CN102155481B - 锚钉和形成锚钉的方法 - Google Patents
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Abstract
一种锚钉，该锚钉包括螺柱部，该螺柱部包括本体部，该本体部具有通过中间部延伸至第二端的第一端。楔形部件可操作地联接到螺柱部的第二端。楔形部件包括本体，该本体具有通常的截头圆锥形的轮廓，并且由具有在大约218HV和大约290HV之间的维氏硬度的材料形成。套筒元件在邻近楔形部件的第二端处设置在螺柱部上。套筒元件由具有在大约218HV和大约290HV之间的维氏硬度的材料形成。
Description
技术领域
本文中公开的主题涉及机械紧固件的技术，并且尤其涉及用于将物体或结构附接于基部材料的锚钉。
背景技术
锚钉通常用于将物体或结构附接于基部材料。通常的锚钉包括螺柱、锥形心轴或楔部以及夹子或套筒部。在使用中，具有仅比楔部和套筒略微大的直径的孔被钻在或者以其它方式形成在基部材料中。孔的尺寸允许楔部和套筒通过，同时仍提供一些量的摩擦。也就是，一旦插入到孔中，螺母就在锚钉上转动，导致楔部被拉进到套筒内。随着楔部沿着孔的轴线移动，套筒扩张进入与孔的侧面部的接触。然而，当套筒扩张时，套筒的材料厚度介于楔部和基部材料之间。其使楔部的直径有效地增加大约两倍的套筒厚度。因为基部材料中的孔的直径没有因扩张插入而明显地改变，所以锚钉变成基本上永久地固定在基部材料中。
该锚钉的功能和寿命在很大程度上都依赖套筒部的特性。更具体地，形成套筒的材料必须足够耐用以提供合适的锚固能力和合理的使用寿命，尤其是在混凝土结构中，该混凝土结构在它们的服务寿命期间易于裂开。迄今为止，对于易于裂开的混凝土结构被视为技术上可接受的唯一材料是不锈钢。虽然这种材料非常适合该作业，但是其成本方面让人难以承受。由于经济利益在几乎所有行业中都是重要的，所以技术上总是愿意接受替代的结构。
除了成本考虑之外，由不同的金属制成的构件随着时间的推移在暴露于元件时，将经历由电偶腐蚀导致的损害。电偶腐蚀通常发生在构件之间的接触点或交界区域处。此外，作为机械负荷和化学侵蚀结合的结果，将发生应力腐蚀断裂。更具体地，应力腐蚀断裂因特定的材料条件、特定的(特殊的)侵蚀媒介以及拉伸应力而产生。当用于通常包括氯化钙、亚硫酸盐、氯化铝以及其它的化学物质的混凝土中时，由不锈钢制成的机械紧固件容易发生应力腐蚀断裂。应力腐蚀断裂会在经高冷处理的不锈钢上恶化。该断裂在暴露的部件上难以检测，并且当用于在混凝土中钻出的孔中时几乎不可能检测。
发明内容
根据本发明的一个方面，锚钉包括螺柱部，该螺柱部包括本体部，该本体部具有通过中间部延伸至第二端的第一端。楔形部件可操作地联接到螺柱部的第二端。楔形部件包括本体，该本体具有通常的截头圆锥形的轮廓，并且由具有在大约218HV和大约290HV之间的维氏硬度的材料形成。套筒元件在邻近楔形部件的第二端处设置在螺柱部上。套筒元件由具有在大约218HV和大约290HV之间的维氏硬度的材料形成。
根据本发明的另一方面，锚钉包括螺柱部，该螺柱部包括本体部，该本体部具有通过中间部延伸至第二端的第一端。楔形部件可操作地联接到螺柱部的第二端。楔形部件由具有在大约218HV和大约290HV之间的维氏硬度的亚共晶钢形成。套筒元件在邻近楔形部件的第二端处设置在螺柱部上。套筒元件由具有在大约218HV和大约290HV之间的维氏硬度的亚共晶钢形成。
根据本发明的又一方面，形成锚钉的方法包括：形成螺柱部，该螺柱部包括本体部，该本体部具有通过中间部延伸至第二端第一端，将由具有在大约218HV和大约290HV之间的维氏硬度的亚共晶钢形成的楔形部件设置在螺柱部的第二端处，并且在邻近楔形部件的第二端处，将由具有在大约218HV和大约290HV之间的维氏硬度的亚共晶钢形成的套筒元件附接于螺柱部。
从下面结合附图进行的描述中，这些和其它的优点及特征将变得更清楚。
附图说明
下面的描述无应被以任何方式视为限定。参照附图，其中，同样的附图标记在各视图中表示对应的构件，其中：
图1是根据示例性实施方式的锚钉的侧视图。
参照附图，通过示例详细的描述解释了本发明的实施方式和优点以及特征。
具体实施方式
参照附图，在本文中通过举例而非限定介绍了被公开的装置和方法的下述的实施方式的具体说明。
根据示例性实施方式的锚钉总体上被表示为2。锚钉2被示出为将诸如钢板4之类的物体紧固至示出为混凝土壁6的结构。更具体地，以及如将在下面更充分地详细描述的，锚钉2延伸穿过形成在钢板4上的孔8到形成在混凝土壁6中的钻孔10内。锚钉2被构造用于接合钻孔10的侧壁部12，以将钢板4紧固至混凝土壁6。当然，应当理解，虽然示出将钢板保持到混凝土壁6，但是锚钉2可以在更多种应用中被采用。此外，下面描述的特定结构允许待被授予证书的锚钉2用于混凝土的部件中，所述混凝土部件在它们的服务寿命期间易于裂开。
根据示例性实施方式，锚钉2包括螺柱部16，该螺柱部16具有包括第一端21的本体部19，该第一端通过中间部23延伸至第二端22。在示出的实施方式中，从第一端21到恰好在第二端22之前的点对中间部23进行螺纹加工。锚钉2还被示出为包括布置在第二端22处的锥形心轴或楔形部件30。根据示例性实施方式的一个方面，楔形部件30与螺柱部16一体地形成。然而，应当理解，楔形部件30可以形成为可操作地联结至螺柱部16的单独元件。不论如何，楔形部件30包括具有截头圆锥形侧面部34的本体33。
根据示例性实施方式，楔形部件30由亚共晶钢形成，该亚共晶钢具有小于共晶钢的碳含量。根据示例性实施方式的方面，楔形部件30由从大约1030钢至大约1060钢的中碳钢形成。除了由亚共晶钢形成之外，楔形部件30被硬化到在大约218HV和大约290HV之间的维氏硬度(HV)。根据示例性方面，楔形部件30具有在大约220HV至大约265HV之间的维氏硬度。楔形部件30可以被完全硬化或被表面硬化。根据示例性实施方式，楔形部件30被硬化至在大约0.005英寸(0.127mm)和大约0.025英寸(0.635mm)之间的深度。当然，还应当理解，可以在楔形部件30的从表面到中心的任何深度处测量硬度。
进一步根据示例性实施方式，锚钉2包括布置在螺柱部16的邻近楔形部件30的第二端22处的夹子或套筒元件40。套筒元件40包括本体部分42，该本体部分42具有延伸至第二端部分44的第一端部分43。本体部分42也被示出为包括第一翼部件46和第二翼部件47，如将在下面更充分地讨论的，第一翼部件46和第二翼部件47被强制进入钻孔10的侧壁部12内。为了达到该目的，每个翼部件46和47包括各自的夹紧元件49和50，如将在下面更充分地详细描述的，夹紧元件49和50被构造且布置成在锚钉被拧紧时防止套筒元件40转动。在示出的示例性实施方式中，套筒元件40由亚共晶钢的单件体形成。然而，应当理解，套筒元件40可以由多个构件形成。
仍进一步根据示例性实施方式，套筒元件40由亚共晶钢形成，该亚共晶钢具有小于共晶钢的碳含量。根据示例性实施方式的方面，套筒元件40由从大约1030钢至大约1060钢的中碳钢形成。除了由亚共晶钢形成之外，套筒元件40被硬化到在大约218HV和大约290HV之间的维氏硬度(HV)。根据示例性方面，套筒元件40具有在大约220HV至大约265HV之间的维氏硬度。根据示例性实施方式，套筒元件40被硬化到在大约0.005英寸(0.127mm)和大约0.025英寸(0.635mm)之间的深度。当然，还应当理解，可以在套筒元件40的从表面到中心的任何深度处测量硬度。
又进一步根据示例性实施方式，楔形部件30和套筒元件40由具有基本相似的特性和硬度的材料形成。也就是，楔形部件30和套筒元件40二者都由基本相似的亚共晶钢形成并且具有基本相似的硬度。通过使碳含量和/或硬度基本匹配，楔形部件30容易被拉进到套筒元件40内而没有冷焊或咬焊。更具体地，一旦锚钉2放置在钻孔10内并且钢板4被安装，紧固件55就紧固至螺柱部16的第一端21。随着紧固件55被拧紧，螺柱部16和楔形部件30通过延伸相对于套筒元件40轴向地移动。紧固件55的继续拧紧可将楔形部件30进一步拉进到套筒元件40内，导致第一翼部件46和第二翼部件47扩张到钻孔10的侧壁部12内。也就是，随着紧固件55被拧紧，楔形部件30相对于套筒元件40滑动。仍进一步拧紧紧固件55可将钢板4充分地紧固至混凝土壁6。当然，应当理解，锚钉2还可以被单独地紧固至结构。也就是，将钢板4附接于混凝土壁6仅作为一个示例性应用被示出，锚钉2可以在各种环境中被采用并且用于无限数量的应用。
通常所需要的拧紧的量在楔形部件30和套筒元件40之间的交界区域(没有单独地标记)处产生压力。在某些情况下，当使用某些材料时，通过拧紧锚钉产生的压力可导致楔形部件的部分冷焊或咬焊到套筒元件的部分上，并且/或反之亦然。当冷焊或咬焊发生时，可危及锚钉的完整性。为了避免冷焊或咬焊，许多现有技术的锚钉使用了不锈钢。
使用不锈钢虽然有效，但是显著地增加了锚钉的单位成本。相比之下，本文中描述的示例性实施方式使用具有的成本点明显低于不锈钢的材料，但是仍避免冷焊或咬焊的产生。更具体地，亚共晶钢和/或具有在大约218HV和大约290HV之间的维氏硬度的钢的使用确保了楔形部件30在套筒元件40内滑动而没有冷焊或咬焊。此外，通过使楔形部件30和套筒元件40的材料特性基本匹配，进一步避免冷焊和/或咬焊，并且降低锚钉的成本。最后，与现有技术的部件相比，本文中描述的锚钉已经被示出满足在裂开的混凝土中使用的检验要求。
虽然已经参照一个示例性实施方式或一些示例性实施方式描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解，在不背离本发明的范围的情况下，可进行各种改变，并且等同物可被替代其元件。此外，在不背离其实质范围的情况下，可做出许多修改，以使适应特定的情况或材料适合本发明的教导。因此，意在本发明不限于作为被预期用于执行本发明的最佳实施方式公开的特定实施方式，而是本发明将包括落入在权利要求的范围之内的所有实施方式。
Claims (25)
1.一种锚钉，所述锚钉包括：
螺柱部，所述螺柱部包括本体部，所述本体部具有通过中间部延伸至第二端的第一端；
楔形部件，所述楔形部件可操作地联接到所述螺柱部的所述第二端，所述楔形部件包括本体，所述本体具有大致截头圆锥形的轮廓，所述楔形部件由具有在218HV至290HV之间的维氏硬度的材料形成；以及
套筒元件，所述套筒元件在邻近所述楔形部件的所述第二端处设置在所述螺柱部上，所述套筒元件由具有在218HV至290HV之间的维氏硬度的材料形成，并包括使套筒元件在使用时可被强制进入钻孔的侧壁部内以防止套筒元件转动的夹紧元件。
2.根据权利要求1所述的锚钉，其中，所述楔形部件由具有在220HV至265HV之间的维氏硬度的材料形成。
3.根据权利要求1所述的锚钉，其中，所述套筒元件由具有在220HV至265HV之间的维氏硬度的材料形成。
4.根据权利要求1所述的锚钉，其中，所述套筒元件由具有与形成所述楔形部件的所述材料的维氏硬度不同的维氏硬度的材料形成。
5.根据权利要求1所述的锚钉，其中，所述套筒元件由具有与形成所述楔形部件的所述材料的所述维氏硬度相同的维氏硬度的材料形成。
6.根据权利要求1所述的锚钉，其中，在0.005英寸(0.127mm)至0.025英寸(0.635mm)之间的深度测量所述维氏硬度。
7.根据权利要求1所述的锚钉，其中，所述楔形部件由亚共晶钢形成。
8.根据权利要求7所述的锚钉，其中，所述楔形部件由中碳钢形成。
9.根据权利要求8所述的锚钉，其中，所述中碳钢在1030钢至1060钢之间。
10.根据权利要求1所述的锚钉，其中，所述套筒元件由亚共晶钢形成。
11.根据权利要求9所述的锚钉，其中，所述套筒元件由中碳钢形成。
12.根据权利要求11所述的锚钉，其中，所述中碳钢在1030钢至1060钢之间。
13.根据权利要求1所述的锚钉，其中，所述套筒元件由马氏体钢形成。
14.根据权利要求13所述的锚钉，其中，所述套筒元件由预硬化的马氏体钢形成。
15.一种锚钉，所述锚钉包括：
螺柱部，所述螺柱部包括本体部，所述本体部具有通过中间部延伸至第二端的第一端；
楔形部件，所述楔形部件可操作地联接到所述螺柱部的所述第二端，所述楔形部件包括本体，所述本体由具有在218HV至290HV之间的维氏硬度的亚共晶钢形成；以及
套筒元件，所述套筒元件在邻近所述楔形部件的所述第二端处设置在所述螺柱部上，所述套筒元件由具有在218HV至290HV之间的维氏硬度的亚共晶钢形成，并包括使套筒元件在使用时可被强制进入钻孔的侧壁部内以防止套筒元件转动的夹紧元件。
16.根据权利要求15所述的锚钉，其中，所述套筒元件由具有与形成所述楔形部件的材料相同的维氏硬度的材料形成。
17.根据权利要求16所述的锚钉，其中，在0.005英寸(0.127mm)和0.025英寸(0.635mm)之间的深度测量所述楔形部件的所述维氏硬度。
18.根据权利要求17所述的锚钉，其中，在0.005英寸(0.127mm)和0.025英寸(0.635mm)之间的深度测量所述套筒元件的所述维氏硬度。
19.根据权利要求15所述的锚钉，其中，所述套筒元件由马氏体钢形成。
20.根据权利要求19所述的锚钉，其中，所述套筒元件由预硬化的马氏体钢形成。
21.根据权利要求15所述的锚钉，其中，形成所述楔形部件的所述亚共晶钢包括在1030钢至1060钢之间的中碳钢。
22.根据权利要求15所述的锚钉，其中，形成所述套筒元件的所述亚共晶钢包括在1030钢至1060钢之间的中碳钢。
23.一种形成锚钉的方法，所述方法包括：
形成螺柱部，所述螺柱部包括本体部，所述本体部具有通过中间部延伸至第二端的第一端；
将由具有在218HV至290HV之间的维氏硬度的亚共晶钢形成的楔形部件设置在所述螺柱部的所述第二端处；以及
在邻近所述楔形部件的所述第二端处，将由具有在218HV至290HV之间的维氏硬度的亚共晶钢形成的套筒元件附接到所述螺柱部，并包括使套筒元件在使用时可被强制进入钻孔的侧壁部内以防止套筒元件转动的夹紧元件。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，形成所述楔形部件和所述套筒元件中的至少一个的所述亚共晶钢包括在1030钢至1060钢之间的中碳钢。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述套筒元件由具有与形成所述楔形部件的材料的所述维氏硬度相同的维氏硬度的材料形成。
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