专利名称：冲击扳手砧座及其形成方法
技术领域：
本发明涉及一种冲击扳手，并且更具体涉及冲击扳手中改进的砧座。
背景技术：
冲击扳手中使用的砧座的传统设计包括圆形部分，其过渡到方形部分。圆形部分接纳在冲击扳手内并用作支承轴颈。方形部分接纳在冲击套筒(impact socket)中。从圆形截面到方形截面的过渡必然在过渡部分中产生尖锐拐角或者小倒圆。
这些尖锐拐角或者小倒圆可能导致设计无效。初始情况下，当零件全新时，砧座的方形部分和冲击套筒之间存在最小间隙。然而，经过长时间使用，冲击套筒可能“受损”，导致与砧座的方形部分的更松配合。方形部分界面和冲击套筒之间增加的间隙允许砧座的方形部分的中心线与冲击套筒的中心线不平行。当这种情况发生时，轴向沿着方形部分和冲击套筒的界面存在的两者之间的理论线接触变成了接触点。这些接触点形成于圆形主体和方形驱动部之间过渡中尖锐倒圆处并且导致增加的应力区域。
此外，当冲击套筒变得“受损”时，冲击套筒的拐角将“挖”入过渡部分中的尖锐倒圆中。冲击套筒和方形部分之间的这种挖掘可以损坏砧座，导致应力集中区域。当应力建立在这些点上时，砧座可能在应力集中区域中失效。从而，这可能导致砧座的早期失效。
砧座中尖锐倒圆问题的一种解决方案是增加砧座的整体强度。例如，已经尝试增加钢中合金元素(例如碳或者镍)的量。不利的是，这种合金的加入导致砧座内残余奥氏体量的增加。残余奥氏体制约了用于冲击加载的强度并且通常导致疲劳失效。从而，依然存在提供降低应力集中区域并延长砧座寿命的改进的砧座设计的需要。
发明内容
提供了一种适于接纳在冲击扳手内的砧座。砧座包括圆形主体和形成于该圆形主体端部的方形头部。锥形斜面从圆形主体延伸至方形头部。从锥形斜面至方形头部的过渡部分形成倒圆。该倒圆具有约2mm的曲率。在该过渡部分中，所有表面结合以消除尖锐拐角和小倒圆。在本发明的另一实施例中，提供了一种冲击工具的砧座，其具有由钢形成的主体，所述钢具有小于0.15％的碳和约2.95至约3.55％之间的Ni以及约1.0至约1.45％之间的Cr。该主体具有通过渗碳形成的、具有大于0.15％碳的碳含量的外层。该渗碳外层具有显微结构，该显微结构具有通过多次热处理/淬火循环形成的大于90％的回火马氏体。
根据下文中提供的详细说明，本发明可应用的其他领域将变得明显。应当理解的是，虽然详细说明和具体示例显示出了本发明的优选实施例，但是它们仅用于举例说明，而并不限制本发明的范围。
根据详细说明和附图，本发明将得以更加充分理解，其中图1是具有根据本发明原理构造的砧座的示例性冲击扳手的侧视图；图2是根据本发明的教导的砧座的透视图；图3是图2中所示的砧座的剖视图；以及图4是图2和3中的砧座的局部视图。
具体实施例方式
以下对优选实施例的说明本质上仅是示例性的并且根本不限制本发明、其应用或者用途。
参照附图1，其中示出示例性冲击扳手8包括根据本发明的教导构造的改进的砧座100。冲击扳手8还包括容纳电动机14的壳体12，电动机的输出与齿轮组件16连接。齿轮组件16将输出传输至凸轮轴18，凸轮轴进而驱动冲击器20。改进的砧座100安装在冲击器20内。安装在壳体12上的扳机和手柄组件22用于起动电动机14。
通常，圆形主体30在形状上呈圆柱形并且在其一端具有增大的底部36。增大的底部36包括从其上延伸并适于接纳在冲击器20中的两个锁定翼38。基部倒圆40绕该增大的底部36的圆周延伸并且延伸至圆形主体30，从而连接这两个部分。
方形驱动头32包括侧表面42和前表面44。可选的定位销孔46从侧表面42之一延伸穿过驱动头32。将定位销孔46的尺寸确定为接纳定位销(未示出)。方形驱动头32适于插入工具部件(未示出)中。
过渡区域34包括从圆形主体30延伸至方形驱动头32的锥形斜面52。倒圆54形成于方形驱动头32的拐角处，在此，表面42与锥形斜面52相交。以前，这些倒圆54形成应力集中区域并且是砧座100的潜在材料失效的根源。
现在参照图3和4并一直参照附图3，过渡区域34包括从圆形主体30延伸至方形驱动头32的锥形斜面52。应当理解的是，通过将方形头部和圆形主体制造成具有大致相同直径，则可以去除锥形斜面。砧座100的设计致使在砧座100的圆形主体30和改进方形驱动头32之间的过渡区域34中材料增加，尤其是在锥形斜面52处。该材料形成绕锥形斜面52的圆周的倒圆54。如图3中所示，砧座100在倒圆54的截面面积大于方形驱动头32的截面面积。倒圆54消除了现有技术设计中出现的尖锐倒圆并且消除了这些应力集中区域和砧座100失效的潜在根源。
砧座100还具有由成圆形截面的圆形主体确定的第一部分56和由方形头部确定的第二部分58，所述方形头部具有方形截面，而过渡部分由具有大约2mm的外部倒圆的锥形斜面确定。砧座100具有小于约1.8微米表面光洁度的表面。尤其是，第二部分和过渡部分具有小于1.6微米的表面光洁度，而第一部分或圆柱主体30具有小于约0.8微米的表面粗糙度。不考虑加工痕迹方向(lay)，锥形斜面34、表面42、倒圆54以及所有凸起和凹陷过渡部分的表面结构具有平均小于1.6微米的粗糙度Ra。
砧座100具有由一种钢制成的主体，所述钢具有小于0.15％的碳，2-4％(优选2.95-3.55％)之间的Ni和0.75-1.5％(优选1.0-1.45％)之间的Cr。此外，优选地，该砧座100具有0.4-0.7％的Mn，0.15-0.3％的Si，和0.08-0.15％的Mo。高Ni和Cr含量的组合与低碳含量一起为材料提供了以下能力，即不仅在受热处理时保持高的疲劳极限，而且保持非常高的冲击强度。该合金具有显微结构，该显微结构具有由多次热处理/淬火循环形成的多于90％的回火马氏体并且优选具有约98％的回火马氏体。
如上所述，砧座100受到渗碳和随后的热处理。尤其是，在约1650°F至1700°F的温度下对砧座100进行渗碳，以使表面含碳水平变成0.6-1.0％之间，并且随后进行淬火。然后，该砧座受到两次重新加热和淬火循环，以限制残余奥氏体量。就此而言，在含碳0.6-1.0％的气氛下将砧座重新加热至1450-1525°F之间。优选在油中进行淬火，油温在100-300°F之间。由于材料的高Ni含量，附加的热处理和淬火循环是尤其必要的。通过对材料进行两次连续重新加热和淬火，渗碳层的显微结构得以改进并且显著提高了材料的疲劳特性，将冲击砧座的使用寿命提高了2-10倍。
本发明的说明本质上仅是示例性的，从而，不脱离本发明精神的改变将在本发明范围内。此类改变将被不认为是脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种制造冲击工具的砧座的方法，包括提供砧座，其包括具有小于0.15％的碳和约2％至约4％的Ni的钢；以及对该砧座进行多次加热和淬火循环。
2.如权利要求1所述的制造砧座的方法，其中该砧座还包括0.15-0.3％的Si。
3.如权利要求1所述的制造砧座的方法，其中对砧座进行多次热处理和淬火循环是对砧座进行渗碳和淬火以及两次随后的重新加热和淬火循环。
4.如权利要求1所述的制造冲击扳手的砧座的方法，其中在约1450-1525°F之间的温度下对砧座进行多次热处理循环，所述多次热处理循环之间存在淬火循环。
5.如权利要求1所述的制造冲击扳手的砧座的方法，其中提供具有圆柱第一部分和方形第二部分以及位于其间的过渡部分的砧座，所述过渡部分具有2mm的外部倒圆。
6.如权利要求5所述的制造砧座的方法，其中在不考虑加工痕迹方向的情况下，提供具有小于1.6微米Ra的表面结构的砧座。
7.如权利要求5所述的制造砧座的方法，其中第二部分具有小于1.6微米的表面光洁度。
8.一种冲击工具的砧座，包括由钢形成的主体，所述钢具有小于0.15％的碳和约2.95％至约3.55％之间的Ni，以及约1.0％至约1.45％之间的Cr，所述主体具有通过对主体渗碳形成的具有大于0.15％的碳的碳含量的外层；以及显微结构，该显微结构具有通过多次热处理/淬火循环形成的大于90％的回火马氏体。
9.如权利要求8所述的砧座，其具有圆形截面的第一部分和方形截面的第二部分以及其间的过渡部分，所述过渡部分具有约2mm的外部倒圆。
10.如权利要求9所述的砧座，其中表面具有小于1.6微米的表面粗糙度。
11.如权利要求9所述的砧座，其中第一部分和过渡部分具有小于1.6微米的表面粗糙度。
12.如权利要求8所述的砧座，其具有大于约98％重量的马氏体。
13.一种冲击扳手，包括具有由合金钢形成的主体的砧座，所述合金钢具有小于0.15％的C和2.95％至3.55％之间的Ni，以及1.0％至1.45％之间的Cr，所述主体由大于约90％的回火马氏体形成，所述回火马氏体通过多次加热和淬火循环形成。
14.如权利要求13所述的冲击扳手，其中该主体在约1450-1525°F之间的温度下受到多次热处理循环，所述多次热处理循环之间存在淬火循环。
15.如权利要求14所述的冲击扳手，其中该主体具有通过渗碳处理形成的碳含量大于0.6％的外层。
16.如权利要求15所述的冲击扳手，其中砧座主体具有圆形截面的第一部分，和具有第一截面面积的任何方形截面的第二部分，以及其间的过渡部分，所述过渡部分具有大于所述第一截面面积的第二截面面积。
17.如权利要求16所述的冲击扳手，其中该主体具有小于0.8微米的表面光洁度。
18.如权利要求17所述的冲击扳手，其中该第一部分和过渡部分具有小于1.6微米的表面光洁度。
全文摘要
本发明公开了冲击扳手砧座及其形成方法。适于接纳在冲击扳手内的砧座包括圆形主体和方形头部。方形头部形成于圆形主体的一端。锥形斜面从圆形主体延伸至方形头部。在锥形斜面中形成倒圆。
文档编号C21D1/18GK1800430SQ20051013610
公开日2006年7月12日 申请日期2005年12月21日 优先权日2005年1月7日
发明者托马斯·J·博丁, 戴维·S·布鲁纳, 艾伦·M·帕里斯 申请人:布莱克和戴克公司