CN100348875C - 耐热自钻孔自攻螺钉 - Google Patents

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Abstract

一种适于对不锈钢板进行钻孔的耐热自钻孔自攻螺钉，所述螺钉没有滞后断裂并可满足较高的抗蚀性和较高的张力。螺钉包括：钻孔部分(4)；自攻螺纹部分(5)；紧固螺纹部分(6)；以及螺钉头部(3)。钻孔部分(4)和自攻螺纹部分(5)是SUS-420J2，碳含量基本等于对应S-35C的碳含量0.32-0.38或者对应用于机械结构的碳钢JIS-G4051的S-38C的碳含量0.35-0.41；以及包括螺钉头部(3)的紧固螺纹部分(6)的镍系列不锈钢是SUS-305J1或者SUS-316，并且包括在滚丝之后满足保证ISO A-2-70和A-4-70的高抗蚀性和高拉伸力的不锈钢。

Description

耐热自钻孔自攻螺钉
技术领域
本发明涉及耐热自钻孔(selfdrilling)自攻螺钉(tapping screw)，所述螺钉通过粘接镍系列不锈钢和铬系列不锈钢而制造，具体而言，涉及允许局部淬火的耐热自钻孔自攻螺钉，其中通过铬系列不锈钢构造的钻孔部分和自攻螺钉部分被淬火以在极高的水平上提供穿孔功能(钻孔功能)和攻螺丝功能(自攻功能)，通过镍系列不锈钢所构造的拧紧螺钉部分和螺钉头部分没有被淬火以提供高强度和高抗腐蚀性，而没有滞后断裂的危险。
背景技术
如本领域公知，自钻孔自攻螺钉是具有对对象执行自身穿孔(钻孔)、自身自攻螺纹(螺纹切割：自攻)以及自身螺纹固定的多种功能的螺钉部件，这样当将用作对象的诸如屋顶覆盖件或者壁表面的金属面板固定至支撑钢时，例如，对金属面板和支撑钢执行穿孔，所述金属面板和支撑钢是固定点，而不用在金属面板和支撑钢上提供预先制备的孔，同时对被穿透的孔进行自攻，这样最终将相关的金属面板通过螺纹固定而固定到支撑钢。由于不需要预先制备的孔，自钻孔自攻螺钉被大量使用。但是，所提供的多数的传统自钻孔自攻螺钉是通过渗碳和对低碳钢进行淬火而表面硬化。
自钻孔自攻螺钉需要具有几个机械和物理上不同的功能来响应上述提及的用途。即，所需的功能必须具有所有这样的功能：对金属材料等进行穿孔的穿孔功能；对金属材料等进行自攻的自攻功能；以及用于将金属面板固定到支撑钢的固定功能。
最近，由于需要用于设备的酸雨对策和结构的设计，不锈钢大量替代彩色钢板而被使用。在此情况下，由于不锈钢的属性，较低的导热性、在穿孔的过程中摩擦热的延迟散发以及通过热存储所增加的局部的温度的问题出现，自钻孔自攻螺钉的耐热性就是为了解决这样的问题。
此外，在自钻孔自攻螺钉中，除了上述提到的五个功能要求之外，能够工业上大规模生产的结构也是需要的一个重要的因素，因为相关的自钻孔自攻螺钉经常被大量消耗掉。
这种类型的自钻孔自攻螺钉在日本工业标准(JIS)中的JIS-B1125-1990的自钻孔自攻螺钉的项目中具有详细的内容。自钻孔自攻螺钉1是包括螺杆2和头部3的特殊结构的螺钉部件，所述螺杆2包括具有穿孔功能的钻孔部分4、具有自攻(螺纹切割)功能的自攻螺纹部分5以及具有螺纹紧固结合功能的紧固螺纹部分6，所述头部3包括用于与旋转工具接合的接合部分7。
传统典型的自钻孔自攻螺钉通过具有碳含量16碳-22碳的低碳钢材料，并且在形成之后，在渗碳、变硬和淬火表面层之后进行抗蚀镀层工艺。从上述低碳含量的低碳钢所获得的碳钢材料的表面淬火硬度较高，例如满足了对金属面板和支撑钢材部件钻孔所必须的钻孔刀片边缘的硬度。
但是，重要的一点是对碳钢通过渗碳等的淬火硬度，在进行超过200度的热效应时淬火速度减缓，这样降低了淬火硬度，刀边变得没有用。尤其是诸如钻孔刀边的尖锐位置上的热效应是显著的，结果，刀边由于摩擦而被弄圆，这样就不能进行钻孔。作为对应这样的问题的一种措施，为了抑制在钻孔的过程中所产生的热，油被施加到钻孔的尖部，或者使用具有下述问题的SUS-410不锈钢所制造的自钻孔自攻螺钉。
SUS-410不锈钢是13铬系列不锈钢，属于基于铬性能的耐热钢，硬度的显著降低即使在受到超过200度的热时也不发生，钻孔得以保持(参照JIS G4311耐热钢杆)。
但是，由上述的SUS-410不锈钢所制造的自钻孔自攻螺钉具有下述的缺点。即，SUS-410不锈钢具有低碳含量(0.15％最大值)，并且通过将镍在淬火的过程中添加到炉中而执行表面硬化(等于或者大于800Hv)而获得钻孔性能。但是，即使从这种程度的碳含量所获得的淬火硬度也可能变成滞后断裂的起因，如果硬度在较深的部分中变为450Hv的话。此外，实际上，当使用由SUS-410不锈钢制造的自钻孔自攻螺钉，螺杆断裂和头部浮动(flying)故障在紧固之后发生。
在JIS中，低碳钢被渗碳并淬火的自钻孔自攻螺钉的表面硬度很高，但是内部硬度被抑制以等于或者小于JIS的450Hv。这样的原因是防止通过在应力(螺杆力)环境之下的晶间磨损所导致的滞后断裂，但是最近，ISO(国际标准)将其减小到等于或者小于400Hv，JIS中也考虑了这样的减小。这样，当使用SUS-410的芯部硬度是危险的。
此外，表面的镍层降低了基部金属的不锈钢的抗蚀性，并且不利之处在于不锈钢的抗蚀性不能得以稳固。
因此，为了解决与上述的自钻孔自攻螺钉相关的各问题，本发明在建议使用对不锈钢板钻孔的耐热自钻孔自攻螺钉中，提出了一种没有滞后断裂并满足了较高的抗蚀性和较高的拉伸强度的耐热自钻孔自攻螺钉。
换言之，本发明的基本原理是提出一种耐热自钻孔自攻螺钉，其中整个耐热自钻孔自攻螺钉不是由单铬系列(400系列)不锈钢形成或者完整淬火，并且通过表面硬化方法避免铬的低碳系列，用铬系列高碳钢形成了钻孔部分和与钻孔部分相邻的自攻螺钉部分，并形成了紧固螺钉部分，所述紧固螺钉部分包括用铬系列(300系列)不锈钢所形成的螺钉头部以允许对不锈钢板进行钻孔，并进一步获得比SUS-410不锈钢更高的抗蚀性。
发明内容
为了实现上述目的，具体而言，本发明提供了一种用于对不锈钢部件钻孔的耐热自钻孔自攻螺钉，所述耐热自钻孔自攻螺钉包括：钻孔部分；连接到所述钻孔部分的自攻螺纹部分；连接到所述自攻螺纹部分的紧固螺纹部分；以及用于引导和提供转动力的螺钉头部；其中所述钻孔部分和自攻螺纹部分由耐热钢的高碳铬系列不锈钢所制造；以及包括所述螺钉头部的所述紧固螺纹部分由镍系列不锈钢所制造；所述钻孔部分和连接到钻孔部分的自攻螺纹部分是SUS-420J2，碳含量基本等于对应S-35C的碳含量(0.32-0.38)或者对应JIS-G4051(用于机械结构的碳钢)的S-38C的碳含量(0.35-0.41)；以及包括螺钉头部的紧固螺纹部分是SUS-305J1或者SUS-316，并且包括在滚丝之后满足保证ISOA-2-70和A-4-70的高抗蚀性和高拉伸力的不锈钢。
附图说明
图1显示了根据本发明的耐热自钻孔自攻螺钉的特定的结构示例；
图1A是显示了初始状态和结合两个部件的一个步骤的侧视图，两个部件是铬系列不锈钢制造的第一结构部件M1和由镍系列不锈钢所制造的第二结构部件M2；
图1B是显示了在结合了第一和第二结构部件之后对钻孔刀片进行冷锻的步骤的示意侧视图；
图1C是显示了自钻孔自攻螺钉中的螺纹部分进行轧制和移除废料的步骤；以及
图1D显示了对钻孔刀片和自攻螺纹部分进行高频加热的步骤以及淬火用淬火介质箱的示意侧视图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的耐热自钻孔自攻螺钉进行说明。图1显示了根据本发明的耐热自钻孔自攻螺钉的特定结构示例，图1A是显示了初始状态以及结合两个部件的步骤的示意侧视图，两个部件是铬系列不锈钢制造的第一结构部件M1和由镍系列不锈钢所制造的第二结构部件M2，图1B是显示了在结合了第一和第二结构部件之后对钻孔刀片进行冷锻的步骤的示意侧视图，图1C是显示了自钻孔自攻螺钉中的螺纹部分进行轧制和移除废料的步骤，以及图1D显示了对钻孔刀片和自攻螺纹部分进行高频加热的步骤以及用于淬火的淬火介质箱的示意侧视图。
本发明的重要的一点是本发明的耐热自钻孔自攻螺钉1通过由铬系列不锈钢制造的第一结构部件M1和由镍系列不锈钢所制造的第二结构部件M2预先来构造，如图1A中所显示的那样。换言之，本发明提供了一种耐热自钻孔自攻螺钉，其结构是不是完全由单铬系列(400系列)不锈钢所形成，或者完全淬火，并通过表面硬化方法避免了低碳系列的铬钢，并具有钻孔部分4和连接到由耐热钢的铬系列(400系列)高碳钢制造的自攻螺纹部分5，紧固部分6包括由镍系列(300系列)不锈钢制造的螺钉头部3，由此允许即使在不锈钢板上也可以有效地进行钻孔，并获得比由SUS-410制造的自钻孔自攻螺钉具有更高的抗蚀性。
另一方面，包括上述的螺钉头部3的紧固螺纹部分6是镍系列(300系列)不锈钢，并且对在滚丝之后通过不锈钢制造的高拉力螺钉，通过可以满足国际标准ISO A2-70和A4-70的SUS-305J1或SUS-316来形成。上述的ISO-A2-70或者A4-70的张力可以通过在头部工作和滚丝的过程中通过拉伸的加工硬化或者通过拔丝的加工硬化而满足。
此外，具体而言，形成钻孔部分4和连接到钻孔部分4的自攻螺纹部分5的铬系列(400系列)高碳不锈钢是SUS-420J2，碳含量优选地与JISG4051(机械结构用碳钢)的S-35C相同的碳含量(0.32-0.38)或者与S-38C相同的碳含量(0.35-0.41)。对钻孔所必须的等于或者大于600Hv的硬度可以很容易稳定，因为这样的碳含量不需要表面硬化方法。
此外，在本发明中，对形成钻孔部分4和连接到钻孔部分4的自攻螺纹部分5的铬系列(400系列)高碳不锈钢淬火通过高频局部加热水冷进行，这样包括螺钉头3的紧固螺钉部分6基本没有受热的影响，因此，镍系列(300系列)的不锈钢的特征不受影响，由此可以发挥性能。
第一结构部件M1通过构成螺杆2的一部分(即对应于完整的耐热自钻孔自攻螺钉1中的钻孔部分4和自攻螺纹部分5的部分)的线性尺寸的一批构造，并在轴向的一端上包括电阻焊接凸起11。另一方面，第二结构部件M2，通过具有构造螺钉头部3和螺杆2的一部分(即对应于完整的耐热自钻孔自攻螺钉1中的螺纹紧固功能的紧固螺钉部分6的部分)的具有线性尺寸的一批来构造，并在轴向的一端上包括电阻焊接端部12。
第一结构部件M1和第二结构部件M2被一体结合并通过电阻焊连接，第一结构部件M1中的电阻焊接凸起11和第二结构部件M2中的电阻焊接端部12在轴向彼此相对。
在通过电阻焊接而一体结合和连接之后，耐热自钻孔自攻螺钉1中的钻孔部分4通过冷锻(参照图1B)来处理。在此情况下，通过冷锻所产生的废料13被合理地移除。另一方面，耐热自钻孔自攻螺钉1中的螺钉部分通过轧制过程来形成，由此形成自攻螺纹部分5以及紧固螺纹部分6(参照图1C)。
接着，本发明的另外的重要方面存在于对如上所形成的耐热自钻孔自攻螺钉1的淬火工艺。在本发明中，对耐热自钻孔自攻螺钉1的淬火工艺通过感应硬化过程14局部(部分)进行。感应硬化是迅速通过高频感应电流而加热钢材部件的表面，然后在淬火箱15中在淬火介质16中对其冷却的硬化工艺。
工业应用性
上述结构形式的本发明的耐热自钻孔自攻螺钉，通过下述步骤形成：用由铬系列不锈钢所制造的第一结构部件以及由镍系列不锈钢所制造的第二结构部件的两个部件来构造耐热自钻孔自攻螺钉；一体连接和结合第一结构部件和第二结构部件；用第一结构部件构造钻孔部分和螺纹轴的自攻螺纹部分，以及用第二结构部件构造螺纹轴的紧固螺纹部分和螺钉头部；并且进一步地通过高频加热淬火硬化通过第一结构部件所制造的部分、紧固螺纹部分和螺纹杆的螺钉头部至机械强韧的结构并局部(部分)淬火和硬化钻孔部分以及螺纹杆的粘接螺纹部分，这样作为耐热自钻孔自攻螺钉，尤其作为用于对不锈钢板进行钻孔的耐热自钻孔自攻螺钉是极其有效的，并具有不同的功能：穿孔功能(钻孔功能)；攻螺纹功能(自攻功能)以及在极高水平上的抗蚀功能，并且进一步地具有较高的强度和适于大规模生产的高持久性。

Claims (3)

1.一种用于对不锈钢部件钻孔的耐热自钻孔自攻螺钉，所述耐热自钻孔自攻螺钉包括：
钻孔部分(4)；
连接到所述钻孔部分(4)的自攻螺纹部分(5)；
连接到所述自攻螺纹部分(5)的紧固螺纹部分(6)；以及
用于引导和提供转动力的螺钉头部(3)；其中
所述钻孔部分(4)和自攻螺纹部分(5)由耐热钢的高碳铬系列不锈钢所制造；
其特征在于，
包括所述螺钉头部(3)的所述紧固螺纹部分(6)由镍系列不锈钢所制造；
所述钻孔部分(4)和连接到钻孔部分(4)的自攻螺纹部分(5)是SUS-420J2，碳含量基本等于对应S-35C的碳含量0.32-0.38或者对应用于机械结构的碳钢JIS-G4051的S-38C的碳含量0.35-0.41；以及
包括螺钉头部(3)的紧固螺纹部分(6)的镍系列不锈钢是SUS-305J1或者SUS-316，并且包括在滚丝之后满足保证ISOA-2-70和A-4-70的高抗蚀性和高拉伸力的不锈钢。
2.根据权利要求1所述的耐热自钻孔自攻螺钉，其特征在于，所述钻孔部分(4)和连接到钻孔部分(4)的自攻螺纹部分(5)通过高频加热而被淬火硬化。
3.根据权利要求1或2所述的耐热自钻孔自攻螺钉，其特征在于，构造钻孔部分(4)和连接到钻孔部分(4)的自攻螺纹部分(5)的铬系列不锈钢，以及构造包括螺钉头部(3)的紧固螺纹部分(6)的镍系列不锈钢通过电阻焊接而被一体结合成铆钉形状以形成各部分。
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