CN102369362B - 自攻丝螺纹成型螺钉和相应的螺纹辊模具 - Google Patents
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Abstract
一种螺纹成型螺钉螺纹紧固器，用于紧固到由该紧固器在工件中形成的孔内，该紧固器包括：头部，该头部具有与驱动器头接合的驱动部；和柄部，该柄部具有螺纹，该螺纹具有带有小径和大径的对称的螺纹牙型，大径限定螺钉螺纹的螺纹顶部，而小径限定螺钉螺纹的螺纹根部，由螺钉螺纹的在形成螺纹侧面的相邻螺纹顶部之间的表面限定螺钉螺纹的牙型，螺纹侧面沿螺纹根部具有恒定半径的第一中心部分，该半径在螺纹根部处、在每个相邻的螺纹顶部处，和在两个过渡交点处是共同的，螺纹侧面的牙型具有第二部分和第三部分，由在每个过渡交点和每个相邻螺纹顶部之间具有不同曲率半径的表面限定该第二部分和第三部分。
Description
技术领域
本发明涉及在比如合成塑料、树脂等的工件材料中形成内螺纹的螺纹成型螺钉螺纹紧固器以及对应的制造螺钉的螺纹的螺纹辊模具。
背景技术
常规螺钉经常损坏工件的材料，特别是当工件的材料为合成塑料、树脂等时。通常需要较高的驱动转矩紧固工件中的螺钉，这促进了当螺钉被紧固到工件时损坏工件材料的可能性。螺钉也可能剥落、破裂、变得粘到材料中，和/或可能在工件材料中形成应力裂纹。对工件材料和螺钉的这种损坏削弱了在工件材料和螺钉之间形成的联接部的完整性。
已经尝试改进螺钉螺纹设计。但是如所提到的，常规螺钉螺纹不足以满足关键的功能需求，且联接部的强度和完整性受损。例如，已经公开的先前的一些螺纹包括美国专利4,527,932、美国专利5,544,993、美国专利6,672,813和美国专利5,061,135。在一些应用中已经尝试在工件材料上采用这些先前的螺钉螺纹设计以提供螺钉到工件中的可靠插入。但是，常规的螺钉螺纹设计在比如形状配合的联接、破坏转矩、抗扭强度等领域还没有实现最佳结果。具体地，螺钉至常规螺钉螺纹设计的工件中的组装效率和灵活性不容易应用于产品微型化应用，在产品微型化应用中利用工件材料形成的螺钉螺纹的联接部的不太完整性阻碍了设计方案。
因此，需要缓解与现有技术相关的问题和缺陷的一种螺纹成型螺钉螺纹和相应的螺纹辊。
发明内容
本发明的一方面是一种自攻丝螺纹成型螺钉螺纹紧固器，用于紧固到由该紧固器在工件中形成的孔内，该紧固器包括：头部，该头部具有与驱动器头接合的驱动部；以及具有螺纹的柄部(shank)，该螺纹具有带有小径和大径的对称的螺纹牙型，大径限定螺钉螺纹的螺纹顶部，而小径限定螺钉螺纹的螺纹根部，由螺钉螺纹的在形成螺纹侧面的相邻螺纹顶部之间的表面限定的螺钉螺纹的牙型，该螺纹侧面沿螺纹根部具有恒定半径的第一中心部分，该半径在螺纹根部处、在每个相邻的螺纹顶部处，以及在两个过渡交点处是共同的，该螺纹侧面的牙型具有第二部分和第三部分，由在每个过渡交点和每个相邻螺纹顶部之间具有不同曲率半径的表面限定该第二部分和第三部分。
在实施例中，第二部分和第三部分的不同的曲率半径相对于螺钉螺纹牙型的中心部分的恒定半径沿螺纹根部变化。第二部分和第三部分的不同的曲率半径可沿螺纹根部小于螺钉螺纹牙型的中心部分的恒定半径。第二部分和第三部分的螺钉螺纹牙型的表面可以是形成在顶部和相邻过渡交点之间的笔直刃部。螺纹表面、螺纹顶部、螺纹根部和螺纹侧面布置成使韧性材料在不使工件的周围的韧性材料开裂或损坏的情况下变形。螺纹布置成使工件的韧性材料抵着螺纹侧面的表面变形。螺纹侧面的第二部分和第三部分布置成使工件的韧性材料抵着螺纹侧面的恒定半径的中心部分的表面变形。螺纹侧面的具有恒定半径的中心部分的半径限定确定螺纹的螺距的构造圆。螺纹的螺距由共享螺纹顶部的相邻构造圆之间的切线确定。紧固器的螺纹螺距促使韧性材料朝着螺纹根部移位。
本发明的一方面是一种用于制造螺纹成型螺钉螺纹紧固器的螺纹辊模具，该螺纹成型螺钉螺纹紧固器用于紧固到由该紧固器在工件中形成的孔内，该紧固器包括：头部，该头部具有与驱动器头接合的驱动部；以及具有螺纹的柄部，该螺纹具有带有小径和大径的对称的螺纹牙型，大径限定螺钉螺纹的螺纹顶部，而小径限定螺钉螺纹的螺纹根部，由螺钉螺纹的在形成螺纹侧面的相邻螺纹顶部之间的表面限定的螺钉螺纹的牙型，该螺纹侧面沿螺纹根部具有恒定半径的第一中心部分，该半径在螺纹根部处、在每个相邻的螺纹顶部处，以及在两个过渡交点处是共同的，该螺纹侧面的牙型具有由在每个过渡交点和每个相邻螺纹顶部之间具有不同曲率半径的表面限定的第二部分和第三部分。在实施例中，螺纹辊模具包括具有与螺纹成型螺钉相同的牙型的模具面。
附图说明
为了可通过非限制性示例从结合附图进行的以下描述充分地且更清楚地理解本发明的实施例，在附图中相似的附图标记表示相似或对应的元件、区域和部分，且在附图中：
图1A-图1D显示了根据本发明实施例的螺纹成型螺钉的侧透视图(图1A)、沿图1A的线A-A截取的螺钉的横截面(图1B)、螺纹牙型的放大视图(图1C)和螺纹成型螺钉的基本构造和几何形状(图1D)；
图2A-图2B显示了根据本发明实施例的螺钉的侧视图和横截面图，其中螺纹成型螺钉由柱形墩锻坯料辊而成(图2A)，以及沿图2A的线A-A截取的螺钉的横截面(图2B)；
图3A-图3B显示了根据本发明实施例的形成螺纹的辊螺纹模具的侧视图(图3A)和辊螺纹模具的面(图3B)；
图4显示了根据本发明实施例的利用附接有紧固器的工件的材料的接合和材料流动而组装的螺纹成型螺钉紧固器的横截面图；以及
图5A-图5B显示了根据本发明实施例的螺纹成型螺钉紧固器的横截面图(图5A)和曲线图(图5B)，其中显示了在插入工件期间在三个点处的转矩和插入深度。
具体实施方式
公开了螺纹成型螺钉螺纹紧固器以及相应的用于制造紧固器的螺钉螺纹的螺纹辊模具。螺纹成型螺钉螺纹紧固器用于紧固到由包括诸如合成塑料、树脂、玻璃填充尼龙、聚丙烯、聚苯醚(polyphenelyneoxide)、聚苯乙烯、聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯等的低韧性材料的工件的紧固器制成的孔内。更具体地，螺纹成型螺钉紧固器是能够在没有螺纹的工件中攻出内螺纹的自攻丝螺纹，而没有螺纹的工件可通过比如模铸、模制、钻孔等而制成。形成自攻丝螺钉的螺纹具有对称的螺纹牙型，该对称的螺纹牙型具有尖锐的过渡顶部和圆形螺纹根部，该对称的螺纹牙型在工件中形成具有低安装转矩的内螺纹。低安装转矩定义为在工件和根据本发明的实施例构造的螺纹成型螺钉之间的安装或接合期间施加到螺钉的转矩的量，由此导致工件中较少的应力裂纹，避免了螺纹剥落(strip)，同时在联接部等中保持了较高的夹持载荷。较低的安装转矩可导致在工件上传递较低的摩擦力，由此专门设计的螺纹侧面的几何设计促进了有效的切割行为，同时在安装期间促进了工件材料的有效变形并具有高的破坏转矩以提高大的夹持载荷并改进工件的塑性材料的匹配部分的联接完整性。给定本发明的实施例的示例，如果螺纹成型螺钉的破坏转矩是1.0Nm，则目标安装转矩预期低于0.25Nm，相比常规的紧固器中的先前的螺纹进行的某些尝试，这可导致10-15％的改进。当然，螺纹成型螺钉的破坏转矩和目标安装转矩的值可依赖于很多因素，包括比如材料类型、接合长度、凸台直径、螺钉尺寸、螺纹成型螺钉的精加工类型等。
图5A-图5B显示了根据本发明的实施例的螺纹成型螺钉紧固器的横截面图(图5A)和曲线图(图5B)，其中显示了在插入工件期间在三个点处的转矩和插入深度。图5A显示了当螺钉开始被组装时在工件中在点1处作为螺纹成型转矩的转矩和插入深度。点2是螺钉进一步被插入的地方且如图5B所示转矩增加直到螺钉触到工件基部。在该点处，螺钉已经经过螺纹摩擦。螺纹成型转矩和克服螺纹摩擦力的转矩的总和被称为安装转矩(Ti)。在该点，得出如下结论，在联接部中不存在正起反作用的夹持载荷(夹持力)。当进一步对螺钉施加额外的转矩时，联接部中的张力增加且联接部中的夹持力也增加直到其达到材料和或螺钉将失效的点，如在点3处。夹持载荷可关于施加的转矩和插入深度逐渐地增加。
根据本发明的实施例的组装联接部的目标是具有较低的安装转矩(Ti)和高的破坏转矩。较低的安装转矩意味着螺纹和工件之间的较低摩擦力，该摩擦力由有效的螺纹成型引起。参考图5A图-5B，点2至点3之间的转矩在联接部中提供夹持力，如果点2和点3之间的间隙是窄的，则意味着安装转矩是高的和或联接部中的破坏转矩是低的，因而提供较低的夹持力或载荷。因为存在不足的载荷承载能力，所以这可能出现，且当在实时应用中经受震动或振动时，这可导致松动，这促进组装联接部的破坏。
在实施例中，螺纹成型螺钉包括一定的尺寸范围，对于电子器件应用在尺寸上从0.8mm至3mm，且尺寸范围基于应用需要而能够扩展到较大的范围。螺纹成型螺钉的材料基于应用需求而通常利用钢、不锈钢和其它材料来制造。
本发明的实施例涉及具有对称的螺纹牙型的自攻丝螺钉，在侧面和圆形螺纹根部之间具有尖锐的过渡。螺钉柄部由从螺纹的根部径向地突出的螺旋形圆周切割刃部包围。螺纹侧面构造有尖锐的顶部，例如具有30度的角度，顶部被设计成使工件的基部材料变形和或切割工件的基部材料。工件可能不需要被攻丝且螺纹根部为圆形形状，该圆形形状从一个侧面径向地连接到另一侧面以促进工件材料的有效流动并促进工件材料朝着螺纹的根部变形。侧面本身设置有从螺纹的根部的恒定螺距使得在两个侧面线之间存在恒定的螺纹角。应理解，螺纹可能构造有用单螺旋和具有同一螺距和几何形状的双螺旋。
实施例提供了通用的螺钉，其以较低的安装转矩确保了螺钉和工件材料比如塑料之间的可高应力连接，甚至所述塑料具有不同的塑料一致性。当具有60度角的螺纹侧面的常用自攻丝螺钉增加可能导致工件开裂和破裂的径向力和环向应力时，被视为是可高应力连接。在本发明的实施例，这通过具有尖锐的螺纹顶部来实现。尖锐的螺纹顶部使材料变形，以形成螺纹并且有效地促进材料朝着具有圆形芯的根部流动。这减小了螺钉和塑料之间的径向应力，这防止过早的破坏，比如凸台破裂、裂纹和剥落。改进的紧固器包括具有30度等腰三角形作为侧面的尖锐顶部，其是总侧面高度的一半，其与形成螺纹根部的基础的基圆相交。
由于从侧面的尖锐的螺纹顶部并继续朝着螺纹的圆形根部的平滑过渡，安装期间的应力和摩擦力被减小且提高了紧固器所固定的工件材料的平稳材料流动。根据本发明的一方面，提供了制造所述螺纹的相应的螺纹辊模具。
参考图1A-图1D，根据本发明的实施例的螺纹成型螺钉10如图1A-图1D所示。在图1A中，显示了具有围绕中心轴线11对称的螺纹牙型的螺纹成型螺钉，所述螺纹牙型具有从交点46且至螺纹的根部18的恒定半径过渡。在图1A中，显示了螺钉螺纹的牙型，其中牙型为沿螺钉的纵向中心轴线11截取的横截面。螺纹的侧面20由具有两个圆点的交点46形成且与公共点50相遇，例如在一个实施例中，公共点50形成30度角度48的等腰三角形，如图1D所示。侧面20、螺纹根部半径18和螺距32在整个螺纹中是恒定的。但是，基于应用需要，导螺纹30和螺纹端28可用各种形状制造。紧固器具有头部12，该头部12具有与驱动器头接合的驱动部。
实施例具有螺纹成型螺钉螺纹，其具有切割和使诸如合成塑料、树脂、玻璃填充尼龙、聚丙烯、聚苯醚、聚苯乙烯、聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯等的低韧性材料变形的能力。具有30度角度48的尖锐的螺纹侧面20促进切割行为，其将分开塑性材料并容纳塑性材料以在螺纹的圆形谷中容易地流动且流出至根部18。这最小化导向孔和或凸台中的径向应力且消除应力裂纹。螺纹大径26和小径24的横截面构造是柱形形状的。
在本发明的另一方面，显示了制造螺纹成型螺钉的螺纹辊模具52，螺纹辊模具52包括具有螺纹深度56、螺纹根部半径58、模具面54、螺纹螺距60和螺纹顶部62的螺纹成型螺钉的镜像牙型。公开了螺钉螺纹的实施例，即形成根据本发明的用于塑料的螺钉的螺纹的实施例。此外，公开了图3A-图3B中所示的制造螺纹的相应的辊螺纹模具。
螺纹成型螺钉具有高的抗扭强度、有效的螺纹成型能力(这消除了攻丝过程)、较低的螺纹成型转矩、高的破坏和或剥落转矩，改进了组装效率，降低了环形应力并且能重新用于多次组装。本发明的物理特性还有利于可靠的联接，这提供组装和破坏转矩之间的充裕的余裕。该宽的转矩范围确保了所有螺钉被完全上紧，从而消除了剥落组件的可能性。螺纹成型螺钉被设计(engineered)成主要用于设计塑料应用，与较小的直径和长度的微型化兼容性，以及以较低成本制造的可行性。螺纹成型螺钉的材料通常用钢、不锈钢和可基于应用需求来选择的其它材料制造。
在实施例中，图1A-图1D和图2A-图2B中的螺纹成型螺钉10(具有头部12、凹部14)的头部形状是平的且能扩展到各种形状比如圆形，埋头形、椭圆形等。螺纹成型螺钉10能由任何合适的材料形成，比如具有适当的必要性能的钢、不锈钢等，且基于需要由具有可变直径和长度的柱形冷成型坯40辊制而成。螺纹从头部12的支承表面44朝着螺纹端28延伸并且是螺钉的整个长度。基于尺寸和应用需要，比如，螺纹成型螺钉的螺纹长度可在2mm和上述的范围内。从支承表面44到第一完整螺纹36的顶部区域是螺纹尾部16。底部区域，螺纹端28是导螺纹，螺纹端28不限于如所示的平坦表面，而且按照预期的应用也能够以变化的形状比如锥形、圆形、尖形、锁定点(dog point)和其它形状制造。中心是完全成型的螺纹，具有尖锐的侧面20、圆形螺纹根部18、大径26、小径24、螺纹螺距32和螺纹高度22。螺纹成型螺钉的横截面构造是柱形的，这使得具有由整个圆周接合形成的接合的匹配部分能在匹配构件中实现坚固的接触(这防止振动松动)、高的拉出力、高的破坏转矩、螺纹剥落和多次使用的能力。
根据本发明的螺纹成型螺钉螺纹具有尖锐的侧面20，该尖锐的侧面20形成30度角度48的等腰三角形，连接至基础的构造圆的交点46，并且从交点46的凹陷(concavity)是连续的，这是因为该凹陷由具有恒定半径的基础的根部半径18形成且其中心布置在同一平面中。尖锐的螺纹侧面20能够在安装期间利用低的转矩传递有效地切割塑性材料64等而没有任何裂纹，且最大化匹配部件中的材料接合，并且该尖锐的螺纹侧面20以圆形螺纹根部半径18进行延伸，这允许材料66没有任何中断地朝着根部的平稳移位流动。这样，紧固器具有带有螺纹的柄部，该螺纹具有带有小径和大径的对称的螺纹牙型。螺纹的大径限定螺钉螺纹的螺纹顶部，而螺纹的小径限定螺钉螺纹的螺纹根部。螺钉螺纹的牙型由螺钉螺纹的形成螺纹侧面的相邻螺纹顶部之间的表面限定。螺纹侧面沿螺纹根部具有恒定半径的第一中心部分。恒定半径被限定为图1D所示的由螺纹侧面的中心区域部分的牙型的表面形成而所得到的圆。由螺纹侧面的中心区域部分形成的相同圆的半径在两个相应的螺纹顶部处也是共同的。邻近侧面的中心部分的中心恒定半径表面的任一侧并在该任一侧上形成的两个相应的螺纹顶部共用相同的半径。提供了两个过渡交点46，其分别限定螺纹侧面的表面的第二部分和第三部分，该第二部分和第三部分提供螺纹侧面的、形成侧面的尖锐部分的螺纹牙型，使得由在每个过渡交点46和每个相邻的螺纹顶部50之间具有不同的曲率半径的表面限定第二部分和第三部分。从一个过渡交点穿过根部18至另一过渡交点的凹陷是连续的，这是因为该凹陷由基础的构造圆46的圆弧形成，该构造圆46具有恒定半径且该构造圆46的中心76布置在同一平面中。螺纹顶部20也共享同一半径且布置在与恒定半径的中心侧面部分相同的平面上。平滑半径的顶部20、侧面44能够使工件、凸台、板等的韧性材料有效地变形而没有任何或最小化安装期间的裂纹、最小的碎屑、低摩擦力和侧面44在匹配部分中的最大接合。与不具有恒定半径的螺纹侧面构造的常规螺钉螺纹相比，由恒定半径螺纹侧面的螺钉设计确定的宽间隔的螺纹螺距32允许朝向螺纹根部18的最大的材料位移而没有对工件、凸台、板等的韧性材料的内结构的任何中断或损坏。
本发明的实施例涉及图1A-图1D所示的螺纹成型螺钉10。在图1A中，螺纹成型螺钉被显示为具有围绕中心轴线11对称的螺纹牙型，在中心侧面部分中过渡交点46之间具有恒定的半径过渡且包括螺纹的根部点18。螺纹的中心侧面部分以恒定的构造圆46形成。螺纹的螺距32可由相邻的构造圆中的每一个之间的切线78确定，该相邻的构造圆在任一侧上靠近或共享公同的或相同的螺纹顶部20。图1D显示了构造圆46。因为基圆46的同一圆弧形成根部半径，所以根部半径18是恒定且连续的。每个过渡交点和相应的顶部点之间的区域中，半径不同于构造圆的半径。然而，将理解，基于应用需要，导螺纹30和螺纹端28能以锥形端、圆形、柱端和/或尖锐点制造。
本发明的实施例是改进的螺纹成型螺钉，其具有使比如镁、软铝、热固性塑料的低韧性材料和其它低韧性材料变形的能力。顶部20的平滑的半径侧面44朝根部平稳地增加，其容纳材料以在螺纹的谷中容易地变形且流出至根部18。避免了裂纹形成、凸台破裂和碎屑，因此提供了联接部中的形状配合的且最佳的侧面接合56。螺纹大径26和小径或根部直径24之间的横截面构造是柱形形状。
图3A-图3B显示了用于制造螺纹的螺纹成型螺钉辊螺纹模具52，螺纹辊模具52包括利用螺纹模具深度56、螺纹根部半径58、模具面54、螺纹螺距60和螺纹顶部62形成的相同螺纹牙型。
图4A显示了预期的塑料材料等64中组装的螺纹成型螺钉的横截面图。螺纹成型螺钉的实施例具体地设计成通过螺纹侧面20的完美的材料接合和材料朝螺纹根部18的变形而消除攻丝操作并形成坚固的螺纹，用于坚固的联接可靠性。
应理解，本发明的实施例可构造为双螺旋螺纹，用于快速地插入工件，但是，为了清楚起见且为了清晰地说明本发明的实施例关于单螺纹进行了描述。
因而，公开了用于紧固到包括比如合成塑料、树脂等的材料的工件的孔内的自攻丝螺纹成型螺钉螺纹紧固器和相应的螺纹辊模具。更具体地，螺纹成型螺钉紧固器是具有对称的螺纹牙型的自攻丝螺钉，该对称的螺纹牙型具有尖锐的过渡侧面和圆形的螺纹根部，该对称的螺纹牙型形成工件中的内螺纹，该螺钉紧固器在安装期间具有低转矩同时促进工件材料的有效变形并具有高的破坏转矩以提高高的夹持载荷并改进与工件的低韧性材料的匹配部分的接合完整性。
尽管已经描述和示出了本发明的实施例，但是本领域技术人员应理解，在不偏离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下可对设计或构造的细节做出许多变化或修改。
Claims (13)
1.一种螺纹成型螺钉螺纹紧固器，用于紧固到由所述紧固器在工件中形成的孔中，所述紧固器包括：头部，所述头部具有与驱动器头接合的驱动部；和柄部，所述柄部具有螺纹，所述螺纹具有带有小径和大径的对称的螺纹牙型，所述大径限定所述螺钉螺纹的螺纹顶部，而所述小径限定所述螺钉螺纹的螺纹根部，由所述螺钉螺纹的在形成螺纹侧面的相邻螺纹顶部之间的表面限定所述螺钉螺纹的牙型，所述螺纹侧面沿所述螺纹根部具有恒定半径的第一中心部分，所述半径在所述螺纹根部处、在每个相邻的螺纹顶部处，以及在两个过渡交点处是共同的，所述螺纹侧面的牙型具有第二部分和第三部分，由在每个过渡交点和每个相邻螺纹顶部之间具有不同曲率半径的表面限定所述第二部分和所述第三部分，其中所述第二部分和第三部分的螺钉螺纹牙型的表面是形成在顶部和相邻过渡交点之间的笔直刃部，其中在所述螺纹顶部处形成有具有30度的角度的尖锐顶部，并且所述紧固器包括具有30度等腰三角形作为侧面的尖锐顶部，其是总侧面高度的一半。
2.如权利要求1所述的紧固器，其中所述螺纹的表面、螺纹顶部、螺纹根部和螺纹侧面布置成使韧性材料在不使所述工件的周围的韧性材料开裂的情况下变形。
3.如权利要求1所述的紧固器，其中所述螺纹的表面、螺纹顶部、螺纹根部和螺纹侧面布置成使韧性材料在不使所述工件的周围的韧性材料损坏的情况下变形。
4.如权利要求2所述的紧固器，其中所述螺纹布置成使所述工件的材料抵着所述螺纹侧面的表面变形。
5.如权利要求1所述的紧固器，其中所述螺纹侧面的所述第二部分和第三部分布置成使所述工件的韧性材料抵着所述螺纹侧面的恒定半径的中心部分的表面变形。
6.如权利要求1所述的紧固器，其中所述螺纹侧面的具有恒定半径的中心部分的半径限定构造圆，所述构造圆确定所述螺纹的螺距。
7.如权利要求6所述的紧固器，其中由共享螺纹顶部的相邻构造圆之间的切线确定所述螺纹的螺距。
8.如权利要求1所述的紧固器，其中所述紧固器的螺纹螺距促使韧性材料朝着所述螺纹根部移位。
9.如权利要求1所述的紧固器，其中所述工件的材料是合成塑料。
10.如权利要求1所述的紧固器，其中所述工件的材料是树脂。
11.如权利要求1所述的紧固器，其中所述紧固器的材料是钢。
12.如权利要求1所述的紧固器，其中所述紧固器的材料是不锈钢。
13.一种用于制造螺纹成型螺钉螺纹紧固器的螺纹辊模具，所述紧固器用于紧固到由所述紧固器在由韧性材料构成的工件中形成的孔中，所述紧固器包括：头部，所述头部具有与驱动器头接合的驱动部；和柄部，所述柄部具有螺纹，所述螺纹具有带有小径和大径的对称的螺纹牙型，所述大径限定所述螺钉螺纹的螺纹顶部，而所述小径限定所述螺钉螺纹的螺纹根部，由所述螺钉螺纹的在形成螺纹侧面的相邻螺纹顶部之间的表面限定所述螺钉螺纹的牙型，所述螺纹侧面沿所述螺纹根部具有恒定半径的第一中心部分，所述半径在所述螺纹根部处、在每个相邻的螺纹顶部处，以及在两个过渡交点处是共同的，所述螺纹侧面的牙型具有第二部分和第三部分，由在每个过渡交点和每个相邻螺纹顶部之间具有不同曲率半径的表面限定所述第二部分和所述第三部分，其中所述第二部分和第三部分的螺钉螺纹牙型的表面是形成在顶部和相邻过渡交点之间的笔直刃部，其中，在所述螺纹顶部处形成有具有30度的角度的尖锐顶部，并且所述紧固器包括具有30度等腰三角形作为侧面的尖锐顶部，其是总侧面高度的一半，并且所述螺纹辊模具包括具有与所述螺纹成型螺钉螺纹紧固器相同的牙型的模具面。
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|---|---|---|---|---|
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| DE102013003764A1 (de) * | 2013-03-06 | 2014-09-11 | Norma Germany Gmbh | Schraubverbindung, insbesondere für eine Schelle, und Schelle |
| DE102013210476C5 (de) * | 2013-06-04 | 2021-04-29 | Baier & Michels Gmbh & Co. Kg | Verfahren zur Herstellung einer Schraube, insbesondere zur Verwendung in Kunststoffbauteilen |
| DE102013213338A1 (de) * | 2013-07-08 | 2015-01-08 | Adolf Würth GmbH & Co. KG | Holzschraube mit sich vorderseitig verjüngenden Zwischengewindeabschnitten |
| GB2516628A (en) * | 2013-07-26 | 2015-02-04 | T I Midwood & Co Ltd | Fastening element |
| DE102016103931A1 (de) * | 2016-03-04 | 2017-09-07 | Lisa Dräxlmaier GmbH | Schraube für Bauteile aus geschäumten Kunststoff |
| US11414803B2 (en) | 2018-01-15 | 2022-08-16 | Lg Electronics Inc. | Washing machine |
| KR102488372B1 (ko) * | 2018-03-29 | 2023-01-12 | 엘지전자 주식회사 | 세탁기 |
| TWI809316B (zh) * | 2020-09-26 | 2023-07-21 | 徐國泰 | 抗拉拔低阻螺絲 |
| CN112765737B (zh) * | 2020-12-29 | 2022-12-13 | 江铃汽车股份有限公司 | 螺纹紧固件设计方法及系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5735658A (en) * | 1993-12-13 | 1998-04-07 | Haerle; Anton | Thread forming tool |
| US5800107A (en) * | 1996-04-19 | 1998-09-01 | Giannuzzi; Louis N. | Self-tapping, screw-type masonry anchor |
| CN2485472Y (zh) * | 2000-09-05 | 2002-04-10 | 武汉大筑建筑科技有限公司 | 金属粘接内胀螺栓 |
| CN200989362Y (zh) * | 2006-12-14 | 2007-12-12 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | 多级顶推联接紧固器 |
Family Cites Families (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US94601A (en) * | 1869-09-07 | Improved railway-spike | ||
| FR1075504A (fr) * | 1953-03-05 | 1954-10-18 | Cie De Pont A Mousson | élément perfectionné de tuyauterie et son assemblage avec un autre élément |
| BE532070A (zh) * | 1953-10-06 | |||
| US3258284A (en) * | 1963-12-30 | 1966-06-28 | Phipps Orville | Drill bit and rod coupling |
| US3394626A (en) * | 1967-03-17 | 1968-07-30 | Harold L. Oliver | Machine screw threads |
| US3433117A (en) * | 1967-06-05 | 1969-03-18 | Standard Pressed Steel Co | High fatigue bolt thread |
| DE2912924A1 (de) * | 1979-03-31 | 1980-10-16 | Ernst Bierbach Kg | Porenbeton-schraube |
| DE3207975A1 (de) * | 1982-03-05 | 1983-09-15 | Richard Bergner GmbH & Co, 8540 Schwabach | Gewindeselbstformende schraube |
| US4854311A (en) * | 1986-01-09 | 1989-08-08 | Acro Med Corporation | Bone screw |
| US5061135A (en) * | 1990-08-28 | 1991-10-29 | Research Engineering & Manufacturing, Inc. | Thread tapping screw |
| US5340254A (en) * | 1992-01-31 | 1994-08-23 | Textron Inc. | Thread forming screw for forming an internal thread in a low ductility material |
| US5505736A (en) * | 1992-02-14 | 1996-04-09 | American Cyanamid Company | Surgical fastener with selectively coated ridges |
| DE4342415C2 (de) * | 1993-12-13 | 1998-04-16 | Haerle Anton | Spannungsoptimiertes Gewindeprofil |
| JPH09291918A (ja) * | 1996-04-30 | 1997-11-11 | Dandori Seisakusho:Kk | タッピンねじ |
| US5788441A (en) * | 1997-01-03 | 1998-08-04 | West Coast Aerospace, Inc. | Lightweight, compact, threaded fastener and thread rolling die for making same |
| DE19857311A1 (de) * | 1998-12-11 | 2000-06-15 | Ejot Verbindungstech Gmbh & Co | Selbstfurchende Schraube |
| US6283973B1 (en) * | 1998-12-30 | 2001-09-04 | Depuy Orthopaedics, Inc. | Strength fixation device |
| US6467818B1 (en) * | 1999-10-01 | 2002-10-22 | Grant Prideco, L.P. | Drill collar box |
| US6290445B1 (en) * | 2000-04-18 | 2001-09-18 | Avibank Mfg., Inc. | Non-removable structural threaded fastener with threads of lesser outer diameter than the shank and method of forming same |
| US6848724B2 (en) * | 2002-08-12 | 2005-02-01 | Grant Prideco, Inc. | Thread design for uniform distribution of makeup forces |
| DE10308130A1 (de) * | 2003-02-26 | 2004-09-16 | Richard Bergner Verbindungstechnik Gmbh & Co. Kg | Gewindeprofil |
| JP3871137B2 (ja) * | 2003-10-23 | 2007-01-24 | ビッグアルファ株式会社 | めねじ部材及びおねじ部材並びにめねじの加工工具 |
| DE102004021484B4 (de) * | 2004-04-30 | 2018-11-29 | Böllhoff Verbindungstechnik GmbH | Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung |
| CN101743407B (zh) * | 2007-06-20 | 2012-05-30 | 联钢技术国际有限公司 | 螺纹成型螺钉的螺纹和相应的螺纹滚压模具 |
| JP4787295B2 (ja) * | 2008-07-14 | 2011-10-05 | 株式会社トープラ | 高強度セルフフォーミングねじによるねじ締結構造体 |
-
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5735658A (en) * | 1993-12-13 | 1998-04-07 | Haerle; Anton | Thread forming tool |
| US5800107A (en) * | 1996-04-19 | 1998-09-01 | Giannuzzi; Louis N. | Self-tapping, screw-type masonry anchor |
| CN2485472Y (zh) * | 2000-09-05 | 2002-04-10 | 武汉大筑建筑科技有限公司 | 金属粘接内胀螺栓 |
| CN200989362Y (zh) * | 2006-12-14 | 2007-12-12 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | 多级顶推联接紧固器 |
Also Published As
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