自成孔和螺紋的螺釘以及螺釘擰入的方法
2023-11-01 12:12:52 2
專利名稱：自成孔和螺紋的螺釘以及螺釘擰入的方法
技術領域：
本發明述及一種自成孔和螺紋的螺釘，帶一個收縮成尖頭或類似於尖頭形狀的，無切屑地形成孔的端部、一個帶螺紋的杆部和一個用來裝工具的夾持部分，以及涉及一種自成孔和螺紋螺釘的擰入方法。
對於自己鑽孔或無切屑地形成孔的自攻螺紋螺釘，至今為止很自然形成孔的端部由一種可淬硬的材料(碳鋼)製成。如果螺釘杆的頭部和身部必須由不鏽材料製成的話，這常常是一種昂貴的辦法。因此採用焊接的方法，其中由可淬硬材料(碳素鋼)製成的鑽尖和螺釘的其餘部分焊在一起。
由此不僅要求多道工序，而且也造成特別高的製造費用。
因此本發明的目的在於，在螺釘由不鏽材料製成時製造一種可能性用它可以形成孔，而不必為此採用不同材料的焊接方案。
按照本發明建議，無切屑地成孔的，與螺釘軸線成銳角的、逐漸變細直到頂端的螺釘端部由一種不鏽材料製成。
具有開頭所述結構形式的螺釘在一些結構方案中已經眾所周知。例如在US-PS2015159中展示和描述了一種緊固件，它具有一個釘尖和在杆部具有相應螺紋。通過用錘子的敲擊尖端穿過薄鐵板，接著通過螺紋部分的相應旋轉而擰入。這種由一個針尖和一個螺紋部分的組合體在專利申報時期肯定是由一種碳素鋼製成的，因為當時還一點沒有關於不鏽緊固元件的想法。
由EP-B10464071得知一種自成孔和螺紋的螺釘，它具有一個逐漸變細的成孔部分，這裡螺釘整體由調質鋼製成。通過螺釘的旋轉在螺釘和待成孔鋼板之間形成一個摩擦表面，使金屬板加熱，材料進入它的塑性區，這時它在徑向變得有一定柔性，使得產生一個預期的、伴隨材料壓縮而形成的孔的擴大而形成一個噴嘴(形狀)。在這種結構中也是碳素鋼的方案。
通過本發明第一次創造了一種可能性，用於自攻螺釘的孔用一種由不鏽材料製成的相應端部來形成。用一個由不鏽材料製成的螺釘成孔，迄今為止在專業界看本是不可能的。常常出發點總是這樣的，為了鑽或者形成一個孔，需要一個鑽削工序或者足夠強的發熱直至進入塑性區。專業人員肯定是這樣想的，用相應的由不鏽材料製成的「切削刃」的鑽削過程是完全不可能的，為了不用鑽削刃形成一個孔那就需要用碳素鋼，也就是相應的調質鋼。
通過本發明克服了專業界的一個偏見，因為這使得可以用一個由不鏽材料製成和甚至包括不鏽材料端部的螺釘形成孔、螺紋，並從而可以採用完全由不鏽材料製成的緊固件。
因此根據本發明螺釘的各個部分完全由不鏽材料製成也是一個特別的特點。
作為不鏽材料可以採用不鏽鋼，但是也可以採用輕金屬或輕金屬合金或者主要成分是輕金屬，假如黃銅、紫銅、鋁等等的合金。根據各種特殊的應用目的通過按照本發明的結構得到由專門的材料製成的螺釘的完全特殊的應用可能性。為了從現在起可以適當地選擇材料使工件和螺釘相匹配，而不需要特別的焊接方案或者不同材料鑽刃刀片的固定。
對於成孔端部可以有不同結構方案，其中根據工件材料以及當然還有螺釘材料的不同得到不同的結構方案。可以想像，無切屑成孔端部由兩個或兩個以上具有與螺釘軸線成不同角度的部分構成。與此相關也可以設想無切屑成孔端部在橫截面內做成三角形或多角形、圓形、橢圓形、等厚形等等。
如果採用一種特殊的螺釘擰入方法，會特別有利，為此按本發明建議，在螺釘作無切屑成孔旋轉運動時除旋轉驅動以外附加地對螺釘施加一個軸向衝擊作用。實際表明附加的衝擊作用正好是在使用不鏽材料製成的螺釘時特別有利，並能很快地穿透工件而不明顯地產生熱量。
其次事實證明這樣的附加步驟具有好處，僅僅在成孔過程中對螺釘施加衝擊作用，而在形成螺紋的旋轉過程中和在螺釘擰入螺紋的過程中撤掉衝擊作用。如果孔已經完全成形，然後撤去衝擊作用，使得可以最佳地形成螺紋。因此正好在螺紋形成時得到最佳的配合，其中孔壁通過先前的成孔過程局部產生彈性變形，使得現在這個孔壁所謂彈性地與螺紋相適應，也有助於這種配合。
下面藉助於圖形對本發明的其他特徵和特別的優點作進一步闡述，它表示
圖1螺釘在用來穿透工件時的視圖；圖2在先前成形的孔中形成螺紋以後工件和螺釘的剖視圖。
螺釘1由一個收縮成尖頭或類似尖頭形狀的端部2，一個設有螺紋3的杆部4和一個用來裝工具的夾持部分5組成。端部2考慮用來在工件7上無切屑地形成孔6，然後帶有螺紋3的杆部4在已成形的孔6以及向下拉伸的圍成孔的板壁8上形成螺紋。
無切屑地成孔的端部2成銳角地向螺釘軸線9收縮形成。但是螺釘1的顯著特徵在於，它是由不鏽材料製成的。這裡已經達到這樣的程度，所有各個部分2、4和5、也就是整個螺釘1完全由一種不鏽材料製成。
作為不鏽材料可以採用不鏽鋼結構，但是當然也可以採用輕金屬或者輕金屬合金以及主要成分是輕金屬的合金。例如可以是，按本發明的螺釘1由黃銅、紫銅、鋁等等製成，在本發明的範圍內也可以想像，這種螺釘由塑料製成，這裡可以採用具有適當耐摩性能的塑料，以便此後例如在由塑料或輕金屬製成的工件中或者在適當的鋼板中形成孔和螺紋。
端部2的專門結構造型可以考慮各種不同的方案。在所畫的結構形式中是一個簡單的圓錐形尖頭。但是也可以將這種無切屑成乳端部2做成三稜錐形的，或者假如截圓錐形或截三稜錐形。試驗表明，為了達到有規律的成孔效果，端部2不一定必須做得非常尖，對於無切屑成孔端部2也可以考慮不同的橫截面方案。這樣橫截面可以是三角形或者多角形，圓形、橢圓形、等厚形等等。還可以是，直接的「尖頭」本身在頂視圖內為圓形、橢圓形、等厚形等等。
如果這種螺釘按照一種特殊的方法擰入的話有好處。如果在螺釘作無切屑成孔旋轉時除旋轉驅動以外對螺釘施加一個軸向的衝擊作用的話，成孔的時間明顯地縮短。通過採用具有軸向衝擊作用的相應的旋轉驅動起到明顯加快成孔過程的效果。也可以設想對旋轉驅動疊加一個在旋轉方向的衝擊作用，但是這對效能和成孔時間沒有影響。
如果在成孔以後對於後續的螺紋成形和螺釘擰入不再存在軸向衝擊作用，使得僅僅存在必要的旋轉驅動的話，特別有利。由此在工件內得到明顯改善的螺紋配合。
圖1中所示的螺釘是一種比較短的螺釘，帶一個緊接在圓柱形部分10後面的螺紋部分4以及指在它上面的、一直到達夾持部分5的、沒有螺紋的部分11。當然按本發明的措施可以用於各種長度的螺釘，並且在特別長的螺釘時特別地起著有利的影響，因為常常不鏽材料製成的螺釘應該做成長螺釘。也可以在螺釘杆的整個長度上做成螺紋部分4或者多段螺紋部分相互間隔一定距離連接在一起，其中螺紋部分也可以具有不同的直徑。
權利要求
1.自成孔和螺紋螺釘，帶一個收縮成尖頭或者類似尖頭形狀的、無切屑成孔端部，一個設有螺紋的杆部和一個用來裝上工具的夾持部分，其特徵在於無切屑成孔的、與螺釘軸線(9)成銳角地逐漸變細直到頂端的螺釘(1)的端部(2)由一種不鏽材料製成。
2.按權利要求1的螺釘，其特徵在於螺釘(1)的所有部分(2、4、5)完全由不鏽材料製成。
3.按權利要求1或2的螺釘，其特徵在於採用不鏽鋼作為不鏽材料。
4.按權利要求1或2的螺釘，其特徵在於採用輕金屬或者輕金屬合金或者以輕金屬，例如黃銅、紫銅、鋁等等為主要成份的合金作為不鏽材料。
5.按權利要求1的螺釘，其特徵在於無切屑成孔端部(2)由兩段或兩段以上與螺釘軸線成不同角度的部分構成。
6.按權利要求1的螺釘，其特徵在於，無切屑成孔端部(2)在橫截面內做成三角或多角形、圓形、橢圓形、等厚形等等。
7.按權利要求1至6之任一項或幾項的自成孔和螺紋螺釘的擰入方法，其特徵在於，在螺釘(1)無切屑成孔旋轉時除旋轉驅動外附加地對螺釘(1)施加一個軸向衝擊作用。
8.按權利要求7的方法，其特徵在於僅僅在成孔過程中對螺釘(1)施加衝擊作用，在成螺紋和螺釘(1)擰入螺紋旋轉過程中撤除衝擊作用。
全文摘要
自成孔和螺紋的螺釘(1)設有一個收縮成尖頭的、無切屑成孔的端部(2)、一個帶有螺紋(3)的杆部(4)和一個夾持部分(5)。無切屑成孔的端部(2)逐漸變細直到頂端。整個螺釘都由一種不鏽材料製成,特別是也包括端部(2)。通過螺釘(1)的旋轉在工件(7)上無切屑地成孔,接著通過螺釘(1)本身在工件上形成螺紋。
文檔編號F16B33/00GK1170454SQ95196911
公開日1998年1月14日 申請日期1995年12月18日 優先權日1994年12月21日
發明者赫爾穆特·厄斯特勒, 埃裡希·帕爾姆 申請人:Sfs工業控股公司