緊固件安裝工具的製作方法

2023-10-07 16:53:54

專利名稱：緊固件安裝工具的製作方法
技術領域：
本發明涉及緊固件安裝工具，並且更具體地說，涉及包括多件、模壓類型緊固件及 其模壓工具的緊固系統，該模壓工具的緊固系統顯示了低模壓負載和高強度的最佳平衡。 本發明還涉及使用低模壓負載緊固系統的簡化安裝方法。
背景技術：
在許多商業應用中，通常稱作鎖緊螺栓的兩件的形成螺紋的或模壓的緊固件 通常用於將多個工件固定在一起。例如參照美國專利No. 2，531，048 ；No. 3，215，024 ； No. 3，915，053 ；No. 4，472，096 ；和No. 5，090，852。根據其中將使用緊固件的商業應用，這些 緊固件的材料屬性(例如，抗拉強度和硬度((不限於該Grade)))變化。為區分緊固件的 多種屬性，緊固件典型地由等級(Grade)指示。緊固件的Grade表示其強度。工業標準建 立了緊固件的所需強度，以利用由緊固件螺栓或銷的材料強度確定的特定緊固件的強度， 符合特定的Grade。例如，1/2英寸Grade 5緊固件具有1/2英寸直徑的銷或螺栓杆部，杆 部用於標稱1/2英寸直徑的工件開口中，並且根據SAE J429,Grade 5或ASTM A-325，這種 Grade 5緊固件必須具有120KSI的最小抗拉強度。通過比較，為了取得Grade 8緊固件的 質量，按照SAE J429, Grade 8或ASTM A-490，緊固件必須具有150KSI的最小抗拉強度。 Grade 5緊固件常常例如用於鐵路(例如列車)應用。Grade 8緊固件通常用於商用運輸 應用，例如在商用貨車運輸工業中以固定卡車部件。典型的模壓類型緊固件包括銷和軸環。多數這些緊固件是拉伸類型品種的，並包 括具有帶有鎖定槽的鎖定部的銷杆和具有拖拉槽的拖拉部。該拖拉槽適合通過配合具有模 壓砧的安裝工具的卡盤爪中的齒抓牢。該模壓砧適合接合軸環，並將相對的軸向力施加於 銷與軸環之間，以在軸環上方運動，並將其模壓入鎖定槽。該相對的軸向力包括由卡盤爪導 致的銷上的張力負載與由模壓砧導致的軸環上的壓縮負載的組合。利用減小強度的斷頸槽 (breakneck groove)，許多模壓類型的緊固件的拖拉部被連接到鎖定槽部。該斷頸槽適合 在大於模壓軸環所需的預先選擇的軸向或張力大小時破裂。相應地，在完成模壓後，拖拉部 或銷尾將被切斷和從銷杆去除。然而，其它模壓緊固件具有在完成安裝後保留在銷上的拖 拉部。例如參照美國專利No. 5，315，755 ；No. 5，548，889和No. 5，604，968 (公開了不從銷切 斷的螺紋拖拉部)。換言之，這些緊固件是無銷尾的。例如參照美國專利'755的圖1-8。在問題中，對於相當高強度(例如Grade 5和以上)的模壓類型的緊固件，頻繁出 現為了完全模壓軸環所需的應用的張力負載的過大的大小。這導致安裝工具的過早磨損， 尤其是拖拉機構，和在銷上的拖拉槽的破壞。該高模壓負載也通常使安裝過程複雜化，尤其 是當使用手動操作安裝工具的情況。為了試圖克服這些缺點中的某些，已進行了多種不同 安裝工具的修改。例如，通過參考併入這裡，如同完全在這裡提出的美國專利第4，299，519 號公開了一種橡子形狀的銷拖拉部和互補的形狀的工具抓緊結構，該拖拉部和工具抓緊結 構期望提供工具的抓緊結構對拖拉部的所有拖拉槽的接合，並且從而抑制拖拉槽的破壞。 例如參照美國專利'519的圖1-5。其它工具僅加入液壓和/或氣壓活塞缸，以輔助施加所需的模壓力。例如參照美國專利No. 4，597，2613和No. 4，878，372。然而，這增加了工具的 尺寸和重量，這會使工具難以處理或限制可到達性，從而可能危害其驅動緊固件的精確應 用，並且因此危害其最後安裝的質量。因此，存在用於模壓類型的緊固系統的安裝工具和方 法的改進空間。高模壓負載主要是使用緊固件軸環的結果，為取得特定的緊固件Grade (例如 Grade 5和Grade 8)的所需的強度，緊固件軸環具有增加的壁厚並且因此被構造為過度 充滿或過度塞滿鎖定槽。例如參照上述美國專利第5，090，852號(公開了修改的銷螺紋 形式以包括淺槽和流線型的根輪廓，且軸環帶有增加的壁厚度，充分的材料過度塞滿這種 淺槽，以取得所需的抗剪強度)；還參見上述'755專利和美國專利第5，548，889號和第 5，604，968號(公開了一種淺銷槽結構和軸環杆，軸環杆的體積具有至少16%的材料過剩， 以過度塞滿槽)。鎖定槽的過度塞滿是有問題的。它是上述不期望的過高模壓負載的主要 來源。因此，已進行了多次嘗試，通過模壓類型緊固件設計的變化，以消除這些缺點，並且特 別是極高模壓負載。例如，通過參考併入這裡，如同在這裡完全提出的美國專利第6，233，802號和第 6，497，024號公開了一種用於兩件、模壓類型緊固件的緊固系統，該緊固件具有寬、淺鎖定 槽螺紋形式，槽螺紋形式設計以在安裝時，允許緊固件以比類似Grade的傳統模壓類型的 緊固件更低模壓負載安裝，而保持基本上相同的物理屬性(例如抗拉強度；夾持負載)。更 低模壓負載允許有利地使用更小、更輕的安裝工具。該系統描述為應用於具有銷尾的緊固 件以及無銷尾的緊固件。如在上述'755專利中，對於具有未被切斷的螺紋拖拉部的拉伸 類型的模壓緊固件，因為不需要破裂斷頸所需的額外的力，因此該發明被闡述為有利於將 更少的螺紋接合在拖拉部上。這被認為(1)導致拖拉工具的匹配的螺紋套環或螺帽部件的 被接合螺紋上的更小的應力，從而延長了工具壽命；(2)因為需要更小的銷突起以抓緊必 須抓緊的減小數目的拖拉槽，因此允許使用更短、更廉價的銷；和(3)因為最後安裝需要更 低的施加的負載，因此允許安裝工具更小並且因此更輕和更廉價。該系統還有利於使用內 部驅動器。例如參見'755專利的圖17和18 (顯示了內部驅動器，內部驅動器包括可接合 在銷杆端部中的螺紋孔的拖拉槽內的螺紋拖拉杆或主軸)。如在通過參考併入這裡，如同在 這裡完全提出的美國專利'755和第5，548，889號、第5，604，968號中描述的，使用這種內 部驅動器實現了相對於外部驅動器，突起的減小，這又實現了緊固件更有效的最後安裝和 外觀。然而，如在上述'024專利中公開的，為了實現上述優點，需要改變螺紋形式(例 如鎖定槽結構)為更寬和更淺的結構。雖然修改螺紋形式是減小模壓負載的可行選擇，但 是在'024專利中公開的螺紋形式是一種極劇的變化，要求明顯更大的間距或螺距和多個 不同的半徑，在半徑中具有相當急劇和不連續的過渡(例如從一種半逕到另一種半徑)。因 此，生產具有公開的螺紋形式的銷很困難並且成本很高。另外，當緊固件被模壓時，該螺紋 形式的半徑中的不連續過渡阻止了由軸環槽對該螺紋形式的互補的接合的最小化。因此， 還存在銷鎖定槽的螺紋形式的進一步改進的空間。另外，由於太大的硬度導致極高的模壓負載，並且太小的硬度具有不足的強 度，'802和'024專利中公開的類型的軸環具有極窄範圍的可接受硬度。對於更高Grade 緊固件(例如，Grade 5和以上的Grade)，為滿足工業抗拉強度要求需要螺栓和軸環的硬度均增加，這尤其有問題。因此，已知軸環必須進行熱處理，以足夠軟以模壓，並與修改的螺紋 形式相容，但又要足夠堅固以符合工業Grade標準。這進一步增加了製造緊固件的成本和 複雜性。例如，兩種這種熱處理方法包括消除應力退火和淬火與回火；通過消除應力退火 取得一致的期望硬度很難實現並且淬火和回火很昂貴並且在對軸環表面不進行不期望的 滲碳或脫碳的情況下，難以實現。兩種方法均耗時和成本較高，例如需要爐操作成本的附加 費用。因此，高度期望提供一種高強度、低模壓負載的緊固系統，該緊固系統除了其它屬 性之外還顯示出上述專利'519，『 755，『 802，和'024中公開的低模壓緊固件的所有 優點，但同時不需要例如成本高和耗時的軸環的熱處理。因此，在高強度、低模壓負載緊固系統的領域中存在改進的空間。

發明內容
本發明的一個目的在於提供一種模壓類型的緊固件，其展示出減小的模壓負載和 高強度的最佳平衡。本發明的另一目的在於提供一種使用如冷鐓軸環的軸環的緊固件，其無需經熱處 理(例如淬火和回火；消除應力退火)。本發明的另一目的在於提供一種具有減小壁厚度的高強度軸環，從而相應地減小 重量和模壓負載，同時保持強度。本發明的另一個目的在於提供一種如冷鐓軸環的軸環，該軸環具有充分的物理屬 性(例如，硬度；強度)，以滿足期望的緊固件Grade (例如，Grade 5 ；Grade 8)。本發明的另一個目的在於提供一種軸環，其可與現有緊固件及其螺紋形式一起使 用，同時展現出期望Grade的所需強度(例如Grade 5 ；Grade 8 (不限於該Grade))。本發明的另一目的在於減小設置緊固件所需的模壓負載，從而減小安裝工具部件 的磨損(例如模壓砧；套環；半殼(不限於上述部件))並增加工具奉命。本發明的另一目的在於提供一種緊固件，其消除了緊固件軸環的昂貴的熱處理工 序(例如，消除應力退火；淬火和回火)。本發明的另一目的在於提供一種軸環，其可用於各種模壓類型的緊固件，明顯包 括但不局限於具有銷尾和無銷尾的緊固件，該緊固件為新的緊固件或軸環可翻新的現有存 貨的部分。本發明的另一目的在於增加軸環的硬度，以通過不過度塞滿緊固件銷的鎖定槽， 保持或提高軸環的強度級，但減小模壓負載。本發明的另一個目的在於提供一種改進的緊固件鎖定槽螺紋形式，該形式設計用 於克服已知淺或波形螺紋形式的缺點。本發明的另一個目的在於提供一種鎖定槽螺紋形式，鎖定槽螺紋形式被構造用於 減小模壓負載，同時較容易並且從而經濟地製造。本發明的另一個目的在於提供互補拖拉槽和工具抓緊結構配置，除了其它優點 外，該裝置還提供下述一種或多種優點提高拖拉槽與抓緊結構之間的接合；例如通過減 小銷拖拉斷面的直徑和增加套環橫斷面從而增加拖拉螺紋的厚度和強度，延長抓緊結構 (例如套環)的疲勞壽命；和銷的拖拉部的較小突出長度。
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因此，本發明的總的目的在於提供一種改進的、高強度、模壓類型的緊固件及其如 冷鐓軸環的軸環，緊固件及軸環能夠利用現有工具，以減小的模壓負載安裝，並且展示期望 緊固件Grade的最佳材料屬性(例如硬度；強度)；和本發明的總的目的還在於提供一種低 模壓負載緊固系統，包括如冷鐓軸環的軸環，改進的銷拖拉部和安裝工具結構，和優良的 緊固件螺紋形式中的一個或多個。利用提供低模壓緊固系統和方法的本發明滿足這些目的和其它目的。在本發明的一個實施例中，該系統的緊固件可包括軸環，具有適合避免過度塞滿 鎖定槽的增加的硬度和減小的軸環壁厚度。當與類似Grade的已知緊固件相比時，該軸環 生產非常經濟並且更容易模壓。這是因為本發明的軸環如冷鐓軸環地使用，從而消除了熱 處理(例如，淬火和回火；消除應力退火)的成本高的要求。該軸環也不需要對銷鎖定槽螺 紋形式進行修改。因此，它可容易與現有銷和具有各種不同鎖定槽螺紋形式的安裝工具一 起使用，並且有助於其薄壁的減小的模壓負載延細長了安裝工具的壽命和/或允許更輕重 量的工具。本發明的緊固件及其軸環展示出所有前述優點，同時還提供了足以滿足Grade 5 和Grade 8工業緊固件標準的出眾和意想不到的高強度能力。因此，低模壓負載緊固系統用於模壓類型緊固件，該緊固件被構造用於將多個工 件固定在一起。該模壓類型緊固件包括銷部件，銷部件具有適合位於工件中的對準開口中 的細長銷杆。該銷部件的一端終止於適合接合工件一側的表面的擴大頭部，並且在相反端 終止於適合延伸超過工件的相對側的相對表面的開槽部。該銷的開槽部包括鎖定部，鎖定 部具有由圓周延伸的銷槽確定的多個鎖定槽和終止於銷牙頂的相關銷肩。該緊固件可從包括銷尾緊固件和無銷尾緊固件組成的組中選擇。緊固件的銷的 開槽部可以是無銷尾的，並且包括內部螺紋孔，其中安裝工具包括構造為在緊固件模壓期 間，以螺紋方式接合內部孔的內部驅動器。在本發明的另一實施例中，低模壓負載緊固系統包括銷，具有基本上直的拖拉 部，拖拉部從銷的第二端延伸並包括多個拖拉槽。該拖拉部的外徑小於銷的鎖定部的外徑。 相關安裝工具具有夾頭，夾頭具有用於互補地接合拖拉部的拖拉槽的拖拉部件。拖拉部自 銷的端部的突起長度較短。因此，拖拉部可在模壓後保持在銷上，或可通過將其剃去或可選 地設置在銷上的斷頸槽的斷裂被去除。該拖拉部的減小直徑允許安裝工具更厚和強度更 大。拖拉部的直特性提供了由安裝工具的優良的接合性。安裝工具的拖拉部件的第一齒可具有比工具的剩餘齒更大的直徑，這延長了工具 壽命。該工具可以進一步被改進，並且通過包括較小的模壓負載，模壓負載得到進一步的減在低模壓負載緊固系統的另一實施例中，該緊固銷可包括由多個混合半徑確定的 螺紋形式，在螺紋形式的槽的每個半徑之間具有基本上平滑的過渡。從而改進了當它模壓 時，由軸環對槽的接合。這種螺紋形式消除了用於滾螺紋的滾絲模的複雜性。在本發明的披露內容的另一個方面中，提出一種構造以將多個工件固定在一起的 模壓類型緊固件用的低模壓負載緊固系統。該模壓類型緊固件包括銷部件，銷部件具有適 合位於工件中的對準開口中的細長銷杆。該銷部件的一端終止於適合接合工件一側的表面 的擴大頭部，並且相反端終止於適合延伸超過工件的相對側的相對表面的開槽部。該開槽部包括鎖定部，鎖定部具有由圓周延伸的銷槽確定的多個鎖定槽和終止於銷牙頂的相關銷肩。安裝工具包括具有模壓腔的砧(anvil)部件。提供一種如冷鐓軸環的軸環，包括 大體直的軸環杆，軸環杆適合響應由所述安裝工具在所述銷部件與所述如冷鐓軸環的軸環 之間施加的相對軸向力或模壓負載，被模壓進入所述銷部件上的所述鎖定槽中。緊固在一起的工件上的期望幅度的夾緊負載確定緊固的接合。該安裝工具的模壓 腔被構造以接合所述軸環杆並徑向向內模壓所述軸環杆。該如冷鐓軸環的軸環當模壓時， 具有軸環槽和肩，軸環槽和肩與所述銷槽和肩互鎖。該銷部件和所述如冷鐓軸環的軸環採 用具有不同幅度的極限抗剪切應力強度的不同材料，以便在將所述軸環模壓到所述銷部件 時，基本上避免所述銷部件的屈服。該夾頭具有從所述夾頭的突起，突起沿向著軸環的方向延伸拖拉部件的長度，從 而增加與所述砧的接觸面積。該如冷鐓軸環的軸環不需要熱處理，並且如冷鐓軸環的軸環的大體直的軸環杆具 有相對薄的壁厚，從而減小了對所述如冷鐓軸環的軸環需要的模壓負載。該突起在夾頭的前端螺紋前和附近形成平坦的圓形表面，並且然後是在平坦表面 前形成圓形向前成角度的表面，並且形成第二平坦表面和傾斜的平坦表面，第二平坦表面 和傾斜的平坦表面向後到與夾頭的外徑的交叉線。該拖拉部件的端部並不壓合到與槽的底部成一直線的直徑位置，從而增加拖拉部 件的端部拖拉牙頂的剪切強度。在本發明的不同方面中，拖拉部件的最後拖拉牙頂具有與夾頭的最後齒的擴大拖 拉器半徑相符或一致的輪廓。所有前述低模壓負載機構可以單獨使用或以任何適合的組合使用。還公開了一種 模壓類型緊固件，和使用前述低模壓負載系統將多個工件固定在一起的方法。


當結合附圖通過閱讀對優選實施例的下述描述，可以完全理解本發明，其中圖1是當使用在具有包括活動銷尾的銷的模壓類型的緊固件上時，根據本發明實 施例的低模壓負載緊固系統極其如冷鐓軸環的軸環的部分橫斷面視圖，其中緊固件顯示 為在由安裝工具模壓前，穿過兩個工件中的對準孔被插入；圖2是當使用在無銷尾的模壓類型的緊固件上時，低模壓負載緊固系統和圖1的 如冷鐓軸環的軸環的橫斷面視圖，其中顯示了在由安裝工具模壓後以將兩個工件固定在 一起的緊固件；圖3是根據本發明的另一實施例，在由具有內部驅動器的安裝工具模壓前，當使 用在無銷尾的模壓類型的緊固件上時，低模壓負載緊固系統和圖1的如冷鐓軸環的軸環的 橫斷面視圖；圖4是模壓類型的緊固件用的現有技術軸環的俯視圖，其中軸環的內孔由虛線 顯不；圖5是根據本發明實施例的具有減小壁厚的圖1-3的如冷鐓軸環的軸環的等距視 圖，其中為了說明簡單，一部分軸環被切除；圖6A，6B和6C分別是具有波形、深和混合鎖定槽螺紋形式的模壓緊固件的橫斷面
8範例視圖；圖7是根據本發明實施例的改進緊固件銷拖拉部和安裝工具結構，和使用改進的 銷拖拉部用於模壓緊固件軸環的四個連續安裝工序的橫斷面視圖；圖8是用於圖7的安裝工具的夾頭的端部的橫斷面視圖；圖9是圖7的砧部件的斷面視圖。圖10是根據本發明實施例的改進緊固件銷拖拉部和安裝工具結構，和使用不同 的夾頭採用改進的銷拖拉部用於模壓緊固件軸環的四個連續安裝工序的橫斷面視圖；以及圖11是用於圖10的安裝工具的不同夾頭的端部的橫斷面視圖。
具體實施例方式在這裡使用的諸如上、下、前、後等的方向短語涉及圖中所示的元件的方位並且不 是限制權利要求。如這裡所使用術語「數目」指一個或超過一個(例如，多個)。如在這裡所使用，術語「如冷鐓軸環(as-headed) 」指例如從冷加工，經應變硬化的 軸環，而不是使用熱加工(例如，淬火和回火；消除應力退火)改變硬度。本發明的軸環顯 示出高強度(例如Grade 5或8的強度)，而不要求熱處理。如在這裡使用的，短語「低模壓負載」用於比較的目的，以描述與類似Grade的已 知緊固件比較，本發明的緊固系統的特徵(例如，如冷鐓軸環的軸環；減小直徑銷尾拖拉 部；修改的螺紋形式)提供的所需模壓負載的減小。這種低的或減小的模壓負載的典型實 例在表中和相應的公開中確定數量。類似地，如這裡使用的，短語「減小的壁厚度」用於比較的目的，以描述與類似 Grade的已知緊固件的軸環相比，本發明的軸環的更薄的壁結構。例如，典型軸環的壁厚度 具有減小的厚度，具有更少的材料量，從而被構造為不過度塞滿鎖定槽，這不同於許多已知 的緊固件。如這裡使用的，術語「拖拉部」指緊固件銷的典型銷拖拉部和用於接合銷拖拉部的 互補安裝工具拖拉部件。如將在這裡討論的，典型的拖拉部結構包括基本上直的、減小直徑 的、平行側拖拉部，拖拉部與例如加入這裡的美國專利第4，299，519的漸縮、橡子形狀拖拉 部和互補工具部件相比，從銷的鎖定槽部的端部突出更少距離。如這裡使用的，短語「螺紋形式」指本發明的典型改進銷鎖定槽螺紋形式。該新穎 螺紋形式是一種混合，因為除了其它新特徵外，螺紋形式部分地是多種螺紋形式的一些特 徵的混合。然而，應該認識到開發典型的混合螺紋形式以實現可歸因於此的相關優點，需 要進行大量試驗和實驗。雖然本發明的緊固件的實例以特定具體尺寸進行了描述，即標稱直徑，本發明的 構思能夠容易地延伸到寬範圍尺寸(例如，直徑；長度)的緊固件。如圖1-3和7所示，本發明涉及多部件(例如，銷和軸環)模壓類型的緊固件，諸 如例如通過參考併入這裡的在前面的專利'024中描述和顯示的緊固件。在圖1-3，6B，6C 和7中，在每個圖中，類似的緊固件部件的編號相同，但包括字母「a」 (圖2)，「b」(圖3)， 「c」(圖6B)和「d」(圖6C和7)的區別指示，並且除非另外描述，類似的緊固件部件能夠被 認為基本上相同。典型低模壓負載緊固系統50的第一特徵，如冷鐓軸環的軸環14分別顯示使用在圖1，2和3，6B，6C和7的緊固件10，10a，10b，IOc和IOd的每個上。圖1顯示了本發明的緊固件10，緊固件10包括具有銷尾41的銷部件12和如冷鐓 軸環的、低模壓負載軸環14。該銷部件12具有細長杆15，細長杆15分別延伸經過將被固 定在一起的一對工件18，20中的對準開口或孔16和17。在杆15的一端處的放大、突出頭 22接合工件18的背面23。該杆14具有接近頭22的直的、平滑圓柱杆部24，杆部24適合 以間隙配合容納在對準的孔16和17中。然而，應該認識到在一些裝置中，直杆部24能夠 被確定尺寸以提供與一個或兩個孔16和17的精密公差或過盈配合。鎖定杆部25鄰近直 杆部24並與直杆部24成整體，並具有多個圓周延伸、環形鎖定槽26。如前面所述，圖1的緊固件10包括銷尾或拖拉杆部41，銷尾或拖拉杆部41具有 接著是多個環形拖拉槽44的直環形區42。具有減小根直徑的斷頸槽40位於鎖定部25與 拖拉部41的環形區42之間，並確定了銷軸杆15上的最弱部分。相對於鎖定部25的鎖定 槽26的牙頂71的直徑Db，包括區42和拖拉槽44的拖拉部41具有減小的直徑Da。直徑 Db也與直杆部24的直徑相同。然而，應該認識到在涉及與孔16和17的精密公差(緊公 差)或輕微過盈配合(未顯示)的應用中，鎖定槽26的牙頂71將具有比直杆部24的直徑 更小的直徑(未顯示)。該拖拉槽44適合由在上述的'024專利顯示和描述的方式用於設 置緊固件10的安裝工具100抓緊。安裝(例如模壓)軸環14所需的工具100能夠大體以本領域已知方式構造，並且 因此為簡單的目的，僅部分地顯示。總之，工具100具有頭部組件102，頭部組件102帶有適 合抓緊拖拉杆部41的拖拉槽44的多個圓周上間隔的爪104。爪104位於可滑動地支撐在 砧外殼108中的管狀夾頭組件106中，砧外殼108 —端終止於具有模壓空腔112的模壓砧 部件110中。利用爪隨動組件116 (在圖1中部分地顯示)，該爪104通常在圓錐軌道114 中被彈性軸向向前推動到所示的徑向閉合位置。然而，也將認識到如這裡討論的，利用典 型的低模壓負載緊固系統50可以設計出關於圖1-3顯示和描述的結構和方法以外的其它 適合的安裝結構(例如參見圖7-9的減小直徑的銷尾拖拉部177)和方法。圖2和3分別顯示了用在兩種典型變型的無銷尾緊固件10a，IOb上的典型軸環 14。該圖還顯示了典型軸環14可容易利用廣泛的已知安裝工具使用的方式。例如，圖2顯 示了安裝工具200，安裝工具200包括具有內螺紋孔204和感應杆206的外部驅動器202。 這種安裝工具200也在併入這裡的'024專利中進行了詳細描述。簡而言之，外部驅動器 202接合槽26a，並驅動模壓砧210或在模壓砧210上施加相對軸向力，以便它在模壓腔212 內容納軸環14，並隨著工件18a和20a被緊固在一起，模壓軸環14。圖3顯示了與另一種類型的無銷尾緊固件IOb —起使用的典型軸環14。該銷杆 15b包括適合與安裝工具300 —起使用的內螺紋孔77，該安裝工具300包括具有驅動杆302 的內部驅動器306，驅動杆302具有對應於內部孔77的螺紋的螺紋304。這種安裝工具也 在'024專利中進行了顯示和描述。總之，安裝工具300的內部驅動器306接合銷杆15b 的內孔77，並將模壓砧310拉向軸環14，以便它在模壓空腔312內容納和模壓。相應地，應該認識到本發明的如冷鐓軸環的低模壓負載軸環14可與各種緊固件 及其工具一起使用，包括銷尾和無銷尾類型的緊固件，該緊固件具有傳統的環形或螺旋鎖 定槽螺紋形式，與結合上述'024專利的發明描述和在圖2-3中顯示的修改螺紋形式相比， 該鎖定槽螺紋形式具有更深和更窄的槽或減小的間距或螺距。這是明顯的改進，如將簡要
10討論，雖然'024專利的緊固件的結構導致所需的模壓負載減小到易處理的幅度，但是為 了如此做，它需要大大改變螺紋形式，並且需要軸環經熱處理(例如，淬火和回火；消除應 力退火)以取得所需的材料屬性(例如強度)。雖然本發明的軸環14利用前述修改的螺紋 形式的緊固件可適用，但是本發明的軸環14(例如參見圖2-3)也可容易地與具有更窄和更 深鎖定槽的更傳統的或常規的螺紋形式的緊固件一起使用。參見'024專利中的圖7和7A 和伴隨的公開。如這裡將討論的，典型的如冷鐓軸環的軸環14也可容易與本發明的典型緊 固系統50的改進混合螺紋形式26d(圖6) —起使用。參考圖4和5，已知現有技術軸環(例如14)與本發明的典型軸環14進行了比較。 該軸環14'包括具有圓柱杆61'的放大可選直徑凸緣59'和通孔65'。該軸環杆61'具 有大體均勻壁厚t'的大體均勻圓柱結構。該軸環14'具有直杆部69'，直杆部69'外端 終止於徑向向外展開的杆部67'，也大體具有厚度t'。類似本發明的典型軸環14(圖1_3，5和7)，在被模壓前，軸環14'適合設置在銷 杆15(例如參見圖1)上，並且在工件18，20(圖1)拉在一起的情況下，軸環14'將具有與 鎖定槽26徑向對準的軸環杆61'(圖1)。同時，凸緣59'將與工件20的外部表面73接 合。工件18和20具有組合厚度tl (圖1)，組合厚度tl確定了緊固件(例如10)的標稱鉚 接厚度或固定厚度。然而，應該認識到緊固件10能夠在預定的鉚接厚度或固定厚度範圍 使用，從具有小於tl (未顯示)的最小總厚度的工件變化到大於tl (未顯示)的最大總厚 度。如通過參考併入這裡的'024專利中討論的，通過減小均勻直徑的直軸環孔部 69'與鎖定槽26的牙頂71 (例如參見圖1)之間的間隙，使模壓軸環杆61所需的相對軸 向負載最小。在'024專利的發明中，這種徑向間隙被明顯地徑向減小到傳統鎖定螺栓的 徑向間隙的約一半。例如參見'024專利的圖7(顯示了典型模壓類型的緊固件的螺紋形 式)。因為由最小內徑ID'提供的緊密徑向間隙，外徑OD'能夠被減小到提供期望的體積 所需的厚度t'。因此，如在'024專利中討論的，內徑ID'和外徑OD'被選擇以提供軸環 杆61'的期望壁厚t'，導致模壓用的軸環材料的所需體積和鎖定槽填充的期望量，同時 提供模壓負載的期望減小。然而，如丨024專利的圖4A，7A，8A和9A所示，和在伴隨的公開中討論的，這種緊 固件及其軸環14'需要改進的螺紋形式以包括鎖定槽26，鎖定槽26更寬並且大體更淺 (將'024專利的圖4A，8A和9A中所示的改進的槽結構與圖7A的現有技術緊固件相比)。 另外，雖然改進的緊固件螺紋形式有助於克服上述高模壓負載，但是它也需要成本高的軸 環14'的熱處理，以保持所需的材料屬性(例如強度)。相應地，考慮到改進模壓類型緊固件設計的前述已知試圖，很容易意識到緊固 件領域內存在對提供顯示低模壓負載和高強度之間的最佳平衡的經濟、高Grade緊固件的 長期期望。雖然上述緊固件基本上滿足了減小模壓負載的目的，但是它們迄今僅能夠通過 使用成本高的軸環熱處理並對螺紋形式修改做到。在本發明的低模壓緊固系統50克服 這些缺點的方式中，通過提供上述改進的軸環14實現，軸環14可容易地與多種現有緊固 件及其螺紋形式一起使用的，並且可如冷鐓軸環地使用，不要求熱處理，同時仍展示了高 Grade (例如Grade 5和Grade 8)材料屬性(例如，強度(非限制性的))。因此，該軸環14 可作為改進的獨立部件或可選地與典型緊固系統50的其它低模壓特徵組合，追溯地與現有緊固件一起使用，。圖5顯示了典型如冷鐓軸環的r、低模壓負載軸環14的更詳細的等距視圖，軸環 14顯示為分別與圖1-3和7中的緊固件10，10a, 10b, 10c, IOd 一起使用。一部分軸環14被 切除以顯示軸環14的典型的減小壁厚t (例如與圖4的軸環14'的厚度t'比較)。因此， 對於類似Grade的緊固件，本發明的軸環14將具有基本上等於或相當於鎖定槽牙頂71的 外徑Db的內徑ID(圖1)，類似於圖4的軸環14'的ID'。然而，典型的軸環14的外徑OD 小於現有技術軸環14'的OD'，從而導致軸環杆61的典型的減小壁厚t。如將在這裡更 詳細地討論，減小壁厚t導致更少量的材料被模壓入鎖定槽(例如分別為圖1_3，6B，6C和 7的26，26a, 26b，26c, 26d)。結合典型軸環14的增加硬度，這導致鎖定槽(例如26，26a, 26b，26c，26d)不被過度塞滿，這與許多現有技術軸環設計直接相反。此外，通過減小軸環 ID，在模壓以接合鎖定槽期間，存在更小的軸環行進距離。因為軸環具有與現有技術的牙頂 的外徑的更小間隙，因此在將本發明的軸環模壓進入鎖定槽中花費更小的模壓負載。在現 有技術鎖定螺栓系統中，更大的間隙提供在軸環與牙頂的外徑之間，使得更大模壓負載施 加於軸環，以在被模壓進入鎖定槽前，使其模壓穿過空氣。該減小的壁厚t，未過度塞滿鎖定 層26，26a，26b，26c和26d，並且軸環與鎖定螺栓的牙頂的外徑之間減小的間隙減小了模壓 典型軸環14所需的相對軸向負載。相應地，本發明採用比已知現有技術更經濟、改進方式實現了減小模壓負載的類 似目的。應該意識到例如與軸環14'的壁厚度t'相比，典型軸環14的壁厚度t的準確 的差別或減小量將部分取決於討論中的特定緊固件的尺寸(例如1/2英寸，5/8英寸，3/4 英寸(非限制性地))。例如，具有類似的Grade的一對3/4英寸緊固件之間，軸環壁厚度 的差別將可能比例如類似Grade的一對1/4英寸緊固件之間軸環壁厚度的差別更大。本發 明的軸環杆61的減小厚度t的效果的實例以及這種厚度的典型數目，將通過下述實例的討 論進一步說明和認識。實例說明了和討論了進行的多個實驗的結果，為了評估減小軸環軸 61的壁厚t對如冷鐓軸環的、高強度14和緊固件(例如，10，10a, 10b, IOc和IOd)的效果。 下述實例提供用於進一步說明改進並非限制本發明。實例1第一實驗的目的在於確定製造為HS5CF-R12尺寸的軸環是否能夠被用如冷鐓 軸環地使用以滿足Grade 8值。HS5CF-R12緊固件是由美國德克薩斯州韋科市的Huck International, Inc.製造的商業可得到的Grade 5模壓類型的緊固件。實驗涉及測試標準淬火和回火Grade 8軸環的外徑(OD)、硬度、模壓負載、抗拉強 度和預載荷，並與如冷鐓軸環的Grade 5軸環比較。該結果如下面表1表示數量。表1 :Grade 5如冷鐓軸環的軸環
權利要求
一種緊固件安裝工具，包括具有模壓腔的砧部件；和夾頭，所述夾頭具有帶有緊固件接合端和多個齒的拖拉部件，其中所述多個齒包括鄰近所述緊固件接合端定位的第一齒，其中所述多個齒的所述第一齒具有第一內徑，所述多個齒的剩餘齒中的每一個齒都具有第二內徑，其中所述第一齒的第一內徑比所述多個齒的剩餘齒中的每一個齒的第二內徑更大。
2.根據權利要求1所述緊固件安裝工具，其中所述夾頭的多個齒包括第四齒。
3.根據權利要求1所述緊固件安裝工具，其中所述砧部件具有第一端、與第一端相對 的第二端、入口部分，所述入口部分位於第一端、模壓段，所述模壓段與所述入口部分相鄰 並具有第一內徑、和具有第二內徑的內孔，其中所述模壓段被構成為提供徑向向內的模壓 負載，其中所述模壓段相對窄。
4.根據權利要求3所述緊固件安裝工具，其中所述內孔的第二內徑大於所述模壓段的 所述第一內徑。
5.根據權利要求3所述緊固件安裝工具，其中所述砧部件的入口部分成圓角。
6.根據權利要求3所述緊固件安裝工具，其中所述夾頭是單個分裂式抓緊夾頭。
7.根據權利要求6所述緊固件安裝工具，其中所述夾頭包括自所述夾頭延伸的突起， 從而延伸所述夾頭的拖拉部件的長度並增加與所述砧部件的接觸面積。
8.根據權利要求7所述緊固件安裝工具，其中使突起形成在夾頭的前端螺紋前和與夾 頭的前端螺紋相鄰的平坦的圓形表面，並且然後形成在該平坦表面前的圓形向前成角度或 傾斜的表面，和第二平坦表面以及向後到與夾頭的外徑的交叉線的成角度或傾斜的平坦表
9.一種用於緊固件安裝工具的夾頭，所述夾頭包括拖拉部件，所述拖拉部件具有緊固件接合端和多個齒，其中所述多個齒包括鄰近所述緊固件接合端定位的第一齒，其中所述多個齒的所述第一齒具有第一內徑，所述多個齒的剩餘齒中的每一個齒都具 有第二內徑，其中所述第一齒的第一內徑比所述多個齒中的剩餘齒中的每一個齒的第二 內徑更大。
10.根據權利要求9所述的夾頭，其中所述多個齒包括第四齒。
11.根據權利要求9所述的夾頭，其中所述夾頭具有橫斷面厚度，其中所述夾頭適合 與銷部件接合，所述銷部件具有鎖定部和從所述鎖定部延伸的拖拉部，所述銷部件的鎖定 部具有第一外徑，所述銷部件的拖拉部具有小於所述銷部件的鎖定部的第一外徑的第二外 徑，其中所述銷部件的所述鎖定部的第一外徑和所述銷部件的所述拖拉部的第二外徑之間 的差的增加允許所述夾頭的所述橫斷面厚度的對應增加，從而延長所述安裝工具的疲勞壽 命。
12.根據權利要求9所述的夾頭，其中所述夾頭時單個分裂式抓緊夾頭。
13.根據權利要求9所述的夾頭，其中所述拖拉部件包括自所述夾頭延伸的突起，從而 延伸所述夾頭的所述拖拉部件的長度。
14.根據權利要求13所述的夾頭，其中使突起形成在夾頭的前端螺紋前和與夾頭的前端螺紋相鄰的平坦的圓形表面，並且然後形成在該平坦表面前的圓形向前成角度或傾斜的 表面，和第二平坦表面以及向後到與夾頭的外徑的交叉線的成角度或傾斜的平坦表面。
15.一種用於緊固件安裝工具的砧部件，所述砧部件包括 第一端和與第一端相對的第二端；在第一端和第二端之間延伸的模壓腔； 位於所述第一端的入口部分；模壓段，所述模壓段與所述入口部分相鄰定位並具有第一內徑；和 內孔，所述內孔具有第二內徑， 其中所述模壓段被構成為提供徑向向內的模壓負載， 其中所述模壓段相對窄。
16.根據權利要求15所述的砧部件，其中所述內孔的所述第二內徑大於所述模壓段 的所述第一內徑。
全文摘要
一種緊固件安裝工具，包括具有模壓腔的砧部件；和夾頭，所述夾頭具有帶有緊固件接合端和多個齒的拖拉部件，其中所述多個齒包括鄰近所述緊固件接合端定位的第一齒，其中所述多個齒的所述第一齒具有第一內徑，所述多個齒的剩餘齒中的每一個齒都具有第二內徑，其中所述第一齒的第一內徑比所述多個齒的剩餘齒中的每一個齒的第二內徑更大。
文檔編號B21J15/00GK101947627SQ20101024209
公開日2011年1月19日 申請日期2006年11月3日 優先權日2006年11月3日
發明者拉裡·D·默瑟, 羅伯特·J·克貝特 申請人:胡克國際公司