CN110892162B - 自穿孔紧固件 - Google Patents

Abstract

一种自穿孔紧固件，具有带有顶部、底部和周边边缘的平面基板。多个叉头固定到周边边缘并且向下延伸越过基板的底部。每个叉头具有中心轴线和固定到远端的箭头形倒钩。每个倒钩具有从尖端延伸的相对的前边缘，以及相对于叉头的中心轴线以相反的锐角定向的相对的后边缘。每个倒钩适于固定地嵌入在固定有紧固件的板的内部。

Description

自穿孔紧固件

相关申请的交叉引用

本申请是在2017年5月25日提交的要求名为“自穿孔紧固件”的临时专利申请第62/511,055号的权益的非临时专利申请，据此要求其优先权。

发明领域

本发明涉及机械领域中的自穿孔紧固件。更具体地，本发明涉及一种用于蜂窝型板的自穿孔紧固件，其中，紧固件从蜂窝板的顶部向上延伸。

发明背景

自穿孔紧固件在机械领域中是众所周知的。这些紧固件通常通过用紧固件叉头刺穿板的顶部而附连到接收板，上述紧固件叉头可部分地或一直延伸穿过板到相对侧。有利地，自穿孔紧固件不需要在接收板中预先形成的孔，而且也不需要粘合剂。另外，一些自穿孔紧固件仅需要一个施加步骤。

一些现有技术的自穿孔紧固件，诸如美国专利第8,366,364号中所示的自穿孔紧固件，从板的顶部向上延伸，其中，上述紧固件的下部嵌入到接收板中。板上方的紧固件部分可以用作支座，并且可以具有内螺纹或外螺纹。已知的自穿孔紧固件的另一个示例在美国专利第3,281,171号中公开，上述紧固件具有从具有叉头的安装板延伸的螺母紧固元件。叉头位于安装板的周边周围，并且刺穿接收板直到相对侧。然后，叉头的端部弯曲到板的相对侧上，以实现板附连。

这些现有技术的紧固件适用于具有均匀密度的平板，但不适用于诸如蜂窝板的非均匀板，这种板在要求重量轻和强度的应用中通常是优选的。蜂窝板是具有蜂窝几何形状的人造板状组件。这些板的几何形状使结构材料的所需量最小化，从而使重量和材料成本最小化。

蜂窝结构的几何形状可以千差万别；然而，大多数蜂窝结构具有在垂直壁之间形成的单元阵列。上述单元的形状最常用的是柱形或六边形。单元通常以层的形式布置在两个薄板层之间，这样可以提供垂直于单元壁的强度并且将载荷分布到单元上，以形成板状复合材料。蜂窝板的一个示例是由康涅狄格州斯坦福德的赫氏公司(Hexcel Corporation)制造的那些蜂窝板。

在现有技术中，蜂窝板中使用的紧固件可以模制在板中或者机械地附连于板。两种方法都需要包括钻孔和/或铣出适当直径的准备。在一种方法中，通过施加粘合剂并固化，将紧固件粘附在板的孔中。在另一种方法中，紧固件被压入或铆接在孔中。粘结的紧固件使用简单，但其缺点是紧固件的性能会受到粘合剂强度的限制。因此，期望提供一种自穿孔紧固件，该自穿孔紧固件在一个应用步骤中即容易地附连到蜂窝型板，并且提供没有粘合剂的牢固附连。

发明概述

本发明涉及一种自穿孔紧固件，该自穿孔紧固件在一个按压施加步骤中即容易地附连到蜂窝型板，并且提供没有粘合剂的牢固附连。紧固件具有金属基板，该金属基板包括多个朝下的叉头。每个叉头具有复合锥度的箭头形倒钩。倒钩具有以独特方式抓持蜂窝板结构的边缘。当紧固件的基板被垂直压入蜂窝型板的水平表面时，倒钩与蜂窝结构的垂直间隔的内柱接合，这使得倒钩沿任意方向偏转。其结果是，包括后边缘的倒钩的表面接合并咬入蜂窝柱。这使得紧固件与蜂窝板的附连非常牢固。

基板包括用于将第二部件固定到板的顶部的第二附连装置。第二紧固件可具有诸如内螺纹或外螺纹的特征，使得另一物体可借助于基板固定到板。用于第二紧固件的附连装置优选是铆紧(clinch)附连，但也可以是任何其它合适的装置。

在一个优选实施例中，自穿孔紧固件具有带有顶部、底部和周边边缘的平面基板。基板可以是基本上圆形的。多个叉头固定到周边边缘并且向下延伸越过基板的底部。每个叉头具有中心轴线和固定到远端的箭头形倒钩。倒钩基本上相同，并且围绕基板的周边等距地间隔开。每个倒钩适于固定地嵌入在固定有紧固件的板的内部。

每个倒钩具有从倒钩的尖端延伸的相对的前边缘，以及相对于叉头的中心轴线以相反的锐角定向的相对的后边缘。优选地，倒钩的每个前边缘具有复合锥形构造。在一个实施例中，倒钩的前边缘具有第一锥形区域和第二锥形区域。第一锥形区域以相对于彼此大约90度的夹角定向。第二锥形区域相对于彼此以大约60度的夹角定向。

第二紧固件固定到基板的顶部并从基板的顶部向上延伸。第二紧固件可以是例如外螺纹螺柱(stud)或内螺纹螺母。在一个优选实施例中，第二紧固件通过铆紧附连在基板的安装孔中而固定到基板，由此紧固件的底切部接收来自基板的金属冷流。

在另一实施例中，本发明提供了一种新颖的紧固件和蜂窝板的组件。蜂窝板通常包括顶板、基板和多个内部单元，上述内部单元位于板之间并由具有侧壁的间隔开的垂直柱限定。自穿孔紧固件的叉头穿过顶板，并且倒钩与内部单元的柱接合，以将紧固件刚性地固定到蜂窝板的顶板。倒钩适于在紧固件安装到顶板中的过程中随机地径向偏转，使得至少一对相对的倒钩在组装之后不平行。优选地，倒钩不刺穿板的底表面。在安装过程中，板的内柱壁被倒钩偏转，使得倒钩的后边缘的角部通过与偏转的柱壁直接接合而抵抗拉出力。

附图简介

图1是根据本发明优选实施例的自穿孔紧固件的轴测图；

图2是图1所示紧固件的自穿孔倒钩的侧视图；

图3是图1所示紧固件的基板的侧视图；

图4是连接到图1所示基板的第二紧固件的侧视图。

图5是根据本发明另一实施例的可附连到图1和3所示基板上的第二紧固件的局部剖开的侧视图；

图6是根据本发明的另一实施例的安装在蜂窝板中的图3所示紧固件的立体图；

图7是沿图6的线7-7剖切的剖视图；以及

图7a是从图7剖切的放大的局部剖视图。

较佳实施例的详述

图1－3示出了根据本发明优选实施例的自穿孔紧固件，其总体上由附图标记9标识。该自穿孔紧固件总体上包括具有顶表面11a、底表面1lb、周边边缘11c和中心孔12的基板11。第二紧固件13被固定到中心孔12上并穿过该孔延伸，上述孔大致垂直于基板11的顶表面11a和底表面11b。在图1所示的优选实施例中，第二紧固件13通过铆紧固定到基板上。中心孔12周围的材料冷变形为第二紧固件13的柄中的底切部(未示出)。在该实施例中，第二紧固件13是外螺纹螺柱，上述外螺纹螺柱从基板11的顶表面11a向上突出。

基板11是基本上圆形的，并具有一系柱的叉头15，上述叉头固定到基板11的周边边缘11c并从该周边边缘突出。叉头具有顶表面15a和底表面15b，以及周边边缘15c，它们分别与基板11的顶表面11a和底表面11b以及周边边缘11c连续。在该优选实施例中，叉头15径向突出一小段距离，朝向底表面11b弯曲大约90度(相对于顶表面和底表面的平面)，然后轴向向下突出。在该实施例中，叉头15具有纵向延伸的中心轴线，并且具有均匀的大致矩形的剖面。箭头形倒钩16固定在叉头15的远端上。优选地，倒钩16与叉头15整体地形成。基板11可以通过冲压出图案并且然后将叉头向下弯曲到优选的90度角而有效地制造。图1的基板11、叉头15和倒钩16在图3中单独示出。

参考图2，每个倒钩16具有远端尖端18，上述远端尖端渐缩为一点，以允许自穿孔穿透到接收板中，而不需要准备好的接收孔。倒钩16具有相对的前边缘和相对的后边缘14，上述后边缘接合倒钩穿过的材料。后边缘14相对于叉头15的中心轴线倾斜延伸，并从叉头15的周边边缘15c延伸到尖锐角部10。前边缘从尖锐角部10延伸并在尖端18处会聚。后边缘14相对于叉头的中心轴线以相反的锐角(远离尖端18)定向。

前边缘具有包括锥形的第一区域17、锥形的第二区域19的复合构造，每个锥形区域相对于叉头15的中心轴线以不同的角度渐缩。倒钩的形状使安装过程中材料受到的应力最小。第一区域17从尖端18延伸到前边缘上的中间点，而第二区域19则从中间点延伸到尖锐角部10。第一区域17具有90度的夹角(在相对的第一区域之间测量的角度)。第二区域19具有60度的夹角(在相对的第二区域之间测量的角度)。在该优选实施例中，第一区域17的长度比第二区域19的长度短。第二区域19的60度锥度允许逐渐安装以减少对板的损坏。第一区域17的90度锥度使倒钩保持较短，从而可以用于薄的蜂窝板，而不会突出到板的相对面中。尽管其它几何形状是可以的，但是已发现这种构造使紧固件性能最优化。

图1的基板11、叉头15和倒钩16在图3中单独地示出。叉头和倒钩优选地围绕基板11的周边等距地间隔开。叉头和倒钩的相对的成对定向为彼此的镜像。在优选实施例中，其中，叉头相对于基板11的平面以90度角向下弯曲，相对的倒钩位于彼此平行的平面中。例如，如图1中最佳地示出，紧固件具有彼此间隔180度的成对布置的六个叉头。图1示出了两个叉头(标示为P1、P2)的倒钩如何位于平行平面中。

基板11具有中心孔12，上述中心孔可以接收各种第二紧固件，这些辅助紧固件通过任何合适的方式诸如铆紧而附连。图4和5示出了可与基板一起使用的两种不同类型的第二紧固件。图4示出了图1所示的外螺纹螺柱。图5示出了内螺纹紧固件113。图4和5的每个紧固件分别具有一个与基板安装孔接合的铆紧附连装置21、121。

图6示出了图1所示紧固件9安装在蜂窝板25中，上述蜂窝板具有通过内壁20相互连接的顶板23和基板22。紧固件9被压入蜂窝板25中直到基板11与顶板23的顶表面处于平面接触为止。基板11的大接触面积抵抗第二紧固件13的侧向偏转。

图7和7a示出了在安装紧固件9之后倒钩16如何接合蜂窝板25的内壁20。当倒钩16穿入蜂窝板25时，由于每个倒钩在蜂窝板25内的穿入面积不同，因此，倒钩16沿随机方向使蜂窝板25的内壁20偏转。当倒钩16受到来自内壁20的阻力时，它们可以随机弯曲和/或扭曲。优选地，叉头和倒钩的长度被选择成使得倒钩不会穿入基板22。图7a更清楚地示出了倒钩16的包括后边缘14的角部的结构特征如何通过直接接合(现在偏转的)内壁20或顶板23来切实地抵抗拉出。

对于本领域技术人员来说，很明显，所公开的实施例的许多改型和变型是可能的。因此，应当理解，所公开的实施例仅被认为是示例性的。在本发明的范围和精神内的那些实施例的所有改型和变型，其将由权利要求书和其法律等同物确定。

Claims (15)

1.一种自穿孔紧固件，包括：

平面基板，所述平面基板具有顶部、底部和周边边缘；以及

多个叉头，所述多个叉头固定到所述周边边缘并且向下延伸越过所述基板的底部，每个所述叉头具有中心轴线和固定到远端的箭头形倒钩，每个所述倒钩具有从所述倒钩的尖端延伸的相对的前边缘，和相对于所述叉头的所述中心轴线以相反锐角定向的相对的后边缘；

其中，所述叉头穿过固定有所述紧固件的蜂窝板的顶板，和每个所述倒钩适于固定地嵌入所述蜂窝板的内部以将所述紧固件刚性地固定到所述蜂窝板的所述顶板。

2.如权利要求1所述的紧固件，其特征在于，所述基板是圆形的。

3.如权利要求1所述的紧固件，其特征在于，每个所述倒钩的前边缘具有复合锥形构造。

4.如权利要求1所述的紧固件，其特征在于，第二紧固件固定到所述基板的所述顶部并从所述基板的所述顶部向上延伸。

5.如权利要求4所述的紧固件，其特征在于，所述第二紧固件是外螺纹螺柱。

6.如权利要求4所述的紧固件，其特征在于，所述第二紧固件是内螺纹螺母。

7.如权利要求1所述的紧固件，其特征在于，所述倒钩相同，并且围绕所述基板的周边等距地间隔开。

8.如权利要求7所述的紧固件，其特征在于，相对的成对的倒钩彼此平行。

9.如权利要求3所述的紧固件，其特征在于，所述倒钩的所述前边缘具有第一锥形区域和第二锥形区域，其中，所述第一锥形区域相对于彼此以90度的夹角定向，并且所述第二锥形区域相对于彼此以60度的夹角定向。

10.如权利要求1所述的紧固件，其特征在于，所述基板由金属构成。

11.如权利要求10所述的紧固件，其特征在于，第二紧固件通过铆紧附连在所述基板中的安装孔中而固定到所述基板，由此所述紧固件的底切部接收来自所述基板的金属冷流。

12.一种紧固件和蜂窝板的组件，包括：

a)蜂窝板，所述蜂窝板具有顶板、基板和多个内部单元，所述多个内部单元位于所述顶板和所述基板之间并由具有侧壁的间隔开的垂直柱限定；以及

b)一种自穿孔紧固件，包括：

i)平面基板，所述平面基板具有顶部、底部和周边边缘；以及

ii)多个叉头，所述多个叉头固定到所述周边边缘并且向下延伸越过所述基板的底部，每个所述叉头具有中心轴线和固定到远端的箭头形倒钩，每个所述倒钩具有从所述倒钩的尖端延伸的相对的前边缘，和相对于所述叉头的所述中心轴线以相反锐角定向的相对的后边缘；

其中，所述紧固件的叉头穿过所述顶板，并且所述倒钩接合所述内部单元的所述柱，以将所述紧固件刚性地固定到所述蜂窝板的所述顶板。

13.如权利要求12所述的组件，其特征在于，所述倒钩适于在所述紧固件安装到所述顶板中的过程中随机地偏转，使得至少一对相对的倒钩在组装之后不平行。

14.如权利要求13所述的组件，其特征在于，所述倒钩不刺穿所述蜂窝 板的底表面。

15.如权利要求14所述的组件，其特征在于，在将所述紧固件安装到所述蜂窝板的过程中，所述板的内柱壁被所述倒钩偏转，使得所述倒钩的所述后边缘的角部通过与所述偏转的柱壁直接接合而抵抗拉出力。

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