專利名稱：手動工具,特別是一種螺紋工具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種手動工具，特別是涉及一種螺紋工具，以及優(yōu)選是涉及一種螺絲刀或一種扳手，并且還涉及一些鉗子、夾緊工具或銼刀，它們的工作面上都加工有凹部。
本發(fā)明還涉及一種對上述類型工具的工作面的外形進行加工的方法。
德國的實用新型專利DE9500780.2U1披露了這種類型的一種工具。該實用新型描述了一種用于十字頭螺釘的螺絲刀刀頭，其中，工作面的外形加工成線性形狀，其上交替地形成有一些凹部和凸起。形成有一個溝槽輪廓，該溝槽輪廓具有位于該溝槽側面的肋條。在生產這種螺絲刀刀頭的過程中，首先；用模壓出全部肋條。隨后，對該工具進行淬火。在淬火過程中對表面產生的影響也會對肋條產生影響。在工具脆性過高的情況下，其中較硬的肋條從較硬的主體上凸出，那么就會產生過度的切口效應。要避免這種情況只能將表面硬度設置的低一些。不過，這會使得肋條相對較軟，而較軟的肋條隨后會迅速地受到磨損。在本文中，人們要面對的問題，一方面是，肋條要耐磨就使得工具脆性過高，而另一方面，要避免工具整體脆性就會導致肋條較軟，而肋條較軟就會遭受磨損。
因此，現有技術還采用了其他方法來增加螺絲刀刀頭的表面粗糙度。例如，DE4029734A1以及EP0521256A2披露了在工作面上涂上一些摩擦材料微粒。GB950544以及DE19720139C1披露一種對表面外貌進行加工和和涂層的組合方式。
本發(fā)明基于這樣一種目的，即提供一種通用類型的工具，尤其是具有較低脆度和較硬肋條的工具，以及提供一種用于生產該工具的方法。
通過在權利要求書中描述的本發(fā)明來實現該目的。
權利要求1給出了該工具的采用能量進行輻射的工作表面，輻射采用這樣一種方式進行，即形成具有隆起的邊緣肋條的凹部。使得接近該表面的區(qū)域熔化，該熔融體固化后形成位于邊緣處的肋條。該操作在進行熱處理后實施而不會有問題，例如坯料的淬硬。在熱處理的過程中采用一種適當的方法使得坯料具有適當的剛度，從而降低材料的脆度。然后，優(yōu)選地是采用一種激光對該堅硬的芯部材料進行輻射，僅僅在溝槽區(qū)域而不是在中間區(qū)域產生局部表面硬化。該熔融體自身淬火。與材料的淬硬相應，表面的三維結構，尤其是其表面形態(tài)也會變化。具體是形成一些帶有邊緣肋條的溝槽一樣的凹部。這些具有相對較硬材料的溝槽嵌在具有較軟材料的周圍區(qū)域中。所生產的肋條具有較高的耐磨性，另一方面在一個沿著表面垂直方向的壓力施加在其上時能彈性地貫穿到芯部材料中。而且，根據本發(fā)明的方法的優(yōu)點在于，凹部的幾何形狀實際上可以選擇采用任何理想的方式。優(yōu)選的是，所生產的邊緣肋條具有額外的硬度。當人們采用以這種方式進行外貌加工過的螺紋工具旋擰螺紋時，這些肋條就能壓進螺紋結合開口的側壁中，使得工具咬進該螺釘中。如果是鍍鋅螺釘的話，尤其要申明將曲肋插入螺釘頭中。優(yōu)選是采用特別是一種聚焦激光實施輻射操作。這種外形加工方式也適用于銼削。
不過，還可以想象到使得激光束加寬并使其越過工件結合面的區(qū)域。因此，將金屬表面加熱超過其熔點，并以較高的溫度梯度突然進行冷卻。該表面由于金屬的熔化和蒸發(fā)的相關效應而變的粗糙。通過施加較高能量而形成突然冷凍的形態(tài)還會導致表面的硬化。通過激光輻射作用后的肋條/凹部結構的硬度，大于周圍區(qū)域的材料的硬度，且這些結構被彈性地支承著。
可以將激光直接作用在工具的鋼質主體上，但是，還可以考慮采用電子沉積的方式來預先涂上一層金屬涂層。外貌加工工藝還可以采用兩個步驟來進行。例如，可以通過對整個區(qū)域采用激光輻射而首先使得整個表面變的粗糙。隨后，采用一種聚焦激光束來形成一種線性結構。還可以省掉第一步。采用聚焦激光束形成線性結構伴隨有溝槽的形成，該溝槽采用堤岸一樣的邊緣確定。這些堤岸一樣的邊緣凸出于工件結合面的表面之上，并形成堅硬且粗糙工件結合型面?，F已發(fā)現，尤其是采用電子沉積方式將金屬涂層涂附到暴露在激光下的表面區(qū)域上時，金屬涂層會被制作的更緊密?，F已證明，采用鎳作為金屬涂層更為有利。如果將微粒硬質材料尤其是金剛石碎屑嵌于鎳金屬涂層中時尤其有利。采用激光還能使得這些金剛石碎屑更牢固地固定在這種金屬基質中。激光的施加時的強度和時間是這樣的，即采用這種方式生產的外形加工過的區(qū)域，相對于包圍著該區(qū)域的外形未加工過的工件結合面設置得略微有些靠后。產生這種外形加工的激光束的方向可以直接垂直指向該表面。然而，也可以確定成銳角方向。這就確保設置得靠后的區(qū)域的邊緣側翼以銳角伸出進入工件結合面中。激光束的焦點以寫入方式在該表面上移動。在該焦點處，鋼質基材或已經涂附在該鋼質基材上的鎳-磷涂層在一些區(qū)域熔化。從而產生材料轉化。局部熔化的鋼質材料形成硬化的微觀結構。局部熔化的鎳-磷層通過熔接與鋼質基體相連。這種類型的外形加工對于具有十字型斷面的螺絲刀刀頭的工作面尤其有利。輪廓線沿著旋轉方向傾斜延伸，從而抵消凸輪脫出(cam-out)效果。工具插入螺釘開口。而且，溝槽的形狀防止其填充有磨蝕材料。其起到容屑槽的作用。
在根據本發(fā)明施加高能尤其是聚焦光束時，工具的表面在光束的焦點區(qū)域快速地局部熔化。這種局部熔化可以采用光例如激光束或電子束或濺射方式發(fā)生。表面的這種僅僅在局部的且實際上為自發(fā)的局部熔化，將在材料中導致非常高的溫度梯度。這樣的結果就是在將能量的供應撤掉后，即作為激光束向前移動的結果，熔融體就會立即固化。在熔化過程中作用的動力在熔融體內形成向后者的邊緣方向的流動。結果，這就形成一些奔向邊緣的波紋。該工藝應以這樣一種方式進行引導，即盡管這種波紋能夠獲得盡可能陡的側翼，但是其并不會斷開。因此，在波紋具有其最佳側翼形時，就必須立即終止施加能量。當這種極其快速的能量供給結束時，熔融體立即固化。結果，固化的熔融體就獲得了較高的硬度。該硬度會比62HRC還高。該硬度可能在64與66HRC之間。在非常相似的結構下，該結構的厚度大約為50μm，坯料由于加熱而回火。因此那兒的材料變軟。因此較硬的材料較好地埋植在較軟的區(qū)域內。較軟的區(qū)域的硬度增加直到其達到基材的硬度為止。
下面將參照附圖對本發(fā)明的示例性實施例進行解釋，附圖中

圖1表示帶有采用激光進行外形加工的工作尖端的螺絲刀；圖2表示該工作尖端；圖3表示工件結合面的一個局部視圖；圖4表示用于第二示例性實施例的與圖3中所示局部視圖對應的視圖；圖5表示本發(fā)明的第三示例性實施例，以透視方式詳細地圖示出變粗糙后的表面；圖6表示與圖5中的表面對應的經過外形加工后的視圖7表示本發(fā)明的示例性實施例，其中工作面形成非常相似(well-like)的溝槽，該溝槽彼此交叉；圖8表示成型較好的溝槽的橫斷面圖；圖9表示本發(fā)明的另一個示例性實施例，其中凹部成一種彈坑形；圖10用圖解的方式描繪出厚度為50μm的固化后的熔融體的典型硬度曲線以及厚度為30μm回火區(qū)域的連接；圖11表示本發(fā)明的另一個示例性實施例，其中該工具是一種帶有扁平刀片的螺絲刀；圖12表示本發(fā)明的另一個示例性實施例，其中螺旋工具類似螺絲刀，但是在該情況中，刀刃為多邊形，而且該多邊形面是采用激光束進行外形加工而成的；圖13表示本發(fā)明的另一個示例性實施例，其中該工具是一種銼刀；圖14表示鋸齒環(huán)鉗子的工作尖端；圖15表示鋸齒環(huán)鉗子的工作尖端的變化形式；以及圖16用圖解方式描繪例如一種鉗子、夾緊工具或扳手的夾爪(Jaw)，該夾爪按照本發(fā)明進行外形加工出凹部。
圖1和2中所示的例示性實施例為螺絲刀，該螺絲刀具有手柄1和刀片2。在其末端，該刀片2具有工作尖端3。該工作尖端3形成一工件結合面8。在該示例性實施例中，后者成十字型。多道平行的激光束經過該工件結合面8產生多條線性輪廓條紋6，這些條紋彼此平行延伸。在鋼質芯部4上涂上金屬涂層5的作用是增加材料的強度。材料的強度在材料的結合型面6的區(qū)域內的這種增強伴隨有表面硬度的增加，其增加量大約100％。施加有能量的區(qū)域6相對于包圍著該區(qū)域的未施加能量的區(qū)域形成得略微靠后一些。施加激光束導致熔融體順著激光束的路徑形成。由于熔融體相對于該坯料具有非常高的溫度梯度，因此熔融體會迅速地冷卻。因此固化的溝槽具有比包圍該溝槽的材料高得多的硬度。最好對聚焦激光束這樣進行導引和定向，即熔融體在其邊緣以堤岸的方式上升，從而以這種方式形成退火邊緣肋條。用于這種波紋的材料源于位于這兩道波紋之間的凹部。優(yōu)選的是該邊緣肋條通過熔融體中的熱動力學導致的流體運動形成，以這樣的方式即該材料從熔融體的中心向邊緣分開流動，以便在該邊緣處固化。
采用聚焦激光束施加能量。所使用的激光束源可以是一種寫入激光器，尤其是一種二極管激光器，該激光器能夠在較高的輸出功率下工作。在圖3所示的示例性的實例中，鋼質芯部4支承著金屬涂層5，該涂層為磷化鎳涂層。用寫入動作在該表面上引導的激光束不但使涂層5產生局部的部分熔化，而且使得鋼質主體4的毗連區(qū)域產生部分熔化。隨后突然使該熔融體固化。在該過程中，一種細長的彈坑形成溝槽9的形狀，溝槽9具有兩個堤岸一樣的邊緣10，邊緣10凸出于金屬涂層5的表面之上。這就導致該表面變得粗糙，局部熔化并突然冷卻的材料具有較高的硬度。該材料是無定形的馬氏體。
在圖4所示的示例性實施例中，額外地將金剛石碎屑7引入鎳涂層5中，并在一些區(qū)域凸出到涂層的表面上方。借助于聚焦激光束的局部加熱也形成了一種線性輪廓條紋6。輪廓條紋6形成帶有側邊緣波紋10的溝槽9，側邊緣波紋凸出于該表面的上方。在局部施加能量的過程中，不僅金屬材料部分熔化，而且金屬材料還會蒸發(fā)。在該工藝中在一些區(qū)域中被施加能量的金剛石碎屑經受相變。其在邊緣處氧化成這種方式，即它們形成一種圓形結構。位于輪廓條紋6區(qū)域內的金剛石碎屑7′隨后不再凸出于表面之上。
在圖5所示的示例性實施例中，鋼質芯部4上沒有涂層。其表面暴露在一種二極管激光器下。表面區(qū)域11由于這種暴露而局部熔化。在該工藝過程中形成的氣泡由于突然固化而冷凍就位，導致粗糙度增加。
在圖6所示的示例性實施例中，按照圖5已進行預處理后的鋼質芯部表面11通過聚焦激光束的寫入作用進行處理。在該工藝過程中，在表面上形成線性結構。鋼質主體4的表面材料在一些區(qū)域局部熔化并向邊緣移動，從而在溝槽9的兩側形成象堤岸一樣的凸出于表面11之上的結構10。
尤其如從圖1和2中能看到的那樣，優(yōu)選的施加區(qū)域是螺絲刀的工作尖端。最好該線性結構傾斜地形成。隨后將螺紋尖端的結合表面插入螺釘頭部。這能抵消凸輪脫出(cam-out)效果。溝槽不會被螺釘頭上磨掉下的金屬所堵塞住。其起的作用和容屑槽一樣。
尤其有利的是，隨著表面局部變硬，局部變得粗糙。
在處理工作尖端之前，可以對整個刀片進行鍍鉻處理。再通過激光束處理將鉻從工作尖端上完全去掉，或將鉻從有些區(qū)域去掉，使得工作尖端具有使其區(qū)別于刀片其他部分的色彩。
該溝槽的形狀、溝槽的方向以及溝槽的結構可以與螺紋工具的力輸出輪廓相匹配。例如，該溝槽可以形成一種菱形。其可以以魚骨形方式延伸。但是，其還可以橫向或平行于刀片的延伸方向延伸。相反，當表面結構受到模壓時，對溝槽的形狀和輪廓幾乎沒有任何限制，因為沒有脫模的問題。
溝槽的堤岸一樣的邊緣相對于工件結合面的略微凸起，還造成螺紋工具固定在螺釘的開口中，因為由于堤岸結構而使得存在一定程度的尺寸過大。已經置于螺紋工具上的螺釘能固定在那兒而不需要額外的力，例如磁力等。
圖7表示本發(fā)明的另一個示例性實施例。在該情況下，帶有邊緣肋條的凹部借助于聚焦激光束形成。但是，在此情況下，溝槽形的凹部彼此交叉，從而在交叉點處四個凸起形成于邊緣肋條區(qū)域內。
圖8表示側翼的輪廓。邊緣肋條的側翼相對較陡。邊緣肋條是由于在施加能量時產生的波紋形成的。該波紋剛好在其斷開之前固化。
在圖9所示的示例性實施例中，僅有工作面的某些點暴露在激光束下，從而產生環(huán)形邊緣肋條。
圖10表示典型的硬度曲線。該硬度以洛氏硬度單位給出。在厚度為0-50μm的范圍內其硬度基本上是不變的。該范圍與固化熔融體一致。此處的硬度通常為65HRC。厚度為50-80μm的范圍為固化熔融體之下的回火區(qū)域。在該示例性實施例中的連接坯料的硬度為60HRC。由于回火，在回火區(qū)域內的硬度大約為50HRC到60HRC。
圖11中的示例性實施例為帶有扁平尖端的螺絲刀。在位于扁平尖端3的后面的區(qū)域中，形成一扁平區(qū)域15，其上形成有經過外形加工而成的輪廓條紋6。扁平區(qū)域15可用作去除材料的切削加工。該結構意味著一種工具可以用來旋擰螺紋和銼削。
類似的切削加工可以采用圖12中所示的示例性實施例來進行。在這種情況下，刀片具有一個成角度的尤其是方形橫斷面的外形。在這種情況下，多邊形表面12上形成有一些輪廓條紋，這些條紋平行延伸并相對于刀片的延伸方向傾斜定向。它們形成一種肋條結構，從而這些扁平表面起到銼刀的作用。尖端3在該區(qū)域采用肋條成形。
圖13中的示例性實施例是一種銼刀。銼刀的刀片也采用上述方式進行外形加工而成。該圖中所示的工具的特征為銼刀刀片為L形。平坦的凹形表面上覆蓋有一些輪廓條紋6。此外，在頂點處有一狹窄的表面15。該表面同樣通過激光輻射形成有用于去除碎屑的肋條6。采用該工具，就能在一次操作中除去毛邊。刀片與具有手柄的桿14相連。
圖14中的示例性實施例表示鋸齒環(huán)鉗子的尖端16。該鉗子的兩個工作尖端成錐形延伸。在這種情況下，平行于該錐體的軸線，尤其是對面向外的側面進行外形加工6，防止工作尖端滑出鋸齒環(huán)的開口。
圖15表示一種變化形式。在這種情況下，輪廓區(qū)域6形成一種彼此間具有軸向間距的圓環(huán)。
圖16表示一個夾爪(Jaw)17，該夾爪根據本發(fā)明進行外形加工而成。該夾爪可與鉗子相結合。鉗子具有兩個彼此面對的夾爪，且這兩個夾爪每個上都通過外形加工有彼此交叉的輪廓線。但是，該夾爪還可以安裝到一種夾鉗上。扳手的夾爪開口也可以有相同的結構。
尤其是，可以提供這種夾爪，以便安裝到一種可調節(jié)的螺紋工具上，例如安裝到一種活動扳手上。
所披露的所有特征固有的從屬于本發(fā)明。所披露的相關的/附屬的現有技術文件(在先申請的副本)其整體在此被結合到本申請的公開內容中，為此，將這些文獻的特征部分結合到本申請的權利要求書中。
權利要求
1.一種手動工具，尤其是一種螺紋工具或一種扳手以及鉗子、夾緊工具或銼刀，其具有一個或多個形成有凹部的工作面，其特征在于，這些凹部采用高能輻射制成并且具有邊緣肋條。
2.如前述一個或多個權利要求、尤其是前述權利要求所述的手動工具，其特征在于，彼此相對的邊緣肋條(10)是一種熔融體的邊緣，該熔融體立即固化形成一種非常相似的結構。
3.如前述一個或多個權利要求、尤其是前述權利要求所述的手動工具，其特征在于，該非常相似的結構的厚度大約為50μm。
4.如前述一個或多個權利要求、尤其是前述權利要求所述的手動工具，其特征在于，該非常相似的結構的硬度要比包圍該結構的工作面區(qū)域的硬度高，并且具體是該結構的硬度大于62HRC，優(yōu)選在64-66HRC之間。
5.如前述一個或多個權利要求、尤其是前述權利要求所述的手動工具，其特征在于，有一個位于該非常相似的結構之下的較軟材料的回火區(qū)域，并且其硬度隨著深度的增加而上升，一直到其達到基材的硬度為止，優(yōu)選為50-60HRC。
6.如前述一個或多個權利要求、尤其是前述權利要求所述的手動工具，其特征在于，回火區(qū)域的厚度大約為30μm。
7.如前述一個或多個權利要求、尤其是前述權利要求所述的手動工具，其特征在于，在一金屬涂層(5)上進行外形加工。
8.如前述一個或多個權利要求、尤其是前述權利要求所述的手動工具，其特征在于，該金屬涂層為通過電子沉積方式涂覆的鉻層或鎳層或磷化鎳層。
9.如前述一個或多個權利要求、尤其是前述權利要求所述的手動工具，其特征在于，將硬質材料微粒(7)(金剛石)尤其是金剛石碎屑，引入金屬層(5)中。
10.如前述一個或多個權利要求、尤其是前述權利要求所述的手動工具，其特征在于，該凹部形成粗糙度，該粗糙度通過材料的部分蒸發(fā)和相變而形成。
11.如前述一個或多個權利要求、尤其是前述權利要求所述的手動工具，其特征在于，凹部成多個溝槽(9)的形狀，該溝槽緊鄰于另一個延伸，且具有向堤岸一樣的邊緣(10)。
12.如前述一個或多個權利要求、尤其是前述權利要求所述的手動工具，其特征在于，溝槽彼此交叉。
13.如前述一個或多個權利要求、尤其是前述權利要求所述的手動工具，其特征在于，由該堤岸限定的凹部形成的輪廓線，基本上在其整個線性寬度范圍內，其表面硬度大約為結合面的未進行外形加工區(qū)域的硬度的兩倍。
14.如前述一個或多個權利要求、尤其是前述權利要求所述的手動工具，其特征在于，該凹部為彈坑形的單獨的凹部。
15.如前述一個或多個權利要求、尤其是前述權利要求所述的手動工具，其特征在于，該工作面(8)為螺紋工具的刀片(2)的工作尖端(3)。
16.如前述一個或多個權利要求、尤其是前述權利要求所述的手動工具，其特征在于，有一與螺絲刀的工作尖端毗連的表面，該表面尤其是形成一種平坦面，并在其上設有輪廓條紋。
17.如前述一個或多個權利要求、尤其是前述權利要求所述的手動工具，其特征在于，該平坦面為有槽螺絲刀的靠近尖端的平坦部分。
18.如前述一個或多個權利要求、尤其是前述權利要求所述的手動工具，其特征在于，該平坦面是一種多邊形刀片(2)的一個多邊形面。
19.如前述一個或多個權利要求、尤其是前述權利要求所述的手動工具，其特征在于，該手動工具是一種銼刀。
20.如前述一個或多個權利要求、尤其是前述權利要求所述的手動工具，其特征在于，該手動工具是一種中空銼刀，尤其是帶有一種設置于空腔頂點內的縱向狹窄面(15)的中空銼刀。
21.一種用于在工具上尤其是在前述一個或多個權利要求所述的工具上進行外形加工工作面的方法，其特征在于，以較高的能量對工作面(8)在較大面積上和/或局部地進行簡短的輻射，從而輻射區(qū)域接近表面的區(qū)域熔化并在邊緣處固化形成肋條。
22.根據權利要求21的方法、或尤其是根據其的方法，其特征在于，采用激光束或電子束進行該輻射。
23.根據前述一個或多個權利要求、或尤其是前述權利要求所述的方法，其特征在于，在工具淬硬后進行激光輻射。
24.根據前述一個或多個權利要求、或尤其是前述權利要求所述的方法，其特征在于，一束激光束以銳角定向在工件結合面上。
25.根據前述一個或多個權利要求、或尤其是前述權利要求所述的方法，其特征在于，工件結合面(8)在進行激光處理之前涂覆上金屬。
26.根據前述一個或多個權利要求、或尤其是前述權利要求所述的方法，其特征在于，工件結合面(8)在進行激光處理之前鍍上鉻。
27.根據前述一個或多個權利要求、或尤其是前述權利要求所述的方法，其特征在于，能量是這樣進行選擇的，當聚焦激光束經過金屬表面時，形成含有由于金屬的簡短的局部熔化和/或蒸發(fā)導致的無定形馬氏體的溝槽(9)，且在邊緣區(qū)域(10)，這些溝槽以一種堤岸形式凸出于相鄰的未處理的表面之上。
28.根據前述一個或多個權利要求、或尤其是前述權利要求所述的方法，其特征在于，施加在鋼質主體(4)中的金剛石(7)，在施加激光束的過程中被局部倒圓。
29.根據前述一個或多個權利要求、或尤其是前述權利要求所述的方法，其特征在于，激光器的功率以及激光經過的速度這樣相互匹配，即在熔融體中形成的、并向暴露在能量下的區(qū)域邊緣移動的波紋，在其斷開之前瞬間固化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種手動工具，尤其是螺絲刀或銼刀這種形式的手動工具，該工具包括一個或多個帶有溝槽外形的工作面。根據本發(fā)明，這些溝槽由采用高能輻射產生的凹部形成，這些凹部具有邊緣肋條。邊緣肋條可由立即固化成碟型結構的熔融邊緣形成。
文檔編號B25B15/00GK1424954SQ00818594
公開日2003年6月18日 申請日期2000年12月8日 優(yōu)先權日1999年12月15日
發(fā)明者馬丁·斯特勞赫 申請人:沃拉·沃克·赫爾曼·沃納兩合公司