CN1008205B - 螺纹滚压和改进紧固件 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种紧固件，有一个杆部上面从无螺纹部变为最大螺纹量度部分的相突然的转变，螺纹尾部占据不超过一个螺距的轴向长度，在圆周上伸长不超过螺纹中径处的螺纹圆周长度的约四分之一。由于杆部的短过渡段，螺母埋头孔的长度减短。螺纹用相对的模具在杆部上滚压，模具的螺脊和准备制造的螺纹比配，螺脊在模具的一个边缘上终止，有相互间隔的大致对称的端壁，端壁在螺脊的轴向上相当短，因此可以突然达到螺纹的最大量度。

Description

本发明涉及螺纹滚压和紧固件。

螺纹滚压已被承认为制造外螺纹紧固件的优质螺纹的方法。但是滚压螺纹有一个令人遗憾的特点，就是在螺纹的内端有一个相当长的尾端，其螺纹形状不完全。在螺纹滚压过程中，把紧固件坯料放在两个相对压模中滚压，压模的螺脊，和待制造的螺纹比配。这些螺脊在压模的一个边缘上终止，也就是在制成的螺纹的内端位置上，因为螺脊和压模边缘之间有一个小锐角，便在螺脊上产生一个薄边，易于破坏。因为这个缘故，在接近压模边缘处，压模螺脊呈锥形，为了在压模的这部分上提供足够的强度，边缘外的螺脊变为更浅。结果，在内端上的两圈或两圈以上的螺纹常常是不完全的，比其余的螺纹有较不充分的截面尺寸。不完全螺纹不能承受荷载，因此不能提高紧固件的性能。然而紧固件的杆部必须有足够的长度，留作内端的螺纹尾部，和承受荷载的螺纹部分。在典型上，螺纹尾部所在的过渡段，占螺杆的轴向长度，相当于螺纹齿距的两倍。

许多紧固件有一个螺母或螺圈，其中有埋头孔容纳有不完全尾部螺纹的螺栓的过渡区。螺母或螺圈的埋头孔必须有足够的长度，容纳尾部螺纹。所以，螺栓和螺母的长度，都必须服从螺栓螺纹部分内端的不完全螺纹的要求。

已经了解到减短不完全螺纹过渡区，可以减短螺栓，结果可以减轻重量，这在航空和宇航领域中有相当大的意义，在其他的以减轻重量为关键的领域中也是一样。然而，用传统的螺纹滚压方法不能做到这点。

减短螺纹尾部的一个方法，是首先在过渡区中形成一条槽，约达到待制造的螺纹的内径。为做到这一点，在滚压螺纹前，先切削成要求的几何形状，或切削到最大尺寸以下，然后通过冷压产生要求深度的槽。继而滚压螺纹，使尾部伸入有槽部分中。其结果，螺纹尾部过渡区短于传统的滚压螺纹紧固件。这方法的缺点，是螺纹滚压作业前，增加螺杆槽形成工序，而增加了费用。

本发明提出了一种有相当短的螺纹尾部过渡的紧固件，而在螺纹滚压作业前，不需要在坯料上作槽。螺栓上的螺纹在内端有相当突然的起点，比传统螺纹滚压技术迅速很多达到剖面尺寸。螺纹的内端终止于一个壁部，壁部最好有凹入的圆面，大致在螺纹的纵向轴线上对称。端壁相当短，在螺纹的纵向上伸展，最好不大于中径处螺纹圆周的四分之一。这样便使螺纹内端的过渡区，在螺杆轴向上的伸展距离，不大于一个螺距的长度。也就是过渡区约为传统滚压螺纹紧固件的过渡区长度的一半。于是使螺母埋头孔减短，因为仅需容纳较短的螺栓过渡区。所以螺母和螺栓的重量都可以节省。

当尾端在滚压模边缘终止形成螺纹内端的边缘时，本发明螺纹滚压模的螺纹不会产生薄边。相反，尾端比较突然终止，一般在螺纹纵向轴线上对称，而不似传统螺纹滚压模的长而极不对称。压模螺脊端壁有圆凸面，产生螺纹的圆面内端。

如从视图可见，向着滚压模边缘的尾部螺脊的各端壁，从坯料的进模端到出模端，有微小的升高。这是为了保证每一个螺脊的端部，达到在坯料上制造的螺槽的内端。高度的略微增加，使坯料在滚压模中旋转时，每一个模端和坯料接触时略微超过螺纹模端。这是因为当坯料在滚压模之间旋转时，不可能保证每个螺脊端，都准确地接触坯料的同一地点。所以，每一螺脊端接触坯料时，使它在螺纹槽中逐步向前移，以保证正确制造螺纹槽的内端。保持在螺槽端上累加的接触有较小的增量， 可以避免把模损坏。

即使减低重量重要性不大的时候，本发明提出的紧固件也是有利益的，这是因为减小螺纹尾部的长度可以增长螺栓夹持段的长度。作用是螺栓可以扩大被紧固物件的厚度范围，而提高了螺栓的多用性。这样，在满足全部范围内的紧固要求的同时，可以减少需用的尺寸规格，从而减少螺栓的备货。

附图内容简介如下：

图1为有滚压螺纹的紧固件纵向剖视;

图2为按本发明制造的紧固件纵向剖视;

图3为图2中紧固件螺栓内端部分，图为其分解放大前视;

图4为进行螺纹滚压作业的模具透视;

图5为一个螺纹滚压模具的分解放大透视;

图6为一个螺纹滚压模和处于螺纹滚压操作位置上的螺丝坯料前视图;

图7为沿图6中7-7线的分解放大剖视;

图8为一个螺纹滚压模一部分的分解放大前视;

图9为一个分解放大视图，表示模具螺纹形成螺脊端部的典型形状。

图1示出一种先有技艺领域的剪力紧固件10，一般用于飞机工业，此图示紧固镶板11及12。紧固件10中有一个螺栓13，上面有一个平头14，从平头14延伸出有三个段的杆部。杆部的第一段15和头部14相邻，有一个直径相对大的平直圆柱形外表面。杆部的外端部16有滚压的螺纹，外径小于段15的直径。在杆部的内部和外部之间，有较短的过渡17，在这里的杆部从第一段15或称无螺纹段向直径较小的外端部16逐渐减少直径。螺栓13上可以容放镶板或其他工件，其总厚度不超过夹紧段长度G，这长度是螺栓头14的外平面和杆段15端部的横向夹持平面P之间的距离。

螺纹在杆部外端部16的全部长度上伸展，包括内端部18上的徐缓的 尾部，伸进杆部的过渡段17。按照传统的操作，尾部18的螺纹不完全，在这区里的截面没有达到最大尺寸。因此，螺纹尾部占据的螺栓13的部分上面没有荷载，使用时不能作任何有用功。有不完全螺纹的过渡段的长度T₁，典型约为螺纹距的两倍，以容许螺纹的尾部部分18。

和螺栓13连接的是一个螺圈20，有一个中间内螺纹部分21，和螺栓外端16上的螺纹啮合。螺圈20的基部22贴靠镶板12，有喇叭口，并有埋头孔23，尺寸适合容纳螺栓的过渡段17。螺圈20的另一端无螺纹，外端有板手放置面24，其内侧有一个外圆周槽25。这槽形成一个易断部分，当把螺圈和镶板拧紧时，加预定的扭力，便可以把螺圈从易断部分折断。

图2所示是与图1所示类型相同的紧固件27，但按本发明制造。本发明的紧固件27有一个螺栓28和一个螺圈29，用于把镶板30及31紧固，镶板30和31的厚度与镶板11及12相同。螺栓28有一个螺栓头32，从头32延伸出一个直径相对大的无螺纹杆部分33，一个过渡段34，以及一个直径减小且上面有滚压螺纹的外端部35。紧固件螺栓28的夹持段G，是从螺栓头32到过渡段34开始处的夹持平面P之间的无螺纹杆部33的长度，与上述紧固件螺栓13的夹持段G长度相同。有螺纹的外端部分35其长度也和螺栓13的螺纹端16相等。

螺栓28上的螺纹在其内端上，没有设置图1中所示螺栓13的外端部16的内端上的传统不完全截面螺纹尾部。相反，螺纹内端部分36几乎一直到内未端都有最大的直径尺寸。这样可使过渡段34短于传统紧固件螺栓13的过渡段17，因为没有需要接合一个长螺纹尾部。过渡段34的长度T₂可以约等于杆端35上螺纹的螺距。这和传统紧固件过渡段17长渡等于螺距两倍是一个对照。因此，虽然紧固件螺栓的夹持段长度和以前相等，螺纹段的长度等于传统紧固件的螺纹段长度，但螺栓的总长度减短了一个螺距的长度。也就是从夹持平面P到约相当于一个螺距的纵向距离处，螺纹即已达到其最大的量度。

螺圈29也短于传统紧固件的螺圈20。螺圈29的大部分和螺圈20相似，包括一个喇叭口形的基端38，一个中间内螺纹部39，和一个外端上的扳手放置面40。还有一个断裂缝外圆槽41。但是螺圈29的埋头孔42短于螺圈20的埋头孔。这是因为螺栓过渡段34的长度减短，用一个较短的埋头便可把它放下。紧固件的两个组件相应减短，便可减少相当大的重量。

虽然螺纹的内端突然开始，但在螺纹的末端最好避免平坦内端，而用有复合弧线的内凹圆面壁43。作成的横向端壁一般在螺纹的纵向轴线上对称，作成的横向端壁一般在螺纹的纵向轴线上对称，使螺纹内端稍呈锥形。这样可以提高螺纹滚压模的寿命，并防止完成的紧固件的尖锐棱角产生的应力集中因数。最后的尾部最好长度不大于螺栓中径处圆周的四分之一，而常常小于四分之一。

螺栓28上的螺纹用图4中所示的一对螺纹滚压模46及47制造。其中一个，即模具46可活动，而模具47静止。这些模具是平直，但也可以制成圆柱形模，实施本发明的原理。如图所示，模具46及47用来滚压坯料49的杆部端部48上的螺纹，从而制造完全的紧固件螺栓28。坯料49的杆部有一个邻近螺栓头51的直径较大的部分50，在端部48和部分50之间，有一个圆锥形短过渡表面52（图6中较清晰）。

图5，6及7示放大细节的活动模46，结构形式与静止模47完全相似。模46有平坦的平行上、下纵向边缘53及54，和垂直面55，用于产生螺纹。在垂直面55上，形成一系列平行的螺脊，和准备制造的螺纹比配，因而其端视大致为V形。根据标准操作，螺脊的螺纹面57及58的夹角为60°。螺脊56和上、下边缘53与54为锐角倾斜，适合于坯料49在模具中滚压时产生螺旋线。

在模具的上缘表面53和面55之间，有阶梯形的倾斜表面59，形成模具上缘的一部分。这斜表面和上缘表面53倾斜25°。因此，阶梯表面59与从其上伸出的螺脊56朝向上的螺纹57仅成5°的夹角。实际上，表面 59与螺纹面57在其交接处是融合连接。表面59的垂直量度至少应等于准备制造的螺纹的螺距两倍，以保证所生产的螺纹有适当的间隙。

和阶梯形表面59交接的螺脊56，有相对突然终止的端部60，最好是有复合弧线的凸圆面。因此，螺脊56在终端附近处有最大的截面尺寸，在纵向轴线的两侧对称。螺脊的仅有的尾部由圆角横向端部60形成，一般在螺脊轴线上对称。这尾部长度最好不超过准备制造的螺纹中径处圆周的四分之一。

伸到表面59的螺脊58的圆角端面60，平滑融入伸到横具上缘53表面的窄平表面61中。这样便形成了倾斜表面59的阶梯结构形状，把斜表面分成各扇面形，各和一条螺脊56的螺纹面57连接。表面61和螺脊56垂直，而螺脊垂直于其纵向轴线。

在模具的纵向上，螺脊端60的相互间距E，约等于准备制造的螺纹中径处的圆周长度。这里面包含精确圆周距离上的差异。例如，制造钛质紧固螺栓模具的距离E，可能大约在π×0.8×螺纹中径，至π×1.0×螺纹中径的范围内。

在螺脊端60的间隔安排方面，从螺纹滚压开始处的模具端62，螺脊端的高度在向着相对的模具端63的方向上逐个增高。这个效果在图8中示出，从图6及7也可以看出。从图8中可见，右侧（即朝向横具端63）的螺脊端60，离开模具上缘表面，比左侧的离开上缘表面近一个小距离D。在模具的全部长度中，相邻的螺脊端都有相同的高度差D。

本发明的模具的运转和传统的模具相同，一个模具46在纵向上相对于另一模具47上活动。如图4及6所示，在螺纹制造作业开始前，把坯料放在模46的端部62附近，和模具上缘表面53垂直。因此，当把模具起动制造螺丝时，螺丝的内端43由螺脊56的圆角端60形成。结果便使螺纹的内端相对突然地停止，如上文所述。

螺脊56的端部60之所以从模具端62向模具端63逐渐升高，为的是肯 定每一个端部60，都在为形成螺纹而产生的槽的内端上接触坯料。这是因为从实际而言，不可能使每一个端部60，都准确地在同一地点接触螺丝坯料。所以，螺脊端60的逐渐升高，可保证每一个后继的螺脊，在一个稍为超过前一螺脊端的位置上，接触坯料。同时，一个螺脊比上一个升高的高度很小，因而螺丝坯料上只有一个很小的增量被模具螺脊端接触。这样便可以避免模具螺脊端的损坏。

倾斜表面59有利于在制造的螺纹内端提供间隙，并且也能防止模具螺脊的损坏。

如所表明，每一个螺脊56的端面60，都在螺脊的纵向轴线上对称，从而产生螺纹的对称内端43。在实际操作中，假如螺脊端用手工精磨，制造弧形端壁60，则不能取得精确的几何对称，因为螺纹面57处的螺脊暴露侧，一般可能被比螺面58处一侧多除去少量。在本文中，“一般对称”一词所指，就螺脊端和螺纹端而言，包括这种误差。

虽然本文所述有关有三个杆段的紧固件，但本发明可应用于直径不变化的杆部。于是滚压的螺纹内端突然停止，和上述的实施方案相同，但是在平直的杆段中结束而非在圆锥形过渡区中结束。

对上面对细节的叙述应该明确理解为仅解释和举例，而本发明的精神和范围应仅受限于文后的权利要求书。

Claims (5)

1、一个螺纹滚压模具，有以下各项：

一个在一侧有若干有间距的平行螺脊的组件，螺脊与模具的一个边缘成锐角，该螺脊与待制造的螺纹比配，该螺脊中的某些，其端面邻近该组件的该一边缘，该端面横向于该螺脊的纵轴轴线；其特征在于：该组件的该一边缘有一个倾斜表面，向着该某些螺脊伸展，有一个第二表面连接该倾斜表面，该某些螺脊的端部，从该组件的一端向着另端逐渐接近该第二表面，该某些螺脊，形成该端面和螺脊最大量度之间的相对突然的过渡，为准备用该组件制造的螺纹提供一个相对突然的内端。

2、一个螺纹紧固件，包括：

一个组件在一端有一个头部，有一个杆部从该头部伸出，该杆部有一个无螺纹圆柱形预定长度的第一部分与该头部相邻，一个在杆部外端上预定长度的第二部分，在贯穿长度上有均匀尺寸的滚压螺纹，其外径不大于第一部分的直径，一个第三部分，在第一和第二部分之间连接并且沿轴向延伸一个预定长度，其直径不同于第一和第二部分;其特征在于：

该滚压螺纹伸到该杆部的第三部分内作为一个内端部，该端部小于所述的均匀尺寸并且延伸不超过四分之一该滚压螺纹在其节径处的圆周，从最大尺寸到螺纹的内端提供一个突然的端部过渡，

该内端包括一个基本对称的围绕所述螺纹的纵轴线的横向端面，

该杆部的第三部分，轴向尺寸不超过的约相当于该螺纹一个螺距的距离。

3、一个螺纹紧固件，包括其一端有头部和从头部伸出的一个杆部，所述的杆部包括一个与头部相邻的预定长度的无螺纹圆柱形第一部分，一个在杆部外端上的预定长度的第二部分，在贯穿其长度上有均匀尺寸的滚压螺纹，其外径不大于第一部分的直径，一个第三部分，在第一和第二部分之间连接并且沿轴向延伸一个预定长度，其直径不同于第一和第二部分;

其特征在于：在杆部的第三部分内的滚压螺纹端部作为一个内端部，该端部小于所述的均匀尺寸并且可旋转延伸不大于四分之一该滚压螺纹在其节径处的圆周，它沿轴延伸不超过相当于该滚压螺纹一个螺距的距离，从最大尺寸到螺纹的内端提供一个突然的端部过渡，从而减小该紧固件的长度和重量，该内端部包括一个基本对称的围绕所述的螺纹的纵轴线的横向端面。

4、一种制造比传统紧固件即轻便又紧凑的螺纹紧固件的方法，这种紧固件有一个头部和一个从头部伸出的杆部，杆部上有与头部相邻的第一直径的第一无螺纹部分，第一部分有第一预定长度并且与头部合作形成传统紧固件的间隙长度，有第二且小的直径的第二部分和在杆部的外端上的第二预定长度，所述第二部分有预定螺距的滚压螺纹和基本上恒定的整个长度的最大尺寸;一个其长度大约等于连接第一和第二部分螺纹的螺距的两倍的过渡部分，所述螺纹包括一个伸长的小于杆部的过渡部分最大尺寸的倾斜内端部，包括如下步骤：

提供具有一个头部的坯料，一个杆部从该坯料的头部伸出，杆部有一个第一直径的第一部分和第一预定长度相邻于坯料的头部，在杆部的外端上有第二直径的第二部分和第二预定长度，和连接第一和第二部分的过渡部分在轴向延伸一个预定长度，它的直径不同于第一和第二部分，

然后，在坯料的杆部的第二部分上滚压出螺纹，该螺纹有预定的螺距并且在第二部分的整个长度上具有基本恒定的尺寸;其特征在于：在所述的过渡部分滚压出一个螺纹的内终端，提供一个螺纹的突然终端，它小于基本恒定的尺寸并且可旋转延伸不超过螺纹的在其节径处的圆周的四分之一，它沿杆部的轴向延伸基本上不大于滚压螺纹的一个螺距的距高。

5、提供重量轻，结构紧凑的螺纹紧固件的方法，紧固件包括一个头部和一个具有与头部相邻的无螺纹圆柱部分的杆部，一个外端部滚有预定螺距的螺纹并且具有预定的均匀的形状，在无螺纹圆柱部分和外端之间的过渡部分有螺纹的内端的尾部，包括下列步骤：

提供两个模具，每一个有若干相反的螺纹面的平行螺脊，其截面与所述预定的均匀形状比配，把螺脊布置在每一个模具上，使之与该模具的一个边缘有一个锐角，因此该螺脊中的某些在该边缘附近终止，每一个该某些螺脊的一个螺纹面和该边缘并排设置，而该某些螺脊的该螺纹面的反面则远离该边缘，提供有头部和从头部伸出的圆柱形杆部的坯料，把杆放在两模具之间，相对移动模具，引起所述螺脊去接合并形成一个在坯料上具有预定均匀形状和预定节距的螺纹，其特征在于：在螺纹面之间延伸的某些螺脊的每个上提供外突的基本上对称的弧形端面，从而提供从所述的均匀形状到每个所述某些螺脊的端部的突然过渡部分，所述的螺脊在其轴向不能延伸超过四分之一滚压螺纹在其节径处的圆周一个相对大直径的第一部分与头部相邻，在杆部的外端部一个相对小直径的第二部分和一个连接第一和第二部分的过渡部分延伸一个预定长度，其直径不同于第一和第二部分，过渡部分的长度基本上等于预定的螺距，然后把杆部放在模具之间并相对移动模具，从而引起螺脊啮合并形成预定均匀形状和坯料的第二部分预定螺距的螺纹，把所述某些螺脊的端面仅接触所述的过渡部分，形成该螺纹的端部，提供一个从螺纹端部最大尺寸的相当突然的变化，它延伸小于四分之一螺纹在其节径处的圆周。

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