TWI595941B - 螺釘構件用搓製平模及搓製加工方法 - Google Patents

Description

螺釘構件用搓製平模及搓製加工方法

本發明係關於用以製造公螺牙之螺釘構件的螺釘構件用搓製平模，以及使用該模具的搓製加工方法。

例如專利文獻1已揭示一種藉由搓製加工而製造由高硬度的材料製成的螺栓、公螺牙之搓製模具。

具體而言，所揭示的搓製模具中，相較於成型完工部的加工齒，切入部之起始點的加工齒係齒高度較低，且齒尖角度及該起始點的加工齒間的谷底角度較大。該搓製模具中，因剛開始時，切入部的起始點的加工齒係以較淺且以鈍角狀進行切入，因此，包含起始點的切入部的齒尖附近難以發生龜裂、局部的破損等而可使搓製模具長壽化。

另外，近年來，汽車等的輕量化持續進展，就其所用的螺栓而言，增加了高硬度的熱處理螺栓的需求。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

專利文獻1：日本專利公開公報特開2005-288456號

然而，若以習知的模具來製造如此的高硬度的螺栓，則會提早發生於模具發生崩裂(缺口)、加工齒變形等不良情況，因而有模具的壽命變得非常短的問題。

對此，本發明者持續研究而成功開發了可抑制模具本身的製造成本，且即使搓製加工高硬度的基材，亦可長期地使用之長壽的螺釘構件用搓製平模，以及使用該螺釘構件用搓製平模之搓製加工方法。

本發明之目的在於提供一種可抑制模具本身的製造成本，且可長期地使用之螺釘構件用搓製平模，以及使用該螺釘構件用搓製平模之搓製加工方法。

本發明係一種螺釘構件用搓製平模，具備搓製面，該搓製面至少包含：切入面，接受成為螺釘構件之基材的供給；以及成型完工面，鄰接於前述切入面而形成，前述切入面中至少包含：第一部分切入面，係具有越遠離前述成型完工面就越後退之斜率，且相對於成型完工面之斜率的角度係定為α角度；以及第二部分切入面，係於前述第一部分切入面與前述成型完工面之間連續狀地形成，並具有越遠離前述成型完工面就越後退之斜率，且相對於成型完工面之斜率的角度係定為小於前述α角度之β角度；前述第一部分切入面與前述第二部分切入面中，形成 前述螺釘構件之螺牙溝的谷底之加工齒的齒尖角度，係大於前述成型完工面之加工齒的齒尖角度，並且，前述加工齒的齒尖形狀，係自前述第一部分切入面的起始點起隨著朝向前述成型完工面而自根部側起漸漸變化為成型完工面的加工齒的齒尖角度。

該構成中，具有相對較大的角度的斜率之第一部分切入面在加工過程中，係所謂的切入的速度相對較快，容易對於模具造成負荷。另一方面，基材位於第一部分切入面之期間，會成為以大於成型完工面的加工齒的齒尖角度之齒尖角度的加工齒來加工此基材，因而加工材料的移動量相對較小。因此，雖然切入的速度相對較快，但因在該當範圍中加工材料的移動量相對較小，故可抑制對於模具發生過度的負荷。再者，本發明具有之第二部分切入面中，其加工齒的齒尖角度與第一部分切入面相同，但相對於成型完工面之斜率角度相對較小。藉由該構成，在因為加工齒的齒尖形狀接近最終形狀而使得加工材料的移動量漸漸增加之過程中，所謂的切入的速度會相對變慢，因此，可確保充分的加工材料的移動量，且可緩和施於模具的負荷，並且，可將基材滑順地導入成型完工面。

又，例如第一部分切入面之斜率的角度α與第二部分切入面之斜率的角度β為α<β時，第二部分切入面中，在加工材料的移動量增加的同時，所謂的切入的速度會加快，結果，施加於模具的負荷會在第二部分切入面或第二部分切入面與成型完工面的交界部分急劇地增 加，而於該當部分容易發生崩裂。

在此，前述第一部分切入面之搓製方向的長度L1、前述第二部分切入面之搓製方向的長度L2、以及前述成型完工面之搓製方向的長度L3，以L2>L1>L3為較佳。

該構成中，依據發明者的分析可知，基材與搓製面之間的摩擦為最大，而使得施於模具之負荷為最大的區域就在正要進入成型完工面之前的區域。對此，將對應於該區域之第二部分切入面之長度L2盡可能地設定得較長，使第二部分切入面的加工區域成為最大。並且，接著設定第一部分切入面的長度L1，而在最後以小於長度L1的長度構成成型完工面，藉此，可使所進行之搓製加工在受限的模具全長之中有效地抑制對於模具的負荷。

另外，第一部分切入面之斜率係取決於前述第一部分切入面之搓製方向的長度與前述第一部分切入面相對於成型完工面之沒入量；第二部分切入面之斜率係取決於前述第二部分切入面之搓製方向的長度與相對於成型完工面之沒入量；第二部分切入面之斜率係由相對於第一部分切入面的沒入量與第二部分切入面的沒入量之總和至少40%以下的沒入量構成。

藉由該構成，可避免施加於模具的負荷在第二部分切入面或第二部分切入面與成型完工面之交界部分急劇地增加而在該當部分發生崩裂。

另外，本發明係一種搓製加工方法，使用上 述之螺釘構件用搓製平模，在基材通過前述第一部分切入面至前述成型完工面之期間，前述螺釘構件用搓製平模中之移動側的模具係定速移動。

藉由該構成，於搓製加工中，不用經過使搓製平模的移動速度變化之特別的製程就可簡便且安定地進行大量生產。

本發明之螺釘構件用搓製平模可抑制對於高硬度的基材發生崩裂等的問題，因此，可謀求模具的長壽化。

另外，本發明之搓製加工方法係可簡便且安定地大量生產螺釘構件。

1‧‧‧搓製平模

10‧‧‧固定側模具

11‧‧‧固定側搓製面

11a‧‧‧一端部

11b‧‧‧另一端部

12‧‧‧切入面

13‧‧‧成型完工面

14‧‧‧切離面

15‧‧‧第一部分切入面

16‧‧‧第二部分切入面

17‧‧‧搓製起始點

18‧‧‧第一交界部

19‧‧‧第二交界部

31‧‧‧加工齒

32‧‧‧頂點

33‧‧‧谷底

50‧‧‧移動側模具

51‧‧‧移動側搓製面

B‧‧‧螺栓(螺釘構件)

L0‧‧‧切入面的長度

L1‧‧‧第一部分切入面的長度

L2‧‧‧第二部分切入面的長度

L3‧‧‧成型完工面的長度

L4‧‧‧切離面的長度

H1~H3‧‧‧加工齒高度

θ 1~θ 3‧‧‧齒尖角度

W‧‧‧基材

W1‧‧‧被加工部分

α‧‧‧第一部分切入面的斜率角度

β‧‧‧第二部分切入面的斜率角度

γ‧‧‧切離面的斜率角度

第1圖係顯示螺釘構件用搓製平模的使用狀態之概要圖。

第2圖係顯示螺釘構件用搓製平模，(a)係俯視圖，(b)係前視圖。

第3圖係顯示螺釘構件用搓製平模之概要俯視圖。

第4圖係顯示加工時之搓製起始點的螺釘構件用搓製平模及基材之部分放大縱剖面圖。

第5圖係顯示加工時之第一交界部的螺釘構件用搓製平模及基材之部分放大縱剖面圖。

第6圖係顯示加工時之第二交界部的螺釘構件用搓製 平模及基材之部分放大縱剖面圖。

第7圖係顯示加工齒的縱剖面圖，(a)係顯示搓製起始點，(b)係顯示第一交界部，(c)係顯示第二交界部。

第8圖係顯示其他實施型態之螺釘構件用搓製平模的概要，(a)係顯示第一部分切入面的剖面的概要，(b)係顯示第二部分切入面的剖面的概要。

以下，詳細說明將本發明之螺釘構件用搓製平模(以下稱為搓製平模)、以及使用該搓製平模之搓製加工方法具體化的實施例。又，本發明不受下述實施例的限定而可適當地變化設計。另外，為了使說明容易理解，在圖式中，會有適當地以與實際的尺寸比例相異的尺寸比例來顯示之情況，惟，不因此解釋為本發明限定於其形狀。

如第1圖所示，搓製平模1係由固定於預定基台之大致立方體型狀的固定側模具10、以及相對於固定側模具10沿著預定方向移動的移動側模具50所構成。

更詳細而言，固定側模具10係具有固定側搓製面11，相對於此，移動側模具50係具有移動側搓製面51。並且，固定側搓製面11與移動側搓製面51係配置成互相相向，且搓製加工挾持於固定側搓製面11與移動側搓製面51之間的基材W以製造螺栓B。另外，移動側模具50的移動方向係平行於固定側模具10的固定側搓製面11的方向，與搓製方向一致。

具體而言，如第2圖所示，本實施例之各模 具10、50的尺寸係高度為60mm，寬度為400mm，前伸距離為38.4mm~38mm。另外，各模具10、50係使用由冷鍛模具鋼形成上述形狀者。

另外，螺栓B的基材W係採用例如藉由將鉻鉬鋼熱處理而輕量化的高硬度材料。另外，螺釘構件(製品)之螺栓B係M6＊1.0 16R規格的六角螺釘。

另外，各搓製面11、51設有複數個使基材W的被加工部分W1形成螺牙形狀的加工齒31。並且，基材W的被加工部分W1係在基材W朝向第1圖所示之箭號方向旋轉之情況下，藉由加工齒31塑性變形而成為螺栓B的螺牙部分。具體而言，加工齒31係如後所述，形成螺栓B的螺牙溝的谷底。

又，本實施例中，加工齒31的間距係遍及各搓製面11、51的全面設定為與螺栓B的螺牙的間距為相等之值。

又，本實施例中，固定側模具10及移動側模具50係具有相同形狀，各搓製面11、51亦為點對稱，因此，以下，對於搓製面11、51的詳細標記相同符號來說明。

如第2圖(b)所示，搓製平模1中，模具10、50的搓製面11、51係具有切入面12。並且，鄰接於此切入面12係設有成型完工面13。再者，鄰接於此成型完工面13係設有切離面14。

前述切入面12中，係設定有供給基材W之搓製起始點17，以搓製起始點17為基準，沿著從模具10、 50的一端部11a向另一端部11b的搓製方向之長度L0係設為L0=295mm。又，切入面12係具有越遠離成型完工面13就越後退之斜率，該斜率係發明的重點，於後詳述。

另外，前述成型完工面12中，沿著搓製方向的長度L3係設為L3=92mm。

並且，前述切離面14中，沿著搓製方向的長度L4係設為L4=13mm。又，切離面14係相對於成型完工面13具有斜率，隨著遠離成型完工面13，搓製面11、51係朝向互相遠離的方向開擴。具體而言，斜率的角度γ係設為γ=2.64°(0.6mm/13mm)。

接著，說明切入面12的詳細。

如第3圖所示，切入面12係至少具備：第一部分切入面15；以及於第一部分切入面15與成型完工面13之間連續狀地形成之第二部分切入面16。

第一部分切入面15中，沿著搓製方向的長度L1係設為L1=150mm。另外，相對於成型完工面13具有角度α=0.0955°(0.25/150)的斜率。換言之，相對於長度L1(150mm)，後退的沒入量係設為0.25mm。

相對於此，第二部分切入面16中，沿著搓製方向的長度L2係設為L2=145mm。另外，相對於成型完工面13具有角度β=0.0277°(0.07/145)的斜率。換言之，相對於長度L2(145mm)，後退的沒入量係設為0.07mm。

亦即，第一部分切入面15的角度α及第二部 分切入面16的角度β以α>β為較佳。另外，第一部分切入面15的斜率係以由相對於第一部分切入面15的沒入量(mm)與第二部分切入面16的沒入量(mm)之總和至少60%以上的沒入量(mm)構成為較佳。另外，第二部分切入面16的斜率係以由相對於第一部分切入面15的沒入量(mm)與第二部分切入面16的沒入量(mm)之總和至少40%以下的沒入量(mm)構成為較佳。

另外，上述長度L1、L2、L3係以L2>L1>L3的關係尤佳。例如，可設為L1=130mm、L2=165mm、L3=92mm。

接著，說明第一部分切入面15與第二部分切入面16的各加工齒31。

第一部分切入面15中，將搓製起始點17設定於距離模具10、50的一端部11a5mm左右的位置。並且，此搓製起始點17之加工齒31係如第4圖、第7圖(a)所示，齒尖角度θ 1為θ 1=80°。

另外，如第5圖、第7圖(b)所示，第一部分切入面15與第二部分切入面16的交界部分之加工齒31係齒尖角度θ 1為θ 1=80°。另外，加工齒31的齒尖形狀，係從根部側起漸漸變化為成型完工面13的加工齒31的齒尖角度(60°)。

另一方面，如第6圖、第7圖(c)所示，成型完工面13之加工齒31的齒尖角度θ 2為θ 2=60°。

並且，加工齒31的高度H(加工齒31的谷 底33至頂點32的距離)，係第一部分切入面15的加工齒31的高度H1、第二部分切入面16的加工齒31的高度H3、及成型完工面13的加工齒31的高度H2，成為H1<H3<H2的關係。

又，成型完工面13及前述切離面14之加工齒31的形狀係在其範圍內未有形狀變化，而具有與螺栓B之螺牙溝形狀對應之形狀。

接著，以下詳述基材W的加工過程。

首先，如第4圖所示，基材W位於搓製起始點17時，基材W的被加工部分W1尚未開始塑性變形。

然後，移動側模具50開始移動時，藉由第一部分切入面15的加工齒31開始加工基材W。

接著，移動側模具50行進而基材W到達第一部分切入面15與第二部分切入面16的交界部之第一交界部18時，如第5圖所示，螺牙開始顯現。

再者，基材W到達第二部分切入面16與成型完工面13的交界部之第二交界部19時，如第6圖所示，幾乎形成期望的螺栓B的形狀。

之後，螺栓B到達切離面14而結束搓製加工。

在此，在基材W自搓製起始點17至成型完工面13之期間，移動側模具50係以約900mm/秒的速度定速移動。具體的速度係可適當地變更，惟，在前述期間中，以定為一定速度為較佳。

另外，亦有其他實施型態的提案。

例如，提案有構成為如第8圖(a)所示，固定側模具10之固定側搓製面11中，第一部分切入面15係設為朝向移動側搓製面51成為凸狀之凸狀面形狀，如第8圖(b)所示，第二部分切入面16係設為相對於移動側搓製面51成為凹狀之凹狀面形狀。換言之，第一部分切入面15中，沿著垂直於搓製方向之虛擬線切斷固定側模具10時之固定側搓製面11係由朝向移動側搓製面51呈凸狀的弧曲線構成，第二部分切入面16中，係由向固定側模具10側退避之凹狀的弧曲線構成。又，此時，移動側模具50之移動側搓製面51中，第一部分切入面15係對應於固定側搓製面11成為凹狀之凹狀面形狀，第二部分切入面16係對應於固定側搓製面11成為凸狀之凸狀面形狀。

另外，同樣地，固定側模具10之固定側搓製面11中，亦可構成為第一部分切入面15係設為相對於移動側搓製面51成為凹狀之凹狀面形狀，第二部分切入面16係設為朝向移動側搓製面51成為凸狀之凸狀面形狀。又，此時，移動側模具50之移動側搓製面51中，第一部分切入面15係對應於固定側搓製面11成為凸狀之凸狀面形狀，第二部分切入面16係對應於固定側搓製面11成為凹狀之凹狀面形狀。

本發明係不限於上述實施例，例如，加工齒31的形狀，只要以在成型完工面13成為期望形狀之方式連續地變化即可。例如，若於切入面12之加工齒31的齒尖角度大於成型完工面13之加工齒31的齒尖角度之條件 下，則可適當地改變。

另外，切入面12中，不僅可形成二個部分切入面15、16，亦可形成三個以上的部分切入面。

另外，第1部分切入面15的長度L1、第二部分切入面16的長度L2、及成型完工面13的長度L3係以L2>L1>L3為佳，惟，亦可為L2≧L1>L3。另外，本發明並未積極地排除L1>L2>L3的構成。

另外，定速移動之移動側模具50的移動速度不限於上述速度，可考量材料、尺寸等的加工條件，自由地適當設定。

另外，亦可適用於所謂的單向(1WAY)模具、雙向(2WAY)模具等。

10‧‧‧固定側模具

11‧‧‧固定側搓製面

11a‧‧‧一端部

11b‧‧‧另一端部

12‧‧‧切入面

13‧‧‧成型完工面

14‧‧‧切離面

15‧‧‧第一部分切入面

16‧‧‧第二部分切入面

17‧‧‧搓製起始點

18‧‧‧第一交界部

19‧‧‧第二交界部

31‧‧‧加工齒

50‧‧‧移動側模具

51‧‧‧移動側搓製面

L0‧‧‧切入面的長度

L1‧‧‧第一部分切入面的長度

L2‧‧‧第二部分切入面的長度

L3‧‧‧成型完工面的長度

L4‧‧‧切離面的長度

Claims (4)

1. 一種螺釘構件用搓製平模，具備搓製面，該搓製面至少包含：切入面，接受成為螺釘構件之基材的供給；成型完工面，鄰接於前述切入面而形成；以及切離面，鄰接於前述成型完工面而形成，前述切入面中至少包含：第一部分切入面，係具有越遠離前述成型完工面就越後退之斜率，且相對於成型完工面之斜率的角度係定為α角度，並且為對前述基材的被加工部分實質形成螺牙溝的部分；以及第二部分切入面，係對於前述第一部分切入面連續狀地形成，並具有越遠離前述成型完工面就越後退之斜率，且相對於成型完工面之斜率的角度係定為小於前述α角度之β角度；前述第一部分切入面與前述第二部分切入面中，形成前述螺釘構件之螺牙溝的谷底之加工齒的齒尖角度，係大於前述成型完工面之加工齒的齒尖角度，並且，前述加工齒的齒尖形狀，係自前述第一部分切入面的起始點起隨著朝向前述成型完工面而自根部側起漸漸變化為成型完工面的加工齒的齒尖角度，前述第一部分切入面中之搓製方向的長度L1、前述成型完工面中之搓製方向的長度L3、前述切離面中之搓製方向的長度L4、以及成為螺釘構件之基材的被加工部分的直徑，係L1>L3>L4>成為螺釘構件之基 材的被加工部分的直徑。
2. 如申請專利範圍第1項所述之螺釘構件用搓製平模，其中，前述第一部分切入面之搓製方向的長度L1、前述第二部分切入面之搓製方向的長度L2、以及前述成型完工面之搓製方向的長度L3，係L2>L1>L3。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之螺釘構件用搓製平模，其中，第一部分切入面之斜率係取決於前述第一部分切入面之搓製方向的長度與前述第一部分切入面相對於成型完工面之沒入量；第二部分切入面之斜率係取決於前述第二部分切入面之搓製方向的長度與相對於成型完工面之沒入量；第二部分切入面之斜率係由相對於第一部分切入面的沒入量與第二部分切入面的沒入量之總和至少40%以下的沒入量構成。
4. 一種搓製加工方法，係使用申請專利範圍第1至3項中任一項所述之螺釘構件用搓製平模，在基材通過前述第一部分切入面至前述成型完工面之期間，前述螺釘構件用搓製平模中之移動側的模具係定速移動。