[发明专利]用于冷成型螺纹轧制模具的方法和设备

说明书

相关申请的参见引用

依照Title 35USC Sec.119(e)，本专利要求享有2012年10月2日提交的标题为“用于冷成型螺纹轧制模具的方法和设备”的临时专利No.61/708,939的优先权，兹以参见方式将其全部内容引入，好像完全阐述。

发明背景

本公开涉及用于制造螺纹紧固件或其他图案的柱形物品的模具的轧制成型。更具体地，涉及利用冷成型机和工艺用于在模具上形成图案的设备和方法。

用于螺纹轧制的螺纹成型模具利用铣削和磨削设备而普遍地生产。这样的操作通常花费几个小时来生产一个模组。而且，铣削和磨削生产的模具具有粗糙的表面。

典型地螺纹成型工具包括不动的模具和可移动的模具。移动模具的面是平的。不动模具的面是波状的以提供和成型为紧固件的坯件接合的特定区域。模具坯料50是经过充分地退火处理且具有洛氏硬度20到30的M-2工具钢。在模具坯料上成型螺纹图案后，其被热处理到洛氏硬度C-60。

模具坯料是在模具的表面压印出螺纹轧制图案的矩形钢块。为了延长模具的使用寿命，螺纹轧制图案生产在模具坯料的两面上。一旦给定的一面磨损，则将模具坯料旋转180°以呈现一个新的螺纹轧制图案。

用于模具的根部锐利度规格传统上已经由模具生产限制逼迫。铣削轮和磨削轮具有最小的能力来保持精细末端，并且由于成型在模具上的末端变得更锐利，所以它们的寿命显著缩短。

可以确定的是，螺纹轧制模具可以由具有限定螺纹图案的脊的冷成型模具坯料来生产。公开的是一种降低复杂性并且提高速度(分钟vs.小时)的机器和工艺。组合的螺纹成型模具是小公差和高耐磨性的。

应当理解的是，本文公开的在螺纹轧制模具上的螺纹限定脊的冷成型仅仅是示例性的设备功能，并且公开了工艺。可以预期的是，工艺和设备适合于其他用途，其中使金属变形以将图案提供到表面上是所期望的结果。

发明内容

在公开的螺纹模具冷成型工艺和生产冷成型螺纹轧制模具的开发中，已经认识到几个重要的工艺局限性和后果。

第一，已经认识到有必要轧制圆形工具来纵向横穿工件的表面而不是试图通过垂直于模具表面移动的平板模具以将螺纹冲压到工件上。柱形模具的纵向移动允许工具在集中的区域形成螺纹图案，横穿模具面逐步扩展形状。许多较大的物料流可以通过该轧制运动而不是冲压来实现。

轧制的方向必须相对于几乎平行于坯料的纵向边缘的螺纹方向成低角度。使用具有足够大直径的工具，平行于工件边缘而不是平行于螺纹本身轧制是可能的。该合成的工具包括螺旋形的脊，比如螺丝，而不是以环形圈形式的环形脊。这使得工艺变得实用，即使对于复杂的螺纹形式。例如，正如传统方法所需要的，用于在末端具有特殊螺纹的螺钉的模具可以同时成型而不是每次成型一种螺纹。

第二，已经认识到工具必须在工件上轧制很多次，逐步发展越来越深的螺纹。这保持在工具中的应力足够低以防止破裂，通过许多小的道次将工作扩展出去。有可能开发一种方案，其中一定数量的道次已经完成，每个道次均处于一定的、逐渐增加的、向下的力。

第三，已经确定有必要限制工件严格地沿着平行于轧制方向的两个纵向侧面。没有这样的限制，工件物料垂直于工具上的螺纹流向一旁，沿着模具面的边缘破坏螺纹。防止这种向一旁的物料流来保护工具并使工件物料向上流到工具的螺纹中并且发展成为正确的形状。

第四，可以断定的是，即使在使用具有多个道次的轧制的概念后，60°螺纹扣形(在所有机械螺钉上的螺纹的角度)太钝以致不能通过单独的工具完全成型。不管进行多少道次，仍有多少螺纹扣形可以形成的限制。因此，必须依次使用多个工具。第一，施加预成型螺纹扣形，比如一个具有30°或45°角的螺纹扣形。这样的形状可以由进入模具面的全螺纹深度形成。然后，具有最终的60°螺纹成型的第二工具可以用来完成形成最终模具构造的螺纹成型脊的期望的形状。

依次使用多个工具(例如具有30°和60°螺纹的工具)的第二个结果是通过第一工具留在工件上的螺纹可以进一步通过第二工具变形以形成不同于任一工具的形状的工件。这可以生产通过成型或常规方法不可能实现的螺纹扣形。一个例子是更尖锐的根部，该根部提高了模具性能，超过由常规方法制成的根部。更深的模具根部允许螺纹被轧制到螺钉坯料上以自由地扩展而不是最终接触模具的根部。由于与模具根部接触，结果是最终螺钉产品具有更少的峰部损伤。这也延长了模具的寿命。