TW202130450A - 鑽頭之製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露了一種製造鑽頭之方法，該方法包括：提供長形元件，該長形元件限定了縱向方向並且在該縱向方向上具有前端、中間區段、以及與該前端相反的後端，僅藉由冷成型在該前端形成具有切削刃的鑽尖，以及僅藉由冷成型在該中間區段形成沿該縱向方向延伸的通道。

Description

鑽頭之製造方法

本發明關於一種製造鑽頭之方法。

藉由對坯件或半成品施加比如切削、銑削、墩鍛、軋製、箍縮製尖（pinch-pointing）等一個或多個大規模成型方法步驟來製造的鑽頭和自鑽孔螺釘係已知的。該等方法步驟中的一些可以歸為冷成型製程，另一些可能產生廢料（例如切屑），這使成本變高。

冷成型係一種大規模成型方法，係指使坯件之形狀在其材料結晶溫度以下改變。與比如切削或銑削等機加工方法相反，冷成型不會去除任何大量材料，而是迫使材料以某種方式流動，以便獲得所需的形狀。

墩鍛係一種冷成型方法，係指迫使坯件的端部沿縱向方向進入模具以增加坯件在與縱向方向垂直的一個或多個橫向方向上之尺寸，例如具有圓形截面的坯件所提供之直徑。以這種方式，端部形狀可以變成產品之頭部。可以藉由模具形狀來確定該形狀。

箍縮製尖係一種冷成型方法，係指將坯件端部狹縮在兩個或更多個配合模具之間，以使端部的形狀變成所需的形狀，例如鑽尖。可以藉由模具的形狀來確定該形狀。

冷軋係一種冷成型方法，係指使坯件通過一對輥以將坯件厚度減小至與輥之間的距離大致相等之厚度和/或形成所需之坯件表面形狀（例如螺紋）。如果坯件具有圓形截面，則冷軋可能導致截面變平。冷軋的類型包括行星軋製、二模或三模或四模圓柱滾軋、二模或三模或四模斜軋等。

平模軋製係一種冷成型方法，係指使坯件通過一對平模以形成所需之坯件表面形狀（例如螺紋）。這對平模之模具在坯件上相對於坯件沿相反方向滑動。因此，迫使坯件在模具之間滾動。可以由在坯件上滑動的模具的平坦表面之形狀來確定坯件表面形狀。

模鍛係一種冷成型方法，係指迫使坯件沿縱向方向進入模具以減小產品在與縱向方向垂直的一個或多個橫向方向上之尺寸，例如具有圓形截面的產品所提供之直徑。

根據本發明之第一方面，一種製造鑽頭之方法包括：提供長形元件，該長形元件限定了縱向方向並且在該縱向方向上具有前端、中間區段、以及與該前端相反的後端，僅藉由冷成型在該前端形成具有切削刃的鑽尖，以及僅藉由冷成型在該中間區段形成沿該縱向方向延伸的通道。藉由僅使用冷成型用於製造方法中的幾何成形製程步驟，可以極大地減小或甚至避免廢料。

根據實施方式，形成該通道包括對中間區段進行冷軋。根據另一個實施方式，形成該通道包括對中間區段進行平模軋製。根據較佳的實施方式，在形成鑽尖之後對中間區段進行冷成型以形成通道。在冷成型期間可以容易地實現去除或磨光在形成鑽尖之過程中產生的毛邊或其他不需要的材料而無需附加步驟。

根據另一個實施方式，該方法包括：僅藉由冷成型在中間區段形成縮徑區段，並且在縮徑區段上形成通道。在較佳的實施方式中，形成該縮徑區段包括墩鍛、冷軋、平模軋製、模鍛和箍縮製尖中的至少一種。

根據另一個實施方式，在形成鑽尖和通道之後，通道從切削刃處開始以將切屑從切削刃運走。根據另一個實施方式，通道具有螺旋形狀。

根據另一個實施方式，形成該鑽尖包括對前端進行墩鍛、冷軋、平模軋製、模鍛和箍縮製尖中的至少一種。

根據另一個實施方式，形成該通道包括形成刃帶，該刃帶在圓周方向上限制了該通道，其中，該刃帶接合切削刃，尤其是在縱向方向上沒有偏移。在較佳的實施方式中，刃帶具有延伸至切削刃之螺旋形狀和/或延伸至切削刃的通道之螺旋形狀。避免刃帶或通道與切削刃之間出現偏移或急劇扭結使得在鑽孔過程中由切削刃產生的基底材料的切屑之堵塞減少，並且因此增強了藉由通道將這種切屑從基底運走。

根據另一個實施方式，該方法包括僅藉由冷成型在後端形成旋轉驅動部。在較佳的實施方式中，形成旋轉驅動部包括對後端進行墩鍛或模鍛。在另一個較佳的實施方式中，旋轉驅動部包括螺釘頭。

根據另一個實施方式，該方法包括僅藉由冷成型在中間區段上形成螺紋。在較佳的實施方式中，形成該螺紋包括對中間區段進行冷軋。在另一個較佳的實施方式中，形成該螺紋包括對中間區段進行平模軋製。在另一個較佳的實施方式中，在形成鑽尖之後對中間區段進行冷成型以形成螺紋。

根據另一個較佳的實施方式，在沿縱向方向形成通道和螺紋之後，螺紋與通道分離。在替代性實施方式中，螺紋與通道直接鄰接。在另一個替代性實施方式中，螺紋沿縱向方向與通道重疊。

根據另一個實施方式，提供的長形元件係單片一件式元件。在替代性實施方式中，該方法進一步包括：將包括前端的尖端部分接合至包括後端的頭部部分以形成長形元件。在較佳的實施方式中，將尖端部分接合至頭部部分包括將尖端部分焊接至頭部部分。

圖1示出了由長形元件15組成的坯件10，該長形元件限定了縱向方向20。長形元件10沿縱向方向20具有前端30、中間區段40、以及與前端30相反的後端50。長形元件10具有柱體形狀、尤其是圓柱體，並且被提供用來由其製造鑽頭、尤其是自鑽孔螺釘。柱體具有規則的截面（例如正多角形或圓形表面），其平面垂直於縱向方向20定向。為了滿足之後的鑽頭的需求，長形元件10由硬質材料和/或可以硬化的材料（例如金屬或合金、例如鋼）製成。長形元件10係單片一件式元件，並且可以例如藉由將線材切成所需的長度來提供。

圖2示出了在形成旋轉驅動部的第一步驟之後的坯件10，該旋轉驅動部在後端50處包括螺釘頭55。螺釘頭55被形成為外六角頭，但是也可以形成為任何其他外多角形頭、例如方頭。螺釘頭55在其外周邊包括凸緣或集成式墊圈56。在未示出的實施方式中，旋轉驅動部包括內多角形驅動部、內六角驅動部或外六角驅動部、開槽驅動部、或十字形驅動部。藉由對圖1所示的後端50進行墩鍛來形成包括螺釘頭55的旋轉驅動部。

圖3示出了進一步的在中間區段40形成縮徑區段60的步驟之後的坯件10。縮徑區段60的截面直徑較佳的是減小了10%到70%之間。隨著縮徑區段60的截面直徑減小，其沿縱向方向20的長度增加。在縮徑區段60與中間區段40的截面直徑未改變的余留區段45之間形成過渡區段65。在過渡區段65中，中間區段40的截面直徑沿縱向方向20從截面直徑未改變的余留區段45到截面直徑減小的縮徑區段60逐漸減小。縮徑區段60係藉由對中間區段40進行墩鍛、冷軋、平模軋製或模鍛形成的。

圖4示出了坯件101和一對配合的箍縮製尖模具110、120。坯件101包括螺釘頭551和中間區段401。中間區段401包括縮徑區段601，該縮徑區段係藉由對中間區段401進行箍縮製尖形成的。在這種箍縮製尖過程中，中間區段401的後端箍縮在箍縮製尖模具110、120之間。為此，箍縮製尖模具110、120被成形為確定縮徑區段601的形狀、例如其截面直徑和長度。

圖5示出了在中間區段401中形成縮徑區段601之後的坯件101。藉由將中間區段401的一些材料擠壓到箍縮製尖模具110、120（圖4）之間的間隙中而形成飛邊130、140。可以在單獨的步驟中或在以下描述的隨後的冷成型步驟過程中去除飛邊130、140，因此避免了對額外工作之需求。飛邊130、140非常薄，因此與比如機加工或切削等已知的產生切屑之方法相反，只會產生很少量的廢料。

圖6示出了尖端部分210和頭部部分220。尖端部分210和頭部部分220均具有限定縱向方向202之縱向形狀。尖端部分210沿縱向方向202包括前端302、縮徑區段602、過渡區段652以及第一接合區段230。頭部部分220包括後端502和第二接合區段240。尖端部分210和頭部部分220可以例如藉由將線材切成所需之長度來提供。縮徑區段602和第二接合區段240均具有柱體形狀、尤其是圓柱體的形狀。每個柱體具有規則的截面（例如正多角形或圓形表面），其平面垂直於縱向方向202定向。縮徑區段602可以藉由對尖端部分210進行墩鍛、冷軋、平模軋製或模鍛而形成。在後端502，包括螺釘頭552的旋轉驅動部係藉由對後端502進行墩鍛而形成的。螺釘頭552被形成為外六角頭並且在其外周邊包括凸緣或集成式墊圈562。

圖7示出了坯件102，該坯件係藉由將尖端部分210接合或焊接至頭部部分220而形成的，該尖端部分和該頭部部分均在圖6中示出。類似於圖3所示的坯件10，坯件102沿縱向方向202具有前端302、包括縮徑區段602、過渡區段652和余留區段452的中間區段402、以及具有墊圈562的螺釘頭552。在較佳的實施方式中，第一接合區段230的截面直徑與第二接合區段240的截面直徑相等或相似，因此提供了截面直徑不變的余留區段452。在余留區段452中形成了接頭250或焊縫。可以在單獨的步驟或在以下描述的隨後的冷成型步驟過程中整平和/或磨光接頭250，因此避免了對額外工作之需求。

圖8示出了限定了軋製方向320的大致長方體形狀的第一平模310。第一平模310包括第一軋製表面330，該第一軋製表面具有一組交替的凹口340和板條350。凹口340和板條350彼此平行並且相對於軋製方向320傾斜45°到80°之間、例如70°的傾斜角。為了在柱體形狀的坯件中形成一個或多個螺旋通道，與第一平模310呈鏡像的第二平模（未示出）佈置在第一平模310附近（在圖8中：在第一平模上方），使得第二軋製表面與第一軋製表面330相對。然後將坯件佈置在第一軋製表面與第二軋製表面之間，並且第二平模相對於第一平模310沿軋製方向移動，使得坯件在第一軋製表面與第二軋製表面之間旋轉或滾動，並且凹口340和板條350在坯件的圓柱形外表面中形成互補的板條和凹口、即一個或多個通道。

圖9示出了在進一步的在中間區段40上、尤其是在縮徑區段60上形成沿縱向方向20延伸的兩個通道410的步驟之後的坯件10或坯件102。在通道410之間形成兩個刃帶415，並且在圓周方向上限制通道410。通道410和刃帶415延伸到過渡區段65中並在余留區段45之前終止。在未示出的實施方式中，通道和刃帶在過渡區段之前終止或延伸到余留區段。通道410均具有螺旋形狀，並且例如使用圖8所示類型的兩個平模來藉由對中間區段40進行冷軋或平模軋製而形成。在未示出的實施方式中，部分或全部通道均具有被定向為平行於縱向方向或相對於縱向方向傾斜的直型形狀。在另外的未示出的實施方式中，在中間區段上形成三個或多個通道，或者僅形成單個通道。

圖10示出了坯件10或坯件102，以及箍縮製尖模具510。中間區段40（部分示出）包括通道410和刃帶415。在前端30，坯件10包括鑽尖520，該鑽尖具有兩個切削刃530。鑽尖520藉由對前端30進行箍縮製尖而形成。在這種箍縮製尖過程中，前端30在箍縮製尖模具510與配合的另一箍縮製尖模具（未示出）之間箍縮。為此，配合的箍縮製尖模具被成形為確定鑽尖520的形狀，例如鑽尖的截面寬度和切削刃530的角取向。每個刃帶415接合一個切削刃530，在縱向方向上沒有偏移。為此，將坯件10進送到箍縮製尖模具之間空間中，其取向為每個刃帶415的端部與要形成的切削刃530處於相同的圓周位置。在未示出的實施方式中，鑽尖藉由對前端進行任何所需的冷成型製程（例如墩鍛、冷軋、平模軋製或模鍛）而形成。

圖11示出了在前端30形成鑽尖520之後的坯件10或坯件102。藉由將前端30的一些材料擠壓到箍縮製尖模具之間的間隙中而形成飛邊540（圖10）。可以在單獨的步驟中或在以下描述的隨後的冷成型步驟過程中去除飛邊540，因此避免了對額外工作之需求。飛邊540較小，因此與比如機加工或切削等已知的產生切屑之方法相反，只會產生很少量的廢料。在所示之實施方式中，形成鑽尖係在形成通道之後進行的。在未示出的實施方式中，在形成鑽尖之後對中間區段進行冷成型以形成通道。可以在冷軋期間容易地去除或磨光在形成鑽尖的過程中產生的毛邊或其他不需要的材料而無需附加步驟。

圖12示出了在進一步的在中間區段40上形成螺紋610的步驟之後的坯件10或坯件102。藉由對中間區段40進行冷軋或平模軋製而形成螺紋610。在形成鑽尖520之後對中間區段40進行冷成型以形成螺紋610，從而容易地去除或磨光在形成鑽尖的過程中產生的任何毛邊。根據未示出的實施方式，形成鑽尖係在形成螺紋之後進行的。如圖12所示，已經形成為自鑽孔螺釘的坯件10或坯件102沿縱向方向具有：具有兩個切削刃530的鑽尖520，具有兩個通道410和兩個刃帶415之縮徑區段60，具有螺紋610的余留區段45，以及具有集成式墊圈56的螺釘頭55。通道410和刃帶415在切削刃530處開始，以將在鑽孔過程中產生的切屑從切削刃運走。避免刃帶415與切削刃530之間出現偏移使得在藉由通道410運送切屑的過程中的切屑的阻塞減少。以此方式，增強了藉由自鑽孔螺釘進行的鑽孔。進一步，通道410與螺紋610重疊。在未示出的實施方式中，螺紋與通道在縱向方向上分隔開或與通道直接鄰接。在另外的未示出之實施方式中，螺釘頭被形成為平頭。

圖13示出了藉由上述方法之一或其組合製造的自鑽孔螺釘103之替代性實施方式。沿縱向方向203，螺釘103包括具有集成式墊圈563的螺釘頭553、螺紋613、在圓周方向上由兩個刃帶416限制的兩個通道413、以及具有兩個切削刃533的鑽尖523。通道413和刃帶416在切削刃533處開始，以將在鑽孔過程中產生的切屑從切削刃533運走。避免刃帶416與切削刃533之間出現偏移使得在藉由通道413運送切屑的過程中的切屑之堵塞減少。以此方式，增強了藉由自鑽孔螺釘進行的鑽孔。此外，通道413和刃帶416均具有延伸至切削刃533之一的螺旋形狀。避免通道413內的任何急劇扭結進一步增強了藉由通道413將這種切屑從基底運走。螺紋613在縱向方向203上與通道413和刃帶416直接鄰接。

圖14示出了藉由上述方法之一或其組合製造的自鑽孔螺釘104之另一個替代性實施方式。沿縱向方向204，螺釘104包括具有集成式墊圈564的螺釘頭554、螺紋614、在圓周方向上由兩個刃帶417限制的兩個通道414、以及具有兩個切削刃534的鑽尖524。通道414和刃帶417在切削刃534處開始，以將在鑽孔過程中產生的切屑從切削刃534運走。避免刃帶417與切削刃534之間出現偏移使得在藉由通道414運送切屑的過程中的切屑之堵塞減少。以此方式，增強了藉由自鑽孔螺釘進行的鑽孔。在縱向方向204上，通道414與螺紋614重疊。此外，通道414和刃帶417均具有延伸至圓形扭結418的螺旋形狀、以及在扭結418與切削刃534之一之間延伸的線性形狀。

如所描述的，藉由僅使用冷成型用於製造方法中的幾何成形製程步驟，可以極大地減小或甚至避免廢料。雖然已經參考本發明之較佳的實施方式描述了本發明，但熟悉該項技術者應當理解，在不脫離本發明之真實精神和範圍之情況下可以做出多種不同改變並且等效物可以取代其元件。此外，可以在不脫離本發明必要傳授內容之情況下做出許多修改以使特定情形或材料適應本發明之傳授內容。

無

下文將參考附圖藉由舉例的方式更詳細地描述本發明。所描述之實施方式僅是可能的構型，然而在該等構型中各個特徵可以彼此獨立地實現或者可以省略。 在附圖中： [圖1]係坯件之側視圖； [圖2]係坯件之側視圖； [圖3]係坯件之側視圖； [圖4]係坯件和箍縮製尖模具之側視圖； [圖5]係坯件之側視圖； [圖6]係兩個坯件之側視圖； [圖7]係坯件之側視圖； [圖8]係軋製模具之立體圖； [圖9]係坯件之側視圖； [圖10]係坯件和箍縮製尖模具之立體圖； [圖11]係坯件之側視圖； [圖12]係自鑽孔螺釘之側視圖； [圖13]係自鑽孔螺釘之側視圖；以及 [圖14]係自鑽孔螺釘之側視圖。

Claims (15)

1. 一種製造鑽頭之方法，該方法包括： a）       提供長形元件，該長形元件限定了縱向方向並且在該縱向方向上具有前端、中間區段、以及與該前端相反的後端； b）      僅藉由冷成型在該前端形成具有切削刃的鑽尖；以及 c）       僅藉由冷成型在該中間區段形成沿該縱向方向延伸的通道。
2. 如請求項1所述之方法，其中，形成該通道包括對該中間區段進行冷軋、或對該中間區段進行平模軋製。
3. 如請求項1或2所述之方法，其中，在形成該鑽尖之後對該中間區段進行冷成型以形成該通道。
4. 如請求項1至3中任一項所述之方法，該方法包括僅藉由冷成型在該中間區段形成縮徑區段，並且在該縮徑區段上形成該通道。
5. 如請求項4所述之方法，其中，形成該縮徑區段包括墩鍛、冷軋、平模軋製、模鍛和箍縮製尖中之至少一種。
6. 如請求項1至5中任一項所述之方法，其中，該通道具有螺旋形狀。
7. 如請求項1至6中任一項所述之方法，其中，形成該鑽尖包括對該前端進行墩鍛、冷軋、平模軋製、模鍛和箍縮製尖中的至少一種。
8. 如請求項1至7中任一項所述之方法，其中，形成該通道包括形成刃帶，該刃帶在圓周方向上限制了該通道，並且其中，該刃帶接合該切削刃。
9. 如請求項8所述之方法，其中，該刃帶具有延伸至該切削刃的螺旋形狀。
10. 如請求項1至9中任一項所述之方法，該方法進一步包括： d）      僅藉由冷成型在該後端形成旋轉驅動部。
11. 如請求項1至10中任一項所述之方法，該方法進一步包括： e）       僅藉由冷成型在該中間區段上形成螺紋。
12. 如請求項11所述之方法，其中，形成該螺紋包括對該中間區段進行冷軋或對該中間區段進行平模軋製。
13. 如請求項11或12所述之方法，其中，在形成該鑽尖之後對該中間區段進行冷成型以形成該螺紋。
14. 如請求項1至13中任一項所述之方法，其中，在步驟a）中提供的長形元件係單片一件式元件。
15. 如請求項1至14中任一項所述之方法，進一步包括： f）       將包括該前端的尖端部分接合或焊接至包括該後端的頭部部分以形成該長形元件。

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