TWI617383B - Screw tapping for cutting screws - Google Patents

Abstract

本發明提供一種切削螺絲用之螺絲攻，可抑制螺絲攻加工中所發生之碎裂，並且陰螺旋精度亦會穩定。藉由在切刀之挖掘面形成突圓形狀，便可抑制碎裂。又，可減低作用於螺旋形螺絲攻咬合到被削材時之負側的推力負重，螺旋形螺絲攻過度前進之情形亦會消失，因此，螺旋形螺絲攻之切削狀態會變得良好，故陰螺旋精度亦會穩定。

Description

切削螺絲用之螺絲攻 發明領域

本發明是有關一種切削螺絲用之螺絲攻，特別是有關於抑制碎裂與螺絲精度的穩定化。

發明背景

眾所周知，有一種切削螺絲用之螺絲攻，是隨著從錐狀咬合部的前端朝向完整螺牙部而從削去頂部之不完整形狀到成為完整形狀的螺牙會由利用螺旋溝或直線溝於圓周方向分段，在該分段之螺牙的其中一端部，即由分段所形成之其中一方的端面會形成有沿著前述螺旋溝或直線溝形成之切刀。該切削螺絲用之螺絲攻中，提案有複數種螺絲攻，其是為了抑制切削中產生之碎裂(切刀所產生之小缺損)，對切刀施加倒角等。例如，專利文獻1中，揭示有一種技術，是與切刀鄰接之挖掘面形成有隨著朝向螺牙之牙頂且朝圓周方向後退的倒角。又，專利文獻2中，亦提案有一種技術，藉由對與切刀鄰接之挖掘面施加倒角，來形成負切削角。除此之外，亦提案以一種技術，是對切刀之挖掘面施加R倒角等。

[先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2008-272856號公報

[專利文獻2]日本特開平7-164247號公報

發明概要

然而，專利文獻1或專利文獻2等所記載之切削螺絲用之螺絲攻藉由對切刀之挖掘面施加倒角等來抑制碎裂而改善工具的壽命，但會有螺絲攻加工後之陰螺旋精度不穩定的問題。而，所謂的陰螺旋精度是對應於與螺絲攻加工後之陰螺旋的尺寸精度。而作為該陰螺旋精度不穩定的原因，考慮到是因當開始螺絲攻加工時，對切削螺絲用之螺絲攻就有推力產生，但當對切刀施加倒角時朝負方向所作用之推力變大，切削螺絲用之螺絲攻朝切削方向就會過度前進的緣故。

本發明是將以上之事實為背景而成者，其目的在於提供一種切削螺絲用之螺絲攻，可抑制螺絲攻加工中所發生之碎裂，並且陰螺旋精度亦為穩定。

為了達成上述目的，第1發明之要旨是，(a)一種切削螺絲用之螺絲攻，其是隨著從咬合部之前端朝向完整螺牙部而從不完整之形狀到成為完整之形狀的螺牙，利用朝軸方向延伸之溝於圓周方向分段，並在該分段之螺牙的其中一端部沿著該溝而形成有切刀，(b)至少形成於前述咬 合部之牙頂的前述切刀會形成有從該切刀之挖掘面朝旋轉方向突出，且沿著該切刀相連之突狀部。

如此一來，藉由形成從切刀之挖掘面朝旋轉方向突出之突狀部，便可抑制碎裂。又，藉由形成突狀部，可減低作用於切削螺絲用之螺絲攻咬合到被削材時之負側的推力負重，切削螺絲用之螺絲攻亦不會過度前進，陰螺旋精度便會穩定。

又，宜為以垂直於軸之斷面切斷前述突狀部時之直徑方向的尺寸所定義的該突狀部寬度為前述螺絲之基準螺牙高度之1/80至1/20的範圍內。藉由突狀部之寬度為該範圍內，便可抑制碎裂，並且陰螺旋精度亦會穩定。

又，宜為前述突狀部是將由使用了研削砥石之研磨加工來形成前述螺牙時形成在前述切刀之毛邊施加使用了玻璃珠之噴擊處理來進行塑性加工之部分。如上所述，便可容易地形成前述突狀部。

10‧‧‧螺旋形螺絲攻(切削螺絲用之螺絲攻)

12‧‧‧柄

14‧‧‧頸部

16‧‧‧螺紋部

18‧‧‧螺牙

20‧‧‧螺旋溝(溝)

22‧‧‧咬合部

24‧‧‧完整螺牙部

28‧‧‧切刀

30‧‧‧挖掘面

32‧‧‧突圓形狀部(突狀部)

34‧‧‧研磨砥石

35‧‧‧第二腹面

36‧‧‧毛邊

Fs‧‧‧推力

H‧‧‧基準螺牙高度

Hh‧‧‧突圓形狀部之高度

Hw‧‧‧突圓形狀部之寬度

O‧‧‧軸心

S‧‧‧基準線

T、Tr‧‧‧扭矩

[圖1](a)、(b)是顯示宜適用於本發明之3片刀片之螺旋形螺絲攻的圖。

[圖2]是說明基準螺牙高度之圖。

[圖3]是說明圖1之螺旋形螺絲攻之螺牙製造步驟的圖。

[圖4]是將藉由施加噴擊處理而形成之突圓形狀部用電子顯微鏡擴大後之照片。

[圖5](a)、(b)是顯示進行了無法形成突圓形狀部之螺旋 形螺絲攻初期性能實驗之實驗結果的圖。

[圖6](a)、(b)是顯示進行了殘留螺牙製造時所形成之毛邊之螺旋形螺絲攻初期性能實驗之實驗結果的圖。

[圖7](a)、(b)是顯示進行了形成有本申請案之突圓形上部之螺旋形螺絲攻初期性能實驗之實驗結果的圖。

[圖8]是顯示已使用複數種形式之螺旋形螺絲攻來進行耐久實驗之實驗結果的圖。

在此，宜為前述切削螺絲用之螺絲攻例如可使用高速度工具鋼或超硬合金等之各種工具材料來構成，並亦可視需要塗布Ti Al N或Ti N或Ti CN等之硬質被覆膜。

以下，將本發明之實施例參照圖式並且詳細地來說明。而，以下實施例中圖會適宜簡化或是變形，各部分之尺寸比與形狀等不一定會正確地描繪。

[實施例]

圖1是顯示宜適用於本發明之3片刀片之螺旋形螺絲攻10的圖，(a)是與軸心O從垂直方向來觀察之正面圖，(b)是(a)之IB-IB斷面的擴大圖。該螺旋形螺絲攻10使柄12、頸部14、及螺紋部16以該順序於相同軸心O上一體地來具備，螺紋部16設有與應加工之陰螺旋對應之螺絲溝形狀的陽螺紋，並且在軸心O周圍以等間隔形成有3條螺旋溝20而使該陽螺紋分段。螺紋部16具有在軸方向除去成錐狀之陽螺紋螺牙18的前端側咬合部22、與具有在該咬合部22連續地設置之完整螺牙18的完整螺牙部24，且在與上述螺旋 溝20之稜線部分形成切刀28。螺旋溝20為右旋並超越螺紋部16且涵蓋頸部14之大致全區域地設置。

在形成於咬合部22之切刀28，會形成從挖掘面30朝向旋轉方向來突出，並沿著切刀28而相連之突圓形狀部32。如(b)所示，突圓形狀部32中，在垂直於軸切斷時之斷面會形成為半圓形狀，並沿著切刀28而相連來形成。又，該突圓形狀部32會比將軸心O與切刀28前端(挖掘面30之外周端)連結的基準線S更朝旋轉方向突出。而，突圓形狀部對應於本發明之突狀部。

在(b)所示之突圓形狀部32的垂直於軸斷面，對應於突圓形狀部32之直徑方向的尺寸之突圓形狀部32的寬度Hw是設計於根據螺絲之JIS規格來規定的基準螺牙高度H(基準螺牙形高度H)之1/80至1/20之大小的範圍內。將前述基準螺牙高度H進而詳細地說明時，會對應於由圖2所示之陽螺紋與陰螺旋所形成之基準螺牙形的高度H。又，從圖1(b)所記載之突圓形狀部32的挖掘面30到前端，使高度Hh為平均值且5μm~20μm之範圍。而，突圓形狀部32至少形成於咬合部22的螺牙頂，但形成於咬合部22之螺牙齒腹或完整螺牙部24亦無妨。

接著，針對圖1(b)所示之突圓形狀部32的製造方法來說明。圖3是顯示形成於螺旋形螺絲攻10之咬合部22的製造步驟。而，在製造該咬合部22之前，會利用公認之研磨步驟形成螺旋溝20與螺牙18。因此，以預先形成有螺旋溝20與螺牙18之狀態來執行咬合部22之製造步驟。咬合部 22是在使圖3所示之研磨砥石34旋轉驅動，研磨咬合部22之外周面來進行用於磨耗螺牙及第二腹面35之鏟削加工時所形成的。此時，為咬合部22之外周部且變成切刀28的部位會形成毛邊36。以往，在咬合部22之製造後，會將殘留之毛邊36利用研磨等來除去。相對於此本實施例中，對該毛邊36噴出玻璃珠，執行公認之噴擊處理。藉由執行該噴擊處理，將毛邊36塑性加工並形成如圖3所示之突圓形狀部32。而，突圓形狀部32之寬度Hw或高度Hh可藉由適當調整噴擊處理之玻璃珠的粒度、噴擊處理時間、及壓力而可調整。圖4中，顯示藉由施加上述噴擊處理而形成於咬合部22之切刀28的突圓形狀部32。圖4之照片是使用電子顯微鏡而放大者，膨脹成突圓狀且相連之部位相當於突圓形狀部32。

圖5至圖7中，顯示將使用後述之各螺旋形螺絲攻來執行螺絲攻加工時之扭矩T與推力Fs、及螺絲攻加工後之陰螺旋精度加以測定之初期性能實驗的測定結果。以下顯示螺絲攻加工之實驗條件。

．實驗條件

．尺寸：M6×1

．切削速度：15m/min

．被削材：S45C

．導孔：φ5mm×15mm

．機械：直立式切削機、水溶性切削油劑(稀釋10倍)來使用

．加工深度：12mm(盲孔)

該圖5至圖7之圖表中，横軸顯示加工時間，左側 之縱軸顯示旋轉扭矩Tr，右側之横軸顯示推力Fs。在此，扭矩是螺旋形螺絲攻之旋轉扭矩Tr，推力是作用於螺絲攻加工中所產生之螺旋形螺絲攻之進行方向的力量。該推力Fs是藉由螺旋形螺絲攻旋轉並且咬入於被削材而產生，藉由所謂螺旋前進效應而產生。而，前述扭矩Tr與推力Fs是用眾所周知之三分力動力計來測定。又，陰螺旋精度是使用眾所周知之螺紋規來測定。圖5至圖7之陰螺旋精度中，在加工後之陰螺旋透過止側之螺紋規，在該螺紋規所預先設定之旋轉數(本實施例中為2轉)以內停止時便判斷為合格(陰螺旋精度良好)。

圖5中，(a)是將螺牙製造中所形成之毛邊除去之既存螺旋形螺絲攻的測定結果，(b)是顯示對切刀施加R倒角之螺旋形螺絲攻的測定結果。當螺旋形螺絲攻朝被削材咬入時，扭矩Tr就會增加，伴隨於此，作用於螺旋形螺絲攻之軸方向的推力Fs便會產生。亦如圖5(a)所示，當用除去了毛邊之既存螺旋形螺絲攻來開始實驗時，從螺絲攻剛咬入後，作用於負向之推力Fs，即作用於切削方向之推力Fs便會產生。當此負推力Fs變大時，螺旋形螺絲攻便會有朝切削方向過度前進之傾向。(a)中，由於螺絲攻剛咬入後負推力Fs亦較大，因此顯示了螺旋形螺絲攻過度前進之傾向。由此而起，從第1孔之陰螺旋孔到止側螺紋規為2.8轉(WP2.8)，從超過2轉開始，陰螺旋精度便變成不合格。而，使用該螺旋形螺絲攻來繼續進行性能實驗，但在第2孔、第3孔，螺絲攻加工後之陰螺旋精度均為不合格。

針對對圖5(b)之切刀施加R倒角之螺旋形螺絲攻，亦從螺絲攻咬入後開始，作用於負向之推力Fs會變大。因此，施加了R倒角時，亦有螺旋形螺絲攻朝切削方向過度前進的傾向，由此而起，從第1孔之螺絲孔到止側，螺紋規(WP)為3轉，陰螺旋精度變成不合格。而，針對該螺旋形螺絲攻亦繼續進行性能實驗，但在第2孔、第3孔，螺絲攻加工後之陰螺旋精度均為不合格。

圖6之(a)、(b)兩者均為殘留在螺牙製造中所形成之毛邊之螺旋形螺絲攻的測定結果，(a)是顯示第一孔，(b)是顯示第二孔之測定結果。殘留了毛邊之螺旋形螺絲攻中，第1孔之推力Fs與圖5(a)、(b)之推力Fs相比變得較小。因此，可改善螺旋形螺絲攻朝切削方向過度前進的傾向。由此可知，止側螺紋規在0.5轉就停止，陰螺旋精度便變成合格。當使用該螺旋形螺絲攻來執行第2孔的螺絲攻加工時，便會變成(b)所示之結果。在第2孔，與第1孔相比，推力Fs變得較大。即，在第2孔，會變成有螺旋形螺絲攻朝切削方向過度前進的傾向，止規旋轉了2.2轉，陰螺旋精度便變成不合格。這可考慮為是因在第1孔之螺絲攻加工時毛邊破損，實際上是用已除去毛邊之既存螺旋形螺絲攻來執行螺絲攻加工的緣故。

圖7中，顯示形成有突圓形狀部32之螺旋形螺絲攻10的測定結果。該實驗中，使用了突圓形狀部32之寬度Hw以平均值為H/50之螺旋形螺絲攻。圖7之(a)顯示第1孔之測定結果。如圖所示，咬合部22之螺牙18在被削材剛咬入 後，推力Fs會成為正值，隨著加工進行，而變化成負值。當加工中之推力Fs的推力最小值亦為-55.51(N)時，與其他螺旋形螺絲攻相比，就變成非常小的值。由此可知，螺絲攻加工中，螺旋形螺絲攻過度前進之傾向幾乎完全消失。且，即使測定陰螺旋精度，止規為0.5轉就停止，陰螺旋精度也會合格。使用該螺旋形螺絲攻10繼續進行實驗，即使觀察圖7(b)之第100孔之測定結果，在推力Fs亦無很大變化，陰螺旋精度亦與第1孔同樣地，止規為0.5轉便停止，即使進行100孔螺絲攻加工，亦可維持陰螺旋精度。

圖8中，顯示使用複數種螺旋形螺絲攻來實驗各螺旋形螺絲攻之耐久性能時的實驗結果。耐久性能是使用各螺旋形螺絲攻進行螺絲攻加工，在螺旋形螺絲攻有刀片破損(碎裂)或折損產生時，對加工後之陰螺旋使用公認之陰螺旋精度測定用的通規與止規，來測定陰螺旋精度變成不合格前之螺旋形螺絲攻的耐久數(加工孔數)。因此，耐久數愈大，愈會成為耐久性能優異之螺旋形螺絲攻。而，螺旋形螺絲攻任一咬合部22均設計成2.5螺紋山。實驗條件由於與圖5至圖7所示之螺絲攻加工之實驗條件相同，因此省略。又，圖8之寬度Hw對應於突圓形狀部32之寬度Hw，顯示了用基準螺牙高度H所換算者，以及實際尺寸所表示者。而，實際上實驗之螺旋形螺絲攻之突圓形狀部32的寬度Hw(平均值)並未嚴格地成為該值，但寬度Hw之平均值使用了與該值相近者。

圖8之習知技術A是將毛邊用研磨或噴擊處理等 來除去之螺旋形螺絲攻(無突圓形狀部)。該螺旋形螺絲攻中，由於從最初之第1孔，陰螺旋精度便為不合格，因此在第1孔就中止實驗。即耐久數(加工孔數)為零。又，習知技術B是對切刀施加了R倒角之螺旋形螺絲攻(無突圓形狀部)。針對該螺旋形螺絲攻，亦由於從第1孔，陰螺旋精度便為不合格，因此在第1孔就中止實驗。

比較品C是設置突圓形狀部，且，使突圓形狀部之寬度Hw為基準螺牙高度(基準螺牙形高度H)H之1/110者。該比較品C中，針對初期之陰螺旋精度，由於為止側螺紋規1.5轉(WP1.5轉)而合格，因此繼續進行實驗。且，當耐久數(加工孔數)變成1300時，由於螺旋形螺絲攻之刀片破損(碎裂)就會變大，因此便中止了實驗。由此可知，當突圓形狀部32之寬度Hw變得過小時，陰螺旋精度亦容易變得不穩定，碎裂之抑制效果亦會降低。

對應於本實施例之螺旋形螺絲攻的發明品D是使突圓形狀部32之寬度Hw為基準螺牙高度H之1/80(H/80)者。該螺旋形螺絲攻中，當初期陰螺旋精度為止規0.5轉(WP0.5轉)時，便可獲得良好的結果。又，在之後的耐久實驗中，直到螺旋形螺絲攻折損前之耐久數(加工孔數)亦為2487，耐久性也變得良好。又，針對陰螺旋精度，亦為良好。

發明品E之螺旋形螺絲攻是使突圓形狀部32之寬度Hw為H/50者。該螺旋形螺絲攻中，當初期陰螺旋精度為止規0.5轉時，就可獲得良好的結果。又，針對之後的耐久 實驗，當耐久數變成2830時，由於磨損變大，因此便結束實驗。前述磨損之判斷是在通規變得無法通過時便判斷為磨損變大。即，耐久數為2830，則陰螺旋精度就變成不合格。而，當螺旋形螺絲攻之磨損變大時，通規會變得無法通過之情形，是因隨著螺旋形螺絲攻之磨損而螺絲攻的切削量變小的緣故。如上所述，發明品E之螺旋形螺絲攻在耐久性亦相當優異(耐久數2830)，也幾乎看不見碎裂。

發明品F之螺旋形螺絲攻是使突圓形狀部32之寬度Hw為H/30者。該螺旋形螺絲攻中，當初期陰螺旋精度為止規0.5轉時，就可獲得良好的結果。又，針對之後的耐久實驗，在耐久數變成2854時，由於磨損變大(陰螺旋精度不合格)因此就中止了實驗。針對該發明品E，耐久性亦優異(耐久數2854)，也幾乎看不見碎裂。發明品G之螺旋形螺絲攻是使突圓形狀部32之寬度Hw為H/20者。該螺旋形螺絲攻中，當初期陰螺旋精度為止規0.5轉時，便可獲得良好的結果。又，針對之後的耐久實驗，當耐久數變成2349時，由於異音產生因此中止了實驗，但當耐久數為2349時，耐久性亦相當優異。

比較品H之螺旋形螺絲攻是使突圓形狀部32之寬度Hw為H/10者。該螺旋形螺絲攻中，當初期陰螺旋精度為止規0.5時，就可獲得良好的結果。又，之後的耐久實驗中，耐久數為560並在切屑形狀有變化產生而變得不穩定，螺旋形螺絲攻亦有折損。

比較品I之螺旋形螺絲攻是使突圓形狀部32之寬度Hw 為H/5。該螺旋形螺絲攻中，當初期陰螺旋精度為止規0.5時，就為良好。又，之後的耐久實驗中，耐久數為7且在切屑形狀有變化產生而變得不穩定而折損。如上所述，當突圓形狀部32之寬度Hw超過H/10時，就容易折損並在切屑形狀有變化產生而變得不穩定。

由此可知，可確認到突圓形狀部32之寬度Hw在H/80~H/20之範圍內時，陰螺旋精度亦會穩定，也可抑制碎裂。特別是，突圓形狀部32之寬度w在H/50~H/30之範圍內時，耐久性的改善會變得顯著。

如上所述，根據本實施例，藉由在切刀28之挖掘面30形成突圓形狀32，便可抑制碎裂。又，可減低在螺旋形螺絲攻10咬入於被削材時之作用於負側的推力負重Fs，螺旋形螺絲攻10過度前進之情形亦消失，陰螺旋精度便會穩定。

又，根據本實施例，使突圓形狀部32之寬度Hw為陰螺旋之基準螺牙高度H之1/80至1/20的範圍內，藉此可抑制碎裂並且陰螺旋精度也會穩定。

又，根據本實施例，可藉由由研磨加工來形成螺牙18時，對形成於切刀28之毛邊36施加使用了玻璃珠的噴擊處理，便可容易地形成突圓形狀部32。

以上，已將本發明之實施例根據圖式來詳細地說明，但本發明亦適用於其他態樣。

例如，前述實施例之螺旋形螺絲攻10形成有螺旋溝20，但溝之形狀為直線溝或是螺旋點狀溝亦無妨。

又，前述實施例之螺旋形螺絲攻10是用3片刀片來構成，但針對刀片數並無特別地限定。

又，前述實施例中，藉由對毛邊36施加使用了玻璃珠之噴擊處理來形成突圓形狀部32，但不一定限定於玻璃珠，亦可執行使用鋼珠等其他材料的噴擊處理。

又，前述實施例中，突圓形狀部32是沿著切刀28而連續地形成，但亦可只在螺牙之螺牙頂來形成。又，不只咬合部22，亦可在完整螺牙部24來形成。

又，前述實施例中，使突圓形狀部32之斷面形成為半圓形狀，但不一定限定於此，例如亦可變化成楕圓形狀等突狀。

而，上述之情形僅為一實施形態，本發明根據該業者之知識而可用增加各種之變更、改良之態樣來實施。

Claims (3)

1. 一種切削螺絲用之螺絲攻，其是隨著從咬合部之前端朝向完整螺牙部而從不完整之形狀到成為完整之形狀的螺牙，利用朝軸方向延伸之溝於圓周方向分段，並在該分段之螺牙的其中一端部沿著該溝而形成有切刀，其特徵在於：至少形成於前述咬合部之牙頂的前述切刀會形成有從該切刀之挖掘面朝旋轉方向突出，且沿著該切刀相連之突狀部。
2. 如請求項1之切削螺絲用之螺絲攻，其中以垂直於軸之斷面切斷前述突狀部時之直徑方向的尺寸所定義的該突狀部寬度為前述螺絲之基準螺牙高度之1/80至1/20的範圍內。
3. 如請求項1或2之切削螺絲用之螺絲攻，其中前述突狀部是將由使用了研削砥石之研磨加工來形成前述螺牙時形成在前述切刀之毛邊施加使用了玻璃珠之噴擊處理來進行塑性加工之部分。