專利名稱：具有流動(dòng)成型段的自鉆和螺紋成型鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照所附權(quán)利要求1的前序部分的自鉆和螺紋成型鉆頭(Selbstbohrende und gewindeformende schraube)。
德國(guó)專利G9211354.0曾披露過這種自鉆和螺紋成型鉆頭。然而，為了在一板材上用一鉆頭鉆出一個(gè)圓柱形通孔，就要在一由一鉆孔段、一流動(dòng)成型段和一螺紋桿組成的鉆頭上施加較大的力，這是因?yàn)樵诨緸閳A柱形的鉆孔段和基本為錐形的導(dǎo)通流動(dòng)成型段之間不是均勻過渡的，而呈一角度轉(zhuǎn)折(其中的導(dǎo)通流動(dòng)成型段也被稱為擴(kuò)孔段)。在從鉆孔段的切削刃起延伸的切削槽區(qū)，在圓柱形鉆孔段與錐形擴(kuò)孔段之間形成有一臺(tái)肩。形成該臺(tái)肩是由于圓柱形鉆孔段端部的切削槽幾乎以直角通向鉆頭軸心，在切削槽上方形成堆積物，該堆積物的直徑明顯大于由切削刃形成的鉆孔段的有效直徑。該臺(tái)肩一方面用于當(dāng)鉆孔段相當(dāng)容易地穿透后有一個(gè)較大的壓緊力施加于鉆頭上，以便將該臺(tái)肩穿過板材并使錐形擴(kuò)孔段開始起作用，另一方面，該臺(tái)肩限制了高強(qiáng)度板的適用性。由于在這種已知的鉆頭中切削槽僅僅延伸于鉆孔段的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，收集在該切削槽中并需適時(shí)排出的鉆屑咬死在板材與該臺(tái)肩之間，使發(fā)生的摩擦熱基本上傳給鉆屑而不傳到板材上。這樣便削弱了流動(dòng)成型操作，因?yàn)樵诔尚推陂g流動(dòng)成型段會(huì)產(chǎn)生裂紋。
美國(guó)專利US5141376披露了一種自鉆和螺紋成型鉆頭，它具有一鉆孔段，一錐形的帶螺紋的區(qū)域以及一螺紋桿。通過緊接在鉆孔段之后的錐形螺紋區(qū)，在對(duì)板材直接鉆孔后形成帶有鉆孔段的螺紋，這相當(dāng)于經(jīng)過多個(gè)生產(chǎn)步驟才形成的螺紋。這樣一種自鉆鉆頭的缺點(diǎn)是當(dāng)向薄板鉆孔時(shí)，螺紋很快穿透板材，由于在螺紋穿透后所產(chǎn)生的強(qiáng)制推進(jìn)，打出的孔會(huì)發(fā)生撕裂。所以，利用這樣一種自鉆鉆頭所得到的螺紋深度是不充分的，由此而提供的保護(hù)穩(wěn)定性也不夠，這樣就限制了能承受的過值轉(zhuǎn)矩。另外，不能不考慮到由這種鉆頭鉆孔時(shí)將板擴(kuò)孔時(shí)會(huì)造成板的破裂。此外，鉆孔段直接與錐形螺紋區(qū)鄰接，使位于鉆孔段中的切削槽終止于錐形成型螺紋開始的區(qū)域。因此，在鉆孔操作時(shí)在鉆孔段內(nèi)產(chǎn)生的鉆屑被直接輸送到形成螺紋的區(qū)域中。其結(jié)果，不僅有相當(dāng)多的摩擦能量進(jìn)入鉆削中而不是進(jìn)入擴(kuò)孔時(shí)的孔區(qū)中，而且在螺紋成型過程中所產(chǎn)生的具有干擾作用的鉆屑材料會(huì)導(dǎo)致螺紋成型不正確，從而也減小了能承受的過值轉(zhuǎn)矩。
德國(guó)專利DE-AS2243707中描述了一種卷邊和螺紋切割鉆頭，該鉆頭有一圓柱形螺紋桿和一朝螺紋端縮小且具非圓橫截面的擴(kuò)孔段，其中非圓橫截面最好設(shè)計(jì)為橢圓形截面。擴(kuò)孔段設(shè)計(jì)成具有光滑的并帶螺紋段的圓周區(qū)。錐形擴(kuò)孔段的軸線偏置于螺紋桿的軸線，與螺紋桿同軸線的導(dǎo)向軸頸鄰接于擴(kuò)孔段，這些情況應(yīng)確保偏心的擴(kuò)孔段將孔的邊緣卷起。盡管在一實(shí)施例中該鉆頭的下部區(qū)有一越過鉆孔段進(jìn)入擴(kuò)孔段的切削槽，但是鉆孔段沒有通過一銳邊進(jìn)入擴(kuò)孔段的平滑的過渡區(qū)，另外，切削槽沿著旋轉(zhuǎn)方向被設(shè)置在切削刃的前面，使在鉆孔過程中從切削刃上排出的鉆屑聚集在切削槽中，而不能直接從切削槽中排除。這樣面臨的危機(jī)是在鉆孔后的卷邊過程中，鉆屑首先吸收了所產(chǎn)生的摩擦能量，其結(jié)果是鉆屑材料的流動(dòng)性被破壞并由此會(huì)產(chǎn)生裂紋。此外，需要有較大的鉆頭壓緊力來(lái)克服鉆孔段與擴(kuò)孔段之間的不連續(xù)過渡，以便使擴(kuò)孔段起作用。在這樣的鉆頭中，流動(dòng)過程還伴隨有明顯的震動(dòng)，并以不能容忍的程度傳到需夾緊的工件上或經(jīng)過鉆頭傳到鉆頭夾具上。由于充當(dāng)導(dǎo)向軸頸的鉆孔段在通過板材后不再用作導(dǎo)向軸頸了，螺紋的均勻成型及開溝槽就不可能了，因?yàn)殚_始形成的螺紋破壞了后面的螺紋。此外，這樣的自鉆和螺紋成型鉆頭尤其不適用于高強(qiáng)度板，而恰恰這種用途有其重要意義。
美國(guó)專利US-PS3937120披露了一種螺紋成型鉆頭，它有一前置的導(dǎo)向鉆尖，從該鉆尖起延伸有兩條縱向切削槽，該兩條切削槽具有構(gòu)成為側(cè)向切削刃的大致是平的基本上是共面的徑向壁。該螺紋成型鉆頭的前面區(qū)段具有一鉆孔段及一延伸至螺紋桿的鉆形區(qū)，在這種情況下，從鉆尖起的切削刃沿軸向通過形成的切削槽延伸至螺紋桿的開端處，但因不連續(xù)的互相連接段而使這些切削刃是不連續(xù)的。在這種鉆頭中，鉆屑材料被鉆出孔并直至螺紋桿區(qū)，可直接帶入所成型的螺紋區(qū)域中。因此，總是有鉆屑干擾著螺紋成型，鑒于此原因，由于螺紋成型不準(zhǔn)確，用此鉆頭得到的孔承受的過值轉(zhuǎn)矩是十分有限的。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種自轉(zhuǎn)和螺紋成型鉆頭，該鉆頭具有一流動(dòng)成型段，該鉆頭與已知的實(shí)施例相比可減小軸向壓緊力，用于薄板可獲得高的過值轉(zhuǎn)矩，在鉆孔過程中可最佳排出所產(chǎn)生的鉆屑，并減少鉆入時(shí)間，而且可可靠地用于較高強(qiáng)度板材中。
具有按照權(quán)利要求1所述特征的鉆頭可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的。
這樣的自鉆和螺紋成型鉆頭具有一螺紋桿和一位于螺紋桿之前方且具基本均等直徑的鉆孔段，在該鉆孔段與螺紋桿之間有一基本呈錐形地展寬的、無(wú)螺紋的流動(dòng)成型段。
在每種情況下，諸切削槽沿縱向從鉆孔段的諸切削刃起在徑向彼此相對(duì)地延伸，這些切削槽各邊與槽邊和切削刃鄰接。形成于下部鉆孔段的諸切削刃共同延伸到中心，并組成鉆孔段的尖部。為了必須施加一個(gè)盡量小的鉆孔力，又為了在孔周圍形成一個(gè)盡量大的凸緣，由切削刃構(gòu)成的直徑基本上小于螺紋桿的小直徑。流動(dòng)成型段設(shè)置在鉆孔段與螺紋桿之間，該流動(dòng)成型段的最大直徑與螺紋桿的小直徑大致相等，它的與螺紋桿鄰接的區(qū)域內(nèi)有一個(gè)基本對(duì)稱的多邊形橫截面。該橫截面之所以設(shè)計(jì)成連續(xù)的，是因?yàn)樗鼈兊膸讉€(gè)角都被倒圓了。另外，為使本發(fā)明的自鉆和螺紋成型鉆頭能方便、均勻而無(wú)震動(dòng)地實(shí)現(xiàn)鉆孔，其鉆孔段、流動(dòng)成型段和螺紋桿位于同一條旋轉(zhuǎn)中心軸線上。
為了防止在流動(dòng)成型操作中以及在螺紋成型過程中在鉆孔時(shí)所產(chǎn)生的鉆屑堵塞，本發(fā)明的鉆頭的切削槽作如下設(shè)計(jì)切削槽從鉆孔段的切削刃起至少延伸及流動(dòng)成型段的主要部分，而且切削槽的槽邊朝螺紋桿方向切向?qū)攵噙呅螜M截面的倒圓角。這樣能確保切削槽基本上沿著由于鉆頭旋轉(zhuǎn)和作用在鉆屑上的慣性力而形成的運(yùn)動(dòng)曲線行走以有利于排屑。此外，由于鉆屑能被排除，還由于鉆屑有較大的慣性，因此在流動(dòng)成型操作的第一部分中，當(dāng)鉆孔過程結(jié)束后，即在鉆孔段穿過板材后，也能確保排屑。還有，在鉆孔段與流動(dòng)成型段之間設(shè)有一過渡區(qū)，該過渡區(qū)不僅基本上減輕了作用在鉆頭上的壓緊力，而且確保鉆孔操作能向流動(dòng)成型操作平穩(wěn)地過渡而不需施加大力。
在鉆孔段一側(cè)并遠(yuǎn)離切削槽處形成有隆起狀突起，這些突起的橫截面長(zhǎng)度，即通過兩個(gè)隆起狀突起的徑向距離，朝著過渡區(qū)方向增大，這樣，在過渡區(qū)內(nèi)該橫截面長(zhǎng)度基本上等于由諸切削刃構(gòu)成的直徑。為了獲得非常平穩(wěn)的過渡，也可使隆起狀突起的橫截面長(zhǎng)度略小于由切削刃構(gòu)成的直徑尺寸。較小的尺寸最好在0.1至0.3毫米范圍內(nèi)。另外，這些隆起狀突起在過渡區(qū)內(nèi)各連續(xù)地轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)向相對(duì)的倒圓的角，倒圓角的橫截面長(zhǎng)度在流動(dòng)成型段中大于由諸切削刃的延長(zhǎng)部構(gòu)成的直徑。
在一最佳實(shí)施例中，切削槽延伸長(zhǎng)度大致遍及流動(dòng)成型段的一半軸向長(zhǎng)度。在無(wú)切削槽區(qū)中與螺紋桿鄰接的流動(dòng)成型段的多邊形橫截面是由諸被倒圓了的角隔開了的平坦面組成的。
在另一最佳實(shí)施例中，多邊形橫截面具有四個(gè)對(duì)稱分布的倒圓角，其中兩個(gè)倒圓角延伸基本上遍及流動(dòng)成型段的全長(zhǎng)，并限定了流動(dòng)成型段的有效直徑。
本發(fā)明鉆頭上形成的過渡區(qū)的主要優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明鉆頭在鉆孔中產(chǎn)生的、當(dāng)流動(dòng)成型段與孔的上緣(Lochoberrand)開始接觸時(shí)沿著孔的頂邊(Oberkante)的線接觸(Linienberuhrung)被一具有較大摩擦面的區(qū)域取代了，這就使流動(dòng)成型過程從開始時(shí)就能獲得較大而均勻的熱輸入。現(xiàn)有技術(shù)的鉆頭的鉆孔段與流動(dòng)成型段的交界處存在有受阻的邊棱，而本發(fā)明則不存在，這就使本發(fā)明的鉆頭尤其在流動(dòng)成型段的起始階段對(duì)較大的面加工得較快且質(zhì)量較好。
在再一個(gè)最佳實(shí)施例中，鉆頭的諸切削槽是這樣設(shè)計(jì)的，即切削槽的槽邊(Flutkanten)有一朝著螺紋桿方向的彎曲段，并沿鉆頭擰入方向朝后走，此時(shí)切削槽沿與鉆頭縱向軸線成一夾角(最好小于30°)的方向到達(dá)流動(dòng)成型段的多邊形橫截面的外徑，這樣切削槽切向?qū)肓鲃?dòng)成型段中的倒圓角。但是，切削槽經(jīng)過整個(gè)流動(dòng)成型段區(qū)域從過渡區(qū)延伸到螺紋段也是可以的。
為了確保盡量好地排屑，甚至在切削槽的端部也是如此，同時(shí)為了使從切削槽向流動(dòng)成型段的無(wú)切削槽區(qū)很好地過渡，這樣同樣也能減小壓緊力，在流動(dòng)成型段中的每條切削槽，在它們的流出區(qū)(Auslaufbereich)形成一幾乎平坦的面，該平坦面以一夾角(最好小于30°)接近于流動(dòng)成型段的外輪廓，并由此沿循每條槽邊的連續(xù)的外輪廓。
在又一最佳實(shí)施例中，其中的切削槽延伸及流動(dòng)成型段的主要部分，諸切削刃在流出區(qū)的基本上平坦的面之后面，在對(duì)流動(dòng)成型操作有效的倒圓角處基本正切地與每條槽邊匯交。
為了盡可能平穩(wěn)地從鉆孔操作過渡到流動(dòng)成型操作，并為使流動(dòng)成型操作在開始時(shí)就能實(shí)現(xiàn)較小的壓緊力，在一最佳實(shí)施例中倒圓角的半徑是這樣變化的，即從螺紋桿朝鉆孔段及過渡區(qū)方向連續(xù)增大。
本發(fā)明的詳細(xì)優(yōu)點(diǎn)、特點(diǎn)和用途將在下面結(jié)合附圖作詳細(xì)描述，其中

圖1是按本發(fā)明的鉆頭的縱向視圖；圖2表示了按本發(fā)明的鉆頭的下方區(qū)域，該區(qū)域由一鉆孔段、一過渡段、一流動(dòng)成型段和一螺紋桿組成；圖3表示了按圖2所示的下方區(qū)域若干個(gè)標(biāo)出特征的剖切面；圖4表示了沿如圖3所示的本發(fā)明所述鉆頭的下方區(qū)域若干個(gè)特征剖切面而得到的若干表征鉆孔段和流動(dòng)成型段的橫截面；圖5表示了使用按本發(fā)明的鉆頭鉆透板材而完成的鉆孔操作；圖6表示了使用按本發(fā)明的鉆頭所完成的流動(dòng)成型操作；以及圖7顯示出按照本發(fā)明的鉆頭鉆入板材流動(dòng)成型區(qū)的情況。
圖1所示的鉆頭具有一鉆孔段(Bohrabschnitt)1、一流動(dòng)成型段(Flieβformabschnitt)2、一螺紋桿(Gewindeschaft)3和一具有驅(qū)動(dòng)部5的頭部。其中驅(qū)動(dòng)部5也可是一個(gè)整體成型于頭部4的外周為內(nèi)六角形的凹部。在用于面承板材17的頭部的支承表面，即面對(duì)螺紋桿的那個(gè)表面上設(shè)有一環(huán)形槽6，該環(huán)槽6成為從螺紋桿3到頭部4的支承表面的過渡部分。與該鉆頭之頭部4相連的最后一圈螺紋的全部或一部分的外徑稍小些。在螺紋桿3的遠(yuǎn)離頭部4的那一端，也有一圈或多圈螺紋的外徑較小些。因此，從螺紋桿3的較小外徑處向具有均勻一致的螺紋桿3外徑的過渡達(dá)到了連續(xù)的過渡。朝著鉆頭尖部方向逐漸縮小的一段與那個(gè)與鉆頭頭部4相反的螺紋桿3的端部相連結(jié)，其最大直徑與螺紋桿3的小直徑大致相等，而位于其過渡區(qū)15的其最小直徑與由鉆孔段1的切削刃8形成的直徑大致相等。該縮小的區(qū)段即為一流動(dòng)成型段2，它也被稱為擴(kuò)孔段。從圖1可明顯看出，該流動(dòng)成型段2的外輪廓在本實(shí)施例中是這樣設(shè)計(jì)的，即沿著在流動(dòng)成型段2與鉆孔段1之間的過渡區(qū)15的方向其可見半徑是增大的，而在與鉆孔段1相連的端部是以連續(xù)的曲率連續(xù)地過渡到過渡區(qū)15的。但是，該流動(dòng)成型段也具有一截頭圓錐體的外形。鉆孔段1從過渡區(qū)15向鉆頭尖部延伸。鉆孔段1的諸切削刃8從兩側(cè)向鉆頭尖部延伸，并在側(cè)面段中基本互相平行地向上延伸至過渡區(qū)15，構(gòu)成鉆孔段1的最大直徑。在每種情況下，從鉆頭尖部起的切削槽7沿著鉆頭的縱向延伸并設(shè)在切削刃的后面。鉆頭尖部和其兩條切削刃8組成鉆孔段1的一部分，當(dāng)將它放在一工件17上就可鉆出孔來(lái)。這樣，為鉆出孔而施加在鉆頭上的作用力及壓緊力盡量要小，另一方面保證了在流動(dòng)成型操作即擴(kuò)孔操作中，形成一足夠大的位移范圍，該位移范圍是形成比板材17的實(shí)際厚度明顯多的螺紋圈數(shù)所必需的，由切削刃8構(gòu)成的鉆孔段1的直徑約為螺紋桿3的外徑的50％至75％。
從鉆頭尖部起延伸的切削槽7是由在一側(cè)的槽邊10、在與該槽邊10相對(duì)的一側(cè)的切削刃8以及切削刃8的延長(zhǎng)部9連結(jié)而成。切削槽7以相對(duì)于鉆頭的擰入方向繞作螺旋形的、向后彎曲的形式，從鉆孔段1延伸入流動(dòng)成型段2，并在那里延伸及流動(dòng)成型段2長(zhǎng)度的主要部分。槽邊10和切削刃8的延長(zhǎng)部9在流動(dòng)成型段中匯交于切削槽7終止的地方。切削槽7的流出區(qū)形成一個(gè)基本上平的表面，其邊界通過弧線連續(xù)地即不帶邊棱地到達(dá)流動(dòng)成型段2的外輪廓，以及到達(dá)沿鉆頭尖部方向的切削槽7的區(qū)域。
在與切削刃8鄰接的切削槽7一側(cè)的后面產(chǎn)生材料堆積而形成了隆起狀的突起(Wulstartige Erhhung)21。在突起頂側(cè)，該隆起狀突起21的半徑沿著位于流動(dòng)成型段2和鉆孔段1之間的過渡區(qū)15的方向逐漸縮小而不形成一條直接的邊棱。此外，該隆起狀突起21沿著過渡區(qū)15的方向逐漸大到一個(gè)尺寸，并連同與其它切削刃相反的隆起狀突起21一起形成一個(gè)直徑，該直徑在過渡區(qū)15約等于由諸切削刃8形成的直徑。但是，也可能在過渡區(qū)15由隆起狀突起21形成的直徑要比由切削刃形成的鉆孔直徑小1/10至2/10毫米。過渡區(qū)15的這種外形結(jié)構(gòu)保證了通過鉆孔段1鉆出孔后流動(dòng)成形段2能從流動(dòng)成型段2的上界面進(jìn)入孔中一個(gè)確定的深度，使更多的材料能較快地被這些擴(kuò)大了的摩擦區(qū)加熱，這樣，實(shí)際的流動(dòng)成型操作能在過渡區(qū)較快、有效而均勻地導(dǎo)入。根據(jù)鉆頭的大小和外形的不同，過渡區(qū)的大小在0.2至約2毫米，最好是在0.3至1毫米范圍，更好的是在0.4至0.7毫米范圍。在過渡區(qū)15內(nèi)，隆起狀突起21連續(xù)地進(jìn)入到流動(dòng)成型段2的多邊形橫截面的倒圓角(abgerundeten Ecken)12。同樣，在過渡區(qū)15內(nèi)，切削刃8連續(xù)過渡到切削刃8的延長(zhǎng)部9，這樣，一方面可使鉆孔操作無(wú)沖擊且無(wú)縫地過渡到流動(dòng)成型操作，另一方面可平穩(wěn)地進(jìn)入實(shí)際的流動(dòng)成型操作。
圖2顯示了本發(fā)明的鉆頭的下部，該部分包括具諸切削刃8的鉆孔段1，在鉆孔段1與流動(dòng)成型段2之間的過渡區(qū)15，以及一部分螺紋桿3。鉆頭的所有各段及各部分均位于同一中心縱軸線16上，在從流動(dòng)成型段2向螺紋部3的過渡區(qū)，有一圈或多圈螺紋14的外徑減小了，以便從板材17上的孔邊緣處的最終流動(dòng)成型凸緣(fertigflieβgeformten Kragen)到切入該凸緣的螺紋之間的過渡不產(chǎn)生沖擊。
圖3表示了與圖2所示的相同的鉆頭下部，并在鉆孔段1和流動(dòng)成型段2上示出不同的剖切面。
圖4表示了由上述不同的剖切面形成的、本發(fā)明鉆頭下部區(qū)域的幾個(gè)不同的橫截面。
圖4(a)表示了通過鉆孔段1的縱向長(zhǎng)度的大約中心處的剖切面“A-A”處的橫截面。圖4(a)還表示出由諸切削刃8限定的橫截面長(zhǎng)度(Quer-schnittsausdehnung)要比由隆起狀突起21所限定的橫截面長(zhǎng)度長(zhǎng)，也就是說諸切削刃實(shí)現(xiàn)鉆孔切削過程。
圖4(b)中所示的、位于剖切面“B-B”處的橫截面顯示出在剖切面“B-B”所在的、剛位于過渡區(qū)15上方的區(qū)域中，最大的橫截面長(zhǎng)度是位于“Z-Z”軸線方向上，它是由諸倒圓角構(gòu)成的，這些角組成為流動(dòng)成型段2的、與螺紋桿相鄰接的多邊形橫截面的諸倒圓角的延續(xù)部分。很明顯，在該“B-B”剖切面內(nèi)，由諸切削刃8構(gòu)成的橫截面長(zhǎng)度要比位于軸線“Z-Z”上的橫截面長(zhǎng)度要小，這樣，在流動(dòng)成型段2的區(qū)域中，諸切削刃8不再與板材17相接觸。
圖4(c)中，流動(dòng)成型段2中的剖切面“C-C”的位置是這樣設(shè)定的，即使該剖切面通過切削槽7的流出區(qū)里的基本為平的表面110。在流動(dòng)成型段2的、位于剖切面內(nèi)的橫截面里畫出了切削槽7的平的流出面11，從平表面向流動(dòng)成型段的外輪廓區(qū)的過渡部分呈具一定半徑的圓弧。
圖4(d)中，剖切面“D-D”置于切削槽7的流出區(qū)的端部，使顯現(xiàn)出相應(yīng)的橫截面。在切削槽上方的橫截面內(nèi)示出了具有倒圓角12和13的流動(dòng)成型段的實(shí)際上為多邊形的橫截面。如同表示在橫截面的“Z-Z”軸線上的倒圓角一樣，這些倒圓角各組成了最長(zhǎng)的橫截面長(zhǎng)度。
最后，圖4(e)顯示了位于剖切面“E-E”內(nèi)的與螺紋桿3鄰接的橫截面。該橫截面同樣是一個(gè)完全成形的多邊形，其最長(zhǎng)的橫截面尺寸由倒圓角12、13構(gòu)成。
圖5至圖7表示了鉆頭鉆入板中時(shí)的實(shí)際過程。當(dāng)本發(fā)明的鉆頭設(shè)計(jì)得較小時(shí)，例如在鉆頭外徑為5毫米時(shí)相應(yīng)的直徑為2.5毫米的情況下，鉆頭的鉆孔段1可消耗較少的能量，即用較小的轉(zhuǎn)矩及較小的壓緊力可鉆出較窄小的孔。用鉆孔段1鉆出較窄小的孔時(shí)可在鉆孔過程結(jié)束時(shí)平穩(wěn)地穿過過渡區(qū)后無(wú)沖擊地進(jìn)入流動(dòng)成型段，這樣使因摩擦而對(duì)相關(guān)工件明顯加熱，導(dǎo)致工件17材料產(chǎn)生流動(dòng)。由于切削槽以向鉆頭的螺紋桿方向不斷增大的趨勢(shì)進(jìn)入流動(dòng)成型段中，所以，在鉆孔過程中所產(chǎn)生的在切削槽中的鉆屑能被排出，因?yàn)樵趯?shí)際鉆孔過程結(jié)束后，鉆屑有較大的慣性和作用在鉆屑上的旋轉(zhuǎn)力，這樣，在流動(dòng)成型操作中鉆屑的堵塞卡死現(xiàn)象得以最大限定地減輕及排除。圖5表示的是鉆孔操作的結(jié)束狀態(tài)。
由于流動(dòng)成型段2朝著螺紋桿方向不斷增大的作用，工件17的軟化材料既相對(duì)于鉆頭的擰入方向又沿著相同方向流動(dòng)，在流動(dòng)過程中形成一個(gè)噴嘴(Düse)，該噴嘴是由位于工件17的孔緣處所形成的凸緣組成的。圖6即表示了這個(gè)過程。
在流動(dòng)成型段2完全通過該噴嘴后，就形成了一個(gè)通過凸緣的基本上為圓柱形的孔，此后在凸緣內(nèi)形成螺紋桿3的螺紋狀及溝槽狀。因此，在工件17之孔上形成的部分是以朝鉆頭頭部的方向說，在下部形成的流動(dòng)成型的凸緣狀部分19，在上部的一定范圍內(nèi)形成為流動(dòng)成型的凸緣狀部分20。所以，為螺紋成型所有效的材料厚度要比所述工件17的實(shí)際厚度大。用這種方法就能制造出長(zhǎng)度約為所述工件17厚度的兩倍的凸緣狀部分19和20。此外，該凸緣狀部分的隨后冷卻引起工件17材料的收縮，這時(shí)擰入的鉆頭則被固定在位。圖7就顯示了此過程。
將流動(dòng)成型段的橫截面設(shè)計(jì)成多邊形的，這已被證明是合適的，這種截面至少在切削槽的流出區(qū)端部到位于螺紋桿一側(cè)的流動(dòng)成型段2端部之間的范圍內(nèi)是完整的。這種多邊形橫截面具有四個(gè)對(duì)稱的平坦面，它們通過合適的倒圓角12、13連續(xù)地互相連接，但要確保在流動(dòng)成型過程中只有橫截面的某些區(qū)域才與工件材料接觸，這樣，凡不起接觸作用的那些區(qū)域可用來(lái)取代轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲬B(tài)的工件材料。這就使當(dāng)擰入流動(dòng)成型段2時(shí)可從徑向和軸向壓出工件17材料。
權(quán)利要求
1.一種自鉆和螺紋成型鉆頭，它具有一螺紋桿(3)和一設(shè)在其前面的鉆孔段(1)以及一在鉆孔段(1)與螺紋桿(3)之間基本呈錐形展寬的無(wú)螺紋的流動(dòng)成型段(2)；鉆孔段(1)具有兩條縱向延伸的、徑向相對(duì)的切削槽(7)，這些切削槽(7)各與槽邊(10)和切削刃(8)鄰接，并終止于具有兩條匯交于鉆頭尖部的切削刃(8)的鉆頭尖部；由諸切削刃(8)構(gòu)成的直徑基本上小于螺紋桿(3)的小直徑；流動(dòng)成型段(2)的最大直徑與螺紋桿(3)的小直徑大致相等，該段在與螺紋桿(3)鄰接的區(qū)域內(nèi)具有一帶有諸倒圓角(12，13)的基本對(duì)稱的多邊形橫截面；鉆孔段(1)、流動(dòng)成型段(2)和螺紋桿(3)位于同一條旋轉(zhuǎn)中心軸線(16)上，其特征在于，a)切削槽(7)從切削刃(8)起至少延伸及流動(dòng)成型段(2)的主要部分，而且切削槽的槽邊(10)朝螺紋桿(3)方向切向?qū)攵噙呅螜M截面的倒圓角(13)；b)在鉆孔段(1)與流動(dòng)成型段(2)之間設(shè)有一過渡區(qū)(15)；c)在鉆孔段(1)一側(cè)并遠(yuǎn)離切削槽(7)處形成有隆起狀突起(21)，這些突起(21)朝著過渡區(qū)(15)方向形成增大的橫截面長(zhǎng)度，使在過渡區(qū)(15)內(nèi)該橫截面長(zhǎng)度基本上等于由諸切削刃(8)構(gòu)成的直徑，以及d)諸隆起狀突起(21)在過渡區(qū)(15)內(nèi)各連續(xù)地轉(zhuǎn)變?yōu)閺较蛳鄬?duì)的倒圓角(12)，倒圓角的橫截面長(zhǎng)度在流動(dòng)成型段(2)中大于由諸切削刃(8)的延長(zhǎng)部(9)構(gòu)成的直徑。
2.按照權(quán)利要求1的鉆頭，其特征在于，切削槽(7)延伸大致遍及流動(dòng)成型段(2)一半軸向長(zhǎng)度，在無(wú)切削槽區(qū)中與螺紋桿(3)鄰接的流動(dòng)成型段(2)的多邊形橫截面是由諸被倒圓角(12、13)隔開了的平坦面(22)組成的。
3.按權(quán)利要求1或2的鉆頭，其特征在于，多邊形橫截面具有四個(gè)倒圓角(12，13)，其中兩個(gè)倒圓角(12)延伸基本上遍及流動(dòng)成型段(2)的全長(zhǎng)，并限定了流動(dòng)成型段(2)的有效直徑。
4.按權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的鉆頭，其特征在于，鉆頭的諸切削槽(7)是這樣構(gòu)成的，即從鉆孔段(1)橫截面的一個(gè)小的X中心軸開始的切削槽的槽邊(10)，朝著螺紋桿(3)方向和沿著旋轉(zhuǎn)方向向后彎曲，并沿與旋轉(zhuǎn)軸(16)成一夾角的方向到達(dá)流動(dòng)成型段(2)的多邊形橫截面的外徑，然后切向?qū)肓鲃?dòng)成型段(2)中的倒圓角。
5.按權(quán)利要求4的鉆頭，其特征在于，所述夾角小于30°。
6.按權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的鉆頭，其特征在于，在流動(dòng)成型段(2)中的每條切削槽(7)在流出區(qū)形成一幾乎平坦的面(11)，該平坦面以一夾角接近于流動(dòng)成型段(2)的外輪廓，并由此沿循每條槽邊(10)的連續(xù)的外輪廓。
7.按權(quán)利要求6的鉆頭，其特征在于，所述夾角小于30°。
8.按權(quán)利要求2的鉆頭，其特征在于，切削刃(8)在對(duì)流動(dòng)成型操作有效的倒圓角(13)處基本正切地與每條槽邊(10)匯交。
9.按權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)的鉆頭，其特征在于，倒圓角(12，13)的半徑從螺紋桿(3)起朝鉆孔段(1)方向增大。
10.按權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)的鉆頭，其特征在于，由諸切削刃(8)構(gòu)成的鉆孔段(1)的直徑是螺紋桿(3)外徑的50％至75％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自鉆和螺紋成型鉆頭，它具有一跟隨過渡區(qū)且具基本均等直徑的鉆孔段、一流動(dòng)成型段和一螺紋桿。從鉆孔段開始的切削槽至少延伸及流動(dòng)成型段的主要部分，使即使在鉆孔結(jié)束后也可排屑。位于鉆孔段與流動(dòng)成型段之間的過渡區(qū)，構(gòu)成一無(wú)沖擊的、涉及延伸到流動(dòng)成型段的切削槽的對(duì)鉆屑毫無(wú)影響的、位于孔邊緣的流動(dòng)成型的凸緣狀段。在該凸緣狀段中，通過本發(fā)明的鉆頭的螺紋桿可形成螺紋。流動(dòng)成型段的橫截面基本上是多邊形的，該多邊形橫截面中的倒圓角作為徑向棱延伸到朝著鉆頭尖部縮小的流動(dòng)成型段。
文檔編號(hào)F16B25/10GK1138892SQ95191198
公開日1996年12月25日 申請(qǐng)日期1995年11月10日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月11日
發(fā)明者拉爾夫·比克爾巴赫 申請(qǐng)人:埃喬連結(jié)技術(shù)合資有限和兩合公司