CN111344498B - 具有波形滚花杆的压入式紧固件 - Google Patents

Abstract

一种压入式紧固件将复合波形图案结合到杆滚花中。滚花通常竖直对齐，但不是直的均匀滚花图案，滚花排具有起伏的弯曲形状，随着它们沿销杆的长度轴向地横穿，该弯曲形状从窄横截面到宽横截面交替。滚花布置成围绕杆的圆周等距间隔开的直的或蜿蜒的纵向排。在包含纵向轴线的径向平面中，至少一个排具有波形横截面轮廓，其中所述轮廓由一系列连续交替的波峰和波谷构成。滚花的复合波形构造产生了许多益处，而不会对制造过程带来不利影响。该滚花构造还减小了安装力和主体材料的破坏，同时保持了对主体材料更好的锁定。

Description

具有波形滚花杆的压入式紧固件

相关申请

本申请是与2017年11月14日提交的、题为“具有波形滚花杆的压入式紧固件”的临时专利申请号No.62/586,083相关的非临时专利申请，本文要求该临时专利申请的优先权。

技术领域

本发明涉及一种压入式紧固件，该类型的压入式紧固件被强制装配到诸如面板之类的接纳物体的孔中。更具体地，本发明涉及这种类型的紧固件，该类型的紧固件在其杆上具有加强与接纳物体的接合以增加紧固件的拔出阻力的特征。

背景技术

压入式紧固件、比如宾夕法尼亚工程制造公司(Penn Engineering&Manufacturing Corp.)的

紧固件产品线，具有对角滚花。通过推压头部并允许滚花进入主体材料，可以将这些销钉安装到脆性或软性材料中。在此安装过程中，发生一件事或两件事的结合：滚花切割并掘入到更脆的主体中，或者滚花推开更易延展的主体。

在脆性材料中，滚花将切割主体并将切割的材料裹入到滚花齿中，从而形成压合状态，以便在销钉和主体材料之间形成紧密的结合。由于该裹入的材料表示已经切割和弱化的片，因而保持力受到不利影响。在更韧性和易延展的主体中，轴向向内推压的位移力会使主体折叠并向前行进，而不是让其围绕滚花流动。

其它滚花构造并未改善本领域对具有增强的保持力的更有效的滚花的需求。直的或竖直的滚花由于缺少任何机械保持装置而极易轴向拉出。菱形滚花导致主体的局部破坏，从而进一步降低了保持力。肋部、即水平“滚花”，允许在更有弹性的主体中的更好的性能，但是在脆性主体或弹性较小的主体中，保持力则更差。对角滚花会导致销钉在安装过程中旋转，这是因为销钉试图自然地减小安装力的缘故。这会导致保持力略有降低。

因此，在紧固件领域中需要一种改进的平头销式紧固件，其将克服上述紧固件保持力方面的缺陷，并且在各种硬度的各种主体材料中有效。

发明内容

为了满足本领域对更有效的压入式紧固件的需求，已经设计了本发明的紧固件，该紧固件将复合波形图案融入到杆滚花中。该滚花构造减小了安装力和主体材料的破坏，同时在安装后保持了对主体材料更好的锁定。滚花图案通常沿着直的或蜿蜒的路径在纵向排中对齐。在一个实施例中，随着滚花排沿着紧固件杆的长度轴向地横穿，这些滚花排在宽度上从窄弧形横截面到宽弧形横截面交替。它们还可以具有波形图案，该波形图案在纵向平面中具有峰部和谷部。在滚花的垂直平面中的这种复合波形构造产生许多益处，而不会对制造过程造成不利影响。

更具体地，申请人已经设计出一种具有顶部、底部和中心纵向轴线的紧固件。该紧固件从顶部到底部以此顺序具有：头部，所述头部位于顶部处，是紧固件的最大直径；从头部直接向下延伸的杆，所述杆具有自其径向延伸的多个滚花；并且其中，滚花以多排布置，每排遵循直的或蜿蜒的纵向路径。各排围绕杆的圆周径向地等距地间隔开，其中所述滚花排中的至少一排具有波形横截面轮廓，该波形横截面轮廓位于包含纵向轴线的纵向平面中。该轮廓可以由一系列连续交替的弧形峰部和弧形谷部构成。

在一个实施例中，每排滚花不是直的，而是由蜿蜒的滚花串列(string)限定，该蜿蜒的滚花串列具有弧形侧部，该弧形侧部从紧固件的大致圆柱形的杆径向地突起。滚花排中的各个滚花可以通过遵循纵向蜿蜒路径的弧形变窄部段连结。

在以上实施例中，所述排中的至少一排在垂直于所述纵向平面的排的侧向平面中也具有波形横截面轮廓。紧固件可具有滚花排，这些滚花基本上在紧固件杆的整个长度上延伸，这些滚花排可纵向错开，使得其中一排的峰部与相邻排的谷部轴向对齐。

在本发明的另一种形式中，花键(spline)排遵循纵向曲折的路径。在此，所有的排都具有大约相同的径向高度，每排具有三角形轮廓，该三角形轮廓的基部和峰部限定了排的最大高度。

在安装过程中，上述滚花构造提供了使材料向前移动的滚花的正面和允许材料松弛或移回到形成在滚花后方的腔体中的滚花的背面。

在脆性主体中，波形滚花以与利用直的(竖直)滚花所做的相似的方式使剪切区域最小化。通过直接切入到主体中，每个滚花直接在一条不影响相邻剪切线的剪切线上向下切割。相反，对于对角或菱形滚花，通过重复的脊部移入主体来切割和锯穿脆性材料。

单根剪切线由滚花的成角度的壁分开并散开，该成角度的壁在抵抗分开作用的同时将高摩擦载荷施加到滚花的侧部上。在滚花的末端或波峰处，主体材料将产生尖锐的裂纹。对于竖直的直形滚花，这些摩擦力全部将滚花保持在主体材料中。然而，对于波形滚花，虽然仍然存在摩擦力效应，但由于波形部的变化的横截面，该波形部沿着波形部的轴线提供机械干扰。波形部的对称形状确保了力平衡，但变化的横截面引发抵抗轴向拉出的力。这就要求主体材料具有一些弹性，并且不是较佳的脆性或较佳的塑性，因为随着波形滚花的前表面被推入主体中，任何弹性都会导致滚花后表面后方的主体部分闭合。

在易延展或韧性的主体材料中，波形滚花的表现方式与此基本相同，但它不是切入主体，而是以弹性或塑性方式将主体推开。任何弹性行为都会导致与上述关于脆性主体材料相同的力。但是，韧性材料将在滚花的波峰处显示出弯曲的响应，而不是裂纹。直的和波形滚花再次具有优于对角或菱形滚花的优点。当菱形或对角滚花接合到主体中时，主体必须通过在其通过时依次移开并填充每个滚花的后面来作出响应，从而导致主体的加工硬化或脆化，削弱其在穿过安装时的响应。

大多数主体材料将在关于脆性和易延展的主体的任一个的上述两种极端情况的组合中执行和响应。波形设计的优势在于，两个极端之间的力学和功能在可以预测的连续体上工作，其中直的、菱形的和对角的滚花在从脆性到易延展的切换的某个点处出现功能中断，在此处材料开始以不同的方式响应安装动作。

因此，本发明的目的是通过采用新的滚花构造来改善压入式紧固件进入各种主体材料中的保持力。已经发现，本文描述为“波形”的特定滚花构造在多种主体材料中产生更好的保持力。通过以下附图和一个实施例的详细描述，其它目的和优点对于本领域技术人员将变得一目了然。

附图说明

图1是左下方立体图。

图2是图1所示实施例的正视图。

图3是替代实施例的右下方立体图。

图4是替代实施例的正视图。

图5是如图4所示的从图4截取的剖视图。

图6和7是如图5所示的从图5截取的剖视图。

图8是替代实施例的剖视图。

具体实施方式

如本文中所使用的，术语“高”和“低”是指滚花的高度，该高度是从紧固件杆的纵向轴线沿着杆的纵向平面测量的，滚花的低点共同限定了圆柱体的边界。如本文所使用的关于各个滚花的术语“侧向”是指垂直于将滚花一分为二的纵向平面的方向。术语“轴向”和“纵向”是指平行于本质上是圆柱形的紧固件杆的中心纵向轴线的方向。

现在参考图1和2，示出了本发明紧固件9的一个实施例，其具有头部11，该头部11是紧固件的最大直径。在该实施例中，各排滚花15基本上在杆13的整个长度上延伸，并且沿着纵向方向A-A遵循曲折的路径。在此，所有排具有与图2的直的边缘线17所描绘的相同的径向高度，其具有大致三角形轮廓，该大致三角形轮廓具有直的侧部和在图1中所见的限定了排的最大高度的峰部16。

如图3中所见，与图1和2所示实施例类似，紧固件20具有紧固件的最大直径的头部21。每排滚花23基本上在杆27的整个长度上延伸。该紧固件具有八排直的纵向滚花，如通过每排之间的直的纵向槽25所示。每个滚花排在其纵向平面上的横截面由一系列连续的弧形峰部22和弧形谷部26构成，这些峰部和谷部限定了波形轮廓，如图6所示。同样，在每排的侧向平面中，排的横截面形状也是波形的，包括起伏的宽弧形部分和窄弧形部分，如图7所示。每个滚花都具有弧形的光滑侧表面，肉眼看起来就象在杆的圆周上的抬高的隆起或凸起。

在图3所示的实施例中，每个轴向滚花排都具有对于其波形轮廓的相同起点，其起始于紧固件杆的端部处。即，各排的峰部和谷部全部纵向对齐。而且，垂直于穿过排的杆的纵向轴线的侧向横截面的所有点对于每个滚花排都是对称且相同的。

图4至7示出了与图3相同的各个滚花排的形状，但是图4所示的紧固件30具有从一排到另一排纵向偏移的八排滚花。在这种构造中，每排滚花起始于杆的端部，纵向偏离其在相邻排中的对应部分，从而使得其中一排的峰部33与相邻排的谷部31纵向对齐。在此，如在图3所示的实施例中那样，每排滚花沿着由在各排之间的直的中间槽36所示的直的纵向路径对齐，也如图5所示。

现在参考图6和7，描绘了图3和4所示实施例中各个滚花的波浪形状。在图6中，可以看到图4所示实施例的排的弧形峰部33和弧形谷部31的波形纵向轮廓。在此还清楚地示出，下一排的峰部37与第一排的谷部31纵向对齐，从而示出了相邻排的偏移性质。这是图3和4所示实施例之间的区别特征。在图7中，可以看到图3或4所示实施例的排的单个滚花43具有弧形侧部41，该弧形侧部41可以通过中间弧形的狭窄部段40连结，其遵循沿着直的纵向路径。在这些实施例的变型中，如果在图6中看到的波谷足够深以到达杆，则可以去除狭窄的中间部段。在所有实施例中，滚花肉眼看起来就象从大致圆柱形的杆径向延伸的多个圆形凸起。

在图8中，可以从与图7相同的视图看到表示又一个实施例的滚花排的剖视图。此处的排与图3所示的排基本相同，不同之处在于，各个排遵循类似于图1和2所示的之字形图案的蜿蜒路径，而不是各个排遵循如图7中所见的直的纵向对齐。与图7类似的是，滚花53的形状由通过中间狭窄部段50连结的弧形侧部51限定。在该实施例的变型中，如果在图6中所见的波谷太深以至于它们接触滚花自其突出的杆表面，则狭窄部段可能不会出现并由此不会从该视图中出现。

从本发明的以上描述，对于本领域技术人员而言显而易见的是，设计出在各种主体材料中具有更大附连强度的改进的销紧固件的本发明的目的已经实现。对于本领域技术人员而言，显然可以对所公开的内容进行许多变型和改型。例如，紧固件可以由适合其功能的任何材料构成，并且可以比所示实施例中描绘的八排滚花更多或更少。本文描述的实施例上可能存在许多不脱离本发明的精神和范围的其它变型，其应当仅由权利要求及其合法等同物来确定。

Claims (10)

1.一种紧固件，包括：

圆柱形的紧固件，所述紧固件具有顶部、底部和从所述顶部延伸到所述底部的中心纵向轴线；

头部，所述头部位于所述顶部处，是所述紧固件的最大直径；

杆，所述杆从所述头部直接向下延伸，所述杆具有自其径向延伸的多个连续滚花；

其中，所述滚花成排布置，每排滚花沿平行于所述中心纵向轴线的竖直线排列，并且所述每排滚花围绕所述杆的圆周径向地等距地间隔开；并且

其中，在包含所述紧固件的所述中心纵向轴线的纵向平面中，至少一排滚花的横截面轮廓由弧形峰部之间的一系列连续的弧形谷部构成。

2.如权利要求1所述的紧固件，其特征在于，所述每排滚花中的至少一个排在垂直于所述纵向平面的排的侧向平面中具有波形横截面轮廓，所述轮廓具有弧形侧部。

3.如权利要求2所述的紧固件，其特征在于，所述每排滚花成一直线。

4.如权利要求2所述的紧固件，其特征在于，所述每排滚花遵循蜿蜒的路径。

5.如权利要求3或权利要求4所述的紧固件，其特征在于，所述侧向平面中的横截面轮廓具有起伏的弧形侧部，所述弧形侧部具有位于所述滚花之间的中间狭窄部段。

6.如权利要求1所述的紧固件，其特征在于，所述紧固件具有多个相同的纵向滚花排。

7.如权利要求1所述的紧固件，其特征在于，所述滚花排纵向错开，使得其中一排的峰部与相邻排的谷部纵向对齐。

8.如权利要求6所述的紧固件，其特征在于，所述滚花排在所述杆的整个长度上延伸。

9.如权利要求1所述的紧固件，其特征在于，至少一排的侧向平面中的横截面轮廓在侧向相对的弧形侧部之间具有较宽区域和较窄区域。

10.一种紧固件，包括：

圆柱形的紧固件，所述紧固件具有顶部、底部和从所述顶部延伸到所述底部的中心纵向轴线；

头部，所述头部位于所述顶部处，是所述紧固件的最大直径；

杆，所述杆从所述头部直接向下延伸，所述杆具有多排花键，所述花键沿其长度具有均匀的径向高度并自其径向延伸；并且

其中，每个花键排在纵向方向上遵循曲折的路径，并且所有的排具有相同的径向高度，其中三角形横截面轮廓具有直的侧部和限定所述排的最大高度的峰部。

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