TW202144099A - 用於製造異型桿之方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種用於由一桿狀金屬坯料製造一異型桿之方法，其包括： -    一第一變形步驟，其中將該坯料嵌入在一第一模具配置中，且隨後軸向地壓縮該坯料，以便使坯料材料在該第一模具配置內徑向地移位以在該坯料上形成一第一表面突起結構，及 -    在該第一變形步驟之後的一第二變形步驟，其中將該坯料嵌入在一第二模具配置中，且隨後軸向地壓縮該坯料，以便使坯料材料在該第二模具配置內徑向地移位以在該坯料上形成一第二表面突起結構，其中該第二表面突起結構之至少一區段比該第一表面突起結構更靠近第一端。

Description

用於製造異型桿之方法

本發明係關於一種用於製造異型桿之方法。

US 2581774 A揭示了用於生產閥桿之方法，其中螺紋區段係藉由軸向地壓縮桿狀坯料而形成。

US9266165 B2描述了用於藉由軸向地壓縮鋼筋而向鋼筋提供螺紋之方法。

DE102010011711A1揭示了用於形成螺紋扣件之方法，該等方法包含使衝頭前進至桿狀坯料之一個端面中。

US9475109 B2揭示了用於由空心坯料製造空心錨定件之方法，該空心錨定件在其外表面上具有徑向螺旋狀輪廓。根據US9475109 B2，心軸被導引通過空心坯料之內部開口，且心軸通過坯料之傳遞使坯料之材料向外擠壓成模具，以便形成該輪廓。

EP2156909 B1揭示了用於製造具有徑向外部輪廓之螺釘扣件之方法，其中坯料被插入至多部分對開式鑄模中，該多部分對開式鑄模之制模材料具有形成該外部輪廓之內部造型，其中該等制模材料藉助於徑向引導之力而封閉，以便形成該外部輪廓。

Dörr, Florian之《Beitrag zum Umformfügeprozess einer Welle-Nabe-Verbindung durch Quer-Fließpressen》，2016年，Stuttgart: Institut für Umformtechnik, ISBN: 978-3-946818-02-1，描述了用於通過軸向地壓縮坯料以便使材料徑向地移位（側向衝擊擠壓）而產生軸件-轂連接之不同方法。

US4274276 A描述了用於側向衝擊擠壓之「浮動」模具配置，其中模具以浮動方式配置在上彈簧與下彈簧之間，使得當該配置置放於壓機中時，衝頭及對衝頭兩者可前進至模具中。

本發明之一目標係提供一種用於製造異型桿之方法，該異型桿提供關於可能的桿剖面之特別高的通用性，尤其係以特別低的成本、低的工作量及/或良好的品質。

此目標係藉由如請求項1之方法來達成。附屬請求項涉及本發明之較佳實施例。

本發明提供一種用於由桿狀金屬坯料製造異型桿之方法，桿狀金屬坯料具有第一端、被定位成與第一端相對之第二端，及延伸通過第一端及第二端之縱向軸線，該方法包括： -    第一變形步驟，其中將坯料嵌入在第一模具配置中，且隨後軸向地壓縮坯料，以便使坯料材料在第一模具配置內徑向地移位以在坯料上形成第一表面突起結構，及 -    在第一變形步驟之後的第二變形步驟，其中將坯料嵌入在第二模具配置中，且隨後軸向地壓縮坯料，以便使坯料材料在第二模具配置內徑向地移位以在坯料上形成第二表面突起結構，其中第二表面突起結構之至少一區段比第一表面突起結構更靠近坯料之第一端。

因此，提供了側向擠壓製程。在此類型之製程中，軸向地壓縮配置於模具中之細長坯料，特別係在衝頭與對衝頭之間，以便使坯料材料徑向地移位以在坯料上形成側向表面結構。根據本發明，該製程係多階段的且提供至少兩個逐次變形步驟，亦即：第一變形步驟，其中形成第一表面突起結構；及後續第二變形步驟，其中形成第二表面突起結構，其相對於第一表面突起結構至少部分地軸向地偏移。

此多步驟變形策略係基於以下發現：在側向擠壓製程中，徑向材料流沿坯料之長度常常係非均勻的。舉例而言，歸因於大體上圓柱形坯料之屈曲特性，徑向材料流可能會優先地靠近坯料之端而出現，而坯料之中間中之徑向材料流可能會延遲。因此，與位於坯料之中間中之表面突起結構相比，被定位成靠近坯料之端之表面突起結構趨向於在製程期間較早地形成。因此，為了完全形成位於坯料之中間中之表面突起結構，有必要將材料饋入經過被定位成靠近端之表面突起結構，其在此時已經顯現。就此而言，此會在被定位成靠近端之表面突起結構處造成顯著的剪切，鑒於製造品質及/或材料性質，該剪切可能係不當的。

鑒於此情形，提出了一種多步驟變形策略，其中在後續步驟中顯現表面結構之縱向範圍。因為在每一變形步驟中形成相對短的區段，所以可以特別有效的方式提供特別均勻的材料流，且因此可有效地避免沿已存在的表面結構之軸向材料饋入。就此而言，此可減少製造期間之剪切且因此產生特別良好的製造品質及/或材料性質。

貫穿此文件，在使用術語「軸向地」、「徑向地」及「周向地」之任何地方，該等術語尤其應係指坯料之縱向軸線。

所使用之側向擠壓製程提供特別高的通用性，此係因為：與滾軋製程對比，可獲得之表面剖面不限於可顯現之表面。

詳言之，異型桿可為錨桿，諸如螺紋桿或意欲以化學方法錨定之錨桿。坯料可較佳地為大體上圓柱形，特別係具有圓形基底之圓柱形。第一表面突起結構及/或第二表面突起結構形成於坯料之側向表面上。第一表面突起結構較佳地為單一相連突起部，但亦可包括若干非相連區段。第二表面突起結構可為單一相連突起部，但可較佳地包括若干非相連區段。輔助突起部亦可在第一變形步驟及/或第二變形步驟中形成，諸如切割邊緣。

有可能在第二變形步驟中進一步使第一表面突起結構變形。在此情況下，第二模具配置可具有用於收納第一表面突起結構之支撐空穴，支撐空穴有意地不完全對應於第一表面突起結構之輪廓。替代地，第一表面突起結構可在第二變形步驟中保持大體上不變，尤其係藉由提供緊密配合支撐空穴。

第二表面突起結構之至少一區段被定位成比第一表面突起結構更靠近坯料之第一端，亦即，第二表面突起結構相對於第一表面突起結構至少部分地軸向地偏移，亦即，朝向第一端。

尤其較佳的是，第二表面突起結構之至少部分與第一表面突起結構之至少部分相連。較佳地，第二表面突起結構與第一表面突起結構相連。因此，各別表面突起結構始終以不間斷的序列接觸或合併。此可提供特別高的形狀多樣性。舉例而言，相連螺紋結構可由被視為在一起之第一表面突起結構及第二表面突起結構提供。

根據本發明之另一較佳實施例，第二表面突起結構之第一區段比第一表面突起結構更靠近第一端，且第二表面突起結構之第二區段比第一表面突起結構更靠近第二端。因此，第二表面突起結構在第一表面突起結構之兩側上軸向地延伸。此可允許特別有效地製造延伸之結構。

較佳地，在第一變形步驟中，藉由使第一端及第二端兩者相對於第一模具配置同時前進而軸向地壓縮坯料，及/或在第二變形步驟中，藉由使第一端及第二端兩者相對於第二模具配置同時前進而軸向地壓縮坯料。因此，坯料之兩端相對於各別模具配置同時移動，此可進一步改良均勻性並減少剪切。可藉由提供作用於第一端之衝頭及作用於第二端之對衝頭來達成坯料之兩端相對於各別模具配置的移動，其中衝頭及對衝頭兩者相對於各別模具配置移位。詳言之，可使用浮動模具系統，其允許在壓機配置中同時前進。坯料之第一端及第二端在各別變形步驟中朝向彼此前進。

如前所暗示，第一表面突起結構及第二表面突起結構可構成至少一個螺旋狀螺紋結構。因此，可以特別通用的方式製造螺紋桿。諸如切割元件之額外功能元件可在第一變形步驟中及/或在第二變形步驟中形成。

尤其較佳的是，材料流在各別變形步驟中至少部分地被徑向地向外引導。因此，尤其較佳的是，在第一變形步驟中，軸向地壓縮坯料，以便使坯料材料在第一模具配置內徑向地向外移位，及/或在第二變形步驟中，軸向地壓縮坯料，以便使坯料材料在第二模具配置內徑向地向外移位。此允許例如製造外部螺紋桿或外部結構化錨桿。詳言之，坯料可為實心的。

然而，亦有可能的是，坯料為空心的。若使用空心坯料，則材料流亦可在各別變形步驟中至少部分地被徑向地向內引導。因此，可規定，在第一變形步驟中，軸向地壓縮坯料，以便使坯料材料在第一模具配置內徑向地向內移位，及/或在第二變形步驟中，軸向地壓縮坯料，以便使坯料材料在第二模具配置內徑向地向內移位。

詳言之，坯料可由鋼組成。此材料可特別適合於錨定目的及/或特別適合於側向擠壓製程。

較佳的是，該方法包括螺釘頭形成步驟，其在第一變形步驟及第二變形步驟之後，且其中在坯料上形成螺釘頭。因此，在坯料上形成螺釘頭，但僅在第一變形步驟及第二變形步驟完成之後。此序列考慮到，螺釘頭之存在可能會妨礙變形步驟中之軸向壓縮，且因此，螺釘頭形成步驟在此等步驟之後。此可進一步減少製造工作量及/或允許特別容易的模具設計。螺釘頭可例如為六角頭。然而，本發明亦可用於製造具有例如凹口驅動件之無頭螺釘。

當藉由側向衝擊擠壓來形成螺紋，特別係使用所描述之序列時，此將在流線中變得明顯。因此，本發明亦係關於一種較佳地根據所描述之方法而製造之螺釘，其具有至少一個螺紋，其中在包含螺釘之縱向軸線的螺紋之至少一個截面平面中，螺紋之所有流線相對於螺釘之縱向軸線為嚴格凸形。嚴格凸形尤其係暗示其並不包含凹性。

下文參考較佳例示性實施例更詳細地闡釋本發明，此等實施例在隨附圖式中被示意性地描繪。在本發明之範疇內，下文所呈現之例示性實施例之個別特徵可個別地或以任何組合被實施。

圖1至圖11示出例示性製造方法之連續步驟。在圖1所示出之第一步驟中，提供細長桿狀坯料5。詳言之，坯料5為大體上圓柱形且可為一根導線。坯料5由金屬，特別係鋼組成。

坯料5包括第一端51及第二端52，其中第一端51與第二端52相對地位於坯料5上。坯料5另外包括縱向軸線59，該縱向軸線穿過第一端51及第二端52兩者。在本實施例中，坯料5係實心的，亦即，無內部空穴。

在圖2及圖3所示出之第一變形步驟，坯料5配置於第一模具配置10中，使得第一模具配置10以環形方式環繞坯料5之側向表面，如圖2所展示。第一模具配置10具備第一空穴31，該第一空穴意欲在坯料5被軸向地（相對於其縱向軸線59）壓縮時收納坯料材料。當坯料5如所預期而嵌入在第一模具配置10中時（亦即，當第一模具配置10以環形方式環繞坯料5時），第一空穴31自坯料5徑向地向外（相對於縱向軸線59）突出。在本實施例中，第一空穴31為螺旋狀且具有內螺紋之形式。

如圖3所展示，坯料5接著被軸向地（相對於縱向軸線59）壓縮。詳言之，藉由使第一端51及第二端52兩者相對於第一模具配置10移位至第一模具配置10中而軸向地壓縮坯料5。此係藉助於作用於第一端51之衝頭61及作用於第二端52上之對衝頭62來達成，其中衝頭61及對衝頭62兩者相對於第一模具配置10移位。可使用與圖12所展示且下文更詳細地所描述之浮動模具系統類似的浮動模具系統來達成衝頭61及對衝頭62兩者至第一模具配置10中之同時前進。

坯料5之所提及軸向壓縮使坯料材料移位且遠離縱向軸線59徑向地向外流動至第一空穴31中。以此方式，第一表面突起結構1形成於坯料5之側向表面上。第一表面突起結構1在幾何上對應於第一空穴31，且因此，第一表面突起結構1在本實施例中為螺旋狀外螺紋區段。所得坯料5在圖4中示出。

在第一變形步驟之後且在圖5及圖6中示出之第二變形步驟中，坯料5配置於第二模具配置20中，使得第二模具配置20以環形方式環繞坯料5之側向表面，如圖5所展示。第二模具配置20具備用於收納第一表面突起結構1之支撐空穴38。第二模具配置20另外具備第二空穴32，該第二空穴意欲在坯料5被軸向地（相對於其縱向軸線59）壓縮時收納坯料材料。當坯料5如所預期而嵌入在第二模具配置20中時（亦即，當第二模具配置20以環形方式環繞坯料5時），支撐空穴38及第二空穴32自坯料5徑向地向外（相對於縱向軸線59）突出。

如圖6所展示，坯料5接著被軸向地（相對於縱向軸線59）壓縮。詳言之，藉由使第一端51及第二端52兩者相對於第二模具配置20移位至第二模具配置20中而軸向地壓縮坯料5。此係藉助於作用於第一端51上之衝頭61及作用於第二端52上之對衝頭62來達成，其中衝頭61及對衝頭62兩者相對於第二模具配置20移位。可使用與圖12所展示且下文更詳細地所描述之浮動模具系統類似的浮動模具系統來達成衝頭61及對衝頭62兩者至第二模具配置20中之同時前進。

坯料5之所提及軸向壓縮使坯料材料移位且遠離縱向軸線59徑向地向外流動至第二空穴32中。以此方式，第二表面突起結構2形成於坯料5之側向表面上。第二表面突起結構2在幾何上對應於第二空穴32。

第二空穴32包括兩個螺旋狀區段且在第一空穴31之兩側上延伸，亦即，支撐空穴38軸向地嵌入在第一空穴31中。因此，第二表面突起結構2具有被定位成比第一表面突起結構1更靠近坯料5之第一端51的螺旋狀第一區段2'，以及被定位成比第一表面突起結構1更靠近坯料5之第二端52的螺旋狀第二區段2''。換言之，第二表面突起結構2在第一表面突起結構1之兩側上軸向地延伸。在本實施例中，第二空穴32之兩個區段均為螺旋狀且具有內螺紋之形式。第一空穴31及第二空穴32經設定尺寸使得第一表面突起結構1及第二表面突起結構2形成相連螺旋狀螺紋結構。

支撐空穴38經設定尺寸使得當坯料5插入至第一模具配置10時，該支撐空穴緊貼第一表面突起結構1。替代地，支撐空穴38可至少區域性地大於第一表面突起結構1，使得第一表面突起結構1在第二變形步驟中進一步變形。

由第二變形步驟產生之坯料5在圖7中示出。

本實施例包含圖8及圖9中所示出之第三變形步驟。第三變形步驟類似於第二變形步驟，其中在第三變形步驟中，使相連螺旋狀螺紋結構進一步朝向坯料之第一端51及第二端52延伸。由第三變形步驟產生之坯料5在圖10中展示。

最後，在螺釘頭形成步驟中，例如藉由對坯料5進行鍛粗，在坯料5之第一端51上形成螺釘頭58，如圖11所展示。

圖12展示可用於圖1至圖11所示出之方法之浮動模具系統。在此類浮動模具系統中，各別模具配置（例如第一模具配置10或第二模具配置20）既相對於意欲作用於坯料5之第一端51的衝頭61又相對於意欲作用於坯料5之第二端52的對衝頭62為彈簧懸置的。若衝頭61朝向對衝頭62前進，則彈簧懸置將使此移動變換成衝頭61及對衝頭62兩者至各別模具配置10或20中之同時移動（亦如US4274276中所描述）。

在先前實施例中，坯料5係實心的，亦即，無內部空穴。然而，亦有可能使用空心坯料5。在此情況下，各別模具配置10或20可包含支撐心軸66，該支撐心軸在第一變形步驟及/或第二變形步驟期間插入至空心坯料5中。支撐心軸66可為大體上圓柱形，如圖13所展示，或其可包括分別用於形成內部第一表面突起結構1或內部第二表面突起結構2的第一空穴31或第二空穴32之至少區段，如圖14所展示。因此，亦可藉助於所描述之方法製造內螺紋結構。

用以製造螺紋之方法可自金屬材料之流線判定。圖15至圖18示意性地展示在每一情況下在包含螺釘90之縱向軸線99的螺紋91之例示性截面平面中的螺釘90之橫截面，該等螺釘各自具有分別藉由不同方法而製造之螺紋91。

在圖15之情況下，螺紋91已藉由切割而製造，且在截面平面中螺紋91之所有流線95大體上平行，尤其係平行於螺釘90之縱向軸線99。

在圖16之情況下，螺紋91已藉由滾軋而製造。在此情況下，在截面平面中螺紋91之一些流線95相對於螺釘90之縱向軸線99為大體上凸形。然而，靠近螺紋91之頂部的一些流線95具有某一凹性，且因此相對於螺釘90之縱向軸線99不為嚴格凸形。

在圖17及圖18之情況下，螺紋91已藉由側向衝擊擠壓而製造，亦即，藉由軸向地壓縮坯料，以便使坯料材料徑向地移位以得到螺紋91。在此情況下，在截面平面中螺紋91之所有流線相對於螺釘90之縱向軸線99為嚴格凸形，其中該等流線可對稱（參見圖17）或亦傾斜（參見圖18），此取決於諸如摩擦、螺距、幾何形狀及/或其他者之製程細節。

無

[圖1至圖11]示出製造方法之連續步驟。

[圖12]示出可在圖1至圖11之方法之一個或多個變形步驟中使用的浮動模具系統。

[圖13及圖14]示出應用於空心桿狀坯料5之替代變形步驟。

[圖15至圖18]展示在每一情況下在包含螺釘之縱向軸線之截面平面中通過以不同方式製造之螺釘的截面圖，該等螺釘各自具有螺紋。

Claims (9)

1. 一種用於由一桿狀金屬坯料（5）製造一異型桿之方法，該桿狀金屬坯料具有一第一端（51）、被定位成與該第一端相對之一第二端（52），及延伸通過該第一端（51）及該第二端（52）之一縱向軸線（59），該方法包括： -    一第一變形步驟，其中將該坯料（5）嵌入在一第一模具配置（10）中，且隨後軸向地壓縮該坯料（5），以便使坯料材料在該第一模具配置（10）內徑向地移位以在該坯料（5）上形成一第一表面突起結構（1），及 -    在該第一變形步驟之後的一第二變形步驟，其中將該坯料（5）嵌入在一第二模具配置（20）中，且隨後軸向地壓縮該坯料（5），以便使坯料材料在該第二模具配置（20）內徑向地移位以在該坯料（5）上形成一第二表面突起結構（2），其中該第二表面突起結構（2）之至少一區段（2'）比該第一表面突起結構（1）更靠近該坯料（5）之該第一端（51）。
2. 如請求項1之方法，其特徵在於該第二表面突起結構（2）之至少部分與該第一表面突起結構（1）之至少部分相連。
3. 如請求項1或2之方法，其特徵在於該第二表面突起結構（2）之一第一區段（2'）比該第一表面突起結構（1）更靠近該第一端（51），且該第二表面突起結構（2）之一第二區段（2''）比該第一表面突起結構（1）更靠近該第二端（52）。
4. 如請求項1至3中任一項之方法，其特徵在於 -    在該第一變形步驟中，藉由使該第一端（51）及該第二端（52）兩者相對於該第一模具配置（10）同時前進而軸向地壓縮該坯料（5），且 -    在該第二變形步驟中，藉由使該第一端（51）及該第二端（52）兩者相對於該第二模具配置（20）同時前進而軸向地壓縮該坯料（5）。
5. 如請求項1至4中任一項之方法，其特徵在於 -    該第一表面突起結構（1）及該第二表面突起結構（2）構成至少一個螺旋狀螺紋結構。
6. 如請求項1至5中任一項之方法，其特徵在於 -    在該第一變形步驟中，軸向地壓縮該坯料（5），以便使坯料材料在該第一模具配置（10）內徑向地向外移位，且 -    在該第二變形步驟中，軸向地壓縮該坯料（5），以便使坯料材料在該第二模具配置（20）內徑向地向外移位。
7. 如請求項1至6中任一項之方法，其特徵在於該坯料（5）由鋼組成。
8. 如請求項1至7中任一項之方法，其特徵在於該方法包括一螺釘頭形成步驟，其在該第一變形步驟及該第二變形步驟之後，且其中在該坯料（5）上形成一螺釘頭（58）。
9. 一種較佳地根據如請求項1至8中任一項之方法而製造之螺釘（90），其具有至少一個螺紋（91），其特徵在於在包含該螺釘（90）之縱向軸線（99）的該螺紋（91）之至少一個截面平面中，該螺紋（91）之所有流線相對於該螺釘之該縱向軸線（99）為嚴格凸形。

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