸，并形成径向地伸出最远到外部的挤压凸齿区域以及/或者基本上被再现在所述工件上制造出的所述螺纹的螺纹根部上，

c)由于以下设置使所述工具适应所述工件的材料，

c1)至少在一些所述挤压凸齿上，特别是在一入口或初始成形区域，轴向偏置的挤压凸齿的最大径向延伸量根据一预定的径向延伸函数增加，所述径向延伸函数随着自工具端的轴向距离增加而单调地，优选地为严格单调地增加，并且选择所述挤压凸齿的所述径向延伸函数为工件材料的函数，和/或

c2)至少在一些所述挤压凸齿上，所述挤压脊部的径向距离相对所述进给方向根据一预定的径向距离函数单调地，优选地为严格单调地增加，直至达到一最大径向距离，并且选择此每一挤压凸齿的所述挤压脊部的该径向距离函数为工件材料的函数，和/或

c3)选择与工件进行啮合或接触的所述挤压凸齿的挤压面在形状和/或大小和/或布置方面为工件材料的函数，

d)径向被定义为垂直于所述工具轴线，并且轴向被定义为沿着或平行于所述工具轴线。

根据本发明的用于制造螺纹的工具可绕着工具轴线旋转，并具有一个工作区域，工作区域上具有多个挤压凸齿(或成形齿、成形楔)，它们被设置成相对于工具轴线轴向地相互偏置，并且用于在工件的表面挤压出(或形成、塑性地形成)螺纹。

那么，本发明基于这样的思想：使螺纹成形工具在几何参数或特征方面适应将要在其上制造出螺纹的工件材料，或者是为各材料设计所述螺纹成形工具。

对于具有较高变形性的工件材料，选择所述挤压凸齿的径向延伸函数和/或所述挤压脊部的径向距离函数有，至少平均起来，比具有较低变形性的工件材料更大的间距，至少如果这两种材料变形性方面的差异大于一预定的最小值时是如此。

各挤压凸齿具有若干侧面区域，其自一或中央的挤压脊部在其径向距离上横向地且并垂直于相对于所述工件的所述挤压凸齿的进给方向减小以及/或者基本上再现在制成的所述螺纹的螺纹侧面上，选择或设置在所述侧面区域的所述挤压面的所述布置和/或形状和/或大小为工件材料的函数。

与具有较低粘着性的所述工件材料相比，对于具有较高粘着性的工件材料，在所述挤压凸齿的表面，选择较小的所述挤压凸齿的挤压面，和/或选择较大的所述挤压脊部的所述径向距离函数的间距，至少如果不同的材料在所述粘着性方面的差异大于一预定的最小值时是如此。

对于一预定选择的工件材料，所述挤压凸齿的所述径向延伸函数的间距，所述挤压脊部的所述径向距离函数的间距，及所述挤压凸齿的所述挤压面的尺寸，在各情况下，按被设定的值，分成至少两个类别，其包括至少一个最低类别和至少一个最高类别，其中所述最低类别具有至少一个最低值或具有一最低的取值范围；所述最高类别具有至少一个最高值或具有一最高取值范围，并且优选地，其中，至少一个平均的或居中的或中间的类别被设置为第三类别，其具有至少一个中间值或平均值或具有一中间的或平均的取值范围。

根据本发明的技术方案，首先，如下的三个几何参数或特征是可选地适合于作为变量，或者是进行任意期望的组合，如这些参数中的一个、两个或全部三个参数适应或被选为工件材料的函数或者依赖于工件材料。

在第一个使工具适应工件材料的变量中，相对于工具轴线来说，根据作为挤压凸齿的轴向位置函数的预定的径向延伸的单调递增扩展函数，挤压凸齿的(或他们的外表面或指向外(径向地)的表面)最大(或外)径向延伸(或外或最大径向距离、外径、外尺寸)，在工作区域的一部分(或入口区域、开始区域、初始成形区域)，或者是在整个工作区域，随着自工具端(或工具的端面)的轴向距离的增加，自工具轴线增加。工件内螺纹旋转中，最后压入体积或排出体积也增加，因此，通过挤压凸齿增加他们的径向距离，螺纹继续被连续地成形。此挤压凸齿的径向延伸函数(radialextension function)或挤压凸齿的径向距离的增加或变化(成形高度、径向进给)，现在被选择或设定为工件材料的函数。因此，提高了工具的操作性能。

在第二个变量中，由于以下配置是本发明的工具适应工件材料：中心挤压脊部(或挤压脊)，其相对于工件在挤压凸齿的进给方向上延伸，并形成径向地突出最远到外部的挤压凸齿区域，和/或基本上再制在工件上所制造出的螺纹的螺纹根部上；该中心挤压脊部的径向距离，相对进给方向，根据一个预定的径向距离函数，单调地增加，直到达到最大径向距离(然后通常又再减小)，并且各挤压凸齿的挤压脊部的这种径向距离函数被选择为工件材料的函数。换句话说，增加至挤压凸齿顶部的挤压脊部的侧区因此根据其增加适应待加工的材料。因此，在螺纹的成形过程中，工件材料中的径向变形部分会受到影响，特别是考虑到了待加工的材料的高成形力和/或变形性和/或粘着性。

最后，在第三变量中，与工件啮合或接触的挤压凸齿的挤压面被选择在形状和/或大小和/或布置方面为工件材料的函数，。因此，特别地，工件材料的粘着性能可以被考虑。

在这种情况下，“径向”被定义为垂直于工具轴线的方向延伸，其通过或远离工具轴线，“轴向”被定义沿着或平行于工具轴线延伸。

术语″单调增加″是指这样一种函数，其至少以若干部分或以若干步或连续地增加(严格单调)。

因此根据本发明，至少在入口区域或初始成形区域的形成高度，挤压凸齿的挤压脊部结构和挤压凸齿的挤压面(或接触面)，其各自或以任何方式组合地，被设置成用于使工具适应工件材料的特征的几何参数。因此可以得到用于不同工件材料的不同设计的螺纹成形工具的选择方案(或组、套)。

所以，根据本发明，优选地，可以提供或制造几个不同工具的一组或一批，这些工具被设计用于不同工件材料性能范围或不同材料或材料类型或材料类别。

本发明提供一种用于制造螺纹的方法，其中

a)使用根据本发明的第一工具，在由第一材料制成的第一工件上加工出至少一个第一螺纹，此第一工具适应第一材料，和

b)使用根据本发明的第二工具，在由第二材料制成的第二工件上加工出至少一个第二螺纹，此第二工具适应第二材料。

使用本发明的一第一和/或第二工具，以制造所述第一和/或第二螺纹，所述第一和/或第二工具绕着其工具轴线旋转，并同时以适宜螺距的一轴向进给速度和绕着所述工具轴线的旋转速度，相对于所述工具轴线轴向地移动进入一位于所述第一或第二工件中的一预备孔内。

然而，所述工具也可在另外的参数或特性方面适应将要加工的材料。此实施例和更进一步的实施例是从属于权利要求1的部分权利要求保护的主题。

另外，所述工具的材料，至少在挤压凸齿区域，特别是对于耐磨性和/或韧性，和/或至少在挤压凸齿区域工具上表面涂覆的材料，，特别对于滑动摩擦、硬度和/或热稳定性，和/或形状，特别是挤压脊部的横截面形状，特别是他们垂直于进给方向的径向曲率，可适应工件材料。

在一个有利的具体实施例中，周边上或绕着工具轴线布置的挤压凸齿的数量，特别是一多边形的基本形状的多边形角的数量，适应工件材料。由于对依据实际应用情况按常规预先设定的进入或初始成形区域的长度，和预定的螺距，相邻挤压凸齿的径向延伸的差异或成形高度通过较多数量挤压凸齿被降低，或者是与之相反，在数量较少的情况下其被增加，此具体实施例优选地适合于在全部或初始成形区域内设定径向延伸函数。

所述工具优选地适应涉及工件一个或多个下列材料性质的工件材料：

●变形特性，特别是变形能力或韧性或塑性变形性能；

●研磨性或耐磨性；

●粘着性能。

在一个尤其有利的具体实施例中，对于具有较高变形能力的工件材料，相比于对于具有较低变形能力的工件材料的情况，相对于轴向距离或轴向位置，设置挤压凸齿的延伸函数和/或挤压脊部的距离函数具有，至少平均地，一较大的间距(或：一阶导数或梯度或斜率)，至少如果这两种材料在流动性方面的差异大于一个预先决定的最小值或足够大时是如此。

在另一个尤其有利的具体实施例中，对于具有较高粘着性的工件材料，相比于对于具有较低粘着性的工件材料的情况，在挤压凸齿的表面，选择较小的挤压凸齿的挤压面和/或较大的挤压脊部的径向距离函数的间距，至少如果这两种材料在粘着性方面的差异大于一个预先决定最小值时，或如果其足够大时是如此。

为了同时保持设计挤压脊部时的自由度，优选地在挤压凸齿的侧面区域(flank region)(挤压侧面)，即侧向地邻接中间的挤压脊部、相对于工件来说垂直于挤压凸齿的进给方向的区域，挤压面随工件材料而变化，并且/或者基本上在制成的螺纹的螺纹侧面上再现。特别地，垂直于挤压凸齿进给方向的横截面在这里可以部分地减少。因此，例如，在挤压脊部的最高凸起区域(挤压凸齿顶部)，或在挤压凸齿的最大径向尺寸区域，在侧面区域可缺少材料，特别是可移去材料，优选地为磨掉材料，这优选地以区域径向向外加宽的形式，优选为三角形的形式实现，其可径向地向内延伸直到侧面区域的根部，或者是在侧面区域终止，并且可随后径向地进一步延伸过线性脊部。相对于稳定性来说，尤其在高成形力下，在侧面区域这种尺寸的减少将与挤压凸齿的结构相匹配。

尤其有利的是，相对于和材料有关的参数或性质来说，特别是对于挤压凸齿的径向延伸函数的间距，挤压脊部的径向距离函数的间距，和挤压凸齿的挤压面的尺寸，所述工具被分成至少两个，优选地为至少三个种类。为这些类别中的每一个设定数值或数值范围，以使至少一个最低类别具有至少一个最低值或具有至少一个最低的取值范围；优选地至少一个平均的或居中的或中间的类别具有至少一个平均值或具有一个平均值范围；及至少一个最高的类别具有至少一个最高值或具有一最高值范围。

对于经常采用的材料，类别和/或取值范围可选择如下：

1.锻造铝合金(AL)：

a)挤压脊部的径向距离函数的间距：

最高的类别和/或高于距离基准值(base value)45％到100％的取值范围(即，距离基准值的1.45倍到2倍)

b)挤压凸齿的挤压面的尺寸：

最低的类别和/或高于表面基准值0％到50％的取值范围(即表面基准值的1倍到1.5倍)

c)优选地：挤压凸齿的径向延伸函数的间距或成形高度：

平均的或较高的或最高的类别和/或高于延伸基准值(成形高度基准值)50％到100％的取值范围

2. 含硅的铸造铝合金(GAL)

a)挤压脊部的径向距离函数的间距：

较低的或者最低的类别和/或高于距离基准值0％到55％的取值范围

b)挤压凸齿的挤压面的尺寸：

较高的或最高的类别和/或高于表面基准值50％到100％的取值范围

c)挤压凸齿的径向延伸函数的间距或成形高度：

较低的或者最低的类别和/或高于延伸基准值5％到55％的取值范围

3. 变形性和磨损性差的钢材料，例如H钢材料：

a)挤压脊部的径向距离函数的间距：

较低的或者最低的类别和/或高于距离基准值0％到55％的取值范围

b)挤压凸齿的挤压面的尺寸：

较高的或最高的类别和/或高于表面基准值50％到100％的取值范围

c)挤压凸齿的径向延伸函数的间距或成形高度：

较低的或者最低的类别和/或高于延伸基准值0％到50％的取值范围

4. 易于变形的钢材料，如ST钢材料：

a)挤压脊部的径向距离函数的间距：

平均的或者较高的类别和/或高于距离基准值35％到85％的取值范围

b)挤压凸齿的挤压面的尺寸：

较高的类别和/或高于表面基准值40％到90％的取值范围

c)挤压凸齿的径向延伸函数的间距或成形高度：

平均的类别和/或高于延伸基准值30％到80％的取值范围

5. 不锈钢，如VA钢：

a)挤压脊部的径向距离函数的间距：

平均的或者较高的类别和/或高于距离基准值25％到80％的取值范围

b)挤压凸齿的挤压面的尺寸：

较低的或者最低的类别和/或高于表面基准值0％到50％的取值范围

c)挤压凸齿的径向延伸函数的间距或成形高度：

较低的或者平均的类别和/或高于延伸基准值5％到60％的取值范围

6. 韧性的高强度钢材料，如Z钢或Z钢合金：

a)挤压脊部的径向距离函数的间距：

平均的或者较高的类别和/或高于距离基准值40％到95％的取值范围

b)挤压凸齿的挤压面的尺寸：

平均的类别和/或高于表面基准值30％到80％的取值范围

c)挤压凸齿的径向延伸函数的间距或成形高度：

平均的或者较高的类别和/或高于延伸基准值45％到95％的取值范围

7. 软钢材料，如W钢：

a)挤压脊部的径向距离函数的间距：

较高的或者最高的类别和/或高于距离基准值45％到100％的取值范围

b)挤压凸齿的挤压面的尺寸：

较低的或者最低的类别和/或高于表面基准值0％到55％的取值范围

c)挤压凸齿的径向延伸函数的间距或成形高度：

较高的或者最高的类别和/或高于延伸基准值50％到100％的取值范围

各基准值由经验确定并依据被制造的螺纹的螺纹牙形和待加工的工件材料预先确定。

优选地，成形高度的挤压凸齿的径向延伸函数和/或挤压脊部的径向距离函数增加/严格地单调增加，即一阶导数总是大于0。

特别有利的，选择线性径向延伸函数，其相应于圆锥形的初始成形部分或工作部分。这样的实施方案很容易做出。这里，优选地，选择进入部分或初始成形部分或整个工作部分中延伸函数的初始值和最终值之间的差异或成形高度作为依赖于工件材料的参数，因为由于延伸函数的线性，已经确定了其级数。

尽管这样，径向延伸函数还可以是以下函数组中的函数，其包括n级有理函数或n阶有理分数函数、根函数或幂函数、指数函数或对数函数，或螺线函数，如阿基准米德螺线或对数螺线，或者尤其被拉格朗日插值多项式插入的函数或样条函数。而且径向距离函数可以是线性的或是这些函数中的任一个。

本发明优选用于沿轴向加工螺纹成形器，其挤压凸齿以螺距沿着螺纹布置，但也可以用于圆形螺纹成形器。

在一改进的方案中，在工具的周边上设有沿纵向的槽或者在工具内部设置至少一条通道，用于引导流体介质，尤其是冷却剂和/或润滑剂。在螺纹制造过程中，由于工具和工件表面的摩擦，工作区可能被加热到相当高的程度。为了降低摩擦和/或产生热并且消耗产生的热，将冷却剂和/或润滑剂引入槽自工具柄部到工具末端，并且可由此溢出到工作区外。沿纵向的槽或通道可以设计成直的或扭曲的或有在工具周边附近的转弯。

进一步的示例性的实施方案见下述表1：

表1

		工具的设计
					工件材料	对工具功能的主要影响	几何结构	基体	涂层
AL(锻造铝)	高粘着性能，良好的变形性能，低成形力	挤压脊部的距离函数很高的间距或很陡的多边形或很陡的成形齿(产生显著的抵抗粘着性能的径向分力)，最小成形表面(最小的粘着接触表面)，大的成形高度(简单持续的变形有可接受的成形力)	低要求	很好的滑动性能
					GAL(含硅铸造铝)	不利的变形性能(工件面状况差)，低成形力，磨损性	挤压脊部的距离函数低间距或平坦的多边形或平坦的成形齿(适度的径向变形)，较大的成形表面(随后的精加工)，低成形高度(没有材料撕裂的稳定的变形过程)	耐磨性、高硬度	高硬度
H(变形性差的钢材料)	不利的变形性能(工件表面状况差)，平均成形力，磨损性	挤压脊部的距离函数低间距或平坦的多边形或平坦的成形齿(适度的径向变形)，较大的成形表面(随后的精加工)，低成形高度(没有材料撕裂的稳定的变形过程)	耐磨性、高硬度	高硬度
					ST(普通用钢)	有利的变形性能，高成形力	挤压脊部的距离函数高间距或陡的多边形或陡的成形齿(径向变形组分)，较大的成形表面(机械稳定的成形齿)，平均成形高度(良好的变形可接受的成形力)	耐磨性和韧性	高硬度和热稳定性
VA(不锈钢)	粘着性能，高成形力	挤压脊部的距离函数高间距或陡的多边形或陡的成形齿(径向变形组分)，较大的成形表面(避免粘着和减少成形齿处夹具摩擦)，小的到平均的成形高度(成形高度不太大，可接受的成形力)	耐磨性和韧性	好的滑动性能高硬度和热稳定性
					Z(韧性高强度钢和钢合金)	非常高的成形力	挤压脊部的距离函数高间距或陡的多边形或陡的成形齿(径向变形组分)，平均成形表面(机械稳定性和成形齿处摩擦的减少)，平均到高的成形高度(减少所有成形齿处全部摩擦)	最大耐磨性和韧性	最高硬度和热稳定性

表1(续)

		工具的设计
					工件材料	对工具功能的主要影响	几何结构	基体	涂层
W(软钢材料，低强度)	有利的变形性能，低成形力	挤压脊部的距离函数高到非常高的间距或者陡到非常陡的多边形或陡到非常陡的成形齿(显著的径向变形组分)，小的成形表面(减少摩擦，由于低成形力稳定性是非必要的)，显著的成形(简单持续的变形，利用可接受的成形力)	低要求	高硬度

以下给出了用于这些类别的有利的数值：依赖于前述提到的工件材料AL，GAL，H，ST，VA，Z和W的成形高度Uh(径向延伸函数在初始成形区域或整个工作区的差值或增加值)、挤压脊部的径向距离函数的间距SF以及成形楔的挤压面的尺寸As。

(i)在根据下表的实施例中

表2

	Uhmin	％max	SFmin	％max	Asmin	％max
							AL	50	100	45	100	0	50
GAL	5	55	0	55	50	100
							H	0	50	0	55	50	100
ST	30	80	35	85	40	90
							VA	5	60	25	80	0	50
Z	45	95	40	95	30	80
							W	50	100	45	100	0	55

以高于最低值或基准值(其为0％)的百分比(％)的形式给出相对值，且相应的图为图1-3，其中min表示最小值并且max表示最大值，及(ii)在根据以下表3为绝对值范围的实施例中

表3

                                                     Uh(mm)(M10)

AL	0,040bis 0,500
		GAL	0,025bis 0,030
H	0,025bis 0,030
		ST	0,030bis 0,040
VA	0,030bis 0,040
		Z	0,035bis 0,045
W	0,040bis 0,050

参照具有10mm直径的螺纹成形器。对另一直径的工具来说，可以相应调整取值。在这些实施例中，可以选择圆锥形的初始成形区域，即对连续挤压凸齿来说，其具有线性径向延伸函数。

图1的图中显示了挤压凸齿的挤压脊部的径向距离函数的间距SF是7种工件材料AL、GAL、H、ST、VA、Z、W的函数(百分比(％))。

图2的图中显示了挤压凸齿的(有效)挤压面As是7种工件材料AL、GAL、H、ST、VA、Z、W的函数(百分比(％))。

图3的图中显示了成形高度Uh，即在初始成形区域从它的最靠外区域到其最靠内区域中径向延伸函数的最大差值，是7种工件材料AL、GAL、H、ST、VA、Z、W的函数(百分比(％))。此外，假定或提供一线性径向延伸函数或圆锥形的初始成形区域。

在图1-3中，竖直线表示最小值min和最大值max之间的取值范围。

图4示出了螺纹成形工具或螺纹成形器2的纵截面，其有进入区20和校准区21，该进入区20具有三个成形齿3、4和5，该校准区21中示出了仅一个成形齿6。从工具2的一端沿工具中心轴A测量，进入区或开始成形区20的成形齿3、4和5其顶端或最远区的径向距离(其径向延伸函数)沿纵向线性地增加。这些齿3、4和5的径向延伸尺寸的增加对应于成形高度Uh。进入区20的锥状部的长度由1表示。也示意性地示出了成形齿3到6的侧面的倾斜SF以及成形面As。

按照确定的方式还可使工具适应下述材料，并没有限制其普适性：

●具有强度高达约1400N/mm²的各种钢材料

●铸造材料，尤其是铸铁和石墨铸铁

●铜、铜合金，尤其是黄铜和青铜以及钨铜合金

●镍钴合金

●铝合金，尤其是含有不同硅含量的锻造铝合金和铸铝合金(GAL)

●镁合金，尤其是锻造镁合金或铸镁合金

●钛和钛合金

●塑料，尤其是热固性塑料，热塑性和纤维增强塑料

●石墨

及/或

H高强度材料，变形性差

W软材料，尤其是低强度软钢材料

Z韧性材料，尤其是韧性高强度钢和钢合金，非常高的成形力

VA不锈钢，高粘着性能，高成形力

ST普通用钢，有利的变性性能，高成形力

AL锻造铝，高粘着性能，良好的变性性能，低成形力

Claims (19)

1、用于制造螺纹的工具，

a)其可绕着工具轴线旋转，且

b)包括多个挤压凸齿，其中所述挤压凸齿

b1)被设置成在轴向方向上彼此偏移，并且

b2)用于将所述螺纹挤压入工件的表面，且

b3)各挤压凸齿包括一中央的挤压脊部，所述挤压脊部在所述挤压凸齿相对于所述工件的进给方向上延伸，并形成径向地伸出最远到外部的挤压凸齿区域以及/或者基本上被再现在所述工件上制造出的所述螺纹的螺纹根部上，

c)由于以下设置使所述工具适应所述工件的材料，

c1)至少在一些所述挤压凸齿上，特别是在一入口或初始成形区域，轴向偏置的挤压凸齿的最大径向延伸量根据一预定的径向延伸函数增加，所述径向延伸函数随着自工具端的轴向距离增加而单调地，优选地为严格单调地增加，并且选择所述挤压凸齿的所述径向延伸函数为工件材料的函数，和/或

c2)至少在一些所述挤压凸齿上，所述挤压脊部的径向距离相对所述进给方向根据一预定的径向距离函数单调地，优选地为严格单调地增加，直至达到一最大径向距离，并且选择此每一挤压凸齿的所述挤压脊部的该径向距离函数为工件材料的函数，和/或

c3)选择与工件进行啮合或接触的所述挤压凸齿的挤压面在形状和/或大小和/或布置方面为工件材料的函数，

d)径向被定义为垂直于所述工具轴线，并且轴向被定义为沿着或平行于所述工具轴线。

2、根据权利要求书1所述的工具，其中，对于具有较高变形性的工件材料，选择所述挤压凸齿的径向延伸函数和/或所述挤压脊部的径向距离函数有，至少平均起来，比具有较低变形性的工件材料更大的间距，至少如果这两种材料变形性方面的差异大于一预定的最小值时是如此。

3、根据权利要求书1所述的工具，其中所述径向延伸函数和/或所述径向距离函数是下列函数组中的一函数：所述函数组包括线性函数，N阶的有理函数或有理分数函数，根函数或幂函数，指数函数或对数函数，螺旋线函数，特别是对数或阿基米德螺旋线函数，或特别是插入拉格朗日插值多项式的函数，或样条函数。

4、根据权利要求书1所述的工具，其中各挤压凸齿具有若干侧面区域，其自一或中央的挤压脊部在其径向距离上横向地且并垂直于相对于所述工件的所述挤压凸齿的进给方向减小以及/或者基本上再现在制成的所述螺纹的螺纹侧面上，选择或设置在所述侧面区域的所述挤压面的所述布置和/或形状和/或大小为工件材料的函数。

5、根据权利要求书1所述的工具，其中，与具有较低粘着性的所述工件材料相比，对于具有较高粘着性的工件材料，在所述挤压凸齿的表面，选择较小的所述挤压凸齿的挤压面，和/或选择较大的所述挤压脊部的所述径向距离函数的间距，至少如果不同的材料在所述粘着性方面的差异大于一预定的最小值时是如此。

6、根据权利要求书1所述的工具，其中，对于一预定选择的工件材料，所述挤压凸齿的所述径向延伸函数的间距，所述挤压脊部的所述径向距离函数的间距，及所述挤压凸齿的所述挤压面的尺寸，在各情况下，按被设定的值，分成至少两个类别，其包括至少一个最低类别和至少一个最高类别，其中所述最低类别具有至少一个最低值或具有一最低的取值范围；所述最高类别具有至少一个最高值或具有一最高取值范围，并且优选地，其中，至少一个平均的或居中的或中间的类别被设置为第三类别，其具有至少一个中间值或平均值或具有一中间的或平均的取值范围。

7、根据权利要求书6所述的工具，其中，

a)当采用锻造铝合金作为工件材料时，所述挤压脊部的所述径向距离函数的所述间距从所述最高类别中选出，并且所述挤压凸齿的所述挤压面的尺寸从所述最低类别中选出，并且所述挤压凸齿的所述径向延伸函数的所述间距或成形高度也优选地从一中间类别或较高类别或最高类别中选出，

b)当采用具有一定硅含量的铸铝合金作为工件材料时，所述挤压脊部的所述径向距离函数的所述间距从一较低或最低类别中选出，并且所述挤压凸齿的所述挤压面的尺寸从一较高或最高类别中选出，并且所述挤压凸齿的所述径向延伸函数的所述间距或成形高度从一较低或最低类别中选出，

c)当采用变形性差的研磨钢材料，如H钢材料作为工件材料时，所述挤压脊部的所述径向距离函数的所述间距从一较低或最低类别中选出，并且所述挤压凸齿的所述挤压面的尺寸从一较高或最高类别中选出，并且所述挤压凸齿的所述径向延伸函数的所述间距或成形高度从一较低或最低类别中选出，

d)当采用易变形的钢材料，如ST钢材料作为工件材料时，所述挤压脊部的所述径向距离函数的所述间距从一中间或一较高类别中选出，并且所述挤压凸齿的所述挤压面的尺寸从一较高类别中选出，并且所述挤压凸齿的所述径向延伸函数的所述间距或成形高度从一中间类别中选出，

e)当采用不锈钢材料，如VA钢作为工件材料时，所述挤压脊部的所述径向距离函数的所述间距从一中间或一较高类别中选出，并且所述挤压凸齿的所述挤压面的尺寸从一较低或最低类别中选出，并且所述挤压凸齿的所述径向延伸函数的所述间距或成形高度从一较低或中间类别中选出，

f)当采用韧性的高强度钢材料，如Z钢或Z钢合金作为工件材料时，所述挤压脊部的所述径向距离函数的所述间距从一平均或一较高类别中选出，并且所述挤压凸齿的所述挤压面的尺寸从一平均类别中选出，并且所述挤压凸齿的所述径向延伸函数的所述间距或成形高度从一平均类别或一较高类别中选出，

g)当采用软钢材料，如W钢作为工件的材料时，所述挤压脊部的所述径向距离函数的所述间距从一较高或最高类别中选出，并且所述挤压凸齿的所述挤压面的尺寸从一较低或最低类别中选出，并且所述挤压凸齿的所述径向延伸函数的所述间距或成形高度从一较高或最高类别中选出。

8、根据权利要求书1所述的工具，其中，

a)当采用锻造铝合金作为工件材料时，在高于一距离基准值45％至100％的数值范围内选择所述挤压脊部的所述径向距离函数的所述间距，并且在高于一表面基准值0％至50％的数值范围内选择所述挤压凸齿的所述挤压面的尺寸，并且也优选地在高于一延伸基准值50％至100％的数值范围内选择所述挤压凸齿的所述径向延伸函数的所述间距或成形高度，

b)当采用具有一定硅含量的铸铝合金作为工件材料时，在高于所述距离基准值0％至55％的数值范围内选择所述挤压脊部的所述径向距离函数的所述间距，并且在高于所述表面基准值50％至100％的数值范围内选择所述挤压凸齿的所述挤压面的尺寸，并且在高于所述延伸基准值5％至55％的数值范围内选择所述挤压凸齿的所述径向延伸函数的所述间距或成形高度，

c)当采用变形性差的研磨钢材料，如H钢材料作为工件材料时，在高于所述距离基准值0％至55％的数值范围内选择所述挤压脊部的所述径向距离函数的所述间距，并且在高于所述表面基准值50％至100％的数值范围内选择所述挤压凸齿的所述挤压面的尺寸，并且在高于所述延伸基准值0％至50％的数值范围内选择所述挤压凸齿的所述的所述径向延伸函数的所述间距或成形高度，

d)当采用易变形的钢材料，如ST钢材料作为工件材料时，在高于所述距离基准值35％至85％的数值范围内选择所述挤压脊部的所述径向距离函数的所述间距，并且在高于所述表面基准值40％至90％的数值范围内选择所述挤压凸齿的所述挤压面的尺寸，并且在高于所述延伸基准值30％至80％的数值范围内选择所述挤压凸齿的所述径向延伸函数的所述间距或成形高度，

e)当采用不锈钢材料，如VA钢作为工件材料时，在高于所述距离基准值25％至80％的数值范围内选择所述挤压脊部的所述径向距离函数的所述间距，并且在高于所述表面基准值0％至50％的数值范围内选择所述挤压凸齿的所述挤压面的尺寸，并且在高于所述延伸基准值5％至60％的数值范围内选择所述挤压凸齿的所述径向延伸函数的所述间距或成形高度，

f)当采用韧性的高强度钢材料，如Z钢或Z钢合金作为工件材料时，在高于所述距离基准值40％至95％的数值范围内选择所述挤压脊部的所述径向距离函数的所述间距，并且在高于所述表面基准值30％至80％的数值范围内选择所述挤压凸齿的所述挤压面的尺寸，并且在高于所述延伸基准值45％至95％的数值范围内选择所述挤压凸齿的所述径向延伸函数的所述间距或成形高度，

g)当采用软钢材料，如W钢作为工件材料时，在高于所述距离基准值45％至100％的数值范围内选择所述挤压脊部的所述径向距离函数的所述间距，并且在高于所述表面基准值0％至55％的数值范围内选择所述挤压凸齿的所述挤压面的尺寸，并且在高于所述延伸基准值50％至100％的数值范围内选择所述挤压凸齿的所述径向延伸函数的所述间距或成形高度。

9、根据权利要求书1所述的工具，其中所述工具的材料，至少在所述挤压凸齿的区域，适应工件材料，特别是在耐磨性和/或韧性方面适应

10、根据权利要求书1所述的工具，其中所述工具，至少在所述挤压凸齿的区域，设置有表面涂层，并且所述表面涂层的材料适应所述工件的材料，特别是在滑动摩擦、硬度和/或热稳定性方面适应。

11、根据权利要求书1所述的工具，其中所述挤压脊部的形状，特别是横截面形状，特别是它们垂直于所述挤压凸齿的所述进给方向的径向曲率适应工件材料。

12、根据权利要求书1所述的工具，其中所述挤压凸齿被设置成彼此跟随螺旋地环绕所述工具轴线，或者是形成在一螺纹成形轮廓面上，所述螺纹成形轮廓面径向向外地形成，并且呈螺旋形地环绕所述工具轴线。

13、根据权利要求书1所述的工具，其中至少一些所述挤压凸齿被设置成基本上在一包含所述工具轴线的平面内彼此跟随，和/或其中设置有数个挤压凸齿的至少两组，在各组中所述挤压凸齿被设置成绕着所述工具轴线垂直于所述工具轴线排列或被设置在一螺纹成形轮廓面上，所述螺纹成形轮廓面以环状或围绕的方式，垂直于所述工具轴线环绕所述工具轴线。

14、根据权利要求书1所述的工具，由于以下设置使其适应工件材料：选择沿绕所述工具轴线配置的和/或具有所述延伸函数的或用于设定所述径向增加的延伸函数的挤压凸齿的数量，特别是在进入或初始成形区域，为工件材料的函数。

15、根据权利要求书1所述的工具，其具有一工具芯部或工具柄部，所述挤压凸齿被设置在所述工具芯部或工具柄部的外表面上，和/或在所述工具的周边上设置有凹槽，和/或在所述工具的内部设置有通道，以便供给流体介质，特别是冷却剂和/或润滑剂。

16、根据权利要求书1所述的工具，一些所述轴向偏置的挤压凸齿，特别在一引导区域，具有相同的径向距离。

17、用于制造螺纹的方法

a)其中使用根据上述权利要求中任意一项所述的一第一工具，在由一第一材料制成的一第一工件上加工出至少一第一螺纹，所述第一工具适应所述第一材料，和

b)使用根据上述权利要求中任意一项所述的一第二工具，在由一第二材料制成的一第二工件上加工出至少一第二螺纹，所述第二工具适应所述第二材料。

18、根据权利要求书17所述的方法，其中，使用根据权利要求12所述的一第一和/或第二工具，以制造所述第一和/或第二螺纹，所述第一和/或第二工具绕着其工具轴线旋转，并同时以适宜螺距的一轴向进给速度和绕着所述工具轴线的旋转速度，相对于所述工具轴线轴向地移动进入位于所述第一或第二工件中的一预备孔内。

19、根据权利要求书17所述的方法，其中，使用根据权利要求13所述的一第一和/或第二工具，以制造所述第一和/或第二螺纹，所述第一和/或第二工具绕着其工具轴线旋转，并同时以绕着平行于所述工具轴线的中心轴线以螺旋运动的方式，进入所述第一或第二工件中的一预备孔内。

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