CN101392785A - 一种制造盲孔螺纹插入件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种盲孔螺纹金属插入件，其具有径向增大的头部、单个的可变形部分以及螺母部分。该螺母部分具有内螺纹。该螺母部分沿径向从内螺纹延伸到该螺母部分的外表面具有基本恒定的硬度值。该可变形部分具有小于该螺母部分硬度值的、基本上恒定的值。一种制造插入件的方法，该方法包括下列步骤：除了内螺纹之外，通过冷成型工艺部分地形成该插入件；对该插入件进行退火；完成成型工艺；并且在该螺母部分中形成该内螺纹。

Description

一种制造盲孔螺纹插入件的方法
本申请是2001年10月11日提交的申请号为01818651.3(PCT/GB01/04526)、名称为“一种制造盲孔螺纹插入件的方法”的申请的分案申请。
背景技术
本发明涉及一种用金属制造盲孔螺纹插入件的方法，该插入件被插入工件中并被径向地膨胀以与该工件锁紧。在本文中，“盲孔”表示该插入件只能通过所述工件的一侧被安装。这样的盲孔插入件在制造业中是已知的并且可在市场中买到，例如，名为“Avdel Large Flange Hexsert”和“Avdel Thin Sheet Nutsert”的盲孔插入件(AVDEL，HEXSERT，NUTSERT和THIN SHEET NUTSERT是注册商标)。
盲孔螺纹插入件通常通过加工棒状物制成，或利用冷成型技术和整体退火工艺(bulk annealing process)制成。后一种制造方法提供了最经济的制造过程。在使用中当最终用户安装这样一种插入件时，该插入件适用于轻或中负载。因此，盲孔螺纹插入件不用于重负载。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的用于生产盲孔螺纹插入件的制造方法，该插入件的强度适合于重负载。
在常规的制造方法中，整体退火工艺之后执行的一次冷工序使得螺纹部分的硬度和抗张强度有了一些增加，但却丧失了与在退火之前的冷工序中的增加强度相关的所有好处。
一方面，本发明提供一种盲孔螺纹金属插入件，其包括径向增大的头部、一单个可变形部分以及螺母部分，该螺母部分具有内螺纹以及沿径向从内螺纹延伸到该螺母部分的外表面具有基本为恒定值的硬度，该可变形部分的硬度基本为小于该螺母部分硬度的恒定值。
该插入件的螺母部分的硬度优选超过200Hv。
本发明的其它特征在其它附加权利要求中陈述。本发明包括通过本发明的方法制造的插入件。
另一方面，本发明提供一种制造金属盲孔螺纹插入件的方法，该插入件包括径向增大的头部、一单个可变形部分以及螺母部分，该方法包括下列步骤：(a)除了内螺纹之外，通过冷成型工艺部分地形成该插入件；(b)对该插入件的可变形部分进行退火，使得该可变形部分的硬度值小于该螺母部分的硬度并且沿着其长度的主要部分具有基本恒定的低值，以促使其在安装过程中进行后续变形；以及(c)形成内螺纹。
上述方法还可进一步包括在形成该内螺纹之前完成步骤(a)的该成型工艺的步骤。
还一方面，本发明提供一种制造金属盲孔螺纹插入件的方法，该插入件包括径向增大的头部、唯一的可变形部分以及螺母部分，该方法包括下列步骤：(a)除了内螺纹之外，通过冷成型工艺部分形成该插入件；(b)对该插入件进行退火；(c)完成步骤(a)的成型工艺；以及(d)在该螺母部分中形成内螺纹。
又一方面，本发明提供一种盲孔螺纹插入件，其包括径向增大的头部、单个的可变形部分以及螺母部分，该单个的可变形部分具有小于该螺母部分硬度的硬度值，并且沿着其长度的主要部分具有基本恒定的低值，以促使其在安装过程中进行变形。
附图说明
现在，通过参考附图，以实例来描述本发明的一些具体示例，其中：
附图1a和1b分别图示了安装入工件之前和之后的一种盲孔螺纹插入件；
附图2a，2b和2c是制造盲孔螺纹插入件的工艺流程图；
附图3a和3b，4a和4b是当紧固扭矩被施加于配套螺栓时，所安装的盲孔螺纹插入件的结构图；
附图6表示在所述插入件的螺母部分的材料的硬度和相应的抗张强度；附图5a和5b图示了插入件上的具有这些硬度值的部分；
附图7图示了一种特殊类型的工件，本发明的插入件有利于在该工件中被使用；
附图8图示了一种安装在这种工件中的插入件；
附图9图示了对工件进行后序安装过程；
附图10和11表示沿着纵剖面的硬度。
具体实施方式
在附图1、3、4、5a、8、9、10和11中沿纵轴截面图示了所述插入件，在附图5b中沿横截面图示了该插入件，该横截面是沿着在附图5a的纵截面图中的带箭头的剖面线截取的。
附图2a、4a和4b图示了现有技术。
在附图2a、2b和2c所示的制造方法的第1步骤中，使用一台先进的冷锻机执行该步骤。如附图2a和2c的第3步骤和附图2b的第2步骤所示的生产内螺纹的制造方法通常指辊压攻丝。这些制造方法是制造盲孔螺纹插入件所普遍使用的，并且是本领域技术人员可以知晓并理解的。
因此，首先参考附图1a，盲孔螺纹插入件11可以由附图2a，2b或2C所示的任何一种方法生产。该示例所示的插入件是圆柱形的且该插入件将被装配入工件19上的具有适合尺寸的圆孔中(附图1b)。在一些没有图示的示例中，所述插入件的外表面12在横截面上可以是多边形的，例如六边形或正方形以在应用时被装配入与之形状相适应的孔中。
附图1a所示的插入件的1区要求具有足够的延展性以通过安装工具(未图示)的作用而发生塑性变形来形成附图1b所示的盲孔侧部球状物13。在现有技术的制造插入件的方法中，通过对整个插入件进行退火以获得这种延展性，这种退火工艺通常为如图2a的第2步骤所示的对整批插入件实施整体退火工艺。现有技术中插入件的制造方法如附图2a流程1所示，附图1a所示的内螺纹14在附图2a的步骤3产生。在退火工艺之后通过这种方法产生内螺纹，在螺纹区域有局部的加工硬化。在整体退火工艺之后的插入件坯料的硬度值一般是115Hv(维氏硬度值)，插入件材料一般为含有0.1％碳的低碳钢。螺纹的这种硬化局限于螺纹表面附近的材料。如附图6的“流程1”的图线所示，距离螺纹表面有一个短的距离后，硬度迅速减小。如果试图在与之相配合的螺栓需要很大紧固扭矩的重负载下使用这种插入件，那么则会由于在这部分(如图5b和图6所示)材料的强度较低，而使得如图4a所示的螺栓15被紧固到插入件的螺纹上所产生的径向力足以导致螺母部分如图4a和4b所示的16那样发生径向膨胀。这使图4b所示的螺栓17上的螺纹与插入件141的内螺纹之间的接触面积缩减。接触面积的缩减以及插入件的较低的螺纹硬度会导致螺纹在较小的紧固扭矩下失效。例如，具有M8螺纹的插入件在紧固扭矩约为40到45Nm时失效。
对于本示例所述的方法(附图2b中的流程2)所制造的插入件，在线材加工过程中以及当线材通过图2b所示的步骤1的冷成型加工和步骤2的辊压攻丝加工成为插入件时，其材料的加工硬度被累积达到如图6所示的流程2的很大硬度。由于带退火(band annealing)步骤3(附图2b)提供了充分的延展性，所以使得盲孔侧部球状物13成形时不发生断裂，并且当螺栓21(附图3a)被紧固到甚至非常大的紧固扭矩时，所述插入件的内螺纹部分20具有足够的抗膨胀强度，因此通过这种流程制造的插入件18(附图3a)可以以令人满意的方式装配入工件19中。
例如根据本发明的流程制造的M8插入件，其可被紧固到扭矩为70Nm以上而不失效。这样的插入件可适合于10.9级和12.9级螺栓的扭矩。
带退火加工所产生的硬度曲线可以根据诸如带退火线圈的外形尺寸、机器功率设定值以及加工时间之类的所选流程参数变化。由于在形成盲孔侧部球状物时会出现严重的塑性变形，所以期望由退火区到硬化区具有平缓过渡。附图10示出了这一曲线，其中M8插入件在插入件法兰28和变形的圆柱体部分29之间具有大约1.5mm距离的硬度过渡段，且在螺纹部分30和圆柱体部分29之间具有大约2.0mm距离的硬度过渡段。
在本发明的还一个实施方式中，可通过如附图2c的流程3生产插入件，该插入件在1区(附图1a)具有必要的延展性，在2区具有适合于10.9级和12.9级螺栓的高强度。在这种情况，所述插入件由含碳量通常为0.3％-0.35％的中碳钢制造。整体退火工艺步骤2(图2c)产生通常为140Hv的硬度。具有该硬度时，插入件具有足够的延展性，以在安装过程中保持盲孔侧部球状物不断裂。流程3(图2C)中的步骤4包括如图1a所示的2区的感应淬火。如附图6的流程3的线条所示，该流程在2区产生的通常平均硬度为约350到400Hv。
控制所述感应淬火工艺以使该淬火不延伸进1区，否则在形成盲孔侧部球状物时，其易于在退火-淬火结合处断裂。因此，感应淬火区域不在2区的整个长度上延伸。例如，如图11所示，对于M8插入件，其2区有大约0.5mm的部分没有被淬火。
可以通过交换附图2c中的步骤3和步骤4来改变上述示例的方法，从而在感应淬火步骤之后形成内螺纹。
根据流程2(附图2b)或流程3(附图2c)所制造的本发明的插入件的优点在于插入件尤其适合用于通常所说的液压成形型材的工件。如图7所示，在这种工件中，插入件插入其内的孔在液压成形过程中被冲压而成。因为这种操作是一种盲孔操作，因此没有像常规冲孔的模具。这导致形成在孔边缘处的材料低于工件顶面的凹陷效果。在液压成形型材中冲压孔的另一特征在于附图7中的冲切坯料(pierce slug)23被特意地保留下来，附连在原始工件上。
使用本发明的插入件的优点在下面的描述中更明显。
参看附图8，是贯穿盲孔插入件的纵剖面，该插入件安装在如附图7所示的液压成形型材中，可以看到在孔22的圆周与保留的冲切坯料23相遇的地方，盲孔侧部球状物131部分地被该坯料所阻碍，以致该盲孔侧部球状物13不能均匀形成。然而，由于该插入件在这个区域内易延展，所以其可以绕该阻碍物塑性变形。而且，在一些情况下，在孔上的凹陷效果使已安装的插入件的顶面24低于液压成形工件的表面25。
在该种情况下，可使用如图9所示的工具，该工具包括牵引螺栓26和平砧27。该工具施加足够的牵引力给该插入件以使工件中的凹陷减小，直到所述插入件24(附图9)的顶与工件25的顶面处于同一高度为止。当然，如果要求插入件24的顶面高于工件25的高度，则可使用在其前表面具有环形槽的砧。将牵引螺栓和砧的作用与插入件安装工具的作用结合起来也是可行的。使用牵引螺栓和砧整平凹陷需要较大的力，该力不得不通过插入件的内螺纹、通过盲孔侧部球状物传递到工件上。具有高强度的螺纹和在盲孔侧球状区具有高延展性的插入件适合于这种应用。本示例中的插入件满足这种要求。
本发明不局限于上述示例中的细节。

Claims (6)

1.一种盲孔螺纹金属插入件，其包括径向增大的头部、一单个可变形部分以及螺母部分，该螺母部分具有内螺纹以及沿径向从内螺纹延伸到该螺母部分的外表面具有基本为恒定值的硬度，该可变形部分的硬度基本上为小于该螺母部分硬度的恒定值。
2.如权利要求1所述的插入件，其中该螺母部分的硬度超过200Hv。
3.一种制造金属盲孔螺纹插入件的方法，该插入件包括径向增大的头部、单个的可变形部分以及螺母部分，该方法包括下列步骤：
(a)除了内螺纹之外，通过冷成型工艺部分形成该插入件；
(b)对该插入件的可变形部分进行退火，使得该可变形部分的硬度值小于该螺母部分的硬度并且沿着其长度的主要部分具有基本恒定的低值，以促使其在安装过程中进行后续变形；以及
(c)形成内螺纹。
4.如权利要求3所述的方法，还包括在形成该内螺纹之前完成步骤(a)的该成型工艺的步骤。
5.一种制造金属盲孔螺纹插入件的方法，该插入件包括径向增大的头部、单个可变形部分以及螺母部分，该方法包括下列步骤：
(a)除了内螺纹之外，通过冷成型工艺部分地形成该插入件；
(b)对该插入件进行退火；
(c)完成步骤(a)的成型工艺；以及
(d)在该螺母部分中形成内螺纹。
6.一种盲孔螺纹插入件，其包括径向增大的头部、单个的可变形部分以及螺母部分，该单个的可变形部分具有小于该螺母部分硬度的硬度值，并且沿着其长度的主要部分具有基本恒定的低值，以促使其在安装过程中进行变形。
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