專利名稱：可移去的螺絲攻梳刀及包括其的螺絲攻系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明公開一種可移去的、可替換的并且適用于螺絲攻系統(tǒng)的螺絲攻梳刀。本發(fā)明的一個方面尤其是提供可移去的、可替換的并且適用于可折疊的和不可折疊的螺絲攻系統(tǒng)中的螺絲攻梳刀，所述螺絲攻梳刀設計用于在工件中一次通過時切割出內(nèi)部螺紋。本發(fā)明所述的新式螺絲攻梳刀可顯著地改善機械加工生產(chǎn)率，減少加工部件的成本，延長工具壽命并改善螺紋的質(zhì)量和光潔度。
背景技術：
“攻螺紋”一般定義為產(chǎn)生內(nèi)部螺紋的加工過程。在加工的現(xiàn)有技術中可知，“螺絲攻”是一種切割螺紋的工具，這種工具在圓周上具有所需形狀的切割元件。螺絲攻進行旋轉(zhuǎn)運動的同時也進行軸向運動，從而在工件的孔的內(nèi)壁上切割或形成螺紋(指“內(nèi)部螺紋”)。例如，參見ASM手冊，卷16“加工”(ASM Intern.1989)，第255頁。在攻螺紋過程中，內(nèi)部螺紋可在一次通過過程中形成。這樣，與諸如螺紋車削和螺紋銑削的其它內(nèi)螺紋形成方法相比，攻螺紋就是非常有效的并且能夠生產(chǎn)較高量的加工部件。驅(qū)動螺絲攻的最常用機器就是鉆床、精密攻螺紋機、組合機器、手動或者自動轉(zhuǎn)塔式六角車床，以及特定的其它多操作機器。攻螺紋機器主要是配備有導螺桿、螺絲攻支座和反轉(zhuǎn)驅(qū)動器的鉆床。
螺絲攻具有若干種不同的形式，包括，例如單件整體螺絲攻、復合式整體螺絲攻、包括可折疊螺絲攻元件和多個可移去螺絲攻梳刀的螺絲攻組件(這里指“可折疊螺絲攻系統(tǒng)”)，以及包括不可折疊螺絲攻元件和多個可移去螺絲攻梳刀的螺絲攻組件(這里指“不可折疊螺絲攻系統(tǒng)”)。可折疊螺絲攻和不可折疊螺絲攻一般都是“插入梳刀式螺絲攻”，包括具有容納多套螺絲攻梳刀的開槽的梳刀體。螺絲攻梳刀通過諸如楔塊、螺釘或凹槽或者通過切入梳刀體的螺釘和鋸齒的結(jié)合而被定位保持在梳刀體上?？烧郫B螺絲攻包括梳刀，該梳刀在螺紋被切割出之后可徑向收縮，從而使螺絲攻可從工件中抽出而不需反向旋轉(zhuǎn)。某種不可折疊螺絲攻可以大量方式設置于直徑范圍較大的螺絲攻孔中，但是這種螺絲攻不能徑向收縮。
多年來，單件整體螺絲攻已經(jīng)得到了廣泛的應用。常規(guī)單件整體螺絲攻的特定實施例使用高速鋼、合金鋼或者工具鋼制成，而其它實施例使用硬質(zhì)合金材料。單件整體螺絲攻的一個缺點就是，在攻螺紋過程中一旦螺絲攻的切削刃達到磨損極限或者被磨成薄片或者被損壞，那么整個整體螺絲攻就不能使用了。這就導致單件整體螺絲攻的經(jīng)濟性非常差，尤其是成本高、由硬質(zhì)合金材料制成的單件整體螺絲攻更是如此。整體螺絲攻螺紋的形狀參數(shù)，包括螺距直徑，也是不可調(diào)整的，因此不同的螺絲攻就需要形成具有不同參數(shù)的螺紋。歐洲專利No.0641620記載了一種典型的由鈦基金屬合金制成的單件整體螺絲攻。
單件整體螺絲攻的一種改進方案是包括鋼制螺絲攻體的螺絲攻，其多重硬質(zhì)合金材料螺絲攻金屬插入物或者單件硬質(zhì)合金材料螺絲攻頭部都由黃銅制成。這種螺絲攻設計方案與完全由硬質(zhì)合金材料制成的單件整體螺絲攻相比，使用了非常少的硬質(zhì)合金材料。不過，這種螺絲攻設計方案也具有與由一種材料制成的單件整體螺絲攻相同的缺點，即如果切削齒磨損或者損壞，那么整個螺絲攻就不能使用了。例如，英國專利No.2,324,752所記載的一種典型螺絲攻，其中包括具有鍍有黃銅的硬質(zhì)金屬螺絲攻頭部的鋼制螺絲攻體。
一種其它的改進螺絲攻設計方案包括相對較軟的鋼制螺絲攻體和硬質(zhì)合金材料的螺絲攻頭部，該頭部可釋放地機械固緊于所述螺絲攻體。采用這種設計方案，硬質(zhì)合金螺絲攻頭部一旦磨損或者損壞就可被替換。WIPO國際公開No.03/011508提供了采用這種設計方案的典型螺絲攻，其中記載了一種包括單件硬質(zhì)合金螺絲攻頭部的螺絲攻，該頭部通過諸如螺絲釘?shù)墓潭ㄑb置可釋放地固緊于鋼制螺絲攻體。雖然硬質(zhì)合金螺絲攻頭部是可替換的，但是，螺絲攻直徑是不可調(diào)整的，一旦螺絲攻頭部達到磨損極限或者被磨成薄片或者受到其它不可接受的損壞，那么整個的可替換的螺絲攻頭部就無法使用了。
在這方面的另一個進展就是一種復合式整體螺絲攻，這種設計方案也減小了使用硬質(zhì)合金材料的需要。美國專利No.5,487,626提供了一種復合式整體螺絲攻設計的實例，包括由高速鋼或者工具鋼制成的型芯以及由諸如硬質(zhì)合金、氮化物、和/或碳氮化物的相對硬質(zhì)材料制成的護套。不過，如果螺絲攻是整體部件，那么當不可接受的磨損或者損壞出現(xiàn)時整個螺絲攻就不能使用了。
可折疊螺絲攻系統(tǒng)可包括螺絲攻體和一套裝配有多個可移去螺絲攻梳刀的可拆離螺絲攻頭部。這種系統(tǒng)的用途相當廣泛，螺絲攻可用于進行很大范圍的內(nèi)部螺紋加工。因為可折疊的螺絲攻系統(tǒng)包括若干可移去的螺絲攻梳刀，所以單個螺絲攻梳刀可按照需要被替換或者移去、磨削或者重新安裝。此外，可簡單地調(diào)整螺絲攻梳刀位置，補償由螺絲攻梳刀磨損帶來的螺紋螺距直徑錯誤，這樣可延長可折疊螺絲攻系統(tǒng)中的螺絲攻梳刀的使用壽命。例如，美國專利No.3,041,641和No.4,097,180記載了可折疊螺絲攻系統(tǒng)的設計方案。這兩個專利的目的都是提供一種設計方案，其中螺絲攻梳刀由諸如高速鋼或工具鋼的非硬質(zhì)合金材料制成。
不可折疊螺絲攻系統(tǒng)也可包括可拆離的螺絲攻頭部。此外，系統(tǒng)的可移去螺絲攻梳刀的位置可以通過諸如固緊螺釘或者中心螺釘和柱塞的結(jié)合作用而進行調(diào)整，從而對不同尺寸的孔進行攻螺紋。這就允許一個螺絲攻元件對包括很大范圍螺距直徑的內(nèi)部螺紋進行加工。與可折疊螺絲攻系統(tǒng)相同，不可折疊螺絲攻系統(tǒng)可裝配有多個可移去螺絲攻梳刀，從而只使單獨一個螺絲攻梳刀按照需要替換、移出并且恢復至可用的狀態(tài)。與可折疊螺絲攻系統(tǒng)相同，不可折疊螺絲攻系統(tǒng)的螺絲攻梳刀的使用壽命可通過適當?shù)奈恢谜{(diào)整以補償磨損帶來的螺距直徑錯誤而被延長。
雖然在可折疊和不可折疊螺絲攻系統(tǒng)中的螺絲攻梳刀的可移去和可替換的本質(zhì)使其具有與固定螺絲攻相比獨特的優(yōu)勢，但是從這種系統(tǒng)中移去即使單個螺絲攻梳刀也會使整個螺絲攻系統(tǒng)在一段時間內(nèi)無法使用。假如可折疊或者不可折疊螺絲攻系統(tǒng)包括多個在磨損或損壞時可被單獨移去或者替換的螺絲攻梳刀，那么梳刀替換而無法使用的時間將是很明顯的。這種情況下，用于諸如可折疊和不可折疊螺絲攻系統(tǒng)的單個螺絲攻梳刀的使用壽命的改善就可明顯增加螺絲攻系統(tǒng)的使用壽命的連續(xù)性，從而改善了加工工具的輸出量。輸出量得以改善從而也減小了部分成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是對可移去螺絲攻梳刀進行改進。本發(fā)明的一方面內(nèi)容尤其涉及適于在工件的孔中攻出內(nèi)部螺紋的可移去螺絲攻梳刀，其中，所述螺絲攻梳刀由硬質(zhì)合金材料制成。在本文中定義了這里所使用的“硬質(zhì)合金”。
硬質(zhì)合金材料相對于制造可移去/可替換螺絲攻梳刀常規(guī)使用的高速鋼、工具剛和其它材料來說具有經(jīng)過改善的抗磨損能力。在特定實施例中，本發(fā)明的螺絲攻梳刀適于可移去地安裝于可折疊螺絲攻系統(tǒng)或不可折疊螺絲攻系統(tǒng)中的梳刀體上，并且當其磨損或損壞而無法使用時，可被移去并且被替換或恢復至可用條件(例如，通過研磨)并被重新安裝。本發(fā)明的螺絲攻梳刀可使用任何硬質(zhì)合金材料制成，并可具有任何適于在由特定材料制成的工件中攻螺紋的幾何形狀。可能的幾何形狀的實例包括標準式和伸出式梳刀幾何形狀。在現(xiàn)有技術中可知，標準式螺絲攻梳刀一般用于對完全通過工件的孔攻螺紋，而伸出式螺絲攻梳刀用于在工件中的盲孔中攻螺紋。
本發(fā)明提供的硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀可使用常規(guī)技術由硬質(zhì)合金材料制成，所述常規(guī)技術包括在諸如螺紋車削和螺紋銑削的其它應用中形成硬質(zhì)合金材料切削插入物的技術。這里所述的螺絲攻梳刀也可選擇地設有改善抗磨損能力和/或其它屬性的一層或多層涂層，所述涂層可使用諸如化學蒸氣沉積(CVD)或物理蒸氣沉積(PVD)而予與實施。
本發(fā)明所述的可移去的硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀可以“左旋”或“右旋”的形狀制成，從而提供用于左旋或右旋螺紋規(guī)格的切削功能。而且，這里所述的硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀可設計為與螺絲攻系統(tǒng)共同使用，例如可折疊或不可折疊的螺絲攻系統(tǒng)，對于旋轉(zhuǎn)應用來說，工件是固定的，螺絲攻旋轉(zhuǎn)并進行直線移動，對于非旋轉(zhuǎn)應用來說，工件旋轉(zhuǎn)，螺絲攻系統(tǒng)直線移動，非旋轉(zhuǎn)地移動進入工件。
通過在諸如可折疊螺絲攻系統(tǒng)或不可折疊螺絲攻系統(tǒng)的螺絲攻系統(tǒng)中采用本發(fā)明的新式可移去硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀，提供了一種獨特的裝置以進行高效高量的攻螺紋，并且經(jīng)濟地提供大范圍的、高質(zhì)量的內(nèi)部螺紋。如本文所述，將可移去的硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀應用于可折疊或不可折疊的螺絲攻系統(tǒng)中這種獨特的結(jié)合改善了攻螺紋的生產(chǎn)率，提高了螺紋的質(zhì)量，并增加了工具使用壽命的長度和持續(xù)性，同時保證了這些螺絲攻系統(tǒng)中的柔性優(yōu)勢和可應用的范圍。
通過考慮特定非限制性實施例的下述詳細描述，讀者將會理解上述細節(jié)和其它內(nèi)容。讀者在制造和/或使用本發(fā)明的可移去的硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀和螺絲攻系統(tǒng)時，也可理解本發(fā)明的其它細節(jié)內(nèi)容。


圖1(a)-(b)示出可移去螺絲攻梳刀的功能參數(shù)；圖2(a)-(c)是根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)造的硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀的實施例的多個視圖；圖3(a)-(h)是根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)造的硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀的切屑凹槽的若干可能的非限制性外形；圖4(a)和(b)是根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)造的硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀的兩個非對稱齒形的部分視圖。
圖5(a)-(c)是根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)造的伸出式硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀的實施例的若干視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的具有倒角的硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀的實施例特定方面的部分視圖；圖7是包括有根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)造的可移去硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀的可折疊螺絲攻系統(tǒng)的實施例的示意圖；圖8(a)-(c)是包括有根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)造的可移去硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀的可折疊螺絲攻系統(tǒng)的三個實施例；圖9(a)和(b)分別示出螺絲攻系統(tǒng)的特定實施例，該系統(tǒng)裝配有根據(jù)本發(fā)明的由硬質(zhì)合金材料制成的可移去標準式螺絲攻梳刀和伸出式螺絲攻梳刀；圖10(a)是包括有根據(jù)本發(fā)明的可移去硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀的可折疊螺絲攻系統(tǒng)的實施例的分解組裝視圖，圖10(b)是包括有根據(jù)本發(fā)明的可移去硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀的不可折疊螺絲攻系統(tǒng)的實施例的分解組裝視圖；圖11(a)和(b)通過圖表比較了在不同切割條件下采用硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀和采用高速鋼螺絲攻梳刀的螺絲攻系統(tǒng)的機械加工性能。
具體實施例方式
圖1(a)和(b)示出根據(jù)本發(fā)明的由硬質(zhì)合金材料制成的標準式螺絲攻梳刀的一種非限制性實施例的視圖。圖1(b)是由圖1(a)沿b-b箭頭方向截取的螺絲攻梳刀的正視圖。如圖1(a)和(b)所示，這里所示的螺絲攻梳刀實施例的各方面內(nèi)容可通過下述功能參數(shù)進行說明●螺距-從切削齒(這里也稱之為“螺絲攻螺紋”)上的任意點到鄰近螺絲攻螺紋上相應點的距離。螺距是螺絲攻螺紋形狀的基本參數(shù)。
●螺紋角-鄰近的螺絲攻螺紋側(cè)面之間的夾角。螺紋角也是螺絲攻螺紋形狀的基本參數(shù)。
●螺紋高度-螺絲攻螺紋的齒頂和底部之間的距離。螺紋高度是螺絲攻螺紋形狀的附加基本參數(shù)。
●倒角-螺絲攻梳刀的端部的螺絲攻螺紋的錐角。當螺絲攻進入未被攻螺紋的孔時，錐角為切削作用提供間隙。
●刃背寬-齒頂?shù)那邢魅刑幍铰萁z攻梳刀的底面之間的距離。
●前角-切屑凹槽的特征，從螺紋齒的直切削面到螺紋齒的凹槽切削面之間的偏差。前角影響切屑流、切屑形成和切削力。
根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)造的可移去的硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀可以任何適當?shù)膸缀涡螤钪瞥?。兩種常用的螺絲攻梳刀構(gòu)型為標準式螺絲攻梳刀(也被稱為“常規(guī)”螺絲攻梳刀)和伸出式螺絲攻梳刀(也被稱為“凸起式”螺絲攻梳刀或者“延長凸起式”螺絲攻梳刀)。
根據(jù)本發(fā)明的由硬質(zhì)合金材料制成的標準式螺絲攻梳刀的實施例作為實施例1，參照圖2(a)-(c)進行說明。硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀1包括四個基本上相同的螺紋齒2，其間隔距離等于螺紋螺距，如圖1所示。硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀1的其它非限制性實施例可包括例如3至64個基本上相同的螺紋齒。如圖2(a)所示，每個螺紋齒2都包括前側(cè)面3和背側(cè)面4，它們相對于齒軸5可以是對稱或者非對稱的。非對稱螺紋齒可設置成，例如前側(cè)面3和背側(cè)面4不具有相同的齒型，和/或前側(cè)面3和齒軸5之間形成的角可以不等于背側(cè)面4和齒軸5之間形成的角。齒頂6可以是，例如，尖點、具有半徑的圓弧或者平面。
硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀1還包括如圖1所示的三個斜截的或者包括倒角的齒7，從而在螺絲攻梳刀1的前端壁8附近提供倒角間隙。硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀1的其它實施例可包括，例如，0-10個斜截的或者帶有倒角的螺紋齒。在相同的齒2之間、相同的齒2和倒角齒7之間、齒2和接近后端壁11的端面10之間存在連接跟部9。后端壁11與前端壁8之間隔有一端距離并且基本上相互平行。
再參照圖2(a)-(c)，硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀1包括開槽12，從而將螺絲攻梳刀1安裝并定位于諸如可折疊或者不可折疊螺絲攻系統(tǒng)。開槽12鄰近下端面13形成于底面14上，并從前端壁8延伸至后端壁11。為了改進切削的性能，硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀1可包括在上表面16上的切屑凹槽15。切屑凹槽15可從前端壁8延伸到后端壁11，從齒頂6到上表面16上的線17的端部。切屑凹槽15的前角可處于諸如-7°到65°的范圍內(nèi)。而且，或者是由于設計的差異，或者是由于形成于倒角齒7上的倒角帶來的復合角度影響，對于倒角齒7來說，切屑凹槽15的前角可與基本上相同的齒2的前角不同。
圖2(b)是圖2(a)中c-c方向的端部的平面圖。如圖2(b)所述的切屑凹槽15的外形可以是任何適合的幾何形狀。一般來講，切屑凹槽外形可以是一條或者是多條線、圓弧和樣條曲線的結(jié)合。圖3(a)-(h)示出了各種可能的替換切屑凹槽外形。圖3(b)的剖面圖是通過以箭頭方向觀看圖3(a)的螺絲攻梳刀21的A-A剖面而得到的。圖3(b)所示的螺絲攻梳刀21的切屑凹槽22的外形包括圓弧部分23和25以及線形部分24。圖3(c)-(h)中的外形26-31分別示出備選切屑凹槽外形的實施例。對于特定攻螺紋應用而選擇適當?shù)那邢靼疾弁庑慰捎杀绢I域普通技術人員輕松完成，需要理解的是，圖3所示的外形并沒有窮盡性地列出可用的切屑凹槽外形，僅僅是通過實例的方式示出。
如上所述，圖2(a)和(c)所示的每個基本上相同的螺紋齒2相對于相應齒軸5是對稱或者非對稱的。而且，每個相同的螺紋齒2可在每個相同齒的相對側(cè)面處的齒根9附近使用分離的外形。這種齒的外形可以采用諸如美國專利No.4,752,164所示的一般形狀。圖4(a)和(b)是部分視圖，示出基本上相同的螺紋齒44的兩種可能的非限制性外形，其中所述齒的外形的幾何特征是非對稱的。根據(jù)圖4(a)，每個螺紋齒44都包括前側(cè)面41、齒頂45、背側(cè)面42和前側(cè)面41下部處的分離外形46。前側(cè)面41和背側(cè)面42的外形相對于齒軸43是非對稱的。圖4(a)所示的相同螺紋齒44通過螺紋根部47相互連接，其中根部47可包括諸如弧形部分48、線形部分49和弧形部分50。分離外形46可以是諸如平行于齒軸43或者傾斜的，從而形成相對于齒軸43的較小角。圖4(b)示出可能的備選螺紋齒外形，其中，該外形是圖4(a)所示的外形的虛擬鏡像圖像。
圖5(a)-(c)示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的伸出式硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀61的一個非限制性實施例的若干視圖。圖5(b)是圖5(a)的箭頭d-d方向的端部的平面圖。螺絲攻梳刀61包括大量基本上相同的螺紋齒62，所述齒相隔的距離等于螺紋螺距，如圖1所示。雖然如上所述螺絲攻梳刀61示出了13個基本上相同的螺紋齒62，但是其它實施例可包括諸如3至64個基本上相同的螺紋齒。每個螺紋齒62包括前側(cè)壁63和背側(cè)板64(相對于齒軸65是對稱或者非對稱的)和齒頂66(可以是諸如尖點、帶有直徑的圓弧或者平面)。硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀61也可包括一個或多個齒67，所述齒是錐形或者具有倒角的斜截形(如圖1所示)，從而在螺絲攻梳刀61的上部前端壁68附近提供了倒角間隙。連接根部69形成于相同齒62之間，單個齒62和倒角齒67之間，以及單個齒62和接近后端壁71的端面70之間，每個根部的形狀可以是諸如弧形、點或者小平面。后端壁71與前端壁68相互平行并存在有間隔。
硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀61包括將螺絲攻梳刀安裝并定位于諸如可折疊或者不可折疊螺絲攻系統(tǒng)的螺絲攻系統(tǒng)中的開槽72，所述開槽適于容納可移去的螺絲攻梳刀。開槽72接近下端面73并且位于底面74上。開槽72可從下部前端壁78延伸至后端壁71。硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀61可包括形成于上表面76上的切屑凹槽75，從而改善切削性能。切屑凹槽75可從前端壁68延伸至后端壁71，并且從齒頂66延伸至線77。切削凹槽75的外形可使用任何適合的幾何構(gòu)型。例如，如圖3(a)-(h)所示，切削凹槽外形可由一條或者由多條線、圓弧和樣本曲線的組合而形成。硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀61也可包括具有任何合適的齒形的螺紋齒，圖4(a)和(b)示出了其非限制性實例。
對于標準式和伸出式硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀，如圖6的部分視圖所示，每個包括倒角的螺紋齒都可采用諸如單倒角形狀(如圖6中的“A”)或者雙倒角形狀(如圖6中的“B”)。圖6中(相對于線C-C的測量)，單倒角螺紋齒輪A的倒角以及雙倒角螺紋齒B的第一倒角“a”的倒角范圍可從諸如0°到60°。雙倒角螺紋齒B的第二倒角“b”的倒角大于第一倒角“a”的角度，并且其范圍可從諸如1°到75°。
可通過根據(jù)本發(fā)明的可移去的硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀制造的各種螺紋形狀包括但不局限于下述標準螺紋形狀美國汽油學會(API)；國家錐形管螺紋(NPT)；用于機械連接件的美國標準直管(NPSM)；用于聯(lián)結(jié)件的美國標準直管(NPSC)；美國標準直管(NPS)；英國標準平行管(BSPP)；英國標準錐形管(BSTP)；ACME；螺栓ACME(Stub ACME)；修正ACME(Modified ACME)；Unified(UN)；和ISO(公制)，所述螺絲攻梳刀已安裝于例如可折疊或不可折疊螺絲攻系統(tǒng)的螺絲攻系統(tǒng)。
如本文所述，“硬質(zhì)合金材料”指具有適于用作螺絲攻梳刀的特性的材料，該材料基本上包括(即包括至少占重量60％的)鎢硬質(zhì)合金和/或任何其它單獨的適當硬質(zhì)金屬合金或者其組合。需要理解的是，在特定實施例中，硬質(zhì)合金材料可以是滲碳的硬質(zhì)合金材料，其中，硬質(zhì)合金材料作為相對較軟的連續(xù)粘合金相中的較硬非連續(xù)金相，諸如鈷、鎳或者鈷和鎳的結(jié)合。這種復合材料可包括，例如，占重量1％至40％的范圍的粘合金相。在其它應用中，硬質(zhì)合金材料不是復合材料。在任何情況下，硬質(zhì)合金材料最好基本上使用鎢硬質(zhì)合金，但是也可，例如，基本上由鎢硬質(zhì)合金和其它金屬硬質(zhì)合金的一種或者其組合制成，常規(guī)情況下，用于其它螺紋形成應用中的切削插入物通過使用上述材料而制成。這種其它的硬質(zhì)合金材料包括，例如鎢-鈦硬質(zhì)合金和鎢-鈦-鉭(-鈮)硬質(zhì)合金。特定硬質(zhì)合金材料的選擇需要根據(jù)預定的切削條件，包括但不局限于將要進行攻螺紋的材料，本領域普通技術人員可根據(jù)這種條件和其它因素容易地選擇適當?shù)挠操|(zhì)合金材料。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明所述的硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀可進行涂層或不進行涂層。螺絲攻梳刀可使用諸如CVD和PVD的常規(guī)切削插入涂層技術進行涂層。這種涂層可包括任何預定的適當厚度的常規(guī)涂層材料，也可選擇其組合形式。例如，這種涂層材料可以至少是金屬硬質(zhì)合金、金屬氮化物、金屬硅化物和金屬氧化物，它們選自周期表的IIIA、IVB、VB和VIB組中。涂層的特定非限制性實例包括氮化鈦(TiN)；碳氮化鈦(TiCN)；鋁氮化鈦(TiAlN)；鋁氮化鈦加碳(TiAlN+C)；鈦氮化鋁(AlTiN)；鈦氮化鋁加碳(AlTiN+C)；鋁氮化鈦加碳化鎢/碳(TiAlN+WC/C)；鈦氮化鋁加碳化鎢/碳(AlTiN+WC/C)；氧化鋁(Al2O3)；二硼化鈦(TiB2)；碳化鎢/碳(WC/C)；氮化鉻(CrN)；和鉻氮化鋁(AlCrN)。這種單層或多層涂層一般的總厚度為大約1至大約24微米，這些涂層可應用于根據(jù)本發(fā)明的可移去的硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀。
圖7是可折疊螺絲攻系統(tǒng)80的實施例的示意性視圖。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的多個硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀81安裝于螺絲攻頭部82，如圖7所示，正在切削工件83(部分示出以表示螺絲攻頭部82)的現(xiàn)有孔中的內(nèi)部螺紋。螺紋長度可通過適當?shù)囟ㄎ幻摽郗h(huán)84而進行調(diào)節(jié)。螺絲攻頭部82可與附加的螺絲攻頭部拆離或者互換，從而使該系統(tǒng)形成大范圍的內(nèi)部螺紋尺寸。螺絲攻頭部82可在凸緣86處連接于螺絲攻體85。
如示意圖8(a)-(c)所示，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀可應用于各種可折疊的螺絲攻系統(tǒng)設計方案中。圖8(a)示出了一種固定可折疊的螺絲攻系統(tǒng)91，該系統(tǒng)設計用于在旋轉(zhuǎn)工件中進行攻螺紋。螺絲攻頭部93裝配有多個根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的多個可移去硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀94，該頭部不進行旋轉(zhuǎn)，但是沿螺絲攻軸95直線前進和縮回。桿92用于使螺絲攻頭部93直線前進和縮回，當縮回時螺絲攻頭部93進行折疊。螺絲攻頭部93可調(diào)整地并且可拆離地安裝于螺絲攻體96，螺絲攻體96又可依次沿軸柄97滑動。
圖8(b)示出了用于在固定工件內(nèi)攻內(nèi)部螺紋的旋轉(zhuǎn)式可折疊螺絲攻系統(tǒng)101。螺絲攻頭部102裝配有多個根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的可移去的硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀103，并且在攻螺紋操作過程中圍繞螺絲攻軸104旋轉(zhuǎn)。設定架105完成螺絲攻系統(tǒng)101的可折疊操作。
圖8(c)示出了叉形架操作的旋轉(zhuǎn)式可折疊螺絲攻系統(tǒng)111，該系統(tǒng)用于在棒材自動加工機上或者其它工件位置是恒定的攻螺紋應用中攻內(nèi)部螺紋。螺絲攻系統(tǒng)11包括多個根據(jù)本發(fā)明的可移去的硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀113。螺絲攻系統(tǒng)111的可折疊操作通過操作叉形桿112的方法實現(xiàn)。
圖9(a)和(b)是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的不可折疊螺絲攻元件的兩個非限制性實施例的示意圖。在圖9(a)的螺絲攻系統(tǒng)120中，多個根據(jù)本發(fā)明的標準式硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀121安裝于螺絲攻頭部122并用于在工件123的現(xiàn)有通孔126中切割內(nèi)部螺紋(部分示出以顯示螺絲攻頭部的一部分)。蓋部124和螺釘125將硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀121保持于螺絲攻頭部122上。在圖9(b)所示的螺絲攻系統(tǒng)130中，多個根據(jù)本發(fā)明的伸出式硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀131安裝于螺絲攻頭部132并用于在工件133的盲孔136中切割內(nèi)部螺紋(部分示出以顯示螺絲攻頭部132)。蓋部134和螺釘135將硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀131保持于螺絲攻頭部132上。蓋部134包括若干開槽137，該槽允許每個螺絲攻梳刀131的凸出部分131’延伸穿過開槽131’從而完全地對盲孔136進行攻螺紋。
裝配有根據(jù)本發(fā)明的標準式或者伸出式硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀的可折疊和不可折疊螺絲攻系統(tǒng)的特定實施例可調(diào)整成提供各種不同的螺距直徑。圖10(a)和(b)示出了這一功能，圖中是用于可折疊螺絲攻系統(tǒng)(圖10(a))和不可折疊螺絲攻系統(tǒng)(圖10(b))的螺絲攻頭部組件140的一部分的分解式組裝視圖。螺絲攻頭部組件140包括具有自鎖功能的齒桿式調(diào)整螺釘141。調(diào)整螺釘141擰入柱塞142的端部，從而定位于螺絲攻頭部144的頭部內(nèi)部。柱塞142包括多個開槽147，每個開槽都容納有根據(jù)本發(fā)明的硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀143。每個開槽147的凸緣148可滑動地容納于螺絲攻梳刀143的開槽149內(nèi)。調(diào)整螺釘141設置成使螺釘141的給定旋轉(zhuǎn)量產(chǎn)生硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀143的移動，從而可使由螺絲攻系統(tǒng)140攻螺紋所得的孔的直徑得以改變。當所需的直徑調(diào)整量已知時，就可通過調(diào)整螺釘141的預定旋轉(zhuǎn)程度而精確地進行調(diào)整。采用這種方式，可折疊或不可折疊的螺絲攻系統(tǒng)的螺絲攻直徑的調(diào)整也可快速地、容易地進行，從而補償硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀磨損或者由被磨損的螺絲攻梳刀的多次研磨而造成的尺寸的減小。保持蓋145和固緊螺釘146將硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀143保持在柱塞142上。
根據(jù)本發(fā)明的可移去硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀提供了常規(guī)單件整體硬質(zhì)合金螺絲攻的特定優(yōu)勢，即硬質(zhì)合金材料基本上比常規(guī)形成可移去螺絲攻梳刀所使用的高速鋼或者其它材料更抗磨損。在可折疊或者不可折疊系統(tǒng)中使用本發(fā)明的可移去硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀可明顯地減小加工成本并且也能使單套硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀在很大范圍的螺紋螺絲攻應用中得到使用。此外，由此預期，在諸如可折疊或者不可折疊螺絲攻系統(tǒng)的螺絲攻系統(tǒng)中采用根據(jù)本發(fā)明的可移去硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀會明顯地提高加工生產(chǎn)率，減小具有螺紋部件的生產(chǎn)成本，改善螺紋質(zhì)量和光潔度，并允許具有高等級的柔性應用。
下面對在不同的切割條件下的加工測試實例進行比較，從而評估了根據(jù)本發(fā)明的硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀和螺絲攻系統(tǒng)。
實例1常規(guī)伸出式高速剛螺絲攻梳刀和根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的伸出式未涂層硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀通過使用不可折疊螺絲攻系統(tǒng)而對形成于鑄造紅銅(85-5-5-5)工件中的孔攻內(nèi)部螺紋。螺絲攻梳刀基本上具有相同的螺紋形狀和幾何結(jié)構(gòu)。切割條件如下●表面速度-每分鐘200英尺(每分鐘61米)●旋轉(zhuǎn)速度-每分鐘612轉(zhuǎn)●將要攻螺紋的孔的直徑-1.266英寸(32.16毫米)●將要形成的螺距-每英寸14個齒(0.071英寸)●攻螺紋將得到的螺紋形狀-國家錐形管螺紋(NPT)●冷卻劑-沒有使用冷卻劑測試結(jié)果如圖11(a)的圖表所示。高速剛螺絲攻梳刀在螺絲攻梳刀磨損得無法使用之前成功地在大概13,000個內(nèi)部孔中進行了攻螺紋。相比而言，硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀在磨損得無法使用之前在大概80,000個內(nèi)部孔中進行了攻螺紋。因此，在本例中評估的可移去和可替換的硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀在攻螺紋的內(nèi)部孔的數(shù)量方面大于6倍優(yōu)于高速鋼螺絲攻梳刀。
實例2在第二次比較測試中，常規(guī)伸出式高速剛螺絲攻梳刀和根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的伸出式未涂層硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀通過使用下述切割條件而對形成于鑄造紅銅(85-5-5-5)工件中的孔攻內(nèi)部螺紋。螺絲攻梳刀基本上具有相同的螺紋形狀和幾何結(jié)構(gòu)。切割條件如下●表面速度-每分鐘300英尺(每分鐘91米)●旋轉(zhuǎn)速度-每分鐘500轉(zhuǎn)●將要攻螺紋的孔的直徑-2英寸(51毫米)●將要形成的螺距-每英寸11.5個齒(0.087英寸)●攻螺紋將得到的螺紋形狀-國家錐形管螺紋(NPT)●冷卻劑-沒有使用冷卻劑測試結(jié)果如圖11(b)的圖表所示。使用上述加工條件，高速剛螺絲攻梳刀在磨損得無法使用之前在大概2500個內(nèi)部孔中進行了攻螺紋。相比而言，硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀在磨損得無法使用之前在大概29,000個內(nèi)部孔中進行了攻螺紋。因此，在本例中評估的可移去和可替換的硬質(zhì)合金材料螺絲攻梳刀在攻螺紋的內(nèi)部孔的數(shù)量方面大于11.5倍優(yōu)于高速鋼螺絲攻梳刀。
由此可知，說明書所述的方面內(nèi)容有助于清晰地理解本發(fā)明。本領域技術人員顯然可知的并因此對更好地理解本發(fā)明沒有什么幫助的方面內(nèi)容在本說明書中沒有提及，以便簡化本說明書的內(nèi)容。雖然本說明書結(jié)合特定實施例進行了說明，但是本領域普通技術人員在參考上述說明書的基礎上可對本發(fā)明進行修改和變換。上述說明書和后面的權利要求覆蓋了所有的這種變換和修改。
權利要求
1.一種用于在工件的孔中攻內(nèi)部螺紋的可移去螺絲攻梳刀，其中，所述螺絲攻梳刀使用至少一種硬質(zhì)合金材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的螺絲攻梳刀，其中，所述螺絲攻梳刀適合可移去地安裝在可折疊螺絲攻系統(tǒng)和不可折疊螺絲攻系統(tǒng)的其中一個上。
3.根據(jù)權利要求1所述的螺絲攻梳刀，其中，所述硬質(zhì)合金材料是基于鎢的硬質(zhì)合金。
4.根據(jù)權利要求1所述的螺絲攻梳刀，其中，所述螺絲攻梳刀包括3至64個基本上相同的螺紋齒，以及0至10個至少一個是錐形并且是斜截的從而包括至少一個倒角的螺紋齒。
5.根據(jù)權利要求4所述的螺絲攻梳刀，其中，每個所述基本上相同的螺紋齒包括相對于所述螺紋齒的軸線對稱或非對稱的前側(cè)面和背側(cè)面。
6.根據(jù)權利要求4所述的螺絲攻梳刀，其中，至少一個具有倒角的螺紋齒是具有倒角為0°至60°的單倒角螺紋齒。
7.根據(jù)權利要求4所述的螺絲攻梳刀，其中，至少一個具有倒角的螺紋齒是具有第一個倒角為0°至60°并且第二個斜角為1°至75°的雙倒角螺紋齒。
8.根據(jù)權利要求1所述的螺絲攻梳刀，其中，所述螺絲攻梳刀是標準式螺絲攻梳刀和伸出式螺絲攻梳刀的其中之一。
9.根據(jù)權利要求1所述的螺絲攻梳刀，其中，所述螺絲攻梳刀適于可移去地安裝于可折疊螺絲攻系統(tǒng)或不可折疊螺絲攻系統(tǒng)的螺絲攻頭部中，以制成滿足至少一個標準的內(nèi)部螺紋形狀，所述標準在下述組中進行選擇，包括美國汽油學會(API)；國家錐形管螺紋(NPT)；用于機械連接件的美國標準直管(NPSM)；用于聯(lián)結(jié)件的美國標準直管(NPSC)；美國標準直管(NPS)；英國標準平行管(BSPP)；英國標準錐形管(BSTP)；ACME；螺栓ACME(Stub ACME)；修正ACME(Modified ACME)；Unified(UN)；和ISO(公制)標準。
10.根據(jù)權利要求1所述的螺絲攻梳刀，其中，所述螺絲攻梳刀使用至少一種涂層材料進行涂層。
11.根據(jù)權利要求10所述的螺絲攻梳刀，其中，所述涂層材料至少是從材料組中選出的一種材料，包括選自周期表的IIIA、IVB、VB和VIB組中的金屬硬質(zhì)合金、金屬氮化物、金屬硅化物和金屬氧化物。
12.根據(jù)權利要求11所述的螺絲攻梳刀，其中，所述涂層的總體厚度為1至24微米。
13.根據(jù)權利要求11所述的螺絲攻梳刀，其中，所述涂層材料至少是從材料組中選擇出的一種材料，該材料組包括氮化鈦、碳氮化鈦、鋁氮化鈦、鋁氮化鈦加碳、鈦氮化鋁、鈦氮化鋁加碳、鋁氮化鈦加碳化鎢/碳、鈦氮化鋁加碳化鎢/碳、氧化鋁、二硼化鈦、化合碳化鎢、氮化鉻和鉻氮化鋁。
14.一種適于在工件的孔中一次通過攻內(nèi)部螺紋的螺絲攻系統(tǒng)，所述螺絲攻系統(tǒng)包括螺絲攻頭部和至少一個使用硬質(zhì)合金材料的可移去螺絲攻梳刀，其中，所述螺絲攻梳刀可移去地連接于所述螺絲攻頭部，并且當磨損或損壞時，所述螺絲攻梳刀可從所述螺絲攻頭部移去并替換，或者恢復至可用的狀態(tài)并重新安裝于所述螺絲攻頭部。
15.根據(jù)權利要求14所述的螺絲攻系統(tǒng)，其中，所述螺絲攻系統(tǒng)從可折疊螺絲攻系統(tǒng)和不可折疊螺絲攻系統(tǒng)中選出。
16.一種在工件的孔中攻內(nèi)部螺紋的方法，所述方法包括使用螺絲攻系統(tǒng)加工所述工件，所述螺絲攻系統(tǒng)包括螺絲攻頭部和至少一個使用硬質(zhì)合金材料的可移去螺絲攻梳刀，其中，所述螺絲攻梳刀可移去地連接于所述螺絲攻頭部，并且當磨損或損壞時，所述螺絲攻梳刀可從所述螺絲攻頭部移去并進行替換，或者恢復至可用狀態(tài)并重新安裝于所述螺絲攻頭部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于在工件的孔中攻內(nèi)部螺紋的可移去螺絲攻梳刀。所述螺絲攻梳刀使用至少一種硬質(zhì)合金材料，并適合可移去地安裝于諸如可折疊螺絲攻系統(tǒng)和不可折疊螺絲攻系統(tǒng)其中之一的螺絲攻系統(tǒng)中。
文檔編號B23G1/16GK1745949SQ20051008786
公開日2006年3月15日 申請日期2005年8月1日 優(yōu)先權日2004年7月30日
發(fā)明者愛德華·C·沃爾夫, 唐納德·G·巴尼斯, V·布賴恩·舒克 申請人:Tdy工業(yè)公司