CN103302364A - 抗锛刃的切削丝锥 - Google Patents

Abstract

一种切削丝锥包括一个本体，该本体具有一个轴向前端和一个轴向后端。该本体具有：一个有螺纹的本体部分，该有螺纹的本体部分带有邻近该轴向前端的多个螺旋槽；邻近该轴向后端的一个圆柱形柄部分。该有螺纹的本体部分包括一个带倒角的有槽区段和一个恒定直径的区段。这些螺纹具有一个倒角后隙，该倒角后隙从该切削刃径向地向内延伸至一个台面的跟部。倒角后隙的量在该切削刃与该跟部之间的一个点处达到最大值，然后在最大后隙点与该台面的跟部之间逐渐变小以提供一个间隙，该间隙减小了丝锥的锛刃倾向。

Description

抗锛刃的切削丝锥

技术领域

总的来说，本发明涉及一种切削丝锥，并且具体涉及以下切削丝锥，该切削丝锥的几何形状通过在丝锥反转而仍在切削螺纹时减少锛刃从而延长丝锥寿命。

背景技术

要求螺纹的机构以及机器部件在技术上具有很长的历史。确切地说，螺纹作为紧固件部件的应用与所有其他将零件连接到组件中的方式相比是占首要地位的。虽然有许多方式来产生内螺纹连同外螺纹，但经验已经表明：丝锥是产生内螺纹的有利方式。当前，存在两种用来产生内螺纹的攻丝方法。占主导地位的攻丝方法是通过从一个孔的壁上切削和去除材料来产生螺旋状的V形螺纹。可替代地，内螺纹可以通过将材料移位以形成内螺纹来产生。然而，通过切削材料进行攻丝总体上是有利的，因为这种方法要求更低的扭矩并且产生了更完美的螺纹形式。

内螺纹的形状以及大小的尺寸准确度控制着螺纹组件的精度及装配。此外，攻丝的速度影响了生产内螺纹的成本。

有两种材料被用于制造切削丝锥。高速钢由于其高强度而广泛用于丝锥。然而，烧结的碳化钨是比高速钢更优选的用于制造其他切削工具的一种材料，这是由于以下这些特性，如更高的硬度和高温稳定性，包括高温下保持硬度的能力。不幸的是，碳化钨具有的强度低于高速钢并且是更易于锛刃的。可以通过改进的刀具几何形状来制作更耐锛刃的丝锥从而扩大碳化钨用于丝锥的使用。

不像其他切削刀具，丝锥在完成一个螺纹之后为了从孔中移开而必须将旋转方向反向。总的来说，攻丝出的孔具有两种基本构形。称作通孔的预先钻出的孔延伸穿过该零件的厚度。在通孔的情况下，丝锥的带倒角的切削部分可以延伸经过该零件的底部并且当反转时不再接合在该零件中。另一种情形（被称作盲孔）是在预先钻出的孔的深度在达到该零件的厚度之前终止的情况下存在的。当对一个盲孔进行攻丝时，丝锥可以仅对所钻出的孔的深度的一部分刻螺纹并且因此在该丝锥完成所要求的螺纹制作深度并且反转时它仍切削一个螺纹。这种情形导致了强加在带倒角的切削刃上的高的应力并且导致锛刃。

当前技术的切削丝锥尤其是当被反转时（如对一个盲孔进行攻丝时）仍接合在工件中时具有一种锛刃倾向。

图7A至图7C示出了与现有技术的的丝锥相关联的问题，该问题是当丝锥在仍与工件接合时进行反转时。在逆时针方向展示的旋转中，该丝锥在切削刃处产生切屑（图7A）。切屑的形状取决于工件的材料。易延展的材料倾向于形成如图所示的长的切屑。在丝锥达到所要求的深度的时刻，它停止并反转。新近产生的切屑被附接到孔壁上。现在，在顺时针方向上旋转时，丝锥的倒角肯定驶过附接于孔上的这些切屑。由于该倒角后隙所形成的空间，切屑可以嵌在该倒角表面与该孔壁之间（图7B）。当丝锥反向地进一步旋转时，所嵌入的切屑在切削刃上产生高的压力，从而使该切削刃锛刃（图7C）。

取决于延展性和硬度，攻丝出的工件材料产生不同的切屑形状。丝锥槽的螺旋线是根据切屑变化的。例如，直槽丝锥是与产生非常短的切屑的材料（像铁）一起使用的。直槽丝锥通常不能用于在延展性材料中对盲孔进行攻丝。因为这些切屑是长的，它们在槽中积聚并粘合从而产生高的攻丝扭矩并且时常导致断裂。有螺旋槽的丝锥被用于易延展的材料中的盲孔，因为丝锥前进时螺旋线的角度迫使切屑离开该孔。

现有技术的丝锥目前使用的补救措施是减少用于盲孔中的丝锥上的倒角后隙的量。但是如先前提及的，这将致使丝锥与工件之间的刮擦增加并且缩短丝锥的寿命。

发明内容

本发明解决的问题是丝锥从孔中移出时具有锛刃的倾向，这是通过提供一种具有多个齿的螺旋槽切削丝锥来解决的，该螺旋槽切削丝锥具有一个倒角表面，该倒角表面具有小于该台面角的最大倒角后隙角，由此在最大倒角后隙角的点与台面之间产生一个间隙。因为螺旋槽丝锥在攻丝过程中从孔中移除切屑，它们对于在易延展的材料中进行盲孔攻丝是特别有效的。

在本发明的一个方面，切削丝锥包括一个本体，该本体具有一个轴向前端和一个轴向后端。该本体具有一个有螺纹的本体部分、邻近该轴向后端的一个圆柱形柄部分以及一条中央纵向轴线，该有螺纹的本体部分具有邻近该轴向前端的多个螺旋槽。该有螺纹的本体部分包括一个带倒角的有槽区段以及一个恒定直径的有槽区段。该带倒角的有槽区段从该轴向前端延伸并且在该恒定直径的有槽区段处终止。该恒定有槽区段包括一个切削螺纹。在一个槽与该切削螺纹之间的相交处形成一个切削刃。一个倒角后隙表面从该切削刃径向地向内延伸到一个台面的根部。倒角后隙量的是与从该切削刃测量的角度成比例的。倒角后隙的量在该切削刃与该根部之间的一个点处达到最大值。在该点与该根部之间延伸的切削后隙表面是径向地向外指向的以便在台面的根部形成一个间隙，该间隙小于该倒角后隙的最大值。

在本发明的另一个方面，切削丝锥包括一个本体，该本体具有一个轴向前端和一个轴向后端。该本体具有一个有螺纹的本体部分、邻近该轴向后端的一个圆柱形柄部分以及一条中央纵向轴线，该有螺纹的本体部分具有邻近该轴向前端的多个螺旋槽。该有螺纹的本体部分包括一个带倒角的有槽区段以及一个恒定直径的有槽区段。该带倒角的有槽区段从该轴向前端延伸并且在该恒定直径的有槽区段处终止。该恒定直径的有槽区段包括一个切削螺纹。在一个槽与该切削螺纹之间的相交处形成了一个切削刃。一个倒角后隙表面从该切削刃径向地向内延伸至一个台面的根部。倒角后隙的量是与从该切削刃测量的角度成比例的。该倒角后隙在该切削刃与该根部之间的一个点处达到最大值。最大倒角后隙的角度不等于一个台面角度。

在本发明的另一个方面，一种制造切削丝锥的方法包括以下步骤：

研磨一个圆柱形的柄以便在该丝锥的轴向后端处形成一个圆柱形柄部分并且在该丝锥的轴向前端处形成一个具有较大直径的有螺纹的本体部分；

在该有螺纹的本体部分中研磨出一个螺旋槽以形成一个切削刃；

将该有螺纹的本体部分研磨成具有锥形，以便在该丝锥的轴向前端处形成一个带倒角的有槽区段，该带倒角的有槽区段具有一个倒角表面；并且

研磨该有螺纹的本体部分以形成一种带有台面的螺纹，是通过当丝锥旋转离开一个切削刃时径向地向内移动一个砂轮以形成一个倒角后隙，

由此，该倒角后隙在该切削刃与该螺纹的台面之间的一个点处达到最大。

附图说明

虽然展示了本发明的不同实施例，但是不应认为所示的具体实施例限制了权利要求。在此预期可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种变化和修改。

图1是本发明的有螺旋槽的切削丝锥的一个示例性实施例的等距视图；

图2是本发明的有直槽的切削丝锥的一个示例性实施例的侧视图；

图3是图1的切削丝锥的轴向前端的有螺纹的本体部分的局部放大截面视图；

图4是图1的有螺旋槽的切削丝锥的这个恒定直径的有槽区段的局部放大截面视图；

图5是根据本发明的一个示例性实施例的一种具有倒角后隙的切削螺纹的截面视图；

图6A是带有常规倒角后隙的切削螺纹的放大截面视图；

图6B是根据本发明的一个示例性实施例带有一个倒角后隙和一个间隙的切削螺纹的放大截面视图；并且

图7A至图7C示出了在切削操作过程中当该切削丝锥在前向方向（图7A）以及然后在反向方向（图7B和图7C）上旋转时常规切削丝锥的锛刃失效。

具体实施方式

现在参见图1和图2，示出了根据本发明的一个实施例的带有多个螺旋槽22的一种切削丝锥10。切削丝锥10具有一个狭长本体12，该狭长本体带有一个轴向前端14和一个轴向后端16。切削丝锥10具有一个邻近该轴向后端16的圆柱形柄部分（括号18）以及一个邻近该轴向前端14的有螺纹的本体部分（括号20）、以及一条中央纵向轴线17。该柄可以任选地具有方形，用于紧固该丝锥而防止在夹持器中转动。

切削丝锥10在其圆柱形柄部分18处通过夹持器***作性地连接到一台机床上或类似物上。有螺纹的本体部分20具有一个带倒角的有槽区段24，该带倒角的有槽区段从轴向前端14开始并且在一个轴向地向后的方向上从其上延伸。该带倒角的有槽区段24连接了一个恒定直径的（或精加工）区段26，该恒定直径的区段在轴向地向后的方向上延伸并且终止在与圆柱形柄部分18的交界处。

应该认识到，对于螺旋槽丝锥10的以上说明可以应用于直槽丝锥，如图1所示。

关于具体的攻丝应用，带有右旋螺旋线的螺旋槽丝锥将切屑从孔（右旋螺纹）中带出并且在盲孔中是有效的。左旋的有螺旋槽的丝锥在该丝锥（右旋螺纹）的前面引导切屑并且在通孔中是有效的。

关于一个具体的应用，带有直槽的丝锥在产生短切屑的材料（如铸铁）中是有效的。在直槽丝锥中，这些槽通过存放这些切屑而将这些切屑传送离开该孔。

现在参见图3和图4，现在将描述该丝锥10的构造以及有关切削倒角的细节。带倒角的有槽区段24具有一个长度44并且是相对于中央纵向轴线17以一个角度46形成的。恒定直径的（或者精加工）有槽区段26具有一系列的V形切削螺纹，总体上以28示出。每个切削螺纹28具有一个切削刃29并且在较大直径32处通过一个顶部30被切去顶端并且在较小直径36处具有一个跟部34。一个节距直径38（被限定为该较大直径32与较小直径36之间的直径）有效地限定了相对于切削丝锥10的纵向轴线17的一个左螺纹侧面40a以及一个右螺纹侧面40b的位置。尽管图3A示出了一个螺纹2在这些螺纹侧面40a、40b之间8具有大约六十（60）度的夹角42，但应该认识到其他角度也是可能的。例如，夹角42可以是在约三十（30）度与约九十（90）度之间的范围内。在攻丝之后，这些螺纹侧面40a、40b以及螺纹顶部30接触到新产生的内螺纹。总体上，丝锥10的较小直径36被有意地设计成大于该孔（未示出）的较小直径，因此不接触该内螺纹。

通过对该丝锥10的有螺纹的本体部分进行刻槽而形成的连续性切削刃29，>切削丝锥10产生了一种内螺纹形状。材料从孔的壁上被去除，直到通过该丝锥10的恒定直径的（或精加工）有槽区段26上的第一全螺纹28获得了最终的螺纹形状。跨越该丝锥10的第一全螺纹28的多个螺纹被用来准确引导该丝锥并且允许丝锥10在使用之后重新变锋利。

如图5所示，每个带倒角的切削刃29具有一个降低的倒角表面48，该倒角表面在切削操作过程中跟随该切削刃。倒角后隙54的总量典型地是在台面52的根部50处在径向方向上测量的。重要的是具有特定量的倒角后隙54。太小的后隙导致丝锥与工件之间的摩擦性刮擦。过量的后隙导致在槽面与倒角表面之间的切削刃处的小的夹角。这种情况导致薄弱的切削刃并导致锛刃。因此，不充分的或者过量的后隙将减少丝锥的寿命。

如图6A所示，现有技术的丝锥100具有一个连续降低的倒角表面48，该倒角表面从该切削刃29延伸至台面52。径向地向内指向的倒角后隙54的量与从切削刃29测量的角度56是成比例的。倒角后隙54的量在丝锥的台面52的宽度60上从该切削刃至该丝锥100的跟部50连续增加。因而，倒角后隙54的最大值是在跟部50处测得的并且该台面角度62与该最大倒角后隙的角度是相等的。

图6B示出了本发明的丝锥。如同现有技术的丝锥一样，倒角表面48是从切削刃29径向地向内降低的（relieved）。不同于现有技术的丝锥的是，倒角后隙54在切削刃29与跟部50之间的一个点64处（即，在达到台面52的跟部50之前）停止增大。在该倒角后隙54达到最大值之后，倒角表面48是径向地向外指向的以便形成一个间隙66，该间隙显著小于现有技术丝锥100的跟部50处的倒角后隙54。因为这个间隙66小，切屑不能嵌入该倒角表面48与孔的壁之间。不仅避免了切削刃29的锛刃，而且可以自由地优化相对于切削的后隙。

本发明的丝锥的最大后隙角度68取决于台面52的宽度60并且可以从台面角度62的百分之十五（15%）至百分之八十五（85%）变化，这取决于其应用和所攻丝的材料。为百分之十五（15%）的最大后隙角度68对于具有非常大的台面角62的丝锥是适当的，而百分之八十五（85%）则适合用于具有非常小的台面角度62的丝锥。

最大后隙角度68与跟部50之间的恢复表面的形状不是决定性的并且受到制造方法的影响。跟部50处的间隙66是与切屑厚度有关的。因为切屑的厚度总是等于或大于每个切削刃29上的进给量，因此间隙66应该小于每个切削刃的进给量以便避免切屑被嵌在该倒角表面48与孔壁之间。

本发明可应用于带有任何数目的槽或槽螺旋线的丝锥上。对于小直径的丝锥而言，两个或三个槽是实用的。对于中等尺寸范围内的丝锥使用四个槽并且大尺寸丝锥可以具有五个槽。因为这个特征取决于应用，所以对于所使用的槽的数目而言尺寸的范围可以重叠。本发明还可以应用于任何倒角长度。尽管用于盲孔的丝锥典型地具有等于或短于3个螺纹节距的倒角长度，但具有更长倒角长度（直至10个螺纹节距）的丝锥在当丝锥达到全部攻丝深度时可以仍接合在工件中。

制造方法

丝锥10是由一种包括与钴一起烧结的碳化钨的基体或者由高速钢制成的。加工该基体的第一步是通过一些方法如在中心上进行圆柱形的横向研磨或者通过无中心横进给研磨方法将该坯料研磨至精确的圆柱形的公差。在这个步骤的过程中，将一个圆柱形的柄研磨至适当尺寸以便在该丝锥10的轴向后端16处形成该圆柱形柄部分18，并且在该丝锥10的轴向前端14处形成该有螺纹的本体部分20的较大直径38。总体上，圆柱形柄部分18的直径是近似地等于标称螺纹直径，但是对于大直径丝锥而言，该圆柱形柄部分18的直径可以小于标称螺纹直径、并且可替代地对于小直径丝锥而言可以大于标称螺纹直径。一种选择可以包括将该坯料研磨成该柄的、在该丝锥10的轴向最后端处的一个部分。

在下一个步骤中，研磨出一个或多个槽22以便与该倒角结合来提供多个切削刃44。这些槽22可以是直的或螺旋形的、与右旋或左旋螺纹处于任何组合的右旋或左旋。

在下一步中，研磨该有螺纹的本体部分20以形成V形的螺纹侧表面40、并且在一个螺旋线上形成较小直径36以及较大直径32。这些V形的螺纹侧表面40和较大直径38复制出在攻丝过程中产生的内螺纹。取决于攻丝应用，这些螺纹侧表面40以及较小直径36和较大直径32是可以或不可以解除的（relieved）。

有螺纹的本体部分20的带倒角的有槽区段24被研磨成具有角度46的锥形以便允许进入有待被攻丝的孔，并且被研磨成具有一个倒角表面，该倒角表面具有的后隙从该切削刃至后隙达到最大值（处于小于该台面角的角度）的一个点处逐渐增大，并且此后该倒角表面具有逐渐缩小的后隙以便在丝锥的跟部处产生一个小的间隙。尽管有可能通过常规研磨机器在有直槽的丝锥上产生这种形状，在此后隙是由凸轮产生的，但不可能通过这种技术在有螺旋槽的丝锥上产生这种形状。对于有螺旋槽的丝锥而言，CNC刀具研磨机可以按程序设计以产生本发明的形状。

研磨之后，该丝锥10可以用磨料介质或磨料刷进行珩磨以便在这些切削刃以及其他锋利拐角上形成小半径。所得到的这些半径可以是在0与100微米之间。这种珩磨进一步增加了这些刃的强度。

作为该工艺的最后步骤，可以对丝锥10任选地涂覆金属氮化物、碳化物，碳氮化物、硼化物和/或氧化物的一个耐磨层（未示出），其中该金属选自以下的一种或多种：铝、硅和周期表的IVa、Va、和VIa族的这些过渡金属。该层被沉积为一个单一的单层或包括多个交替层的多层。还可以在这些耐磨层顶部沉积多个低摩擦的层。

益处

本发明的丝锥具有优于现有丝锥技术的许多优点，当丝锥反转而仍在切削螺纹时（如当对盲孔攻丝时）减少了丝锥的切削刃的锛刃。锛刃的减少允许使用更加耐热和耐磨但较小强度的基体，如烧结的碳化钨。另外，本发明的丝锥具有优于现有丝锥技术的许多优点，改善了准确度、刀具寿命以及可以用于产生内螺纹的速度。

在此提及的专利以及公开文献通过引用结合在此。

尽管已对当前的优选实施例进行了说明，但是本发明可以在所附权利要求范围内以其他方式来实施。

Claims (10)

1.一种切削丝锥，包括一个本体，该本体具有一个轴向前端和一个轴向后端，该本体具有：一个有螺纹的本体部分，该有螺纹的本体部分具有邻近该轴向前端的多个螺旋槽；邻近该轴向后端的一个圆柱形柄部分；以及一个中央纵向轴线；该有螺纹的本体部分包括一个带倒角的有槽区段和一个恒定直径的区段，该带倒角的有槽区段从该轴向前端延伸并且在该恒定直径的区段处终止，该恒定直径的区段包括一个切削螺纹，在该螺旋槽与该切削螺纹之间的相交处形成了一个切削刃，一个倒角后隙从该切削刃径向地向内延伸至一个台面的跟部，其中，该倒角后隙的量是与从该切削刃测量的一个角度成比例的，并且其中该倒角后隙的量在该切削刃与该跟部之间的一个点处达到最大值，并且其中，在该最大倒角后隙的点与该跟部之间延伸的该倒角后隙是径向地向外指向的以便在该台面的跟部处形成一个小于该倒角后隙的最大值的间隙。

2.根据权利要求1所述的切削丝锥，其中该间隙是小于每个切削刃的进给量。

3.根据权利要求1所述切削丝锥，其中该最大倒角后隙的点是在该切削刃与该跟部之间。

4.根据权利要求1所述的切削丝锥，其中最大倒角后隙的角度是与一个台面角不相等的。

5.根据权利要求4所述的切削丝锥，其中该最大倒角后隙的角度是在该台面角的百分之十五与百分之八十五之间的范围之内。

6.一种切削丝锥，包括一个本体，该本体具有一个轴向前端和一个轴向后端，该本体具有：一个有螺纹的本体部分，该有螺纹的本体部分具有邻近该轴向前端的多个螺旋槽；邻近该轴向后端的一个圆柱形柄部分；以及一个中央纵向轴线；该有螺纹的本体部分包括一个带倒角的有槽区段和一个恒定直径的区段，该带倒角的有槽区段从该轴向前端延伸并且在该恒定直径的区段处终止，该恒定直径的区段包括一个切削螺纹，在该螺旋槽与该切削螺纹之间的相交处形成了一个切削刃，一个倒角后隙从该切削刃径向地向内延伸至一个台面的跟部，其中，倒角后隙的量是与从该切削刃测量的一个角度成比例的，并且其中，该倒角后隙在该切削刃与该跟部之间的一个点处达到最大值，并且其中，最大倒角后隙的角度是与一个台面角不相等的。

7.根据权利要求6所述的切削丝锥，其中该最大倒角后隙的角度是在该台面角的百分之十五与百分之八十五之间的范围之内。

8.根据权利要求6所述的切削丝锥，其中在该最大倒角后隙的点与该跟部之间延伸的该倒角后隙是径向地向外指向的以便在该台面的跟部处形成一个小于该倒角后隙的最大值的间隙。

9.根据权利要求8所述的切削丝锥，其中该间隙是小于每个切削刃的进给量。

10.一种制造切削丝锥的方法，包括以下步骤：

研磨一个圆柱形的柄以便在该丝锥的一个轴向后端处形成一个圆柱形柄部分并且在该丝锥的一个轴向前端处形成一个具有较大直径的有螺纹的本体部分；

在该有螺纹的本体部分中研磨出一个螺旋槽以形成一个切削刃；

将该有螺纹的本体部分研磨成具有一个锥形以便形成一个带倒角的有槽区段；并且

研磨该有螺纹的本体部分以便形成具有一个台面的切削螺纹，是通过当该丝锥被旋转离开该切削刃时径向地向内移动一个砂轮以形成一个倒角后隙，

其中该倒角后隙在该切削刃与该切削螺纹的台面之间的一个点处达到最大值。

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