盲鉚釘及其製造方法
2023-07-20 04:49:11 2
專利名稱：盲鉚釘及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種盲鉚釘(blind rivet)。盲鉚釘是一種可以插入將要被鉚接的有孔元件並通過靠近有孔元件的僅一側而設置的鉚釘。
具體地說，本發明涉及一種抽芯鉚釘(a self plugging blind rivet)，包括在一端具有預製的徑向頭部的圓筒形套管及延伸通過套管的芯柱，芯柱在靠近套管的尾端具有芯柱頭部。在使用中，鉚釘插入被鉚接元件的孔中(套管尾端首先插入)，直到套管頭部接觸較近的元件並且套管尾端從較遠元件伸出為止。為了固定鉚釘，套管頭部由支座支撐，芯柱隨後推入，使得芯柱頭部將套管壓靠在支座上並使套管軸向收縮且至少一部分徑向擴張而形成堵死的頭部(blind head)，該堵死的頭部與預製頭部一起將元件夾住。至少靠近芯柱頭部的芯柱部分保持在套管中以在鉚釘被固定後填塞套管。芯柱的其餘部分(如遠離頭部的尾端)最好被打掉以避免其從套管頭中伸出。這通常是通過在芯柱體的合適位置處設置易斷頸部來實現。
這種類型的鉚釘在WO98/23872中進行了描述，在該申請中描述了對於這種鉚釘的性能很重要的一些特徵。該申請還描述了鉚釘是如何構成的，其中鉚釘芯柱的一部分在完全插入鉚釘孔後保持在鉚釘中，並且在各種片材厚度的加工條件下斷開芯柱以與鉚釘頭部平齊。為此，柱尾(pintail)的直徑較芯柱體小並且在芯柱體和柱尾的連接處形成易斷頸部。
在本發明的第一方面提供一種抽芯盲鉚釘，用於將有孔元件緊固在一起，鉚釘包括在一端具有尾部端面而在另一端具有預製的徑向擴大的頭部的圓筒形套管；延伸通過套管的芯柱，芯柱具有靠近套管尾部端面的芯柱頭部和遠離芯柱頭部的易斷頸部，其中，在易斷頸部的芯柱頭部一側的芯柱體部分上具有多個在其中形成並延伸到易斷頸部的凹槽，在靠近芯柱頭部的區域，套管的對應部分基本上填滿凹槽而朝著易斷頸部填充程度逐漸減少，因此，在使用中及在套管的軸向壓縮載荷下，套管優先在遠離開孔頭部的元件附近的區域變彎而形成與所述元件接觸的堵死的頭部，從而將有孔元件夾緊在一起。
凹槽優選為軸向槽，但也可以是螺旋形的甚至是環形的。特別是在凹槽是軸向或螺旋形的情況下，芯柱體和套管設置有相互協作的機構以將兩者鎖定在一起。該相互協作的機構包括環形槽，環形槽繞芯柱體形成，優選緊接在芯柱頭部之下，該槽內含有套管材料以將芯柱保持在套管中，從而在安置前，芯柱和套管的組件鎖定在一起，並且在安置後保持在套管中的芯柱部分仍鎖定在套管中。環形槽的軸向長度約為其直徑的一半。
優選的是，在其中形成有凹槽的芯柱體部分的主直徑通常大於遠離易斷頸部的部分的直徑，因此，靠近易斷頸部的端部包括一個或多個徑向伸出的肩部，在使用安置工具時肩部與安置工具的突出端配合，從而在被鉚接元件的厚度工作範圍內，芯柱的被夾持部分基本上與鉚釘頭部平齊地斷開。
優選的是，靠近芯柱頭部區域中芯柱的截面積和強度基本上與芯柱圓柱部分的相同。根據製造方法，軸向凹槽的數量可以變化，最少為四個凹槽。橫跨凹槽開口的距離優選小於凹槽之間接合面區的圓周寬度。
凹槽優選通過成形過程形成，使得從凹槽移出的材料包含在凹槽之間的接合面(lands)中，導致直徑增大。
根據本發明的另一方面，提供一種裝配鉚釘的方法，鉚釘包括在一端具有預製的徑向擴大的頭部的圓筒形鉚釘套管；包括頭部和帶有遠離頭部的易斷頸部的芯柱體的芯柱，芯柱頭部和易斷頸部之間的部分形成有多個延伸到易斷頸部的凹槽，該方法包括將套管插入模具中，模具的第一部分緊密地配合套管的外徑，第二部分形成為錐形並且直徑逐漸增大，直到與模具的第三部分相交，套管的尾端伸入模具的第三部分；用支座支撐套管的頭部；將具有緊密配合鉚釘套管孔的第一直徑和緊密配合模具第三部分的孔的第二直徑的衝頭插入；在衝頭和支座之間施加壓縮力，從而壓縮鉚釘套管而填充模具的錐形部分和較大直徑部分；除去支座和衝頭；插入芯柱並經由模具擠出裝配好的套管和芯柱，在擠出過程中，套管的材料被強制壓入芯柱的凹槽，以在套管的尾端基本上填充凹槽，而朝著易斷頸部填充程度逐漸減小。
在裝配好的鉚釘中，套管的外徑最好等於芯柱頭部的直徑。為此，第一模具孔應具有與芯柱頭部相同的直徑，但這在實踐中也許很難配置。因此，優選的是，在鉚釘裝配前芯柱頭部的略大於第一模具孔，從而在擠出組件時，芯柱頭部尺寸等於第一模具孔的直徑，故等於套管的直徑。
作為使用單獨的衝頭來將鉚釘套管形成模具形狀另一種方法，還可以採用下述方法達到近似的效果使用芯柱代替衝頭將套管壓在支座上，因此基本上填滿模具；撤去支座並經由模具擠出裝配好的芯柱和套管。
下面結合附圖示例性地描述本發明的實施例，其中
圖1為裝配前鉚釘套管的縱向剖面圖；圖2為裝配前鉚釘芯柱的側視圖；圖3為沿圖2中A-A』線的剖面圖；圖4為裝配過程的第一階段開始前裝有鉚釘體的模具的剖面圖；圖5為與圖4相似的剖面圖，示出了裝配過程的第一階段完成後的情況；圖6為圖5類似的剖面圖，示出了插入鉚釘的芯柱；圖7為完成的裝配過程及從模具中推出的裝配好的鉚釘；圖8和圖9示出了分別位於最小和最大厚度片材中的鉚釘的截面。
首先參照圖1，套管17包括具有同心孔12的圓筒形本體11，位於一端的徑向擴大頭部13，頭部13帶有埋頭孔15。套管的尾端16是平的並與套管軸線成直角。
圖2所示的芯柱21是細長的，並大致成圓柱形。在其一端為一體的徑向擴大頭部22，頭部22具有朝向遠離芯柱體25方向的凸面23和朝向芯柱體方向的基本上平的環形面24。芯柱頭的直徑大於套管本體的直徑。與芯柱頭部間隔開的是槽27，其構成了易斷頸部，其確定了鉚釘就位時芯柱斷開的位置。易斷頸部27具有朝向芯柱頭部的錐形面30和朝向柱尾29並垂直於芯柱軸線的表面31。芯柱在易斷頸部27和芯柱頭部23之間帶有軸向凹槽32，凹槽的端部與芯柱頭部離開一段距離而形成平滑的圓柱部分33，其長度大約為芯柱直徑的一半而直徑與柱尾29基本上相同。由成型過程形成凹槽32，使得來自凹槽的材料在凹槽之間形成接合面34，如圖3所示(圖3為圖2中芯柱沿A-A』線的剖面圖)。因此，在凹槽區域芯柱的截面積及其長度基本上沒有變化。接合面34設置成位於直徑儘可能接近鉚釘套管的孔12的圓上。此外，接合面34的直徑較芯柱不帶凹槽的部分(即平滑圓柱部分33和柱尾29)大。在該示例中，凹槽的開口的寬度略小於接合面34的寬度。將該芯柱與WO98/23872所示的芯柱相比，很顯然本申請的芯柱可以由均勻直徑的芯柱體形成，而在先申請的芯柱要求柱尾的直徑較平滑部分的直徑小，這一點只能通過在加工過程中擠壓柱尾或其它附加的操作來實現。
圖4示出位於模具40中的鉚釘套管17。模具40具有緊密配合鉚釘套管外徑的小孔41，鉚釘18的尾部伸入較大孔42。孔41和孔42由模具43的錐形部分連接。
鉚釘13的頭部由與其緊密貼合併具有中心孔45的元件44支撐。衝頭46插入較大孔42，使得衝頭的較小直徑47進入鉚釘套管的孔12而成緊密配合。衝頭的較大直徑48進入模具的較大孔42，也成緊密配合。
圖5示出了裝配的第一階段完成後的情況。衝頭46壓向支撐元件44，鉚釘體受壓，使得其完全填充模具的較大孔42和錐形部分43。
在裝配的第二階段，衝頭46退回，元件44撤去，模具40與形成的鉚釘套管17一起移動到第二裝配點(圖6)。在此處插入芯柱21。模具40由元件50支撐。此時通過衝頭51施加壓縮力，在將鉚釘的錐形部分43擠壓進入芯柱的凹槽32的過程中將鉚釘組件52推出模具，在該過程中，隨著錐形部分的直徑減小，芯柱的凹槽被逐漸填充，在錐形部分的最窄端基本上完全填滿。
如上情形在圖7中示出。此外，芯柱頭部22的尺寸被加工成成品組件的精確直徑58。鉚釘套管截面積的逐漸增加導致套管強度的相應增大，使得當鉚釘被安置時，鉚釘的尾部總是靠近要鉚接的元件形成。這一效果可以通過向著鉚釘的尾端進行硬化時增加的功而得以加強。圖7還示出在芯柱頭部22和接合面34的增大直徑之間形成凹入部的芯柱平滑圓柱部分33是如何被套管材料填充並將芯柱和套管鎖在一起的。
圖8示出了固定在最小厚度片材59中的鉚釘而圖9示出了固定在最大厚度片材60中的鉚釘。鉚釘插入對應孔61和62，並用合適的牽拉工具固定，該牽拉工具具有抵靠頭部的環形砧座63和夾持鉚釘芯柱29的突出部分的夾爪。操作固定工具相對於砧座撤回夾爪。這種固定工具在盲鉚接(blindrivetting)領域中是公知的。砧座63的孔緊密配合在柱尾29上，帶有軸向凹槽的芯柱部分具有足夠大的直徑，使得其不能超過砧座的孔。因此，在安置過程中，芯柱總是在砧座處折斷。砧座63帶有直徑略小於鉚釘頭部的埋頭孔15的凸起65。故芯柱在接觸凸起時折斷，確保斷裂點總是位於鉚釘頭部表面之下。圖8和圖9還示出了由於鉚釘截面朝著鉚釘尾部逐漸增大，總是在靠近後部片材形成鼓包的情況。此外，由於在折斷之前無論片材厚度如何而總是將芯柱牽拉相同的距離，尾部的芯柱變化很小的量。且已安置鉚釘的尾部66實際上不變形，因此芯柱和套管保持鎖定在一起。
權利要求
1.一種抽芯盲鉚釘，用於將有孔元件緊固在一起，所述鉚釘包括在一端具有尾部端面而在另一端具有預製的徑向擴大的頭部的套管；延伸通過套管的芯柱，所述芯柱具有靠近套管尾部端面的芯柱頭部和遠離芯柱頭部的易斷頸部，其中，在易斷頸部的芯柱頭部一側的芯柱體部分具有多個在其中形成並延伸到易斷頸部的凹槽，在靠近芯柱頭部的區域，套管的對應部分基本上填滿凹槽而朝著易斷頸部填充程度逐漸減少，因此，在使用中及在套管的軸向壓縮載荷下，套管優先在遠離預製頭部之元件的附近區域中變彎而形成與所述元件接觸的堵死的頭部，以便將有孔元件夾緊在一起。
2.如權利要求1所述的盲鉚釘，其特徵在於，所述鉚釘套管從尾部到頭部具有硬度梯度，尾部比頭部更硬。
3.如權利要求1或2所述的盲鉚釘，其特徵在於，在其中形成有凹槽的芯柱體部分的直徑通常較遠離易斷頸部的芯柱體部分的直徑大，因此，靠近易斷頸部的端部包括一個或多個徑向伸出的肩部，在使用中肩部與安置工具的突出部接合，從而在被鉚接元件的厚度的整個工作範圍內，芯柱的被夾持部分基本上與鉚釘頭部平齊地斷開。
4.如前述權利要求中的任一項所述的盲鉚釘，其特徵在於，凹槽是軸向槽。
5.如權利要求1至3中任一項所述的盲鉚釘，其特徵在於，凹槽是螺旋形的。
6.如權利要求1至5中任一項所述的盲鉚釘，其特徵在於，芯柱體和套管設置有相互協作的機構以將兩者鎖定在一起。
7.如權利要求6所述的盲鉚釘，其特徵在於，相互協作的機構包括環形槽。
8.如權利要求7所述的盲鉚釘，其特徵在於，所述環形槽繞所述芯柱體形成。
9.如權利要求7或8所述的盲鉚釘，其特徵在於，所述環形槽緊接在芯柱頭部之下。
10.如權利要求7至9中任一項所述的盲鉚釘，其特徵在於，所述環形槽內含套管材料以將芯柱保持在套管中。
11.如權利要求7至10中任一項所述的盲鉚釘，其特徵在於，所述環形槽的軸向長度約為其直徑的一半。
12.如前述權利要求中的任一項所述的盲鉚釘，其特徵在於，靠近芯柱頭部區域的芯柱的截面積和強度基本上與芯柱圓柱部分的相同。
13.如前述權利要求中的任一項所述的盲鉚釘，其特徵在於，芯柱體包括至少四個凹槽。
14.如前述權利要求中的任一項所述的盲鉚釘，其特徵在於，橫跨凹槽開口的距離小於凹槽之間的接合面的圓周寬度。
15.如前述權利要求中的任一項所述的盲鉚釘，其特徵在於，凹槽的形成使得從凹槽移出的材料被包含在凹槽之間的接合面中。
16.如前述權利要求中的任一項所述的盲鉚釘，其特徵在於，裝配好的套管的外徑等於芯柱頭部的直徑。
17.一種裝配鉚釘的方法，所述鉚釘包括在一端具有預製的徑向擴大的頭部的圓筒形鉚釘體；包括頭部和帶有遠離頭部的易斷頸部的芯柱體的芯柱，芯柱頭部和易斷頸部之間的部分形成有多個延伸到易斷頸部的凹槽，該方法包括將套管插入模具中，模具的第一部分緊密地配合套管的外徑，第二部分形成為錐形並且直徑逐漸增大，直到與模具的第三部分相交，套管的尾端伸入所述模具的第三部分；用支座支撐套管的頭部；將具有緊密配合鉚釘套管孔的第一直徑和緊密配合模具第三部分的孔的第二直徑的衝頭插入；在衝頭和支座之間施加壓縮力，從而壓縮鉚釘套管而填充模具的錐形部分和較大直徑部分；除去支座和衝頭；插入芯柱並經由模具擠出裝配好的套管和芯柱，由此在擠出過程中，套管的材料被強制壓入芯柱的凹槽，以至少在套管的尾端基本上填充凹槽，而朝著易斷頸部填充程度逐漸減小。
18.如權利要求17所述的裝配鉚釘的方法，其特徵在於，擠出過程在套管體中尾部端和頭部端之間形成硬度梯度，尾部端的硬度較頭部端大。
19.一種基本上如附圖所示和參照附圖所描述的盲鉚釘。
20.一種製造盲鉚釘的方法，該方法基本上如附圖所示和參照附圖所描述的那樣。
21.一種根據基本上如附圖所示和參照附圖所描述的方法製造的鉚釘。
全文摘要
一種抽芯盲鉚釘(17),用於將有孔元件緊固在一起,所述鉚釘包括:在一端具有尾部端面(16)而在另一端具有預製的徑向擴大的頭部(13)的圓筒形套管(11);延伸通過套管(11)的芯柱(21),所述芯柱具有靠近套管尾部端面的芯柱頭部(22)和遠離芯柱頭部(22)的易斷頸部(27),其中,在易斷頸部(27)的芯柱頭部(22)一側的芯柱體(25)的部分中具有多個在其中形成的凹槽(32),在靠近芯柱頭部的區域,套管(11)的對應部分基本上填滿凹槽(32)而朝著易斷頸部(27)填充程度逐漸減少,因此,在使用中及在套管(11)的軸向壓縮載荷下,套管(11)優先在遠離開孔頭部(13)的元件附近的區域變彎而形成與所述元件接觸的堵死的頭部,以便將有孔元件夾緊在一起。
文檔編號B21K1/60GK1320197SQ99811389
公開日2001年10月31日 申請日期1999年9月8日 優先權日1998年9月25日
發明者弗裡德裡克·A·薩默林 申請人:米拉戴爾有限公司