CN101356380A - 埋头铆钉，特别是用于结构固定的埋头铆钉及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及由可变形的套筒(300)和可分裂的心轴(400)组成的埋头铆钉(R)，该铆钉被置入并通过形成在所要组装的至少两个部件(100和200)上的大体同轴的孔(110和210)。该铆钉的特征在于套筒(300)由一个单件构成但被适当预制以具有由两个部分(330和340)构成的一个第二端(320)，该两个部分在轴向力(F)的作用下，在被心轴(400)的拉动力置于运动状态下的套筒部分(330)在保持静止的套筒部分(340)周围打开之前，通过断裂而分离，被称为领部的运动部分(330)的膨胀是在没有弯曲的情况下进行的。本发明还涉及插入这样的铆钉的一种方法。本发明可被应用于铆钉固定。

Description

埋头铆钉，特别是用于结构固定的埋头铆钉及其安装方法

技术领域

本发明涉及埋头铆钉式固定，且特别涉及使得这些铆钉的夹持力能够达到最佳分布的适配设置。

背景技术

传统上，埋头铆钉包括一个管形的套筒和通过该套筒的一个拉动心轴。该铆钉被放置在穿过需要组装的部件的一个孔里。所述套筒的第一端上有一个头，该头倚靠在一个第一部件上。该套筒包括一个无台肩的第二端，该第二端延伸至第二部件之外。

对心轴的拉动使套筒的无台肩的一端发生变形，从而把部件夹在套筒的台肩与其变形端(球形部)之间。球形部与第二个部件接触的表面区域确定了铆钉的夹持力在所要组装的部件上的分布。

铆钉设计者总是希望扩大这个接触区域，以使夹持力的分布达到最优。

现有技术提供了两个部分构成的套筒，即现有技术的套筒的无台肩端被分成两个单独的部分，即：

-一个第一静止部分；以及

-以第二运动部分，它在拉动力的作用下在静止部分上和周围运动和变形，以通过在静止部分上打开，而最终在第二部件上提供一个扩大的施力表面区域。

这种铆钉的主要的缺点，是它要求制造和操作由三个部件构成的铆钉。

现有技术还提供了由单个部件构成的套筒，但它的无台肩端具有弯曲槽，以在它受到心轴的拉动力作用时套筒的壁发生弯曲以使球形部产生的支撑表面加倍。

这种弯曲技术的缺点，是没有避免球形部最后断裂成两个部分，并且需要更多的材料。

参考文献GB 1 604 502描述了一种埋头铆钉，它包括一个可变形的套筒和一个可分裂的心轴；由此形成的组件被置于并通过形成在所要组装的至少两个部件上的大体同轴的开口；该套筒包括两个端部：

一个第一端，它包括一个预制的头，该头用于在一个第一部件的外表面上限定一个第一支撑表面，以及

一个第二端，它在对心轴的拉动所造成的变形的作用下，在第二部件的外表面上限定一个第二支撑表面，

延长使得两个支撑表面接近的力，从而使所要组装的两个部件彼此更加接近。

该套筒由单一的工件组成，但得到了预制以具有由两部分组成的一个第二端，其中在一个轴向力的作用下，其一个第一部分在保持静止的套筒部分上打开并随后通过断裂而与该套筒部分分离，被称为一个领部的运动部分的膨胀，是通过其端部向其自身的内部弯曲从而形成一个凸缘，而得到实现的。

发明内容

从这些已知的事实，本发明人进行了研究，以提出一种埋头铆钉，该埋头铆钉能通过装备一种改进的套筒而解决夹持力分布的问题，该套筒在心轴所产生的拉动力的作用下发生变形从而提供球形部与金属片的更大的接触表面。

本发明的埋头铆钉是这样类型的，即它包括用于容纳一个可分裂的心轴的一个可变形的套筒，

如此形成的组件被置入并通过形成在至少两个所要组装的部件上的大体同轴的孔，

所述套筒包括两个端部：

一个第一端，它包括一个预制的头，该头用于在一个第一部件的外表面上限定一个第一支撑表面，以及

一个第二端，它在拉动心轴而引起的变形的作用下，在第二部件的外表面上限定一个第二支撑表面，

延长使两个支撑表面彼此接近的力，从而使所要组装的两个部件彼此接近。

根据本发明，该铆钉的显著之处，在于套筒包括一个单一的工件，但该套筒被预制以具有分成两个部分的一个第二端，该两个部分被一个容易断裂的部分所连接，且这两个部分，在一个轴向力的作用下，通过使该容易断裂的部分发生断裂，而发生分离，从而使被心轴的拉动力置于运动状态的一个套筒部分在保持静止的套筒部分周围打开，被称为领部的可运动的部分的膨胀是在没有弯曲的情况下实现的。本发明的铆钉因而与由两个单独的部件(一个心轴和一个套筒)组成的铆钉有所不同，即，本发明的铆钉一旦被安装就包括三个部件(心轴、卷曲套筒、和夹持套筒)。

这种铆钉的特别有利之处，在于它由于所述打开而提供了一个扩大的用于拉动力传递的支撑表面，这有助于心轴产生更好的夹持。这种心轴被预制有多个锯齿，套筒的头卷曲到这些锯齿上，这有助于保持心轴的夹持作用。

本发明的铆钉在不需要把其套筒预切割成两部分的情况下，就提供了这种功能。这是因为本发明的铆钉的套筒是单件的，且只是在心轴所产生的拉动力的作用下，套筒的无台肩端的两个部分才分离。由于只需要操作两个部件，这种铆钉的包装和使用被大大便利化了。

本发明的铆钉的安装阶段如下：

-对心轴的拉动

-使套筒断裂成两件

-夹持套筒的打开和在一个部件上的倚靠

-卷曲套筒在心轴的锯齿或槽上的卷曲

-心轴在其破碎槽上的断裂。

为了进行这种打开，所述套筒的内部和外部形成有破碎区和圆锥区。类似地，心轴的头和它所要接触的套筒的无台肩端具有倾斜的接触表面，以使拉动力得到良好的分布。

为此，在静止套筒部分上方打开的所述套筒的运动部分的端部优选地在内部预制有一个圆锥形部分，该圆锥形部分在所述静止部分上滑动。类似地，所述领部在其上方打开的静止套筒部分的端部具有一个圆锥外形。

虽然文献GB 1 604 502有效地描述了一种单件的套筒，但它没有描述在打开之前的断裂。另外，该文献描述了一种球形部，即该套筒的运动部分将形成一个鼓出部。这种鼓出部由所产生的向着套筒的运动部分的外侧的径向延伸所组成并带有远离其端部的一个弯曲区域以最终形成一个支撑凸缘。

除了一个鼓出的球形部的形成不是本发明的铆钉所寻求的效果之外，还应该注意到本发明的铆钉所寻求的技术效果，即，各个铆钉的埋头部分必须具有大体相同的高度，且对于所要夹持的各种厚度，埋头部分的高度也要大体相同。因此，打开部分不发生变形，以避免产生鼓出部，而该鼓出部的变化会使安装的埋头部分的高度发生变化。在本发明中，这个要求是通过这样的事实而实现的，即，套筒在初始时是单件且(因而)是一种材料制成的。锁定是通过使套筒的头部卷曲到锯齿上而实现的，而这些锯齿是专门为此设置的。埋头部分的恒定高度保证了不论所要夹持的厚度如何都具有良好的夹持效果。

在本发明中，心轴的位移取决于所要夹持的厚度，这使得可以获得良好的卷曲而不论在固定的夹持范围中的位置如何。在本发明的一个实施例中描述的在打开之前的断裂，通过避免断裂之前的变形，而对保持套筒的运动部分的高度起到了作用。另外，在本发明中，在断裂之后的变形只是在静止部分周围的打开并且不要求弯曲，而这种弯曲会改变运动部分的高度或超过其对弹性变形的抵抗限度。卷曲是在拉动力超过打开的运动部分对弹性变形的抵抗限度之前发生的，因而是在该部分的高度发生变化之前发生的。

打开之前的断裂还避免了夹持之前的变形幅度过大，而这种幅度否则会在金属中形成裂缝。因此，本发明的另一个目的涉及一种安装方法，其显著之处在于，它包括在运动部分开始膨胀之前使套筒断裂成两部分。

另外，为了保证用于固定装置的埋头部分的恒定高度，该方法的显著之处在于它包括：一旦套筒的运动部分倚靠在所要固定的部件上，且在拉动力超过与打开的所述运动部分对弹性变形的抵抗上限对应的值之前，就使套筒的头部卷曲到心轴的锯齿上。

以上描述了本发明的基本构思的最基本的形式。从以下结合附图的描述，可以理解其他的细节和特性；在附图中以非限定性的例子的方式显示了根据本发明的一种铆钉的一个实施例。

附图说明

图1是根据本发明的一种铆钉的一个实施例的示意剖视图；其中该铆钉被安装在通过两个部件的一个孔中；

图2a、2b、2c显示了图1所示的铆钉的变形。

具体实施方式

如图1所示，总体上标为R的埋头铆钉提供了对至少两个部件100和200的组装。这种铆钉R是由一个可变形的套筒300和一个可分裂的心轴400组成的组件。如图所示，如此构成的该组件被置入并通过两个孔110和210；这两个孔110和210大体同轴并被形成在所要组装的部件100和200上。

套筒300包括两个端：

-一个第一端310，它包括一个预制的突出头，该头用于在第一部件100的外表面120上限定一个第一支撑表面311，以及

-一个第二端320，它在对心轴400的拉动所造成的变形的作用下，在所述第二部件200的外表面220上限定一个第二支撑表面。

该力的延长，使得两个支撑表面更为接近，并因而使所要组装的两个部件100和200更为接近并固定。

如图所示，心轴400具有两个端部：

-一个第一端，它包括一个头410；该头410在拉动力作用期间倚靠在套筒300上，以使套筒300发生变形并产生一个球形部，以及

-一个第二端，它与安装工具的拉动模块相联。

根据本发明，套筒300由一个单件构成，但套筒300被适当预制而具有由两部分构成的一个第二端，该两个部分在一个轴向力的作用下通过断裂而发生分离，从而使得由于心轴400的拉动力而被置于运动状态的一个套筒部分330在保持静止的套筒部分340的周围打开；被称为领部的该运动部分330的打开是在不发生弯曲的情况下实现的。

如图1所示，领部330借助一个容易断裂的部分或破碎区331而与该套筒的其他部分相连。

另外，领部330在套筒的静止部分340上方打开的端部优选地被预制有一个内部的圆锥形部分332，该部分332在静止部分340的外部圆锥形部分341上滑动。

根据一个优选但非限定的实施例，分别属于领部330和套筒的静止部分340并在打开期间发生接触的表面332和341所形成的角度，是研究所关注的主题，以优化套筒的打开，从而避免裂缝的产生。因此，根据一个优选实施例，属于套筒的静止部分的圆锥表面341所形成的角度A1处于14度与19度之间，且属于运动部分或领部330的圆锥表面341所形成的角度A2处于5度和10度之间。根据另一实施例，角A1处于10度和19度之间。

这些角度的正确确定，使得形成夹持领部的运动部分，一旦断裂发生之后，能够在所述套筒上滑动。另外，它使得套筒的这两个部分之间的摩擦力能够得到减小。因而，运动部分的滑动不会遇到障碍，而它会增大而其边缘不会被弄弯。

另外，为了使拉动力优化，领部330与心轴400的头部410相接触的端部被预制有一个圆锥表面333，该圆锥表面333与形成在心轴400的头部410上的一个圆锥表面411相对应。

根据一个实施例，分别属于领部330和心轴头部410并在铆钉连接过程中保持接触的渐细表面333和411的角度，对于该两个渐细表面大约等于25度。

根据另一个优选但非限定的实施例，属于所述领部的渐细表面411的角度A3大约等于25度。属于心轴并在铆钉连接过程中保持与渐细表面411接触的渐细表面333的角度A4大约等于18度。

这种角度改善了套筒300在心轴400上的定位，并避免了套筒在安装期间的任何滑出。角度的不同，使得可以对接触的工件进行自动对中。

根据本发明的另一个特别有利的特性，套筒300是用铝合金制成的，诸如被标为2017 T4的合金，该合金的机械强度在420-520MPa之间。当然该套筒也可以用其他材料制成，诸如被标为以下的材料：

-2024T4

-304不锈钢

-钛/铌

-等等。

根据本发明的另一个特别有利的特性，心轴400具有1500-2000MPa的机械强度。根据另一特性，心轴400具有1200-2000MPa的机械强度。

根据一个优选实施例，该心轴用被标为不锈钢AISI 302的不锈钢制成。根据另一优选实施例，该心轴用被标为不锈钢AISI 304的不锈钢制成。根据另一实施例，该心轴用强化的不锈钢制成。这种材料具有高的弹性模量，以减小所述心轴断裂之后的弹性弛豫。

当然，这种心轴可以用其他材料制成，诸如被标为TA6V的钛。

另外，对于某些材料，还提供了退火热处理，以增加材料的硬性并因而减小其弹性弛豫。这是由于本发明人有这样的目的，即减小心轴的弹性弛豫以减小断裂之后所要组装的部件的应力解除，这具有增大夹持作用的效果。因此，该固定设置一旦安装之后的保持力在心轴所施加的拉动力的50-70％的范围内。

分别用于所述套筒和用于所述心轴的两种材料的关联，有助于所提供的张力的提升。

图2a、2b和2c显示了套筒300已经分成两个部分之后领部330的逐步变形的剖视图。

套筒300所受到的第一个力F使破碎区331断裂(见图2a)。力F的继续作用保证了领部330在套筒300的静止部分340周围的打开(见图2b)。另外，拉动力F的继续作用使这种打开得以持续，直到领部覆盖了静止部分340并与所要组装的部件200相接触(见图2c)。套筒头部310将随后被卷曲到心轴400的锯齿420上。这些锯齿420的布置之特别重要，在于它们保证了头310的卷曲而不论所要夹持的厚度如何。这是因为，在本发明中，由于套筒300的运动部分330一旦打开和与所要固定的部件200相接触就但再发生任何变形，埋头部分的高度保持不变。

如所示，根据本发明的铆钉R的套筒300的无台肩端的变形所形成的球形部的支撑表面被大大扩大了，从而满足了这类铆钉的用户的要求。

与这种铆钉的安装方法有关的力可以被分为：

-F1＝在心轴上的拉动力

-F2＝该固定方案的抗撕开力

-F3＝该固定方案的安装张力

-F4＝用于使套筒断裂成两部分的力

-F5＝使套筒运动部分在套筒的静止部分上方打开的力

-F6＝卷曲槽的挤出启动力

本发明的方法的显著之处在于包括：一旦套筒的运动部分倚靠在所要固定的部件上，且在拉动力超过与打开的所述运动部分对弹性变形的承受上限相对应的值之前，就使套筒的头部卷曲到心轴的锯齿上。根据上述力的分类，该方法可以用如下不等式表示：

F4＜F5＜F6＜F1

拉动力的继续作用使得心轴在专门为此设置的破碎槽处断裂。

应该理解的是，在此描述的铆钉R的方案只是为了说明而非限定的目的。在不脱离本发明的范围的前提下，可以对这里所描述的例子做各种改进、变形、替换。

因此，例如，可以进行几何修正，特别是在这种铆钉的具有膨胀部分的型号(心轴使套筒膨胀了百分之几毫米，以把径向和切向力引入所述孔以增大抗疲劳性)。

另外，根据所用的材料，可进行一种表面处理以防止腐蚀。另外，所述套筒可得到润滑以减小摩擦力，特别是在领部在套筒的静止部分上滑动时和套筒挤入工具的固定头中。

Claims (16)

1.由一个可变形的套筒(300)和一个可分裂的心轴(400)组成的埋头铆钉(R)，

该埋头铆钉被置入并通过形成在所要组装的至少两个部件(100和200)上的大体同轴的孔(110和210)，

套筒(300)包括两个端：

一个第一端(310)，其包括用于在一个第一部件(100)的外表面(120)上限定一个第一支撑表面(311)的一个预制的头部，以及

一个第二端(320)，其在拉动心轴(400)所造成的变形的作用下在第二部件(200)的外表面(220)上限定一个第二支撑表面，

延长使所述两个支撑表面接近并因而使所要组装的两个部件(100和200)接近的力，其特征在于套筒(300)由一个单件构成，但套筒(300)被适当预制以具有由两个部分(330和340)构成的一个第二端(320)，该两个部分在一个轴向力(箭头F)的作用下在被所述心轴(400)的拉动力置于运动状态下的一个套筒部分(330)在保持静止的套筒部分(340)周围打开之前通过断裂而分离，被称为一个领部的所述运动部分(330)的膨胀是在没有弯曲的情况下进行的。

2.根据权利要求1的铆钉(R)，其特征在于在套筒的静止部分(340)上方打开的套筒的运动部分(330)的端部的内部优选地预制有一个圆锥形部分(332)，该圆锥形部分在所述静止部分(340)上滑动。

3.根据权利要求1的铆钉(R)，其特征在于套筒的所述运动部分(330)在其上打开的套筒的所述静止部分(340)的端部具有一种圆锥形的外形(341)。

4.根据权利要求3的铆钉(R)，其特征在于属于套筒(300)的所述静止部分的圆锥表面(341)所形成的角度(A1)在14度与19度之间的范围内。

5.根据权利要求3的铆钉(R)，其特征在于属于套筒(300)的所述静止部分的圆锥表面(341)所形成的角度(A1)在10度与19度之间的范围内。

6.根据权利要求2的铆钉(R)，其特征在于属于所述运动部分(330)的内部圆锥表面(332)所形成的角度(A2)在5度与10度之间的范围内。

7.根据权利要求1的铆钉(R)，其特征在于所述套筒(300)是用铝合金制成的。

8.根据权利要求1的铆钉(R)，其特征在于所述心轴(400)是用不锈钢制成的。

9.根据权利要求1的铆钉(R)，其特征在于所述心轴(400)具有在1500MPa与2000MPa之间的范围内的机械强度。

10.根据权利要求1的铆钉(R)，其特征在于所述心轴(400)具有在1200MPa与2000MPa之间的范围内的机械强度。

11.根据权利要求1的铆钉(R)，其特征在于与心轴(400)的头(410)相接触的领部(330)的端部被预制有一个圆锥表面(333)，该圆锥表面(333)与形成在所述心轴(400)的头(410)上的一个圆锥表面(411)相对应。

12.根据权利要求9的铆钉(R)，其特征在于分别属于领部(330)和心轴头(410)并在铆钉安装期间保持接触的渐细表面(333和411)的角度大约等于25度。

13.根据权利要求9的铆钉(R)，其特征在于属于所述领部的渐细表面(411)的角度(A3)大约等于25度，且属于所述心轴并在铆钉安装期间与渐细表面(411)保持接触的渐细表面(333)的角度(A4)大约等于18度。

14.根据权利要求1的铆钉(R)，其特征在于所述心轴(400)被预制有多个锯齿(420)，所述套筒的头被卷曲到所述锯齿上。

15.根据权利要求1的铆钉(R)的安装方法，其特征在于包括在所述运动部分(330)开始膨胀之前使所述套筒(300)的两个部分断裂。

16.根据权利要求1或11的铆钉(R)的安装方法，其特征在于包括：

一旦所述套筒(300)的运动部分(330)倚靠在所要固定的部件(200)上，且在拉动力超过与打开的所述运动部分(330)对弹性变形的承受上限相对应的值之前，使所述套筒的头部(310)卷曲到所述心轴的锯齿(420)上。

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