TW201347872A - 非切削式的加工製作金屬工件外螺紋之方法與裝置 - Google Patents

Abstract

一種非切削式的加工製作金屬工件外螺紋之方法與設置，加工後的成品可作為連接件或緊固件之用。基於習知技術之缺陷，本發明提供一非切削式的加工製作金屬工件外螺紋之方法，該方法可以在不同造型工件上滾壓各種螺紋。其中，壓制螺紋的成形滾壓模具具有至少二進給式搓牙頭4和至少一固定式或活動式搓牙頭5，進給式搓牙頭4之弧形內壁上成型一螺紋牙形對應部，搓牙頭5內壁不具有螺紋牙形，在生產過程中導引坯件，支撐鄰接進給式搓牙頭4。必要時，不具有螺紋牙形的搓牙頭亦可產生一壓力，以在坯件非螺紋表面成槽，印花，刻標識或標記，或實現功能性變形，如在出油塞上形成一通道。

Description

非切削式的加工製作金屬工件外螺紋之方法與裝置

本發明係有關於一種非切削式的加工製作金屬工件外螺紋之方法與裝置，加工後的金屬工件可作為連接件或緊固件之用。

在實際生產中，根據螺紋大小，工件形狀及金屬材料硬度的不同，可分別透過滾壓或切削兩種方法製作金屬工件外螺紋。運用滾壓機滾壓外螺紋時，滾壓機安裝有兩個或三個被驅動的圓形滾壓輪或相對移動的平面搓牙頭(平行搓牙頭)。另外，也可藉由夾於車床上的滾壓頭驅動工件加工螺紋。

德國發明專利DE 195 36 817 A1揭露了藉由型材軋制模具在薄壁空心零件上冷滾壓螺紋的方法，在空心圓柱形金屬工件上滾壓外螺紋是批量生產中最重要的螺紋加工方法，此時，需要確保空心圓柱形工件具有足夠的壁厚，在雙輪滾壓機上滾壓螺紋時，工件壁厚至少為外徑的1/5，在三輪滾壓機上滾壓螺紋時，壁厚約為外徑的1/8。

若小於上述比例值，那只能切削或藉由車床上的滾壓頭加工螺紋。與無切削加工製作工藝相比，應用多軸自動車床或攻牙機加工螺紋的方法更費料費時，且藉由自動車床車刀切削外螺紋的生產方法不能形成光潔的冷硬化表面。

歐盟專利EP 2 156 909 A2係揭露了將實心金屬材料加工為螺絲或螺栓的過程，首先在初步成型的坯件上形成數個具有一定徑向距離的軸向螺紋溝槽，然後將帶有螺紋溝槽的坯件置入一多功位成形滾壓模具內，成形滾壓模具內壁上成型一螺紋牙形對應部，且螺紋溝槽位於搓牙頭開啟的位置，閉合搓牙頭後，一徑向力作用於坯件的軸桿部，以滾壓一徑 向外輪廓。

WO2010/0307551 A2專利案係揭露了在非切削式加工製作 金屬空心工件外螺紋的方法。首先，將金屬絲或桿體藉由一可移動的滑座和一固定模具承載單元置入一分級式滾壓機內分級成型一空心坯件，然後，將初步成型後的空心坯件置入一多功位成形滾壓模具，該成形滾壓模具具有一模具型腔，模具型腔內壁成型有一螺紋牙形對應部，閉合成形滾壓模具後，至少一芯棒進入坯件的中心開口，擴張坯件直徑，藉由材料徑向流動，填充搓牙板內壁螺紋牙形對應部之下凹部。

在上述兩種滾壓方法中，成形滾壓模具的所有搓牙頭都可進 給，且都具有螺紋牙形對應部。為了防止材料在滾壓或擴徑過程中進入搓牙頭間，坯件在成形滾壓模具搓牙頭匯合處成型縱向細長凹槽。

惟隨著工件大小的變化，凹槽大小只能做略微的改動，因 此，上述滾壓方法並不適用於生產製造具有非連續螺紋或非螺紋區的連接件或緊固件，而在實際應用中，為了使介質通過或為了藉由扳手對連接件或緊固件施加扭矩，經常需要在連接件或緊固件成型非連續螺紋或非螺紋區，因此上述滾壓方法具有極大的局限性。

本發明之主要目的在於提供一非切削式的加工製作金屬工件外螺紋之方法，該方法可在一分級式壓力機中滾壓不同形狀的工件螺紋。

此外，本發明亦提供一適用於該方法之一裝置。

為解決上述問題，本發明之非切削式的加工製作金屬工件外螺紋之方法具有申請專利範圍第1項和申請專利範圍第2項所述之特徵，申請專利範圍第3項到申請專利範圍第9項所述優點，申請專利範圍第10項所述之適用於該方法之裝置，且該裝置具有申請專利範圍第11項到申請專利範圍第13項所述之結構。

本發明之方法主要用於在實心金屬工件上滾壓外螺紋或藉由一芯棒擴張空心坯件來滾壓外螺紋，其中所謂的「擴徑方法」也被看作是螺紋滾壓方法中的一部分。

藉由本發明之方法製造的具有外螺紋的零件可用作如螺 絲，軸件，配件，殼體構件等連接件或緊固件。

透過本發明之方法，可在緊固件或連接件上滾壓不同的螺紋，具有較高的經濟效益。

用來滾壓或擴徑的成形滾壓模具具有至少二進給式搓牙頭以及至少一固定式或活動式搓牙頭，該二進給式搓牙頭之弧狀內壁上成型螺紋牙形對應部，至少一固定式或活動式搓牙頭內壁不具有螺紋牙形，且該搓牙頭在製造過程中導引坯件並支撐鄰接之進給式搓牙頭。

必要時，該不具有螺紋牙形之搓牙頭也可提供一滾壓力，以在坯件非螺紋表面成槽，壓花，刻標記或標識等，或實現功能性變形，如在放油塞上成型一通道。

必要時，該不具有螺紋牙形之搓牙頭內壁可在進刀方向上高出其它進給式搓牙頭之內壁。

在實心坯件上加工外螺紋時，初步成型坯件需具有一內縮部，其可為一扁平面，但不限於此。此外，坯件在成形滾壓模具搓牙頭匯合處還設有縱向延伸之細長凹槽。

該坯件定位於開啟的成形滾壓模具中的方式係為其凹槽恰好位於搓牙頭之分隔面上，而內縮部恰好位於不具有螺紋牙形之搓牙頭的作用範圍內。在閉合成形滾壓模具的過程中，該不具有螺紋牙形之搓牙頭的內壁與坯件之內縮部接觸，當內縮部為一直線形扁平面時，搓牙頭內壁緊貼於內縮部，當內縮部為一凹部時，搓牙頭內壁頂抵該內縮部。

在閉合過程中，進給式搓牙頭受力，進而在坯件外壁或表面滾壓至少一個或數個螺紋部。縱向延伸之螺紋部受坯件上的凹槽影響而中斷。

若所用工件為空心，則需要將一不可變形之支撐件伸入空心坯件，該支撐件至少在沖壓領域緊貼在坯件內壁，支撐件可為一實心件填充坯件的空心部，亦可為一管狀件，且支撐件的幾何形狀要正好能伸入該初步成型之坯件的空心部內。

於實心坯件亦同，閉合進給式搓牙頭，在坯件外壁或表面滾壓至少一個或數個螺紋部。

當透過所謂的擴徑方法在空心工件上成型外螺紋時，可先置入初步成型坯件，然後閉合成形滾壓模具，或，先閉合成形滾壓模具，然後置入初步成型坯件，同時確保坯件不會軸向移動。

如前所述，定位該初步成型坯件，在外力作用下，一擴徑芯棒進入坯件，從而使材料流入並填滿進給式搓牙頭內壁上的螺紋牙形對應部之下凹部，成型外螺紋。

坯件的內縮部不具有螺紋，可為直線形表面或扁平面，且內縮部可佔據整個坯件的長度或僅為坯件長度的一部分。可透過拉伸或其它鐓鍛或冷鍛方式初步成型坯件。

本發明之主要優點在於：透過螺紋滾壓，可在具有不同幾何橫截面(如三角形，四邊形，六邊形或具有直線部，斜部和弧形部的橫截面)的坯件規定表面成型外螺紋。

在滾壓螺紋前，可首先將坯件成型為一具有二相對弧部和二相對直線部或扁平部的橫截面，且只在弧部上成型外螺紋。

在加工製造外螺紋時，進給式搓牙頭可側向並列或相對設置，且搓牙頭可在軸向和/或徑向上移動。

不具有螺紋牙形的活動搓牙頭可與其它搓牙頭同步運動，不具有螺紋牙形之固定搓牙頭為凹模或搓牙頭導向模的組成部分。

適用於本發明之方法之裝置包括至少一具有數個活動搓牙頭之成形滾壓模具，活動搓牙頭位於一環形導向模的楔形導向面，並可軸向或/和徑向移動。至少二搓牙頭之內壁具有一螺紋牙形對應部，至少一固定式或活動式搓牙頭之內壁不具有螺紋牙形。其中，活動搓牙頭緊貼於坯件，並主要在軸向上移動，一加強環套於搓牙頭導向模上。

所有活動搓牙頭都可以從開啟到閉合再從閉合到開啟，閉合時，活動搓牙頭緊貼於坯件，搓牙頭導向模可相對搓牙頭移動。

當坯件為空心時，需設置一受力擴徑芯棒，該芯棒至少在螺紋牙形對應部處撐開坯件。

若要從外部滾壓螺紋，則需要安裝一軸向移動之承載件，該承載件可進入該空心坯件並不易變形。在空心坯件內，承載件緊貼於坯件 的內壁。

坯件的變形過程以及在坯件上滾壓螺紋的過程可以在一分級式壓力機內完成。

1‧‧‧坯件

2‧‧‧凹模頂部

3‧‧‧搓牙頭導向模

4‧‧‧搓牙頭

5‧‧‧搓牙頭

6‧‧‧螺紋牙形對應部

7‧‧‧凹槽

11‧‧‧坯件

12‧‧‧凹模頂部

13‧‧‧搓牙頭導向模

14‧‧‧搓牙頭

15‧‧‧搓牙頭

16‧‧‧螺紋牙形對應部

17‧‧‧凹槽

18‧‧‧沖頭

19‧‧‧坯件

20‧‧‧環形軸環

21‧‧‧坯件

22

23‧‧‧搓牙頭導向模

24‧‧‧搓牙頭

25‧‧‧搓牙頭

26‧‧‧螺紋牙形對應部

27‧‧‧凹槽

28‧‧‧擴徑芯棒

30‧‧‧環形軸環

31‧‧‧坯件

33‧‧‧搓牙頭導向模

34‧‧‧搓牙頭

35‧‧‧搓牙頭

36‧‧‧螺紋牙形對應部

37‧‧‧凹槽

38‧‧‧支撐件

39‧‧‧加強環

41‧‧‧坯件

43‧‧‧搓牙頭導向模

44‧‧‧搓牙頭

47‧‧‧凹槽

圖1：本發明之加工製造一實心螺絲的具體步驟a)，b)，c)簡化圖；圖2：圖1 a)，圖1 b)中沿A-A的切面放大圖；圖3：本發明之加工製造一空心工件外螺紋的具體步驟a)，b)，c)，d)簡化圖；圖4：圖3 b)，圖3 c)中沿A-A的切面放大圖；圖5：本發明之藉由一擴徑芯棒加工製造一空心工件外螺紋的具體步驟a)，b)，c)簡化圖；圖6：圖5 a)，圖5 b)中沿A-A的切面放大圖；圖7：本發明之具有四個活動搓牙頭之成形滾壓模具的另一實施例之橫截面圖；以及圖8：本發明之具有二活動搓牙頭及一固定搓牙頭之成形滾壓模具的另一實施例之橫截面圖。

請參照圖1所示，為本發明之加工製造實心坯件1外螺紋之步驟a)，b)，c)。

圖2為圖1 a)，圖1 b)中沿A-A的切面圖，首先將初步成型後的坯件1放入開啟的成形滾壓模具內，其中，成形滾壓模具具有二軸向和徑向移動之搓牙頭4，搓牙頭4弧形內壁上成型一螺紋牙形對應部6，一固定凹模頂部2位於成形滾壓模具上方。

該二搓牙頭4側向並列排列，第三塊搓牙頭5之光滑內壁不具有螺紋牙形，且只能軸向移動。搓牙頭4，5活動位於一搓牙頭導向模3內，搓牙頭導向模3上套有一加強環(未圖示)。如圖1所示，搓牙頭4透過楔形導向面徑向和軸向移動，圖2a)為坯件1下端之橫截面形狀。如圖2所示，坯件1具有三個縱向延伸之細長凹槽7，其位於搓牙頭4，5的交 匯處。

透過對搓牙頭導向模3施加一相應的外力，閉合該成形滾壓模具之搓牙頭4，5，該閉合過程請參照圖示。較佳為，在搓牙頭上施加一外力，進給式搓牙頭，此時，搓牙頭導向模位不發生位移。

如圖1b和圖2所示，逕向進給具有螺紋牙形對應部之搓牙頭，以在坯件1軸桿上成型螺紋，此時，不具有螺紋牙形之搓牙頭5不發生位移。

坯件軸桿或還未加工完的螺絲具有一周緣約為250度之螺紋部和一扁平部(圖2b)。

開啟搓牙頭4後，從模具中取出具有外螺紋的零件1(圖1c)。

透過熟知之變形技術，可進一步加工製造該零件或該螺絲的頭部，最終完成加工製造的全過程。

圖3至圖4所示為在空心工件的軸桿上衝壓外螺紋的過程。

該模具造型與上述模具造型類似，在將坯件11放入具有搓牙頭14，15的成形滾壓模具前(圖3a)，先將坯件11拉伸或冷鍛為具有一空心軸桿和一環形軸環20的初步成型坯件，且搓牙頭可在搓牙頭導向模13內來回移動。此外，還可在凹模頂部12內設一活動沖頭18，沖頭18向下移動到圖3b所示的位置，此時，成形滾壓模具還為開啟狀態。

如圖3C所示，閉合成形滾壓模具，此時，具有螺紋牙形16對應部的搓牙頭14在坯件11的軸桿上滾壓螺紋部，凸出伸入坯件11軸桿的沖頭18下部為支撐件。

該實施例中的其它構造與圖1和圖2中所述之實施例相同，坯件11的空心軸桿同樣具有三個縱向延伸之細長凹槽17。

由圖5和圖6可知，本發明亦可藉由一擴徑芯棒28來加工製造外螺紋。將一具有一空心軸桿和一環形軸環30的坯件21置入具有搓牙頭24，25之成形滾壓模具，並閉合該模具(圖5a)，成形滾壓模具的結構與上述實施例結構基本類似，唯一不同在於：搓牙頭24，25閉合後與坯件21的軸桿接觸，在滾壓螺紋時，沖頭和擴徑芯棒28被一起壓入空心軸桿，從而成型外螺紋(圖5b)。圖5C所示脫模過程。

前述之實施例中相同部件在圖示中的標號與圖1，圖2中的部件標號具有相同的尾數。

圖7所示為本發明之成形滾壓模具，該模具具有四個相對設置之移動搓牙頭34，35，搓牙頭34的弧形內壁上具有螺紋牙形對應部，另外兩個搓牙頭35不具有螺紋牙形，坯件31具有二相對設置的弧形部和二相對設置扁平直線部，該扁平直線部向內縮進。

閉合搓牙頭34，在弧形部上滾壓外螺紋，此時，一支撐件38嵌入空心部，以確保滾壓領域不會變形，該加工過程與圖3所示類似。

因為在滾壓螺紋時需要較大的壓力，故，在搓牙頭導向模33周緣環繞一加強環39。

坯件在成形滾壓模具搓牙頭34，35匯合處具有縱向延伸之細長凹槽37，該四個凹槽37具有弧狀橫截面。

在閉合成形滾壓模具的過程中，搓牙頭35的前端平面緊貼坯件31的扁平邊。

圖8所示之實施例與圖2所示之切面圖類似，唯一不同在於，只有兩塊活動搓牙頭44具有螺紋牙形對應部，第三塊不具有螺紋牙形之固定搓牙頭為導向模43的組成部分，其中圖8a)所示為成形滾壓模具開啟狀態，圖8b所示為成形滾壓模具閉合狀態，坯件41同樣具有三個凹槽47，坯件以及具有外螺紋之零件與圖1，2中所示同。

1‧‧‧坯件

2‧‧‧凹模頂部

3‧‧‧搓牙頭導向模

4‧‧‧搓牙頭

5‧‧‧搓牙頭

6‧‧‧螺紋牙形對應部

Claims (13)

1. 一種非切削式的加工製作金屬實心工件外螺紋之方法，其中加工後的工件可作為連接件或緊固件之用，將初步成型的實心坯件1置入一開啟的成形滾壓模具內，該成形滾壓模具具有至少二進給式搓牙頭4，44及至少一固定式或活動式搓牙頭5，進給式搓牙頭之弧形內壁上成型一螺紋牙形對應部6，而至少一固定式或活動式搓牙頭的內壁不具有螺紋牙形，該初步成型的坯件具有一內縮部，該不具有螺紋牙形的固定式或活動式搓牙頭5前端緊貼或頂抵該內縮部，坯件1在進給式搓牙頭匯合處具有縱向延伸之細長凹槽7，進刀搓牙頭在一外力作用下閉合，在坯件外壁或表面滾壓至少一或數個螺紋部。
2. 一種非切削式的加工製作金屬空心工件外螺紋之方法，其中加工後的工件可作為連接件或緊固件之用，將一初步成型的空心坯件置入一開啟的成形滾壓模具內，成形滾壓模具具有至少二進給式搓牙頭14，24及至少一固定式或活動式搓牙頭16，26，進給式搓牙頭之弧形內壁上成型一螺紋牙形對應部，而至少一固定式或活動式搓牙頭15，25的內壁不具有螺紋牙形，該初步成型的坯件具有一內縮部，該不具有螺紋牙形的固定式或活動式搓牙頭前端緊貼或頂抵該內縮部，坯件11，21在進給式搓牙頭匯合處具有縱向延伸之細長凹槽17，27，首先將一支撐件移入空心坯件11內，使支撐件18緊貼坯件內壁，然後閉合進給式搓牙頭，在坯件外壁或表面滾壓至少一個或數個螺紋部，或者可在置入坯件前或坯件21後閉合成形滾壓模具，防止坯件軸向移動，然後將一擴徑芯棒28導入坯件內，在坯件外壁或表面對應搓牙頭螺紋牙形對應部的位置滾壓至少一個或數個螺紋部。
3. 如請求項1或2所述之方法，其特徵在於，該坯件內縮部可為直線形或扁平形，其可佔據坯件的整個長度或部分長度。
4. 如請求項1-3其中之一所述之方法，其特徵在於，首先透過拉伸或鐓鍛和/或冷鍛初步成型坯件。
5. 如請求項1-4其中之一所述之方法，其特徵在於，初步成型的坯件具有二相對之弧形橫截面及二相對之直線部或扁平部。
6. 如請求項1-5其中之一所述之方法，其特徵在於，該進給式搓牙頭具有一螺紋牙形對應部，二進給式搓牙頭側向並列或相對設置，可徑向和/或軸向移動。
7. 如請求項1-6其中之一所述之方法，其特徵在於，二或數塊不具有螺紋牙形的活動搓牙頭可與其它搓牙頭徑向和/或軸向同步移動。
8. 如請求項1-7其中之一所述之方法，其特徵在於，所有擠壓過程，固定搓牙頭為凹模或搓牙頭導向模的組成部分。
9. 如請求項1-8其中之一所述之方法，其特徵在於，閉合搓牙頭時，亦可在非螺紋表面成槽，壓花及刻標識。
10. 用以實施上述請求項1-9其中之一所述方法之裝置，該裝置係由一具有數塊搓牙頭之成形滾壓模具組成，該搓牙頭位於一環狀搓牙頭導向模3,13,23,33,43內之楔形導向面，且可軸向和/或徑向移動，至少二搓牙頭4,14,24,34,44之弧狀內壁上具有一螺紋牙形對應部6,16,26,36，至少一固定式或活動式搓牙頭5,15,25,35的內壁不具有螺紋牙形，且該內壁緊貼或頂抵坯件1,11,21,31,41，該活動搓牙頭內壁可緊貼或頂抵坯件並保持不動，亦可軸向位移，該搓牙頭導向模33另套設一加強環39。
11. 如請求項10所述之裝置，其特徵在於，所有活動搓牙頭可以由開啟到閉合的位置，再由閉合到開啟的位置進行移動，且該搓牙頭閉合時緊貼該坯件。
12. 如請求項10或11所述之裝置，另包括一擴徑芯棒28，該擴徑芯棒在外力作用下至少在具有螺紋牙形對應部26的位置撐開坯件。
13. 如請求項10-12其中之一所述之裝置，另包括一縱向移動之支撐件18，該支撐件可進入空心坯件，且不易變形，該支撐件置入坯件後，至少在滾壓領域緊貼坯件內壁。