封閉鉚釘及其製造方法

2023-07-07 03:29:41

專利名稱：封閉鉚釘及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種封閉鉚釘。封閉鉚釘是只需接近要被鉚接在一起的帶孔構件一側就能插入和固定的鉚釘。
尤其是，本發明涉及一種自堵塞封閉鉚釘，它包括一根管狀套管以及一根心柱，所述套管具有一個在一端的預成形徑向頭部，而所述心柱延伸穿過管狀套管並具有一個與套管尾端鄰接的心柱頭部。在使用中，先插入鉚釘，套管尾端首先穿過被鉚接構件的孔直到套管頭部接觸較接近構件並且套管尾端伸出超過較遠構件為止。為了固定鉚釘，用一個支座支承住套管頭部，然後拉拔心柱，因而心柱頭部壓縮緊靠支座的套管，造成套管的至少一部分軸向縮短和徑向脹大，從而形成一個與預成形頭部共同將構件夾緊在一起的封閉頭部。心柱的至少鄰接其頭部的部分被保留在套管內部以便在鉚釘被固定之後堵塞住套管。心柱的保留部分(即遠離其頭部的尾端)最好被斷開，以避免從套管頭部伸出。
這樣的自堵塞封閉鉚釘是眾所周知並且被廣泛應用的。實際上固定後的鉚釘顯示出許多不同的領先特徵，例如寬廣的夾緊範圍(用多個同樣鉚釘滿意地完成夾緊的構件總厚度範圍)；良好的夾緊特性(把原先分離的構件拉在一起的能力)；良好的孔充填(充填被鉚構件孔的能力)；高剪切強度；良好的心柱保持；固定後鉚釘在整個夾緊範圍內的高拉伸強度；以及心柱保留部分不從固定後鉚釘的預成形頭部伸出；因而能很好地符合要求。
這些特徵包含著不同的設計特色，其中一些是互相矛盾的。本發明力圖提供一種鉚釘，它匯合這些特徵並且簡單、易於製造。為了獲得寬廣的夾緊範圍，鉚釘必需在最小夾緊情況下在與後薄板接觸的位置形成一個令人滿意的封閉頭部，並且在直到最大夾緊範圍的較厚薄板情況下也能提供令人滿意的封閉頭部。一個好的封閉頭的本質在於是否能獲得高拉伸強度。良好的心柱保持需要靠心柱和套管可靠的相互鎖緊來完成，它不僅防止心柱掉出和損壞孔洞，而且還有助於形成接縫水密性。孔充填能通過保證鉚釘柄比較軟的方法達到，以致於在固定期間鉚釘柄縮短並脹大從而充填孔洞。這一效果也提供良好的夾緊特性。如果要保持高剪切強度，在已固定鉚釘內的心柱剩餘部分必需位於被鉚接構件內部並穿過構件的可劈開或者說接觸平面。而如果在此同時心柱剩餘部分沒有伸出超過預成形套管頭部，鉚釘的總長度必然在整個夾緊範圍內稍有變化。
EP-A-0398512披露一種包括一個管狀套管柄的自堵塞封閉鉚釘，所述套管柄具有一個在一端的預成形徑向加大頭部，以及一個在尾端與心柱頭部鄰接的直徑和硬度加大區域。該鉚釘採用在一個具有尾端區域加大孔直徑部分的鉚頭模中壓縮心柱和平坦的圓筒形套管的方法做成，藉此套管脹大成加大孔部分並獲得由此產生的加工硬化。在使用中，與頭部鄰接的柄的相對較軟區域在軸向壓縮力作用下優先彎曲並形成一個將工件夾緊在一起的封閉頭部。
EP-A-0398512披露的鉚釘需要使用劈開鉚頭模，以便能取走鉚釘。劈開鉚頭模使用起來麻煩並且易受磨損。此外，柄主要部分的直徑減小使提供孔充填更加困難。
這些問題的一種解決辦法是使用具有一個圓周溝槽的心柱，所述溝槽位於緊接頭部下方的心柱柄上，為了形成該鉚釘，採用在一個堅硬的鉚頭模中軸向壓縮心柱和平坦圓筒形套管的方法，因而套管材料被迫進入圓周溝槽之中，以便提供硬度增大的加厚套管壁。這種結構的鉚釘在GB 2233059B中可以看到。如同在EP-A-0398512中的情況一樣，在使用中，鄰接頭部的柄相對較軟區域在軸向壓縮力作用下優先彎曲，並且形成一個把工件夾緊在一起的封閉頭部。
在心柱頭部下方提供一個圓周溝槽降低了心柱在此點的強度，因而必需相應地降低確定安裝鉚釘時心柱斷裂位置的斷頸的強度。這種效果限制了心柱柄直徑和套管壁厚的可工作範圍，因而有損於鉚釘性能。
此外，除非斷頸具有最小長度，填充心柱頭部下方溝槽所需的軸向載荷也充填斷頸，這會影響鉚釘的功能，因為在設置鉚釘期間必需剪斷被迫進入斷頸的材料。
本發明的第一方面是提供一種將有孔的構件緊固在一起的自堵塞封閉鉚釘，所述鉚釘包括一個管狀套管和心柱，所述套管具有一個在一端的尾端面以及一個在另一端的預成形徑向加大頭部，而所述心柱延伸穿過套管並具有一個鄰近套管尾端面的心柱頭部，而且其中與心柱頭部鄰近的區域具有相對心柱柄其餘部分的加大直徑並其有多個在其內形成的軸向凹槽，套管的相應區域被設置填充心柱的軸向凹槽並比在鄰近徑向加大頭部區域內的套管材料硬，由此，在使用中以及在套管的軸向壓縮加載期間，套管在鄰近遠離預成形頭部的構件的區域內彎曲，以便形成一個與所述構件接觸的封閉頭部，從而把所述有孔構件夾緊在一起。
最好是，在鄰近心柱頭部區域內的心柱橫截面積和強度基本上等於心柱圓柱部分的橫截面積和強度。橫過凹槽口的距離可在突起區域圓周寬度的25％至75％之間變化，所述突起區域位於凹槽之間並限定該凹槽，而且其最好是在45％到55％之間，例如為50％。根據本發明的第二方面，提供一種組裝鉚釘的方法，所述鉚釘包括一個管狀鉚釘套管和心柱，所述套管在一端具有一個預成形徑向加大頭部，而所述心柱包括一個頭部和一個具有用多個鄰近頭部的軸向凹槽形成的直徑加大區域的柄，所述方法包括將套管插入具有一個孔的鉚頭模中，所述孔的第一部分與套管外直徑緊配合，套管的尾端伸入所述孔的直徑較大的第二部分，由一個支座支承住套管的頭部，插入一個具有第一直徑、第二直徑和第三直徑的衝頭，所述第一直徑與鉚釘套管孔緊配合，第二直徑等於在心柱頭部之下的被加大直徑，而第三直徑等於鉚頭模的較大孔；在衝頭和支座之間施加壓力，從而把套管的尾端的孔擴大到等於在心柱頭部之下的被加大直徑，然後壓縮套管的尾端從而增加其壁厚；移去支座和衝頭，插入一根心柱；從鉚頭模中頂出被組裝在一起的心柱和套管。在組裝期間套管的材料被迫進入心柱的縱向凹槽，最好在被組裝鉚釘尾端提供一個加工硬化區域。
最好是，在組裝後的鉚釘中套管外徑等於心柱頭部直徑。為此，第一鉚頭模孔應具有與心柱頭部相同的直徑，儘管這對於實際安排來說可能有困難。因此最好是，心柱頭部在鉚釘組裝之前稍大於第一鉚頭模孔，以致於當該組件被頂出時，心柱頭部被精壓到第一孔的直徑尺寸。因而被精壓到套管的直徑尺寸。
根據本發明的又一個方面，提供一種封閉鉚釘，其中，心柱包括一個第一心柱部分以及一個銷尾，一個斷開頸被設置在第一心柱部分和銷尾之間，而且第一心柱部分位於斷開頸的心柱頭部側，全部的第一心柱部分被保留在鉚釘內部並具有比銷尾大的直徑，以致於當鉚釘被裝入時，第一心柱部的較大直徑不能穿過安裝工具鼻部的孔並且銷尾在鉚釘頭部處斷開。
現在參照附圖，以舉例的方式介紹本發明的一些實施例，其中

圖1是組裝前的鉚釘套管的縱向割視圖；圖2是組裝前的鉚釘心柱的側視圖；圖3是一種心柱替換形式的側視圖；圖4是沿著圖2和圖3的A-A線所取的剖視圖；圖5是一個鉚頭模的剖視圖，該鉚頭模含有在組裝工序第一階段開始前的鉚釘體；圖6與圖5類似，但顯示組裝工序第一階段完成後的狀態；圖7與圖6類似，但顯示已被插入鉚釘中的心柱；圖8表示組裝工序結束並且組裝後的鉚釘已從鉚頭模頂出；圖9、10和11分別是在最大、中等和最小厚度薄板的情況下，使用圖2心柱的鉚釘的剖視圖；圖12表示使用圖3心柱的鉚釘如何總是保證與鉚釘頭部齊平地斷開。
首先參見圖1，套管17包括一個管狀本體11，本體11具有一個同心圓柱孔12以及一個在一端的徑向加大的頭部13。套管尾端16是平的，且與套管軸線成直角。
圖2所示的心柱是伸長的並且通常呈圓柱狀。在其一端具有一個整體的徑向加大頭部22，頭部22又具有一個朝遠離心柱柄25方向凸出的凸面23以及一個朝向心柱柄25的平坦環形面24。心柱頭部直徑大於套管本體11的直徑。心柱柄在緊鄰桿頭部處具有多個軸向凹槽26。這些凹槽用一種成形工序製成，以便凹槽的心柱材料形成位於凹槽之間的突起28，而且在這個區域內的橫截面積和它的強度相應都基本不變。
圖4是通過一個典型心柱的截面。在這個實例中，橫過凹槽26口部的寬度是突起28圓周寬度的一半。
溝槽27與心柱頭部較遠地間隔，它構成一個斷開頸，該斷開頸確定設置鉚釘時心柱斷開位置。
銷尾29的直徑等於心柱柄25的直徑。
圖3表示一個圖2心柱的替代物並且這樣設置，在被組裝到鉚釘套管以及固定鉚釘時，心柱總是與鉚釘套管頭部齊平地斷開。為此銷尾30相對於心柱柄25具有一個較小的直徑，並且斷開頸在心柱柄25和銷尾30的連接處形成。在其他方面圖3心柱與圖2心柱是相同的。
圖5表示一個放置在鉚頭模40中的鉚釘套管17。鉚頭模40具有一個與鉚釘套管外徑緊密地配合的小孔41，而鉚釘套管的尾部18伸入一個稍大的孔42。鉚釘頭部13由一個與鉚釘頭部接近一致並具有一個中心孔44的支座43支承著。衝頭45插入鉚頭模的大孔42中，以使鉚頭模的最小直徑46進入鉚釘套管孔12呈緊配合狀態。衝頭45還具有一個直徑基本等於心柱頭部下方心柱較大直徑的部分47。衝頭最大直徑48被緊配合在鉚頭模較大孔42之中。
圖6表示組裝第一階段結束時的狀態。衝頭45朝支座43推進。衝頭45的中間直徑47已經進入鉚釘尾部18，從而膨脹後者以便與心柱26頭部下方較大直徑匹配，隨後鉚釘套管尾部18被壓縮以便充滿鉚頭模的較大直徑42，結果產生一個加大的尾部49。
為了實施組裝的第二階段，抽出衝頭45，撤回支座43，把鉚頭模40連同成形後的鉚釘套管17移到一個第二組裝位置(圖7)。在此處插入心柱21。現在鉚頭模40由零件50支承。現在通過衝頭51施加壓力，把鉚釘48從鉚頭模中頂出，所用的方法是如圖8所示，將加大的鉚釘尾部49擠入縱向凹槽26，並使鉚釘尾部加工硬化。此外，心柱頭部22被精壓到完成組裝的精確直徑58。
因為在被加大尾部中的過剩材料被擠出以形成與凹槽鄰近的鉚釘柄的一部分，將鉚釘尾端49擠入縱向凹槽26不僅使緊鄰凹槽的鉚釘尾部增加強度和加工硬化，而且還使相對鉚釘頭一段距離內的鉚釘柄加工硬化，這種加工硬化的程度取決於被加大尾部和縱向凹槽的相關體積。
圖9、圖10和圖11畫出分別安裝在標號為52、53和54的最大厚度薄板、中等厚度薄板和最小厚度薄板中的鉚釘。這些鉚釘被插在各自的孔55、56和57中，並用一種適當的拉拔工具固定，所述拉拔工具具有一個貼近頭部的環形砧座以及夾住鉚釘心柱伸出部分的夾鉗。操作該固定工具能使夾鉗相對於砧座縮回。這樣的夾鉗在封閉鉚接技術領域中是眾所周知的。
在最大厚度薄板中固定的鉚釘60(圖9)顯示出球部61怎樣在鄰接薄板52背面處形成，但鉚釘尾部49實際上沒有變形。因此，心柱62的殘留部分保持鎖緊在套管上。
圖10和11表示由於柄的逐步加工硬化，球部總是在鄰近背薄板處形成。
值得注意的是，心柱62不是在相對於鉚釘頭部的嚴格相同位置處斷開，儘管這種變化不是過大。圖12表示一種與採用圖3心柱的鉚釘一起使用的鉚釘固定工具。在此處固定工具鼻部63的孔64與銷尾30緊配合併且比心柱柄25略小。斷開頸31的強度足以保證杆柄25總是接觸鼻部63，以致於在所有薄板厚度情況下均能獲得一個齊平的斷口。該鉚釘的功能與圖9、10和11鉚釘的功能類似。
權利要求
1.一種將有孔構件緊固在一起的自堵塞封閉鉚釘，所述鉚釘包括一個管狀套管(11)和心柱，所述套管(11)具有一個在一端的尾端面(16)以及一個在另一端的預成形徑向加大頭部(13)，而所述心柱延伸穿過套管並具有一個鄰近套管(11)的尾端面(16)的心柱頭部(22)，其中與心柱頭部(22)鄰近的區域具有相對心柱柄其餘部分的加大直徑並其有多個在其內形成的軸向凹槽(26)，套管的相應區域被設置填充心柱的軸向凹槽(26)並且其比在鄰近徑向加大頭部(13)區域內的套管(11)材料硬，由此，在使用中以及在套管的軸向壓縮加載期間，套管(11)在鄰近遠離預成形頭部的構件的區域內彎曲，以便形成一個與所述構件接觸的封閉頭部，從而把所述有孔構件夾緊在一起。
2.根據權利要求1的封閉鉚釘，其特徵為，在鄰近心柱頭部區域內的心柱橫截面積和強度基本上等於心柱圓柱部分的橫截面積和強度。
3.根據權利要求1或2的封閉鉚釘，其特徵為，橫過凹槽(26)口的距離是在突起區域(28)圓周寬度的25％至75％之間的距離，所述突起區域位於凹槽(26)之間並限定該凹槽。
4.根據權利要求3的封閉鉚釘，其特徵為，橫過凹槽(26)口的距離是在突起區域(28)圓周寬度的45％至55％之間的距離，所述突起區域位於凹槽(26)之間並確定該凹槽。
5.根據上述權利要求中任何一權利要求的封閉鉚釘，其特徵為，心柱包括第一心柱部分(25)和銷尾(30)，一斷開頸(31)被設置在第一心柱部分(25)和銷尾(30)之間，而且第一心柱部分(25)位於斷開頸(31)的心柱頭部側，全部的第一心柱部分(25)被保持在鉚釘內部並具有比銷尾(30)大的直徑，以便當鉚釘被裝入時，第一心柱部(25)的較大直徑不能穿過安裝工具鼻部的孔並且銷尾(30)在鉚釘頭部處斷開。
6.一種組裝鉚釘的方法，所述鉚釘包括一個管狀鉚釘套管(11)和心柱，所述套管(11)在一端具有一個預成形徑向加大頭部(13)，而所述心柱包括一個頭部(22)和一個具有用多個鄰近頭部(22)的軸向凹槽(26)形成的直徑加大區域的柄(25)，所述方法包括將套管(11)插入具有一個孔的鉚頭模(40)中，所述孔的第一部分(41)與套管(11)外直徑緊配合，套管(11)的尾端(16)伸入所述孔(40)的直徑較大的第二部分(42)，由一個支座(43)支承套管(11)的頭部(13)，插入一個具有第一直徑(46)、第二直徑(47)和第三直徑(48)的衝頭(45)，所述第一直徑與鉚釘套管(11)的孔(12)緊配合，第二直徑(47)等於在心柱頭部(22)之下的被加大直徑，而第三直徑(48)等於鉚頭模(40)的較大孔(42)；在衝頭(45)和支座(43)之間施加壓力，從而把套管(11)的尾端(16)的孔擴大到等於在心柱頭部(22)之下的被加大直徑，並且壓縮套管(11)的尾端(16)從而增加其壁厚；移去支座(43)和衝頭(45)，插入一根心柱(21)；從鉚頭模中頂出被組裝在一起的心柱和套管。
7.根據權利要求6的方法，其特徵為，在組裝期間套管的材料被迫進入心柱的縱向凹槽，從而在被組裝鉚釘尾端提供一個加工硬化區域。
8.根據權利要求6或7的方法，其特徵為，第一鉚頭模孔(41)具有與心柱頭部(22)相同的直徑。
9.根據權利要求6或7的方法，其特徵為，第一鉚頭模孔(41)具有比心柱頭部(22)稍大的直徑。
10.根據權利要求6的方法，其特徵為，心柱頭部(22)在鉚釘組裝之前稍大於第一鉚頭模孔(41)，以便當該組件被頂出時，心柱頭部(22)被精壓到第一孔(41)的直徑尺寸。
11.一種基本如同在此以前參照附圖中的圖8所描述的自堵塞封閉鉚釘。
12.一種基本如同在此以前參照附圖中的圖1至7所描述的自堵塞封閉鉚釘組裝方法。
全文摘要
一種將有構件緊固在一起的自堵塞封閉鉚釘,所述鉚釘包括一個管狀套管(11)和心柱,所述套管(11)具有一個在一端的尾端面(16)以及一個在另一端的預成形徑向加大頭部(13),而所述心柱延伸穿過套管並具有一個鄰近套管(11)的尾端面(16)的心柱頭部(22)。與心柱頭部(22)鄰近的區域具有相對心柱柄其餘部分的加大直徑並其有多個在其內形成的軸向凹槽(26),套管的相應區域被安排填充心柱的軸向凹槽(26)並且其比在鄰近徑向加大頭部(13)區域內的套管(11)材料硬。在使用中以及在套管的軸向壓縮加載期間,套管(11)在鄰近遠離預成形頭部的構件的區域內彎曲,以便形成一個與所述構件接觸的封閉頭部,從而把所述有孔構件夾緊在一起。
文檔編號B21J15/00GK1245548SQ97181517
公開日2000年2月23日 申請日期1997年11月19日 優先權日1996年11月28日
發明者F·蘇姆默林, H·P·傑爾 申請人:恩哈特有限公司