CN101912941B - 紧固件 - Google Patents

Abstract

一种紧固件，该紧固件包括销部件，销部件具有伸长销杆，长销杆将位于工件中的对准开口。在该销一端处的扩大头结合工件的一侧。开槽销部延伸超过工件的相对侧。轴环包括杆部，其适合响应于施加在销部件和如冷镦轴环的轴环之间模压负载被模压进入所述销部件上的所述锁定槽中。作为系统的一个方面，该如冷镦轴环的轴环，并且不需要热处理，但提供了减小轴环杆壁厚度与增加硬度的最佳平衡，从而使模压负载最小。还提供了用于销部件的锁定槽的低模压负载螺纹形状，还公开了减小直径、相对较短拉伸部销延伸，安装工具的改进，和相关的使用方法。该夹头具有从所述夹头的突起，突起沿向着轴环的方向延伸拉伸部件的长度，从而增加与所述砧的接触面积。该拉伸部件的端部并不压合到与槽的底部成直线的直径位置，从而增加拉伸部件的端部拉伸齿顶的切变强度。拉伸部件的最后拉伸齿顶具有符合夹头的最后齿的扩大拉伸器半径的轮廓。

Description

紧固件

技术领域

本发明涉及紧固件，并且更具体地说，涉及包括多件、模压类型紧固件及其模压工具的紧固系统，该模压工具的紧固系统显示了低模压负载和高强度的最佳平衡。本发明还涉及使用低模压负载紧固系统的简化安装方法。

背景技术

在许多商业应用中，通常称作锁紧螺栓的两件的形成螺纹的或模压的紧固件通常用于将多个工件固定在一起。例如参照美国专利No.2,531,048；No.3,215,024；No.3,915,053；No.4,472,096；和No.5,090,852。根据其中将使用紧固件的商业应用，这些紧固件的材料属性(例如，抗拉强度和硬度((不限于该Grade)))变化。为区分紧固件的多种属性，紧固件典型地由等级(Grade)指示。紧固件的Grade表示其强度。工业标准建立了紧固件的所需强度，以利用由紧固件螺栓或销的材料强度确定的特定紧固件的强度，符合特定的Grade。例如，1/2英寸Grade 5紧固件具有1/2英寸直径的销或螺栓杆部，杆部用于标称1/2英寸直径的工件开口中，并且根据SAE J429，Grade 5或ASTM A-325，这种Grade 5紧固件必须具有120KSI的最小抗拉强度。通过比较，为了取得Grade 8紧固件的质量，按照SAE J429，Grade 8或ASTM A-490，紧固件必须具有150KSI的最小抗拉强度。Grade 5紧固件常常例如用于铁路(例如列车)应用。Grade 8紧固件通常用于商用运输应用，例如在商用货车运输工业中以固定卡车部件。

典型的模压类型紧固件包括销和轴环。多数这些紧固件是拉伸类型品种的，并包括具有带有锁定槽的锁定部的销杆和具有拖拉槽的拖拉部。该拖拉槽适合通过配合具有模压砧的安装工具的卡盘爪中的齿抓牢。该模压砧适合接合轴环，并将相对的轴向力施加于销与轴环之间，以在轴环上方运动，并将其模压入锁定槽。该相对的轴向力包括由卡盘爪导致的销上的张力负载与由模压砧导致的轴环上的压缩负载的组合。利用减小强度的断颈槽(breakneck groove)，许多模压类型的紧固件的拖拉部被连接到锁定槽部。该断颈槽适合在大于模压轴环所需的预先选择的轴向或张力大小时破裂。相应地，在完成模压后，拖拉部或销尾将被切断和从销杆去除。然而，其它模压紧固件具有在完成安装后保留在销上的拖拉部。例如参照美国专利No.5,315,755；No.5,548,889和No.5,604,968(公开了不从销切断的螺纹拖拉部)。换言之，这些紧固件是无销尾的。例如参照美国专利′755的图1-8。

在问题中，对于相当高强度(例如Grade 5和以上)的模压类型的紧固件，频繁出现为了完全模压轴环所需的应用的张力负载的过大的大小。这导致安装工具的过早磨损，尤其是拖拉机构，和在销上的拖拉槽的破坏。该高模压负载也通常使安装过程复杂化，尤其是当使用手动操作安装工具的情况。为了试图克服这些缺点中的某些，已进行了多种不同安装工具的修改。例如，通过参考并入这里，如同完全在这里提出的美国专利第4,299,519号公开了一种橡子形状的销拖拉部和互补的形状的工具抓紧结构，该拖拉部和工具抓紧结构期望提供工具的抓紧结构对拖拉部的所有拖拉槽的接合，并且从而抑制拖拉槽的破坏。例如参照美国专利′519的图1-5。其它工具仅加入液压和/或气压活塞缸，以辅助施加所需的模压力。例如参照美国专利No.4,597,2613和No.4,878,372。然而，这增加了工具的尺寸和重量，这会使工具难以处理或限制可到达性，从而可能危害其驱动紧固件的精确应用，并且因此危害其最后安装的质量。因此，存在用于模压类型的紧固系统的安装工具和方法的改进空间。

高模压负载主要是使用紧固件轴环的结果，为取得特定的紧固件Grade(例如Grade 5和Grade 8)的所需的强度，紧固件轴环具有增加的壁厚并且因此被构造为过度充满或过度塞满锁定槽。例如参照上述美国专利第5,090,852号(公开了修改的销螺纹形式以包括浅槽和流线型的根轮廓，且轴环带有增加的壁厚度，充分的材料过度塞满这种浅槽，以取得所需的抗剪强度)；还参见上述′755专利和美国专利第5,548,889号和第5,604,968号(公开了一种浅销槽结构和轴环杆，轴环杆的体积具有至少16％的材料过剩，以过度塞满槽)。锁定槽的过度塞满是有问题的。它是上述不期望的过高模压负载的主要来源。因此，已进行了多次尝试，通过模压类型紧固件设计的变化，以消除这些缺点，并且特别是极高模压负载。

例如，通过参考并入这里，如同在这里完全提出的美国专利第6,233,802号和第6,497,024号公开了一种用于两件、模压类型紧固件的紧固系统，该紧固件具有宽、浅锁定槽螺纹形式，槽螺纹形式设计以在安装时，允许紧固件以比类似Grade的传统模压类型的紧固件更低模压负载安装，而保持基本上相同的物理属性(例如抗拉强度；夹持负载)。更低模压负载允许有利地使用更小、更轻的安装工具。该系统描述为应用于具有销尾的紧固件以及无销尾的紧固件。如在上述′755专利中，对于具有未被切断的螺纹拖拉部的拉伸类型的模压紧固件，因为不需要破裂断颈所需的额外的力，因此该发明被阐述为有利于将更少的螺纹接合在拖拉部上。这被认为(1)导致拖拉工具的匹配的螺纹套环或螺帽部件的被接合螺纹上的更小的应力，从而延长了工具寿命；(2)因为需要更小的销突起以抓紧必须抓紧的减小数目的拖拉槽，因此允许使用更短、更廉价的销；和(3)因为最后安装需要更低的施加的负载，因此允许安装工具更小并且因此更轻和更廉价。该系统还有利于使用内部驱动器。例如参见′755专利的图17和18(显示了内部驱动器，内部驱动器包括可接合在销杆端部中的螺纹孔的拖拉槽内的螺纹拖拉杆或主轴)。如在通过参考并入这里，如同在这里完全提出的美国专利′755和第5,548,889号、第5,604,968号中描述的，使用这种内部驱动器实现了相对于外部驱动器，突起的减小，这又实现了紧固件更有效的最后安装和外观。

然而，如在上述′024专利中公开的，为了实现上述优点，需要改变螺纹形式(例如锁定槽结构)为更宽和更浅的结构。虽然修改螺纹形式是减小模压负载的可行选择，但是在′024专利中公开的螺纹形式是一种极剧的变化，要求明显更大的间距或螺距和多个不同的半径，在半径中具有相当急剧和不连续的过渡(例如从一种半径到另一种半径)。因此，生产具有公开的螺纹形式的销很困难并且成本很高。另外，当紧固件被模压时，该螺纹形式的半径中的不连续过渡阻止了由轴环槽对该螺纹形式的互补的接合的最小化。因此，还存在销锁定槽的螺纹形式的进一步改进的空间。

另外，由于太大的硬度导致极高的模压负载，并且太小的硬度具有不足的强度，′802和′024专利中公开的类型的轴环具有极窄范围的可接受硬度。对于更高Grade紧固件(例如，Grade 5和以上的Grade)，为满足工业抗拉强度要求需要螺栓和轴环的硬度均增加，这尤其有问题。因此，已知轴环必须进行热处理，以足够软以模压，并与修改的螺纹形式相容，但又要足够坚固以符合工业Grade标准。这进一步增加了制造紧固件的成本和复杂性。例如，两种这种热处理方法包括：消除应力退火和淬火与回火；通过消除应力退火取得一致的期望硬度很难实现并且淬火和回火很昂贵并且在对轴环表面不进行不期望的渗碳或脱碳的情况下，难以实现。两种方法均耗时和成本较高，例如需要炉操作成本的附加费用。

因此，高度期望提供一种高强度、低模压负载的紧固系统，该紧固系统除了其它属性之外还显示出上述专利′519，′755，′802，和′024中公开的低模压紧固件的所有优点，但同时不需要例如成本高和耗时的轴环的热处理。

因此，在高强度、低模压负载紧固系统的领域中存在改进的空间。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种模压类型的紧固件，其展示出减小的模压负载和高强度的最佳平衡。

本发明的另一目的在于提供一种使用如冷镦轴环的轴环的紧固件，其无需经热处理(例如淬火和回火；消除应力退火)。

本发明的另一目的在于提供一种具有减小壁厚度的高强度轴环，从而相应地减小重量和模压负载，同时保持强度。

本发明的另一个目的在于提供一种如冷镦轴环的轴环，该轴环具有充分的物理属性(例如，硬度；强度)，以满足期望的紧固件Grade(例如，Grade 5；Grade 8)。

本发明的另一个目的在于提供一种轴环，其可与现有紧固件及其螺纹形式一起使用，同时展现出期望Grade的所需强度(例如Grade 5；Grade8(不限于该Grade))。

本发明的另一目的在于减小设置紧固件所需的模压负载，从而减小安装工具部件的磨损(例如模压砧；套环；半壳(不限于上述部件))并增加工具奉命。

本发明的另一目的在于提供一种紧固件，其消除了紧固件轴环的昂贵的热处理工序(例如，消除应力退火；淬火和回火)。

本发明的另一目的在于提供一种轴环，其可用于各种模压类型的紧固件，明显包括但不局限于具有销尾和无销尾的紧固件，该紧固件为新的紧固件或轴环可翻新的现有存货的部分。

本发明的另一目的在于增加轴环的硬度，以通过不过度塞满紧固件销的锁定槽，保持或提高轴环的强度级，但减小模压负载。

本发明的另一个目的在于提供一种改进的紧固件锁定槽螺纹形式，该形式设计用于克服已知浅或波形螺纹形式的缺点。

本发明的另一个目的在于提供一种锁定槽螺纹形式，锁定槽螺纹形式被构造用于减小模压负载，同时较容易并且从而经济地制造。

本发明的另一个目的在于提供互补拖拉槽和工具抓紧结构配置，除了其它优点外，该装置还提供下述一种或多种优点：提高拖拉槽与抓紧结构之间的接合；例如通过减小销拖拉断面的直径和增加套环横断面从而增加拖拉螺纹的厚度和强度，延长抓紧结构(例如套环)的疲劳寿命；和销的拖拉部的较小突出长度。

因此，本发明的总的目的在于提供一种改进的、高强度、模压类型的紧固件及其如冷镦轴环的轴环，紧固件及轴环能够利用现有工具，以减小的模压负载安装，并且展示期望紧固件Grade的最佳材料属性(例如硬度；强度)；和本发明的总的目的还在于提供一种低模压负载紧固系统，包括：如冷镦轴环的轴环，改进的销拖拉部和安装工具结构，和优良的紧固件螺纹形式中的一个或多个。

利用提供低模压紧固系统和方法的本发明满足这些目的和其它目的。

在本发明的一个实施例中，该系统的紧固件可包括轴环，具有适合避免过度塞满锁定槽的增加的硬度和减小的轴环壁厚度。当与类似Grade的已知紧固件相比时，该轴环生产非常经济并且更容易模压。这是因为本发明的轴环如冷镦轴环地使用，从而消除了热处理(例如，淬火和回火；消除应力退火)的成本高的要求。该轴环也不需要对销锁定槽螺纹形式进行修改。因此，它可容易与现有销和具有各种不同锁定槽螺纹形式的安装工具一起使用，并且有助于其薄壁的减小的模压负载延细长了安装工具的寿命和/或允许更轻重量的工具。本发明的紧固件及其轴环展示出所有前述优点，同时还提供了足以满足Grade 5和Grade 8工业紧固件标准的出众和意想不到的高强度能力。

因此，低模压负载紧固系统用于模压类型紧固件，该紧固件被构造用于将多个工件固定在一起。该模压类型紧固件包括销部件，销部件具有适合位于工件中的对准开口中的细长销杆。该销部件的一端终止于适合接合工件一侧的表面的扩大头部，并且在相反端终止于适合延伸超过工件的相对侧的相对表面的开槽部。该销的开槽部包括锁定部，锁定部具有由圆周延伸的销槽确定的多个锁定槽和终止于销牙顶的相关销肩。

该紧固件可从包括销尾紧固件和无销尾紧固件组成的组中选择。紧固件的销的开槽部可以是无销尾的，并且包括内部螺纹孔，其中：安装工具包括构造为在紧固件模压期间，以螺纹方式接合内部孔的内部驱动器。

在本发明的另一实施例中，低模压负载紧固系统包括：销，具有基本上直的拖拉部，拖拉部从销的第二端延伸并包括多个拖拉槽。该拖拉部的外径小于销的锁定部的外径。相关安装工具具有夹头，夹头具有用于互补地接合拖拉部的拖拉槽的拖拉部件。拖拉部自销的端部的突起长度较短。因此，拖拉部可在模压后保持在销上，或可通过将其剃去或可选地设置在销上的断颈槽的断裂被去除。该拖拉部的减小直径允许安装工具更厚和强度更大。拖拉部的直特性提供了由安装工具的优良的接合性。

安装工具的拖拉部件的第一齿可具有比工具的剩余齿更大的直径，这延长了工具寿命。该工具可以进一步被改进，并且通过包括较小的模压负载，模压负载得到进一步的减小。

在低模压负载紧固系统的另一实施例中，该紧固销可包括由多个混合半径确定的螺纹形式，在螺纹形式的槽的每个半径之间具有基本上平滑的过渡。从而改进了当它模压时，由轴环对槽的接合。这种螺纹形式消除了用于滚螺纹的滚丝模的复杂性。

在本发明的披露内容的另一个方面中，提出一种构造以将多个工件固定在一起的模压类型紧固件用的低模压负载紧固系统。该模压类型紧固件包括销部件，销部件具有适合位于工件中的对准开口中的细长销杆。该销部件的一端终止于适合接合工件一侧的表面的扩大头部，并且相反端终止于适合延伸超过工件的相对侧的相对表面的开槽部。

该开槽部包括锁定部，锁定部具有由圆周延伸的销槽确定的多个锁定槽和终止于销牙顶的相关销肩。

安装工具包括具有模压腔的砧(anvil)部件。提供一种如冷镦轴环的轴环，包括大体直的轴环杆，轴环杆适合响应由所述安装工具在所述销部件与所述如冷镦轴环的轴环之间施加的相对轴向力或模压负载，被模压进入所述销部件上的所述锁定槽中。

紧固在一起的工件上的期望幅度的夹紧负载确定紧固的接合。该安装工具的模压腔被构造以接合所述轴环杆并径向向内模压所述轴环杆。该如冷镦轴环的轴环当模压时，具有轴环槽和肩，轴环槽和肩与所述销槽和肩互锁。该销部件和所述如冷镦轴环的轴环采用具有不同幅度的极限抗剪切应力强度的不同材料，以便在将所述轴环模压到所述销部件时，基本上避免所述销部件的屈服。

该夹头具有从所述夹头的突起，突起沿向着轴环的方向延伸拖拉部件的长度，从而增加与所述砧的接触面积。

该如冷镦轴环的轴环不需要热处理，并且如冷镦轴环的轴环的大体直的轴环杆具有相对薄的壁厚，从而减小了对所述如冷镦轴环的轴环需要的模压负载。

该突起在夹头的前端螺纹前和附近形成平坦的圆形表面，并且然后是在平坦表面前形成圆形向前成角度的表面，并且形成第二平坦表面和倾斜的平坦表面，第二平坦表面和倾斜的平坦表面向后到与夹头的外径的交叉线。

该拖拉部件的端部并不压合到与槽的底部成一直线的直径位置，从而增加拖拉部件的端部拖拉牙顶的剪切强度。

在本发明的不同方面中，拖拉部件的最后拖拉牙顶具有与夹头的最后齿的扩大拖拉器半径相符或一致的轮廓。

所有前述低模压负载机构可以单独使用或以任何适合的组合使用。还公开了一种模压类型紧固件，和使用前述低模压负载系统将多个工件固定在一起的方法。

附图说明

当结合附图通过阅读对优选实施例的下述描述，可以完全理解本发明，其中：

图1是当使用在具有包括活动销尾的销的模压类型的紧固件上时，根据本发明实施例的低模压负载紧固系统极其如冷镦轴环的轴环的部分横断面视图，其中：紧固件显示为在由安装工具模压前，穿过两个工件中的对准孔被插入；

图2是当使用在无销尾的模压类型的紧固件上时，低模压负载紧固系统和图1的如冷镦轴环的轴环的横断面视图，其中：显示了在由安装工具模压后以将两个工件固定在一起的紧固件；

图3是根据本发明的另一实施例，在由具有内部驱动器的安装工具模压前，当使用在无销尾的模压类型的紧固件上时，低模压负载紧固系统和图1的如冷镦轴环的轴环的横断面视图；

图4是模压类型的紧固件用的现有技术轴环的俯视图，其中：轴环的内孔由虚线显示；

图5是根据本发明实施例的具有减小壁厚的图1-3的如冷镦轴环的轴环的等距视图，其中：为了说明简单，一部分轴环被切除；

图6A，6B和6C分别是具有波形、深和混合锁定槽螺纹形式的模压紧固件的横断面范例视图；

图7是根据本发明实施例的改进紧固件销拖拉部和安装工具结构，和使用改进的销拖拉部用于模压紧固件轴环的四个连续安装工序的横断面视图；

图8是用于图7的安装工具的夹头的端部的横断面视图；

图9是图7的砧部件的断面视图。

图10是根据本发明实施例的改进紧固件销拖拉部和安装工具结构，和使用不同的夹头采用改进的销拖拉部用于模压紧固件轴环的四个连续安装工序的横断面视图；以及

图11是用于图10的安装工具的不同夹头的端部的横断面视图。

具体实施方式

在这里使用的诸如上、下、前、后等的方向短语涉及图中所示的元件的方位并且不是限制权利要求。

如这里所使用术语“数目”指一个或超过一个(例如，多个)。

如在这里所使用，术语“如冷镦轴环(as-headed)”指例如从冷加工，经应变硬化的轴环，而不是使用热加工(例如，淬火和回火；消除应力退火)改变硬度。本发明的轴环显示出高强度(例如Grade 5或8的强度)，而不要求热处理。

如在这里使用的，短语“低模压负载”用于比较的目的，以描述与类似Grade的已知紧固件比较，本发明的紧固系统的特征(例如，如冷镦轴环的轴环；减小直径销尾拖拉部；修改的螺纹形式)提供的所需模压负载的减小。这种低的或减小的模压负载的典型实例在表中和相应的公开中确定数量。

类似地，如这里使用的，短语“减小的壁厚度”用于比较的目的，以描述与类似Grade的已知紧固件的轴环相比，本发明的轴环的更薄的壁结构。例如，典型轴环的壁厚度具有减小的厚度，具有更少的材料量，从而被构造为不过度塞满锁定槽，这不同于许多已知的紧固件。

如这里使用的，术语“拖拉部”指紧固件销的典型销拖拉部和用于接合销拖拉部的互补安装工具拖拉部件。如将在这里讨论的，典型的拖拉部结构包括基本上直的、减小直径的、平行侧拖拉部，拖拉部与例如加入这里的美国专利第4,299,519的渐缩、橡子形状拖拉部和互补工具部件相比，从销的锁定槽部的端部突出更少距离。

如这里使用的，短语“螺纹形式”指本发明的典型改进销锁定槽螺纹形式。该新颖螺纹形式是一种混合，因为：除了其它新特征外，螺纹形式部分地是多种螺纹形式的一些特征的混合。然而，应该认识到：开发典型的混合螺纹形式以实现可归因于此的相关优点，需要进行大量试验和实验。

虽然本发明的紧固件的实例以特定具体尺寸进行了描述，即标称直径，本发明的构思能够容易地延伸到宽范围尺寸(例如，直径；长度)的紧固件。

如图1-3和7所示，本发明涉及多部件(例如，销和轴环)模压类型的紧固件，诸如例如通过参考并入这里的在前面的专利′024中描述和显示的紧固件。在图1-3，6B，6C和7中，在每个图中，类似的紧固件部件的编号相同，但包括字母“a”(图2)，“b”(图3)，“c”(图6B)和“d”(图6C和7)的区别指示，并且除非另外描述，类似的紧固件部件能够被认为基本上相同。典型低模压负载紧固系统50的第一特征，如冷镦轴环的轴环14分别显示使用在图1，2和3，6B，6C和7的紧固件10，10a，10b，10c和10d的每个上。

图1显示了本发明的紧固件10，紧固件10包括具有销尾41的销部件12和如冷镦轴环的、低模压负载轴环14。该销部件12具有细长杆15，细长杆15分别延伸经过将被固定在一起的一对工件18，20中的对准开口或孔16和17。在杆15的一端处的放大、突出头22接合工件18的背面23。该杆14具有接近头22的直的、平滑圆柱杆部24，杆部24适合以间隙配合容纳在对准的孔16和17中。然而，应该认识到：在一些装置中，直杆部24能够被确定尺寸以提供与一个或两个孔16和17的精密公差或过盈配合。锁定杆部25邻近直杆部24并与直杆部24成整体，并具有多个圆周延伸、环形锁定槽26。

如前面所述，图1的紧固件10包括销尾或拖拉杆部41，销尾或拖拉杆部41具有接着是多个环形拖拉槽44的直环形区42。具有减小根直径的断颈槽40位于锁定部25与拖拉部41的环形区42之间，并确定了销轴杆15上的最弱部分。相对于锁定部25的锁定槽26的牙顶71的直径Db，包括区42和拖拉槽44的拖拉部41具有减小的直径Da。直径Db也与直杆部24的直径相同。然而，应该认识到：在涉及与孔16和17的精密公差(紧公差)或轻微过盈配合(未显示)的应用中，锁定槽26的牙顶71将具有比直杆部24的直径更小的直径(未显示)。该拖拉槽44适合由在上述的′024专利显示和描述的方式用于设置紧固件10的安装工具100抓紧。

安装(例如模压)轴环14所需的工具100能够大体以本领域已知方式构造，并且因此为简单的目的，仅部分地显示。总之，工具100具有头部组件102，头部组件102带有适合抓紧拖拉杆部41的拖拉槽44的多个圆周上间隔的爪104。爪104位于可滑动地支撑在砧外壳108中的管状夹头组件106中，砧外壳108一端终止于具有模压空腔112的模压砧部件110中。利用爪随动组件116(在图1中部分地显示)，该爪104通常在圆锥轨道114中被弹性轴向向前推动到所示的径向闭合位置。然而，也将认识到：如这里讨论的，利用典型的低模压负载紧固系统50可以设计出关于图1-3显示和描述的结构和方法以外的其它适合的安装结构(例如参见图7-9的减小直径的销尾拖拉部177)和方法。

图2和3分别显示了用在两种典型变型的无销尾紧固件10a，10b上的典型轴环14。该图还显示了典型轴环14可容易利用广泛的已知安装工具使用的方式。例如，图2显示了安装工具200，安装工具200包括具有内螺纹孔204和感应杆206的外部驱动器202。这种安装工具200也在并入这里的′024专利中进行了详细描述。简而言之，外部驱动器202接合槽26a，并驱动模压砧210或在模压砧210上施加相对轴向力，以便它在模压腔212内容纳轴环14，并随着工件18a和20a被紧固在一起，模压轴环14。

图3显示了与另一种类型的无销尾紧固件10b一起使用的典型轴环14。该销杆15b包括适合与安装工具300一起使用的内螺纹孔77，该安装工具300包括具有驱动杆302的内部驱动器306，驱动杆302具有对应于内部孔77的螺纹的螺纹304。这种安装工具也在′024专利中进行了显示和描述。总之，安装工具300的内部驱动器306接合销杆15b的内孔77，并将模压砧310拉向轴环14，以便它在模压空腔312内容纳和模压。

相应地，应该认识到：本发明的如冷镦轴环的低模压负载轴环14可与各种紧固件及其工具一起使用，包括：销尾和无销尾类型的紧固件，该紧固件具有传统的环形或螺旋锁定槽螺纹形式，与结合上述′024专利的发明描述和在图2-3中显示的修改螺纹形式相比，该锁定槽螺纹形式具有更深和更窄的槽或减小的间距或螺距。这是明显的改进，如将简要讨论，虽然′024专利的紧固件的结构导致所需的模压负载减小到易处理的幅度，但是为了如此做，它需要大大改变螺纹形式，并且需要轴环经热处理(例如，淬火和回火；消除应力退火)以取得所需的材料属性(例如强度)。虽然本发明的轴环14利用前述修改的螺纹形式的紧固件可适用，但是本发明的轴环14(例如参见图2-3)也可容易地与具有更窄和更深锁定槽的更传统的或常规的螺纹形式的紧固件一起使用。参见′024专利中的图7和7A和伴随的公开。如这里将讨论的，典型的如冷镦轴环的轴环14也可容易与本发明的典型紧固系统50的改进混合螺纹形式26d(图6)一起使用。

参考图4和5，已知现有技术轴环(例如14)与本发明的典型轴环14进行了比较。该轴环14′包括具有圆柱杆61′的放大可选直径凸缘59′和通孔65′。该轴环杆61′具有大体均匀壁厚t′的大体均匀圆柱结构。该轴环14′具有直杆部69′，直杆部69′外端终止于径向向外展开的杆部67′，也大体具有厚度t′。

类似本发明的典型轴环14(图1-3，5和7)，在被模压前，轴环14′适合设置在销杆15(例如参见图1)上，并且在工件18，20(图1)拉在一起的情况下，轴环14′将具有与锁定槽26径向对准的轴环杆61′(图1)。同时，凸缘59′将与工件20的外部表面73接合。工件18和20具有组合厚度t1(图1)，组合厚度t1确定了紧固件(例如10)的标称铆接厚度或固定厚度。然而，应该认识到：紧固件10能够在预定的铆接厚度或固定厚度范围使用，从具有小于t1(未显示)的最小总厚度的工件变化到大于t1(未显示)的最大总厚度。

如通过参考并入这里的′024专利中讨论的，通过减小均匀直径的直轴环孔部69′与锁定槽26的牙顶71(例如参见图1)之间的间隙，使模压轴环杆61所需的相对轴向负载最小。在′024专利的发明中，这种径向间隙被明显地径向减小到传统锁定螺栓的径向间隙的约一半。例如参见′024专利的图7(显示了典型模压类型的紧固件的螺纹形式)。因为由最小内径ID′提供的紧密径向间隙，外径OD′能够被减小到提供期望的体积所需的厚度t′。因此，如在′024专利中讨论的，内径ID′和外径OD′被选择以提供轴环杆61′的期望壁厚t′，导致模压用的轴环材料的所需体积和锁定槽填充的期望量，同时提供模压负载的期望减小。

然而，如′024专利的图4A，7A，8A和9A所示，和在伴随的公开中讨论的，这种紧固件及其轴环14′需要改进的螺纹形式以包括锁定槽26，锁定槽26更宽并且大体更浅(将′024专利的图4A，8A和9A中所示的改进的槽结构与图7A的现有技术紧固件相比)。另外，虽然改进的紧固件螺纹形式有助于克服上述高模压负载，但是它也需要成本高的轴环14′的热处理，以保持所需的材料属性(例如强度)。

相应地，考虑到改进模压类型紧固件设计的前述已知试图，很容易意识到：紧固件领域内存在对提供显示低模压负载和高强度之间的最佳平衡的经济、高Grade紧固件的长期期望。虽然上述紧固件基本上满足了减小模压负载的目的，但是它们迄今仅能够通过使用成本高的轴环热处理并对螺纹形式修改做到。在本发明的低模压紧固系统50克服这些缺点的方式中，通过提供上述改进的轴环14实现，轴环14可容易地与多种现有紧固件及其螺纹形式一起使用的，并且可如冷镦轴环地使用，不要求热处理，同时仍展示了高Grade(例如Grade 5和Grade 8)材料属性(例如，强度(非限制性的))。因此，该轴环14可作为改进的独立部件或可选地与典型紧固系统50的其它低模压特征组合，追溯地与现有紧固件一起使用，。

图5显示了典型如冷镦轴环的r、低模压负载轴环14的更详细的等距视图，轴环14显示为分别与图1-3和7中的紧固件10，10a，10b，10c，10d一起使用。一部分轴环14被切除以显示轴环14的典型的减小壁厚t(例如与图4的轴环14′的厚度t′比较)。因此，对于类似Grade的紧固件，本发明的轴环14将具有基本上等于或相当于锁定槽牙顶71的外径Db的内径ID(图1)，类似于图4的轴环14′的ID′。然而，典型的轴环14的外径OD小于现有技术轴环14′的OD′，从而导致轴环杆61的典型的减小壁厚t。如将在这里更详细地讨论，减小壁厚t导致更少量的材料被模压入锁定槽(例如分别为图1-3，6B，6C和7的26，26a，26b，26c，26d)。结合典型轴环14的增加硬度，这导致锁定槽(例如26，26a，26b，26c，26d)不被过度塞满，这与许多现有技术轴环设计直接相反。此外，通过减小轴环ID，在模压以接合锁定槽期间，存在更小的轴环行进距离。因为轴环具有与现有技术的牙顶的外径的更小间隙，因此在将本发明的轴环模压进入锁定槽中花费更小的模压负载。在现有技术锁定螺栓系统中，更大的间隙提供在轴环与牙顶的外径之间，使得更大模压负载施加于轴环，以在被模压进入锁定槽前，使其模压穿过空气。该减小的壁厚t，未过度塞满锁定层26，26a，26b，26c和26d，并且轴环与锁定螺栓的牙顶的外径之间减小的间隙减小了模压典型轴环14所需的相对轴向负载。

相应地，本发明采用比已知现有技术更经济、改进方式实现了减小模压负载的类似目的。应该意识到：例如与轴环14′的壁厚度t′相比，典型轴环14的壁厚度t的准确的差别或减小量将部分取决于讨论中的特定紧固件的尺寸(例如1/2英寸，5/8英寸，3/4英寸(非限制性地))。例如，具有类似的Grade的一对3/4英寸紧固件之间，轴环壁厚度的差别将可能比例如类似Grade的一对1/4英寸紧固件之间轴环壁厚度的差别更大。本发明的轴环杆61的减小厚度t的效果的实例以及这种厚度的典型数目，将通过下述实例的讨论进一步说明和认识。实例说明了和讨论了进行的多个实验的结果，为了评估减小轴环轴61的壁厚t对如冷镦轴环的、高强度14和紧固件(例如，10，10a，10b，10c和10d)的效果。下述实例提供用于进一步说明改进并非限制本发明。

实例1

第一实验的目的在于确定制造为HS5CF-R12尺寸的轴环是否能够被用如冷镦轴环地使用以满足Grade 8值。HS5CF-R12紧固件是由美国得克萨斯州韦科市的Huck International，Inc.制造的商业可得到的Grade5模压类型的紧固件。

实验涉及测试标准淬火和回火Grade 8轴环的外径(OD)、硬度、模压负载、抗拉强度和预载荷，并与如冷镦轴环的Grade 5轴环比较。该结果如下面表1表示数量。

表1：Grade 5如冷镦轴环的轴环

如表1所示，两个轴环“A”和“B”具有比当前标准HS8CF-R12轴环低18％的模压负载，并且均满足Grade 5的最小工业抗拉强度和预负载要求。实验揭示出：如冷镦轴环的轴环，轴环“A”，具有比轴环“B”的两个突出优点：

1)轴环“A”不需要热处理操作(例如，淬火和回火；消除应力退火)，并且因此，也不会进行对轴环清洁或脱碳的另外步骤；和

2)轴环“A”比轴环“B”具有超过最小工业规格的明显更高的预负载余量。

虽然轴环“A”不具有完全与当前标准Grade 5同样高的实际抗拉强度和预负载，但是它具有明显(18％)更低的模压负载。相应地，试验证实：根据本发明，具有减小OD并且从而减小壁厚度的如冷镦轴环的轴环能够经济地取得减小的模压负载(18％)，同时显示最优的材料属性。

实例2

第二实验起于期望开发经济的方式，以改进安全工具的寿命并以减小制造Grade 8轴环的成本。具体地，实验的目标在于确定更薄壁、如冷镦轴环的轴环是否能够增加止动负载(snub load)，减小模压负载和保持与标准淬火和回火轴环相同的抗拉强度和预负载。止动负载是轴环14最初接合销锁定槽26，26a，26b，26c，26d的负载。在该时刻后，因为轴环14卡在销12，12a，12b，12c，12d上，板(例如，工件18，20；18a，20a；18b，20b；18c，20c)间隙拉出受限。如果在止动(snub)后保持间隙，夹紧力被减小，因为代替拉伸销12，12a，12b，12c，12d，轴环伸长变为使间隙消失。

由相同加工顺序和原材料(50KSI抗拉强度)制成的HSCF-R20被分成4组。HS5CF-R20轴环是由美国得克萨斯州韦科市的HuckInternational，Inc.制造的商业可得到的轴环。

组1是控制组并以传统方式处理(例如通过淬火和回火)。轴环OD是1.009″。

组2是如冷镦轴环的并具有降低到1.000″的轴环OD。

组3是如冷镦轴环的并具有降低到0.995″的轴环OD。

组4是如冷镦轴环的并具有降低到0.990″的轴环OD。

所有轴环经喷净或喷丸清理，并上蜡以具有相同的表面质地和润滑剂。另外，销的相同加工顺序被用于所有实验，相同的安装工具和相同的测试仪器也一样。对每组进行三次实验，以获得止动负载，模压负载，预负载和抗拉强度中的每一种类。为简化报告，这里在表2中仅报告了实验的平均值。

表2：薄壁如冷镦轴环的轴环

用于标准轴环的轴环OD容限或公差范围是1.006″到1.012″。对如冷镦轴环的轴环使用相同公差，可允许的轴环OD范围在约0.995″到1.001″之间。如所示，表2中的OD值范围从约0.990″到1.009″，并能够作为最小值和最大值。因此，1.000″和0.995″的平均值能够直接与1.009″标称值比较。

如从表2确定数量的结果显示，如冷镦轴环的轴环提供了超过标准淬火和回火轴环的如下优点：

1.改进的机械值：增加约44％的止动(间隙拉出(gap pullout))负载，减少约11％的模压负载，增加约5％抗拉强度和相同的预负载。对于两种类型的轴环，预负载比最小工业规格约超过7％，但当使用如冷镦轴环的轴环时，抗拉强度超过最小规格约3％到超过最小规格约9％。该如冷镦轴环的还提供了约10％到20％的安装工具压力的减小，这是导致减小工具磨损、更易接近、更小工具和更轻重量工具的极明显的优点。

2.提高质量：当轴环不淬火和回火时，消除了表面和脱碳问题。另外，因为如冷镦轴环的轴环保持在约10Rb的硬度范围内，硬度的一致性保持相同。如果硬度接近Rb 68的最小Grade规格，一些淬火和回火轴环也可能不满足抗拉强度要求。对于典型的如冷镦轴环的轴环的增加硬度，这不是问题。

3.减小成本：通过消除热处理和与此相关的喷砂清洁步骤，如冷镦轴环的轴环减小了制造成本。另外，通过利用可用于生产典型如冷镦轴环的轴环的热轧AISI 1006线替换通常用于生产轴环的退火AISI 1010钢线，因为它能够以与退火AISI 1010钢线大体相同量加工硬化，能够减小轴环原材料的成本。如冷镦轴环的轴环可由非退火或退火低碳钢制造。它还不退火，并且因此，不昂贵。

4.减小交货时间：取消热处理和与此相关的检查节约了两或三天制造轴环典型所需的时间。

相应地，实例2的结果还证实使用根据本发明的如冷镦轴环的轴环的优点。另外，当结合实例1观看时，很明显：本发明的紧固件及其轴环具有减小安装工具的部件(例如，砧；套管)摩损的能力并且从而增加工具寿命。虽然因为典型的如冷镦轴环的轴环更硬，砧磨损将期望增加，但是通过本发明已发现：由于减小了典型轴环14的OD并且从而减小了典型轴环14的壁厚t并且作为减小工具所需压力的结果，增加了套管寿命，砧磨损实际上不会明显改变。

实例3

另外对于前两个实验的结果，第三次实验还试验了增加轴环硬度同时减小轴环壁厚度的效果，以试图找出高强度与低模压负载的最佳平衡。间隙拉出导致在接合处少于最优夹紧力。然而，如在实例2中证实，增加轴环硬度也增加了安装轴环的模压力。与止动(间隙拉出)负载相比，减小轴环壁厚不成比例地更多地降低了模压力。相应地，结合前述实验的发现，通过平衡增加轴环硬度与轴环壁厚的减小，以保持相同的抗拉强度和预负载，并增加止动负载，同时减小模压负载，从而提高安装工具寿命，这个实验期望克服已知紧固件设计局限性。本实验的目目的也是实现前述内容，不用改变标准销或安装工具，以保持在未来尽可能简单和成本高效的向新轴环的潜在改变。

对于一致性，在整个试验中使用轴环的相同加工顺序。通过以0.010″的增量加工降低轴环OD，减小轴环壁厚度。止动负载、模压负载、脱模负载(ejection load)、预负载和抗拉强度被检查用于最佳壁厚度。如从实例1和2了解到，明显提高轴环硬度的最一致的方式是使轴环如冷镦轴环的，这给出约20-25Rb点之间的净硬度增加。一旦最优轴环壁厚度被确定，相同的实验是将标准销与结合′024专利在此前描述的类型的销进行比较，后者已被加热处理到相同的硬度和销断裂强度(pinbreak)。这被进行以确定锁定槽形式的效果。所有实验使用标准实验过程在产品实验设备上进行。

为了简化报告并且因为实验之间存在不明显变化，对每种条件的三次测试仅报告了平均值。在这里，表3显示了当与标准螺纹形式的销一起使用时，典型减小的轴环壁厚度的结果。

表3：减小的轴环壁厚度标准螺纹形式

如能够从表3计算出，0.975″的计算如冷镦轴环的硬轴环OD将给出与当前标准轴环相同的夹紧力和抗拉强度值，但止动负载将增加约54％，并且模压负载将减小约6％。这些结果还确认了本发明的紧固件及其如冷镦轴环的、薄壁、低模压负载轴环的属性。

从这个组的(例如参照′024专利的图7和7A讨论的类型的)标准锁定槽的止动，夹紧和抗拉强度数据验证了表3中的第一组数据。代替最初的6％减小，模压负载约比预测的模压负载低1,300lb，或约12％的减小。由于锁定槽螺纹形式，值不存在明显的差别。与和标准螺旋锁定槽螺纹形式和淬火与回火轴环关联的模压负载相比，存在与硬的、薄壁如冷镦轴环的轴环结合并与修改的混合锁定槽关联的模压负载的显著(约40％)的减小。

总之，实验确认：通过使用如冷镦轴环的轴环，能够一致地增加硬度，并且因为圆周强度由这种更高的硬度增加，能够减小轴环壁厚度。减小轴环的OD到约0.975″对实际预负载或抗拉强度值不会产生改变，但增加间隙拉出值约50％，并减小模压负载约10％。约20Rb点的增加硬度还增加了轴环的计算耐磨损约40％，并且销或模压砧无需变化，以模压如冷镦轴环的轴环。因此，不仅本发明的紧固系统50的紧固件及其轴环展现了最优的物理属性、低模压负载和经济效率，而且轴环14还可容易与大量现有紧固件销及其螺纹形式一起使用以及与本发明的改进混合螺纹形式26d(图6C)一起使用。

期望的是：销12，12a，12b，12c，12d(图1-3，6B，6C和7)相对于轴环14的硬度足够硬，以抑制由于压缩模压负载在拉伸和颈缩中压坏或过度屈服。因此，在发明的一种形式中，例如对于Grade 5类型紧固件，销12，12a，12b，12c，12d能够由AISI 1038钢或AISI 1541钢或用于相同Grade的其它类似材料制成，该材料具有在约Rc24到约Rc35之间的硬度和至少120KSI的极限抗拉强度。典型地，这种紧固件用的传统轴环(例如14′)由AISI 1010碳钢制成，AISI 1010碳钢必须热处理到约Rb65到Rb85之间和至少约60KSI的极限抗拉强度。

然而，如前讨论，典型的轴环14例如由AISI 1006钢或任何其它适合的退火或未退火低碳钢材料制成。AISI 1006钢未被退火。未退火钢丝通常称作“绿”丝，不很昂贵，从而使得典型轴环14更经济地生产。该销12，12a，12b，12c，12d具有充分的硬度以接受期望的高拉伸预负载和轴环14上的模压负载，基本上不会弯曲。另外，类似例如在′024专利中讨论的轴环，轴环14能够覆盖有诸如水溶聚乙烯蜡(polyethelenewax)或正十六烷醇(cetyl alcohol)的传统润滑剂。该轴环14还能够镀锌。这有助于将模压负载保持在期望的低水平并且还使模压腔112，212，312，412的磨损最小。因此，如通过实例1-3显示，轴环14的杆61(图5)配置有充分的壁厚t，并且因此配置有充分的体积，以确保足够的轴环材料将在伸长中轴向运动，但同时，它将具有充分的强度，以便随着达到接合处上设计的张力负载，在模压期间形成的销肩60(图1)和轴环肩保持基本上完全结合。关于这一点，对于更大直径的紧固件，典型的轴环杆61的所需壁厚度t(图5)将略微增加，并对于更小直径的紧固件，将略微减小，同时保持足够薄以显示通过本发明揭示的优点，并且比类似尺寸和Grade的已知现有技术轴环更薄。表4通过已知淬火与回火轴环14′和本发明的如冷镦轴环的轴环14之间的比较，进一步总结了轴环4的改进，轴环与已知Grade 5和Grade 8紧固件10，10a，10b，10c，10d一起使用和与典型低模压负载紧固系统50的改进的Grade 5和Grade 8紧固件10c，10d(图6和7)一起使用。示出多种轴环尺寸，用于三种不同标称紧固件尺寸1/2英寸，5/8英寸，和1/4英寸。对于头两种类型的紧固件，现有淬火和回火轴环14′的轴环尺寸首先示出，本发明的如冷镦轴环的轴环14的值缩进并向右偏移地示出。仅如冷镦轴环的轴环值显示为用于标识为“下一代”的Grade 5和Grade 8紧固件。这些紧固件使用本发明的典型混合螺纹形式126(图6C)，其将在这里讨论。

表4：轴环尺寸比较

如表4所示，已经发现利用本发明的如冷镦轴环的轴环，：如冷镦轴环的轴环的OD与ID的比率为约：(i)1.491，对于现有5/8英寸Grade5紧固件；(ii)1.540，对于现有5/8英寸Grade 8紧固件；(iii)1.481，对于5/8英寸下一代Grade 5紧固件；和(IV)1.502，对于5/8英寸下一代Grade 8紧固件。本发明的轴环的OD与ID的比率的适合范围将可能在约1.47到1.55或落入该范围的任何其它范围。为了简化说明书的目的，范围的另外典型实施例并未列出。利用现有技术淬火和回火轴环，发现：轴环的OD与ID的比率约为(i)1.509，对于5/8英寸Grade 5紧固件；和(ii)1.557，对于5/8英寸Grade 8紧固件。

模压负载的减小允许安装工具(例如，分别见图1-3的100，200，300；也参见图7-9的安装工具400)尺寸的减小，与传统的安装工具的重量相比，导致高达40％的相应重量减小。例如参见上述′024专利(讨论与其中的图7的工具148相比，工具重量的减小)。

考虑可以与本发明的轴环14一起使用的许多紧固件(例如10，10a，10b，10c，10d)具有减小尺寸和/或长度的拖拉部和/或销尾，当在准备安装中，首先将其预安装到工件时，可以期望提供用于保持销和轴环在一起的机构。因此，轴环可以可选地配置柔韧预装配突出物90(图5)。例如参见美国专利第4,813,834号。如果使用装配突出物，可选装配突出物90的结构和操作将与上述′834专利中公开的非常相同，这种公开从而通过参考并入这里，如同在这里完全提出。简单地说，装配突出物90位于轴环14的埋头孔部55中，并且具有有限的圆周长度。如在′834专利中指出的，该装配突出物90优选地具有柔韧结构，并且因此，能够由诸如例如聚氨酯的塑料材料制成。该突出物90径向向内延伸足以位于诸如槽26，26a，26b，26c，26d的锁定槽内的距离。采用这种方式，一旦位于一个锁定槽中，轴环14将保持在相关的销12，12a，12b，12c，12d上。该突出物90位于在与凸缘59成一直线的点处的埋头孔部55内。可选突出物90有利于轴环14运动到销上，和突出物90在锁定槽牙顶上的移位。应该意识到：该突出物90能够可选地位于轴环14的相对端处。也将认识到：该轴环无需使用可选突出物90。

也将认识到：轴环14的一个或多个部分可以具有与在这里显示和描述的配置不同的配置。例如，该轴环能够是无凸缘(未显示)，或可以具有减小尺寸的凸缘(未显示)和/或轴环可以不包括埋头孔部55。另外，在轴环的相对端处，该轴环14可以可选地包括这种埋头孔部(未显示)。也将认识到：如在美国专利第4,867,625号中讨论的，可选的装配突出物(例如90)可包括预先选择的范围的附加的基本上有限的螺纹(未显示)，以便：除了将轴环14和相关的销保持在与工件的预先安装的条件中，可以取得工件的某种程度的初始夹紧。例如参见′625专利(通过参考并入这里，涉及有限母螺纹的公开如同在这里完全提出)。

本发明的低模压负载紧固系统50减小模压负载的另一方式在图6C中进行了显示，并且特别是通过图6C与图6A和663的比较。具体地，如图6C所示，混合螺纹形式26d被提供用于销12d的锁定槽26d，分别对诸如图6A和6B的波形锁定槽26b和深锁定槽26c实例的已知螺纹形式进行改进。图6C的典型螺纹形式由包括多个混合半径的特征的独特混合确定，该混合半径在牙顶28d，30d与锁定槽26d的底部之间提供基本上平滑的过渡。更具体地说，第一牙顶28D具有第一半径R 1；第二牙顶30d具有第四半径R4；并且两个中间半径R2，R3确定了槽26d的底部或谷部132，而同时平滑地将第一半径R1和第四半径R4相互连接。采用这种方式，混合螺纹形式26d(图6C)分别对图6A和6B的浅和深螺纹形式26b，26c的相对不平滑和陡峭过渡进行了改进。特别是图6A的相对浅的波形26b需要许多更大的半径，并具有半径之间的相对不连续的过渡，并且图6B的深锁定槽螺纹形式26c在半径之间具有相对尖的、非混合过渡。另外，图6A的波形26b具有宽的间距或螺距36b和相对浅的深度38b，同时图6B的深螺纹形式26c相反地具有相对窄的间距或螺距36c和大得多的深度38c，如图中所示。

如能够继续分别参照图6A和6B认识到的，当轴环14被模压时，相对浅的波形26b趋向于过度塞满，如前面讨论的，不利地增加了模压负载。相反地，如所示，图6B的深螺纹形式26c中的突然变化趋向于具有相反的效果，当模压时，在销12c的锁定槽26c和轴环14之间出现小于期望的接合量。

现在参照图6C并分别将典型的混合螺纹形式26d与图6A和6B的螺纹形式26b和26c比较，将认识到：混合螺纹形式具有稍微中间的间距或螺据36d和深度38d。结合前述混合半径R1，R2，R3，R4，这提供了平滑、混合螺纹形式26d，当轴环14被模压时，螺纹形式26d相应地促进了轴环槽62与锁定槽26d的互补互锁接合，从而减小了模压负载。通过下表的值，能够进一步认识到典型螺纹形式126的优点，表5总结了：对具有关于图6A，6B和6C显示和描述的不同螺纹形式26b，26c，26d的销12b，12c，12d的三种不同Grade 8，5/8英寸紧固件的数值的非限制性比较实例。

表5：5/8英寸Grade 8紧固件的螺纹形式的比较

表5中列出的深锁定槽螺纹形式开发用于减小破坏图2中所示的内螺纹孔204相关的问题。已发现：增加锁定槽26c的深度有助于减小对内螺纹孔204的损坏。此后，已确定：深锁定槽26c在图7中所示类型的拖拉类型机构177的情况下是不必要的。表5中列出的混合锁定槽螺纹形式被开发用于与图7中所示类型的拖拉机构177一起使用。

如所示，当分别与波形和深槽螺纹形式26b，26c相比时，该混合锁定槽螺纹形式26d(图6C)具有相对中间的深度38d和节距36d，同时取得所有前述优点，包括保持大体比得上图6B的深锁定槽26c的减小模压负载。也将认识到：典型的混合螺纹形式26d能够结合前述如冷镦轴环的轴环14使用，以更进一步减小模压负载。通过实例，对于图6C和表5的5/8英寸Grade 8紧固件，当图6C的典型混合螺纹形式26d结合上述如冷镦轴环的轴环14使用时，能够期望：从波形式锁定槽减小约11％的模压负载。此外，对于图6C和表5的5/8英寸Grade 8紧固件，当图6C的典型混合螺纹形式26d结合上述如冷镦轴环的轴环14使用时，能够期望从标准螺旋锁定槽螺纹形式减小约40％的模压负载。

采用本发明的如冷镦轴环的轴环，已发现：销与轴环之间的抗剪强度比率约为：(i)1.8，对于Grade 8的紧固件；和(ii)1.6，对于Grade 5的紧固件。本发明的销与轴环之间的抗剪强度的比率的适合范围将可能为约1.5到2.1，或落入该范围的任何其它范围。为了简化说明书的目的，未列出另外的范围的典型实施例。采用现有技术淬火和回火轴环，已发现：销与轴环之间的抗剪强度比率约为：(i)2.5，对于Grade 8的紧固件；和(ii)2.2，对于Grade 5的紧固件。

对于本发明的如冷镦轴环的轴环，还已经发现：锁定槽典型地被塞满的程度如下：(i)对于Grade 8紧固件，对于深锁定槽26c螺纹形式，约40％，和对于混合锁定槽26d螺纹形式，约60％；并且(ii)对于Grade 5紧固件对于深锁定槽26c螺纹形式约30％，和对于混合锁定槽26d螺纹形式约50％。从适应积累在锁定槽的槽中、应用于销的着漆最后加工的观点，已发现期望使用具有小于锁定槽的过度塞满的更深的锁定槽。

还已发现：对于深锁定槽螺纹形式，螺距或间距长度与锁定槽的深度的典型比率为约2.8；和对于混合锁定槽螺纹形式，螺距或间距长度与锁定槽的深度的典型比率为约3.6。锁定槽的螺距或间距长度与深度的典型比率的适合范围将可能为约2.5到4.0，或落入该范围的任何其它范围。现有技术波形锁定槽具有约4.8的锁定槽的螺距或间距长度与深度的典型比率。

图7，8和9显示了根据本发明的另一机构，用于降低模压负载，并且从而增加安装工具的寿命。类似前面讨论的混合螺纹形式26d和如冷镦轴环的轴环14，下述低模压负载机构也能够独立使用或采用与前述混合螺纹形式26d(图6C)和如冷镦轴环的轴环14(图1-3，5，6A，6B和6C)中的一个或两者的任何适合的组合的形式使用。

图7显示了用于将两个工件18d，20d固定在一起的紧固件10d和安装工具400，其中：该紧固件具有拖拉机构177，拖拉机构177包括在销12d的第二端19处基本上直的、相对较短的拖拉部179。另外，显示了用于根据本发明的方法使用典型的低模压负载系统50安装紧固件10d的4个顺序工序。

该销12d的拖拉部件179具有相对较短的长度183，从而从销12d的第二端19延伸或突出短的距离。实际上，典型拖拉部件的突起长度183如此短，使得不同于通过参考并入这里的美国专利第4,299,519号(例如参照图1-5)的橡子形状的拖拉部件，本发明的拖拉部件179并不是设计为在安装后被切断，虽然可以想到通过使用销12d上的断颈槽或利用本发明的其它实施例(未显示)中的切削工具切除拖拉部件179实现拖拉部件179切断。这有利地消除了已知由断颈槽的突然断裂导致的安装工具400的冲击负载(例如参见图1的断颈槽40)。它也消除了销尾碎片，和断销噪声。′519专利的橡子形状的拖拉部的优选实施例具有这些缺点。更具体地说，通过实例，对于5/8英寸Grade 8紧固件10d，典型的拖拉部件179突出约0.10英寸或小于′519专利的橡子形状的拖拉部件。同样不同于′519专利的橡子形状的拖拉部件，典型的拖拉部件179基本上直线地延伸，其中：所有拖拉槽181具有基本上相同的直径D_B，如所示，直径D_B比销12d的锁定部25d的外径Da更小。如将讨论的，典型拖拉部179的直的、减小直径D_B的结构促进了由安装工具400的更好的接合，和工具寿命的延长。它还显著地比例如′519专利的渐缩橡子形状的结构更容易制造，其中：拖拉部的每个槽具有不同的直径。

本发明的紧固系统50的其它改进也显示在图7，8和9中。具体地，如前面所讨论，用于安装紧固件10d的典型安装工具400包括：夹头402，夹头402具有带有多个齿408的拖拉部件404，多个齿408构造为互补地接合销(例如销12d)的拖拉部179的槽181；和具有用于模压轴环14的模压腔412的砧部件410。典型拖拉部179的减小直径D_B但大体直的结构允许夹头402(图7和8)的横断面厚度T(图7和8)增加。具体地说，厚度T能够分别增加到销锁定部25c和拖拉部179的直径Da′与D_B的差的完全量。这使得安装工具400更坚固，从而延长了其疲劳寿命。例如与图2的紧固件10a的拖拉和锁定部25a相比，典型的减小直径的拖拉部179也导致制造拖拉部179所需更少的材料。这又允许典型销拖拉部件179的拖拉槽和安装工具拖拉部件404的对应的齿408具有更大的厚度，从而减小了拖拉槽181的损坏和磨损。拖拉螺丝的损坏和磨损是本领域长期已知的缺点。因为这些螺纹中具有减小的直径，并且从而减小的强度和耐损坏能力，′519专利的渐缩橡子状设计的头几个螺纹可能易损坏和磨损。

如注意到，图7也显示了使用本发明的典型低模压负载紧固系统50的通常安装方法。具体地说，如所示，在操作中，一旦销12d被插入穿过工件18d，20d中的对准开口16d，17d，轴环14被应用于销12d的第二端19。如先前讨论，轴环可以为上述典型的如冷镦轴环的轴环14，但无需一定为上述典型的如冷镦轴环的轴环14。该销12d的位伸部179然后由安装工具400的夹头402接合。该典型的夹头是扩展到开口位置(图7，顶部插图)并收缩到收缩或关闭位置(图7，从顶部的第二插图)的分裂式抓紧夹头402，其中：夹头拖拉部件404的齿408互补地基本上完全接合拖拉部179的拖拉槽181。该安装工具400然后被驱动，从而将夹头402拉入模压砧410，并关闭夹头402的拖拉部件404，以便夹头402将销12d和轴环14拉入砧410的模压腔412，从而施加径向向内的模压负载，并将轴环14模压进入销锁定槽26d。通过感应销12d何时已完全被拖拉，感应杆406则探测模压操作何时完成，并且相应地停止安装工具400，收回夹头402，释放拖拉部件179，并从砧410弹出轴环14。因此，通过取得无销尾安装的所有优点，同时避免相关缺点，类似由长耐磨夹头402所替换的套环上的所需的更高磨损的旋压(spin)，典型的安装系统50和方法极大地改善和简化了紧固件安装。这也取消了多个其它分离的安装工具部件，诸如分离夹头、释放弹出器、分离爪和随动器和弹簧，并将它们替换为基本上一个部件，典型的分裂式抓紧夹头402。采用这种方式，本发明减小了接合时已知旋压的安装周期、成本和复杂性，并实现了更快、更轻、更安静和包含更少运动部件的工具，等同于明显地节约成本。

应该意识到：可以使用这里显示和描述的安装方法和结构以外的其它安装方法和结构。例如，如先前讨论的，可以设想：可以使用可切断销拖拉部件(未显示)或内部驱动拖拉机构结构(未显示)，这并不背离本发明的范围。也将认识到：虽然拖拉部件179显示为具有环形拖拉槽181，但是如果也对安装工具进行了相应修改，可以设想使用其它螺纹形式(例如，螺旋螺纹(非限制性的))。

参照图8和9进一步认识由典型销拖拉部结构提供的典型安装工具400的改进。

图8显示了用于安装工具400的典型分裂式抓紧夹头402的拖拉部件404的部分。该拖拉部件404具有接合端405(图8中方向向左)和多个齿408。在图8的实例中，拖拉部件404具有4个齿408。邻近接合端405的第一齿409具有第一内径ID₁。该齿408的剩余部分具有第二内径ID₂，第二内径ID₂小于ID₁。如所示，通过展开第一拖拉齿409的内径ID₁，本发明的夹头设计抑制了该齿409的碎裂。

具体地说，典型的第一齿409的顶点(以图8中的虚线显示)被除去以在该位置展开内径ID₁。这又将加载的主要点从该位置移动到拖拉部件404内进一步靠后的位置(例如关于图8向右)，从而减小齿409的最前面根部半径r上的力矩负载，从而增加夹头402的疲劳寿命。更具体地，例如，参照图8的实例中的第一齿高度h，对于具有典型的拖拉部件179(图7)的Grade 5的紧固件，在约12,000磅模压压力时，约30％的齿高度减小导致工具400疲劳寿命显著增加到约24,000个安装周期，其中前齿409先前在14,000个循环失效。如前面讨论的，这种显著改进由通过增加ID₁减小前齿409上的运动臂引起，这将疲劳模式向后转移到夹头402的拖拉部件404的更坚固的区域(例如，从左侧的第四个齿408)。除了前面提及的工具寿命的增加以外，这种改进通过夹头402的更大壁厚度T提供。另外，如前面讨论的，所有这些通过使用典型的单部件的分裂式抓紧夹头402实现，抓紧夹头402适合扩大和收缩，不需要单独的爪、单独的弹出器或单独的随动器和弹簧。这是因为典型的分裂式抓紧夹头402包括一个或多个狭槽(未显示)，通过被拉入砧410的内部孔420(图e)，施加径向向内的力，以关闭夹头拖拉部件404，这使其能够从放松或打开位置(图7的顶部视图)收缩到关闭或收缩位置(图7的第二视图)。然而，应该认识到：可以使用具有例如单独的可关闭爪(非限制性的)(未显示)的任何已知或适合的可选夹头设计(未示出)，来例如接合和拖拉销拖拉部179(图7)。

图9显示了典型的低模压负载紧固系统50的其它先进性。

具体地，典型模压砧410包括：模压腔412，如所示模压腔412具有成圆角的入口部分414，以有利于与轴环14(图7)的最初接合；模压段416和内部孔420。该模压段416具有第一直径D₁，并且内部孔420具有第二直径D₂，第二直径D2大于第一直径D₁。相应地，内部孔直径D₂在模压段416后面展开，释放了轴环14(图7)上的压缩模压负载。通过典型的模压段416的相对窄(即，小)的特性，使这成为可能(在图9的断面视图中最好地显示)。该模压段的窄宽度418确定了小的模压区域，因为它然后打开进入更大直径D₂内孔120，与模压砧410的基本上整个长度L具有连续单一直径相反。该典型砧410的内孔420的增加直径D₂也提供了空间以适应夹头402(图7和8)的更厚并且从而更坚固的壁厚T，从而进一步增加了工具寿命。此外，本发明的改进砧410的长度L也可被缩短，例如与图1的砧110相比。因此，通过减小工具零件数目、减小工具的重量、减小工具所需的模压负载、减小制作工具的成本和增加工具的预期寿命，本发明的低模压负载紧固系统50还提供了多种安装工具400的改进。

特别参照图6A，6B和6C，显示了轴环和螺栓的相互作用的细节。当轴环首先试着拖拉预负载的螺栓时，该轴环并不足够强，所以第一螺栓牙顶剪切轴环，产生空隙并卷起螺栓牙顶前的轴环材料。相同的事情发生在第二螺栓牙顶上的较小范围。最后，存在足够的轴环材料接合到螺栓，因此不出现空隙和卷起。这对于比淬火-回火轴环更硬的如冷镦轴环的轴环发生得更迅速，因为它们具有更高的剪切强度。更硬的轴环拉伸螺栓更快并产生更大的预负载。

图10是根据本发明实施例的改进紧固件销拖拉部和安装工具结构，和使用不同的夹头使用改进的销拖拉部用于冲压紧固件轴环的四个连续安装工序的横断面视图。这里显示的系统类似于图7。在类似于图8的图11中，存在用于图10的安装工具的不同夹头的端部的横断面视图。

在图10和11的公开中，存在一种冲压类型紧固件用的低冲压负载紧固系统，冲压类型紧固件被构造以将多个工件固定在一起。该冲压类型紧固件包括销部件，销部件具有适合位于工件中的对准开口中的细长销杆。该销部件的一端终止于适合接合工件一侧的表面的扩大头部，并且其相对端终止于适合延伸超过工件的相对侧的相对表面的开槽部。

该开槽部包括锁定部，锁定部具有由圆周延伸的销槽确定的多个锁定槽和终止于销牙顶的相关销肩。

安装工具包括具有冲压腔的砧部件410。具有一种如冷镦轴环的轴环14，包括大体直的轴环杆，轴环杆适合响应由安装工具在销部件与as-headed轴环之间施加的相对轴向力或模压负载，被模压进入销部件上的所述锁定槽。

紧固在一起的工件上提供期望大小的夹紧负载确定紧固接合。该安装工具的冲压腔被构造以接合所述轴环杆并径向向内模压所述轴环杆。该如冷镦轴环的轴环当冲压时，具有轴环槽和肩，轴环槽和肩与所述销槽和肩互锁。该销部件和所述如冷镦轴环的轴环采用具有不同大小的极限抗剪切应力强度的不同材料，以便在将所述轴环冲压到所述销部件时，基本上避免所述销部件的屈服。

该夹头600具有从所述夹头的突起602，从而沿向着轴环14的方向延伸拖拉部件的长度604，从而增加与砧410的接触面积。延伸拖拉器长度增加了与砧的接触面积，这减小了压力和磨损。当拖拉器经更小的砧孔返回时，它也供引导角用。

该如冷镦轴环的轴环不需要热处理，并且如冷镦轴环的轴环的大体直的轴环杆具有相对薄的壁厚，从而减小了对如冷镦轴环的轴环需要的模压负载。

该突起600在夹头600的前端螺纹608前和附近形成平坦圆形表面600。然后，在平坦表面606前存在圆形向前成角度的或倾斜的表面610。存在第二平坦表面612，成角度或倾斜的平坦表面614，平坦表面614返回到与夹头600的外径的交叉线616。通过不压合在螺栓端部处的有头的外径，增加了最后一个螺栓牙顶的剪切强度。

该拖拉部件620的端部618并不压合到与槽624的底部622成一直线的直径位置。这增加了拖拉部件620的端部拖拉牙顶626的剪切强度。该拖拉器齿在线636处折断螺栓螺纹。

该拖拉部件的最后拖拉牙顶626的轮廓628与夹头600的最后齿620的扩大拖拉器半径630相符或一致。

此外，增加第一拖拉器齿632的厚度634的缩短的第一拖拉器齿632减少碎裂。

考虑到上述内容，本发明提供了一种具有多个改进紧固件和安装工具特征的低模压负载紧固系统和方法，包括：如冷镦轴环的轴环；混合锁定槽螺纹形式；改进的销拖拉部件；和多种安装工具的改进，所有这些独立和采用任何适合的组合，降低模压负载，并改进了模压类型的紧固件的安装。

虽然已详细地描述了本发明的具体实施例，但是按照本发明总的教导，本领域的技术人员可会理解：可以开发出对这些细节的多种修改和替换。因此，所披露的特定结构仅用于说明，而不是对所附权利要求及其任何等同物的全部范围给出的本发明的范围的限制。

Claims (9)

1.一种构造用于将多个工件固定在一起的模压型紧固件，所述紧固件包括：

销部件，销部件具有适合位于多个工件中的对准开口中的细长销杆，所述销部件在一端终止于适合接合工件一侧的表面的扩大头部，并且在其相对端终止于适合延伸超过工件的相对侧的相对表面的开槽部，所述开槽部包括具有由圆周延伸的销槽确定的多个锁定槽的锁定部和终止于销牙顶的相关销肩，和

如冷镦轴环的轴环，所述如冷镦轴环的轴环指通过冷加工经应变硬化、而非使用热加工改变硬度的轴环，所述如冷镦轴环的轴环包括大体直的轴环杆，所述轴环杆适合响应于施加在销部件和如冷镦轴环的轴环之间的模压负载被模压进入所述销部件上的所述锁定槽中，从而在紧固在一起以确定紧固接合的工件上提供期望大小的夹紧负载；所述如冷镦轴环的轴环当模压时，具有轴环槽和轴环肩，所述轴环槽和轴环肩与所述销槽和销肩互锁，

其中：所述销部件和所述如冷镦轴环的轴环采用具有不同大小的极限抗剪切应力强度的不同材料，以便在将所述轴环模压到所述销部件时，基本上避免所述销部件的屈服，

其中：所述如冷镦轴环的轴环不需要热处理；并且所述如冷镦轴环的轴环的轴环杆具有相对薄的壁厚，所述壁厚与类似Grade的已知紧固件的轴环相比更薄，被构造用于抑制所述销部件的所述锁定槽的过度塞满，从而减小所述如冷镦轴环的轴环需要的模压负载，

和其中所述如冷镦轴环的轴环具有外径和内径；并且其中：所述如冷镦轴环的轴环的外径与内径的比率在约1.47到1.55之间。

2.根据权利要求1所述的紧固件，其中：所述轴环展现的物理属性，足以符合自包含Grade 5和Grade 8的组选择的紧固件等级Grade。

3.根据权利要求2所述的紧固件，其中：所述如冷镦轴环的轴环的硬度在约85Rb到95Rb之间。

4.根据权利要求1所述的紧固件，其中：所述如冷镦轴环的轴环由非退火低碳钢制造。

5.根据权利要求1所述的紧固件，其中：所述如冷镦轴环的轴环由退火低碳钢制造。

6.根据权利要求1所述的紧固件，其中所述轴环包括在所述轴环杆的一端处的放大凸缘，所述放大凸缘被构造用于结合所述工件的相邻的一个的面对表面。

7.根据权利要求1所述的紧固件，进一步包括：装配突出物，所述装配突出物适合接合所述销部件的所述锁定槽，以在所述如冷镦轴环的轴环被模压前，利用预先确定的负载，将所述紧固件保持在组装位置。

8.一种构造用于将多个工件固定在一起的模压型紧固件，所述紧固件包括：

销部件，所述销部件具有细长销杆，所述细长销杆适合位于多个工件中的对准开口中，并且所述销部件在一端终止于接合工件的一侧的表面的扩大头部，并且在相对端终止于延伸超过工件的相对侧的相对表面的开槽部，所述开槽部包括具有由圆周延伸的销槽确定的多个锁定槽的锁定部和终止于销牙顶的相关销肩，和

如冷镦轴环的轴环，所述如冷镦轴环的轴环指通过冷加工经应变硬化、而非使用热加工改变硬度的轴环，所述如冷镦轴环的轴环包括大体直的轴环杆，所述轴环杆适合响应于施加到所述销部件和所述如冷镦轴环的轴环之间的的模压负载，被模压进入所述销部件上的所述锁定槽中，从而在紧固在一起以确定紧固接合的工件上提供期望大小的夹紧负载；所述如冷镦轴环的轴环当模压时，具有轴环槽和轴环肩，所述轴环槽和轴环肩与所述销槽和销肩互锁，

其中：所述销部件和所述如冷镦轴环的轴环采用具有不同大小的极限抗剪切应力强度的不同材料，以便在将所述轴环模压到所述销部件上时，基本上避免所述销部件的屈服，

其中：所述如冷镦轴环的轴环不需要热处理；并且所述如冷镦轴环的轴环的轴环杆具有相对薄的壁厚，所述壁厚与类似Grade的已知紧固件的轴环相比更薄，被构造用于抑制所述销部件的所述锁定槽的过度塞满，从而减小所述如冷镦轴环的轴环需要的模压负载，

和其中：所述如冷镦轴环的轴环所展现的物理属性，足以符合自包含Grade 5和Grade 8的组选择的紧固件等级Grade，所述如冷镦轴环的轴环的硬度在约85Rb到95Rb之间。

9.一种构造用于将多个工件固定在一起的模压型紧固件，所述紧固件包括：

销部件，所述销部件具有细长销杆，所述细长销杆适合位于多个工件中的对准开口中，并且所述销部件在一端终止于接合工件的一侧的表面的扩大头部，并且在相对端终止于延伸超过工件的相对侧的相对表面的开槽部，所述开槽部包括具有由圆周延伸的销槽确定的多个锁定槽的锁定部和终止于销牙顶的相关销肩，

基本上直的拖拉部，所述拖拉部从所述销部件的相对端延伸，并包括多个拖拉槽，和

如冷镦轴环的轴环，所述如冷镦轴环的轴环指通过冷加工经应变硬化、而非使用热加工改变硬度的轴环，所述如冷镦轴环的轴环包括大体直的轴环杆，所述轴环杆适合响应于施加到所述销部件和所述如冷镦轴环的轴环之间的的模压负载，被模压进入所述销部件上的所述锁定槽中，从而在紧固在一起以确定紧固接合的工件上提供期望大小的夹紧负载；所述如冷镦轴环的轴环当模压时，具有轴环槽和轴环肩，所述轴环槽和轴环肩与所述销槽和销肩互锁，

所述销部件和所述如冷镦轴环的轴环采用具有不同大小的极限抗剪切应力强度的不同材料，以便在将所述轴环模压到所述销部件上时，基本上避免所述销部件的屈服，

其中：所述拖拉部的端部并不压合到与所述拖拉部的拖拉槽的底部成一直线的直径位置，从而增加所述拖拉部的端部拖拉牙顶的剪切强度，

其中：所述如冷镦轴环的轴环不需要热处理，并且所述如冷镦轴环的轴环的大体直的轴环杆具有相对薄的壁厚，所述壁厚与类似Grade的已知紧固件的轴环相比更薄，被构造用于抑制所述销部件的所述锁定槽的过度塞满，从而减小所述如冷镦轴环的轴环需要的模压负载。

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