CN111033059B - 两部分紧固件、包括其的组件及使用其的方法 - Google Patents

Abstract

一种具有插入件及挤压套筒的两部分紧固件。所述插入件是具有内螺纹的紧固件，设计成安装至非常硬的板的孔中。所述插入件相对地硬且具有筒状物及凸缘，所述筒状物的外表面具有滚花，及所述凸缘位于所述插入件的底端。挤压套筒是由相对地软的材料制成，且藉由摩擦配合预先组装在所述插入件的筒状物周围。在安装至包含具有平行边的盲孔的板中时，所述挤压套筒被下压至所述板中且在所述插入件与所述孔的侧壁之间向外变形。所述挤压套筒与所述孔的壁之间的摩擦力防止所述紧固件从所述板扭出及拉出。

Description

两部分紧固件、包括其的组件及使用其的方法

相关申请的交叉引用

本申请是非临时专利申请，并要求在2017年8月16日提交的标题为「压力套筒插入件」(Pressure Sleeve Insert)、申请号为62/546,065的美国临时专利申请的优先权。

技术领域

本发明涉及金属紧固件。更具体地，本发明涉及一种使用的紧固系统，所述中间套筒或插入件安装在容纳板中的孔内。

背景技术

铆接式紧固件需要在紧固件与安装它们的板之间有硬度差。如果紧固件并非明显地比板硬，则没有板的材料可流入紧固件切槽来将紧固件锁定在适当位置。在板比紧固件硬的情况下，铆接式紧固件实际上会受损，因而无法进行铆接。

由于此限制，将螺纹插入件固定在硬板中的一般方法包括粘合剂、焊接或熔接。粘合剂会引起麻烦且在完全固定紧固件之前需要长的硬化时间的缺点。焊接及熔接需要高温，这会容易损坏装饰品甚至组件的几何形状。因此，有需要提供一种可成功地用于非常硬的材料的螺纹安装手段。同时有需要提供可以有效地且经济地制造及使用的紧固件。

发明内容

本发明包括一种压入式螺纹紧固件，用于安装在非常硬的板中的孔内。相较于现有技术，本发明的所述压入式紧固件能提升扭出(torque-out)及拉出(pull-out)性能。所述压入式紧固件具有一种简单的两件式构造，可轻易组装及用安装冲压机的单个冲程来安装。

优选实施例中，螺纹插入件是相对地硬的，其在一端具有筒状物，所述筒状物具有滚花，而在相对底端具有凸缘。由相对地软的材料制成的可变形的套筒藉由轴向冲压预先组装在筒状物上。在安装于具有平行边的容纳盲孔后，轴向挤压套筒以扩展至所述插入件与所述容纳孔的侧壁之间的空间中。所述挤压套筒与所述孔的壁之间的摩擦力阻止所述压入式紧固件从所述板扭出及拉出。

另一个优选实施例中，本发明包括一种两部分紧固件，其包括螺纹插入件及挤压套筒。所述插入件大致呈圆筒形且由第一硬材料制成。所述插入件具有通孔，所述通孔具有内螺纹。所述插入件具有筒状物，所述筒状物的外表面具有滚花，并且凸缘位于所述插入件的底端。优选地，所述滚花包括轴向延伸的齿状物。

所述挤压套筒大致呈圆筒形及可变形，且由比所述插入件的第一材料软的第二材料制成。所述挤压套筒的底端邻接所述凸缘的顶部。所述套筒的底部分藉由摩擦配合(friction fit)刚性地固定在所述筒状物的下部周围。所述套筒的顶部分具有扩大的内径以在径向方向与所述筒状物的上部间隔开。

优选地，所述套筒的顶端、所述插入件的顶部及所述凸缘的底部具有斜面。所述凸缘的外径大致等于所述挤压套筒的外径。所述套筒的顶端向上延伸超过所述插入件的顶部，使得在组装期间，来自所述套筒的顶部的材料可向下挤压及在所述插入件周围冷流动，使所述插入件及用于组装所述紧固件的所述板的上表面齐平安装。

另一个实施例中，本发明涉及一种包括板与上述两部分紧固件的组件。所述紧固件藉由与所述板的容纳孔的内壁中的切槽的摩擦配合及可选地藉由互锁接合刚性地固定在所述容纳孔中。所述容纳孔可以是盲孔，所述盲孔具有邻接所述插入件的底部的底端壁。所述插入件与所述板之间的摩擦配合藉由在所述插入件与所述板之间的所述套筒的挤压变形来提升，其中，该变形的套筒大致填充所述插入件与所述板之间的空间。在一个可选择的实施例中，所述板孔的侧壁具有一个或多个切槽适于容纳在挤压时来自所述套筒的材料的流动。所述套筒优选地由诸如铝的金属构成，所述金属比所述板的材料软。

另一个实施例中，本发明包括一种将上述两部分紧固件组装至板的方法。首先，所述两部分紧固件放置在所述板的容纳孔中。然后，下压所述套筒的顶部，使所述套筒的底部抵靠在所述插入件的凸缘的顶部，且挤入所述套筒与所述容纳孔的内壁之间的任何空间。当所述套筒被挤压时，所述套筒亦在所述滚花周围靠着所述容纳孔的侧壁变形。优选地，持续下压步骤，直到所述套筒的材料大致填充所述插入件与所述容纳孔的内壁之间的空间，并且直到所述套筒的顶部与所述板的顶部齐平。

附图说明

图1A是根据本发明的优选实施例的紧固件的挤压套筒的侧视图；

图1B是根据本发明的优选实施例的紧固件的插入件的侧视图；

图1C是根据本发明的优选实施例的紧固件的剖面图，其显示图1A及图1B的挤压套筒及插入件；

图2是图1C所示的紧固件的部分剖面立体图；

图3、图4及图5是根据本发明的优选实施例以三种不同安装步骤显示在主板中的图1C的紧固件的剖面图；

图6是根据本发明的另一个优选实施例的紧固件的部分剖面立体图；

图7是安装冲压机冲头及在安装开始位置中的紧固件的剖面图；以及

图8是安装冲压机冲头的尖端、紧固件及安排用于安装的容纳板30的剖面图。

具体实施方式

图1至图5显示了根据本发明的一个优选实施例的紧固件，于且通常以参考标记13来表示。如图1C及图2至图5所示，两部分紧固件通常包括预先组装的挤压套筒9及插入件11。挤压套筒9单独地显示在图1A，而插入件11单独地显示在图1B。

挤压套筒9具有大致圆筒形的形状，其具有顶端9a、底端9b、外侧壁9c及顶部斜面9d。内侧壁限定延伸通过挤压套筒9的轴向孔。在图1C及图3清楚地显示，挤压套筒9的内表面具有上部17a、下部17b及底部斜面17c。上部17a具有比下部17b大的内径。斜面17c的直径从下部17b朝挤压套筒9的底端9b增加。

在图1至图5所示的优选实施例中，插入件11具有呈圆筒形的筒状物10，在图1B清楚地显示，其具有顶端10a、底端10b及上斜面10c。内侧壁限定延伸通过插入件11的轴向螺纹孔。所述孔中的螺纹20设计成与各种外螺纹紧固件配合。所述侧壁的外表面具有滚花。滚花14从顶端10a向底端10b轴向延伸，并且位于筒状物10的整个圆周周围。如下所述，所述滚花防止插入件11与挤压套筒9之间的旋转。

所述筒状物的底端10b终止于径向凸缘12，径向凸缘12的最大直径比所述插入件在滚花14的尖端14a处的直径大。所述凸缘具有顶面12a、底面12b、圆柱形外表面12c及底部斜面12d。

挤压套筒9构造成藉由滚花14与挤压套筒9的内表面的下部17b之间的干涉配合(interference fit)保持在插入件11的筒状物10上。挤压套筒9及插入件11组装并显示于图1C及图2至图5中。图1C及图2中，显示了在安装至容纳板30的容纳孔32前预先组装的两部分紧固件13。图3至图5显示了紧固件13插入及安装在容纳板30的容纳孔32中。

参考图1C、图2及图3，当组装挤压套筒9及插入件11时，在滚花14的凹处与挤压套筒9的内表面的上部17a之间形成空隙19。如图1C所示，该剖面图显示一个实施例，其中，挤压套筒9的上部17a的内径大约等于插入件11在滚花14的尖端14a处的直径；因此，它们在所示的界面处邻接。如图1C及图3所示，因为这些剖面图是直接通过相对滚花14的凹处的底部14b所取得，所以参考标记14表示滚花14的固体表面。然而，应当理解的是，在图2清楚地显示，在这些相对滚花的前面与后面(参考垂直于图3的页面延伸的轴线)的滚花(滚花凹处)之间具有空隙19。

相较下，挤压套筒9的下部17b的内表面的直径比上部17a小，并且可以近似插入件11在滚花14的底部14b处的外径；因此，挤压套筒可以强制安装在滚花14上，滚花14将嵌入挤压套筒9的下内表面。

图1C及图3显示一个实施例，其中，来自挤压套筒9的材料完成冷变形至每个滚花凹处的底部。然而，在其他实施例中，来自挤压套筒9的冷变形材料只部分填充所述滚花凹处而不脱离本发明的范围。例如，图4以虚线显示相对滚花的尖端14a的隐藏视图。图4显示所述挤压套筒在尖端14a上而不是在整个滚花14上冷变形。

所述挤压套筒的上部17a可以具有扩大的内径，以适应所述挤压套筒与插入件的生产公差。例如，在没有这些空隙19的情况下，如果所述挤压套筒具有过大尺寸，则它可能无法完全挤压在所述空隙内，这会导致挤压套筒材料突出于所述板的上方。同样地，所述插入件的上斜面10c亦提供额外容积，多余的挤压套筒材料可冷变形于所述额外容积中。因此，在优选实施例中，在安装前最初突出于容纳板30上方的挤压套筒9的体积应该小于滚花14与挤压套筒9的内表面之间的空隙19的总容积加上挤压套筒9的外表面与所述板中的容纳孔的内壁39之间的未占用空间(包括任何任选切槽33)。各自的总容积可理论上是相等的；然而，由于所述滚花凹处的底部14b及任选切槽33的角落中的冷变形并不完全，挤压套筒9的突出部分的容积应该小于未占用空间的总容积。

图3、图4及图5显示了安装紧固件13至容纳板30中的具有底端壁35的容纳盲孔中期间的三个不同连续步骤。第一，如图3所示的方向将紧固件13插入所述盲孔中。在优选实施例中，插入件11及挤压套筒9的规格尺寸使得挤压套筒9的一部分从孔突出于主板的表面上方。相较于最初与所述主板及/或插入件完全齐平的挤压套筒，突出的部分使得较为容易施加轴向挤压负荷。图3所示的优选实施例中，插入件11的规格尺寸使得其轴向长度等于孔的深度。在所述插入件的底部上的斜面12d可轻易地将所述紧固件引入所述容纳孔。

接下来，专用冲头34(其更详细地显示于图7)接合紧固件13且下压挤压套筒9。在安装期间，冲头34在紧固件13上向下压，直到挤压套筒9的上表面与所述板的顶端及插入件11的顶端完全齐平或约略齐平为止，这个实施例中，插入件11的顶端是筒状物10的上表面。如上所述，在安装前最初突出于容纳板30上方的挤压套筒9的金属的体积应该等于或小于在组件中的总未占用空间。这样的尺寸确保在安装时经挤压的挤压套筒9的最终配置与容纳板30的上表面齐平或稍微在其下方。在经挤压的挤压套筒材料内所产生的压力将紧固件13保持在孔中。

图4显示了模拟剖面图，示出了预先延伸至所述板的上方的所述挤压套筒材料，及其如何在插入件11的滚花14之间向下推进及抵靠安装孔32的内壁39。顶部斜面9d使所挤压套筒材料向内偏斜，以朝插入件11塌陷。相较于上部17a与下部17b之间的肩部，来自挤压套筒的材料在所述挤压套筒的顶端附近进一步向内挤出。图4亦显示来自所述挤压套筒的材料如何挤出至任选的切槽33中。所述挤压套筒材料无须完全填充所述滚花凹处或切槽33来实现增加的拔出阻力。

图5显示挤压套筒9靠着滚花14、靠着凸缘12的顶面12a及靠着所述容纳孔的内壁39与任选的切槽33机械接合的最后状态的另一个剖面图。这种机械接合的结合迫使插入件11抵抗拉出力及扭出力。

图6示出了容纳板30的容纳孔32的一个优选实施例，其与图3至图5所示的孔相同。容纳孔32包括在内壁39中的任选的切槽33，以增加因冷变形至切槽33中的金属的剪切强度而产生的抵抗性拉出力。在这个实施例中，切槽33被分割成多个较小的切槽33，这样的构造提供额外的扭矩阻力。

图7显示根据本发明的优选实施例的安装冲压机冲头的剖面。图8是根据图7的放大剖面，其显示在紧固件13上的最初安装冲击期间冲头34的尖端38的近视图及容纳板30的剖面。在安装期间，施加真空至冲头34的中心部分，藉此将紧固件13保持在其尖端上。在所述冲头的本体内的弹簧37压在活塞36上，活塞36将紧固件13牢固地抵靠着安装孔的底端壁35。当冲头34向下前进，并且如图3至图5所示使挤压套筒9变形时，弹簧37挤压且在排出尖端38上施加向下力，尖端38如上所述使挤压套筒9变形，藉此将紧固件13卡在适当位置。以此方式，在冲压机的冲头34的单个冲程中将两个预先组装的零件(挤压套筒9及插入件11)安装在所述容纳孔中。

挤压套筒9可以由任何可永久变形的材料制成。一个优选实施例中，所述挤压套筒可以由可在安装之后在合理温度下硬化的材料制成，这将显著地增加所述插入件的拉出阻力及扭出阻力。例如，7075-T4铝是一种用于所述挤压套筒的优选材料，因为它可以在安装后在相对地低的温度下进行热处理至更强的T6状态。根据另一个实施例，也可将孔的底部的几何形状设计成锥形，以与被安装的插入件匹配。

对于本技术领域的技术人员而言将显而易见的是，可对所公开的实施例进行许多变更及修改。因此，应该理解的是，本发明所公开的实施例仅视为是示例性的。该等具体实施例的所有变更及修改是在本发明的范围及精神内，本发明的范围及精神应由所附权利要求及其合法等同物来确定。

Claims (20)

1.一种两部分紧固件，其包括：

-插入件，所述插入件呈圆筒形且由第一材料制成，所述插入件具有筒状物，所述筒状物的外表面具有滚花；

-凸缘，所述凸缘位于所述插入件的底端；以及

-套筒，所述套筒呈圆筒形及可变形，所述套筒由比所述第一材料软的第二材料制成，所述套筒包括：

-底端，所述底端邻接所述凸缘的顶部；

-底部分，所述底部分藉由摩擦配合刚性地固定在所述筒状物的下部周围；以及

-顶部分，所述顶部分具有扩大的内径以轴向邻接且在径向方向与所述筒状物的上部间隔开。

2.根据权利要求1所述的两部分紧固件，其特征在于，所述滚花包括轴向延伸的齿状物。

3.根据权利要求2所述的两部分紧固件，其特征在于，所述凸缘的底部具有斜面。

4.根据权利要求3所述的两部分紧固件，其特征在于，所述插入件具有轴向通孔。

5.根据权利要求4所述的两部分紧固件，其特征在于，所述通孔具有螺纹。

6.根据权利要求5所述的两部分紧固件，其特征在于，所述套筒的顶端具有斜面。

7.根据权利要求6所述的两部分紧固件，其特征在于，所述凸缘的直径等于所述套筒的外径。

8.根据权利要求7所述的两部分紧固件，其特征在于，所述套筒的顶端向上延伸超过所述插入件的顶部。

9.一种组件，包括：

a)板，所述板具有容纳孔；以及

b)两部分紧固件，包括：

i)插入件，所述插入件呈圆筒形且由第一材料制成，所述插入件具有筒状物，所述筒状物的外表面具有滚花；

ii)凸缘，所述凸缘位于所述插入件的底端；以及

iii)套筒，所述套筒呈圆筒形及可变形，所述套筒由比所述第一材料软的第二材料制成，所述套筒包括：

-底端，所述底端邻接所述凸缘的顶部；

-底部分，所述底部分藉由摩擦配合刚性地固定在所述筒状物的下部周围；以及

-顶部分，所述顶部分具有扩大的内径以轴向邻接且在径向方向与所述筒状物的上部间隔开；

其中，所述两部分紧固件藉由摩擦配合刚性地固定在所述容纳孔中。

10.根据权利要求9所述的组件，其特征在于，所述容纳孔是具有底端壁的盲孔。

11.根据权利要求10所述的组件，其特征在于，所述插入件与所述板之间的所述摩擦配合藉由可变形的所述套筒的轴向挤压变形填充所述插入件与所述板之间的空间及填充所述滚花之间的空隙来提升。

12.根据权利要求11所述的组件，其特征在于，可变形的所述套筒填充所述插入件与所述板之间的整个空间。

13.根据权利要求12所述的组件，其特征在于，所述插入件及所述套筒与所述板的顶部齐平。

14.根据权利要求13所述的组件，其特征在于，所述容纳孔的侧壁具有容纳所述可变形的套筒的材料的切槽。

15.根据权利要求14所述的组件，其特征在于，所述容纳孔的侧壁具有多个切槽。

16.根据权利要求11所述的组件，其特征在于，所述插入件的底部邻接所述容纳孔的底端壁。

17.根据权利要求11所述的组件，其特征在于，所述板由第一金属构成，而可变形的所述套筒由比所述第一金属软的第二金属构成。

18.根据权利要求17所述的组件，其特征在于，所述套筒由铝构成。

19.一种将插入件安装至板中的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供具有盲孔的板；

b)提供两部分紧固件，所述两部分紧固件包括：

i)插入件，所述插入件呈圆筒形且由第一材料制成，所述插入件具有筒状物，所述筒状物的外表面具有滚花；

ii)凸缘，所述凸缘位于所述插入件的底端；以及

iii)套筒，所述套筒呈圆筒形及可变形，所述套筒由比所述第一材料软的第二材料制成，所述套筒包括：

-底端，所述底端邻接所述凸缘的顶部；

-底部分，所述底部分藉由摩擦配合刚性地固定在所述筒状物的下部周围；以及

-顶部分，所述顶部分具有扩大的内径以轴向邻接且在径向方向与所述筒状物的上部间隔开；

c)放置所述两部分紧固件至所述盲孔中，以抵靠所述盲孔的端壁；以及

d)下压所述套筒以抵靠凸缘的顶部，藉此所述套筒围绕所述筒状物变形且抵靠所述盲孔的侧壁。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，持续所述下压步骤，直至所述套筒的材料完全填充所述插入件与所述盲孔的内壁之间的未占用空间，并且直至所述套筒的顶部与所述板的顶部齐平。

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