CN112703325B - 两件式紧固件 - Google Patents

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Abstract

用于将物体连接到复合板材或塑料板材的两件式紧固件包括两个部分，保持件和插入件。保持件具有通孔和其周边上带有用于抓持复合板材或塑料板材中的接收孔的壁的滚花。插入件具有多个直径不断增加的自扣紧特征，当插入件插入到保持件中时，会将其牢固地连接到保持件。板材通过保持件的扩大头部和插入件上的相对法兰牢固地夹紧在板材的相对两侧之间。不同直径的自扣紧特征允许该设备与不同厚度的板材一起使用，并允许较大的公差范围。可以用普通或螺纹螺柱代替插入件的螺纹孔。保持件和插入件都可以是金属的。

Description

两件式紧固件
相关申请
这是与临时专利申请相关的非临时专利申请，该临时专利申请的标题为“多紧扣的紧固件插入件”于2018年9月13日提交，其申请号为62/730,765，特此要求其优先权。
技术领域
本发明涉及一种插入件紧固件，该插入件紧固件通过一个孔连接到结构上，该孔延伸到结构的相对面，通常是平面板材。更具体地，本发明涉及一种两部件式紧固件，该两部件式紧固件提供连接到夹紧在两个紧固件部件之间的复合结构。
背景技术
在工程应用中使用复合材料代替金属片材已经成为一个增长领域，并且预计将继续增长。当前螺纹紧固件的选择主要依靠使用粘合剂将紧固件固定到位。市场上有许多使用粘合剂的各种尺寸和构造的两件式插入件和封闭插入件。也有几种类型的机械或铆接插入件会在板材周围变形。这种类型的紧固件可能存在螺纹强度，固位力以及板材上较小的支承区域的问题。较小的轴承区域会在板材上产生高应力从而导致材料损坏。缺乏螺纹强度是由于用于扩口和铆接所需的材料必须足够柔软才能完成这些操作中的任何一个。
自扣紧紧固件长期以来一直用于板材材料为延展性金属(例如钢或铝)的应用中，但却未有用在复合板材中。复合板材中使用的材料不是太脆(如碳纤维)，就是无法承受所需的安装负载(例如铝蜂窝板材)。
因此，在本领域中需要一种能够将自扣紧技术的优点应用于复合材料和非金属材料的紧固件。
发明内容
本文所述的发明的紧固件已设计出满足在本技术领域中的需要，本发明的紧固件包括两个主要部件。第一部件是保持件，该保持件具有通孔和在其周边上带有滚花。保持件设计用于放置在复合板材或塑料板材的通孔中。第二个部件是插入件，该插入件具有多个直径不断增加的自扣紧特征。它设计为安装在保持件中并扣紧两部件一起。多个紧扣特征由若干平台和若干底切组成，允许该组件可在各种厚度的板材中使用，并允许大的公差范围。可以用普通或螺纹螺柱代替插入件的螺纹孔。
如下所述并在附图中示出，具有紧扣特征的插入件可以由内螺纹，外螺纹或者无螺纹制成的。作为螺纹部分，它用作连接另一板材或其他物件的安装点。通过通孔，可以在固定接头将两块板材或多层材料连接在一起。通孔使螺栓(bolt)完全穿过或减轻紧固件的重量。
更具体地说，申请人已经设计了一种用于连接到板材的两件式紧固件，包括保持件和插入件。保持件适于容纳在板材中的孔内，该孔延伸穿过板材相对侧。保持件具有较大的直径头部和带有用于与板材孔壁接合的外围抓持装置的柄部和中央通孔。插入件具有多个连续增加的直径的自扣紧特征，其适用于与保持件的连接。插入件通过插入到保持件通孔中并通过自扣紧特征使圆柱体的通孔壁变形而牢固地连接到保持件。每个自扣紧特征包括一个平台和一个底切，该底切用于接收被平台移位的保持件的材料。
在一个实施例中，插入件具有螺纹通孔，并且最大直径的自扣紧特征紧邻头部。保持件抓持装置是在保持件外围的纵向滚花。在一个实施例中，插入件具有细长螺柱，该螺柱从插入件的与法兰相对的一端延伸至另一端。当组装到板材时，通过与板材的相对侧直接接触将板材夹紧在保持件头部和插入件法兰之间。保持件和插入件可以是金属的也可以是非金属的。在一个实施例中，板材由非金属复合材料组成。
本发明的紧固件允许在复合板材(主要是碳纤维和蜂窝)中实现更高强度的接头。安装方法与竞争技术相比具有优势，因为该安装方法快速、简单、和强。已安装的紧固件从保持件上的拉出强度高于大多数粘合接头。在液压机或其他类型的压力机上安装也是立马完成。这比应用粘合剂并等待其固化要简单得多，而且速度也快得多。通过以下附图和优选实施例的描述，本发明的紧固件的其他目的和优点对于本领域技术人员将是显而易见的。
附图说明
图1是复合图，从立面分别示出了保持件和插入件，其中一边是另一边的剖视图。
图2示出组装到板材上的两部分插入件的正立面剖视图。
图3至图7是侧立面图，依次示出保持件随着向下进一步压向插入件而使保持件变形的过程。
图8是两幅图的复合图，示出插入件具有外部螺纹柄部的另一实施例，其中一幅是另一幅的剖视图。
具体实施方式
现在参照图1和2，本发明的一个实施例10包括两个主要部件，保持件和插入件。保持件11具有三个主要的结构特征：在保持件的中心限定圆柱体的通孔15，在其外围外表面上具有滚花的柄部17，和扩大直径的头部19以防止该部分拉入或穿过固定有紧固件的板材20。保持件11外侧的滚花柄部17防止如图2所示的安装后的板材中的旋转。
插入件13包括扩大的法兰14，该法兰14类似于在若干阶梯式移位器平台18之间的一系列底切16的形状，该一系列底切16的直径朝着底部逐渐增大。底切被设计成在安装零件时接受由平台18将保持件11的材料移位的冷流。此处显示的两个部分的轮廓均为圆形，但其他几何形状也是可以的。
现在具体参照图2，示出了本发明的复合两部分式紧固件组装到板材上。在这里，两个零件，一个保持件11和一个多紧扣插入件13被挟紧在板材20上。插入件被容纳在板材的孔中并从板材的相对侧扣紧到保持件。在安装期间，将插入件和保持件彼此压紧，直到保持件头部19和插入件法兰14接触板材20的相对侧。然后，插入件的螺纹孔12可以容纳将一物件(未示出)连接到板材的螺栓。
保持件和插入件设计用于安装到由金属或非金属的各种材料制成的板材中。典型的材料是蜂窝板材，目前无法使用自扣紧紧固件。插入件和保持件被压在一起，从而将保持件的材料移位到插入件的底切中。选择保持件材料时应考虑到施加在其上的压力时，该材料应足够软且具有延展性足以冷流。插入件压入保持件直到插入件法兰和保持件头部于两个部件的末端与板材接触。多个阶式扣紧特征的优点之一是，紧固件可容纳各种板材厚度。它还可以允许板材厚度有大的公差。
现在参考图3至图7，示出了将插入件施加到保持件中的安装次序，其中为了便于描述而除了板材。在此过程中，如这些图中的箭头所示，通过每个底切间的平台的楔入作用，由于保持件的材料向上推进进入保持件孔，保持件的材料向内流入底切，该楔入作用迫使保持件材料的冷流进入底切。
图3的第一张图显示了插入件在安装之前如何在保持件中就位。当保持件的底部靠在第一底切的平台23上时，插入件的顶部边缘21适配到保持件孔中。随着压制的进行，这有助于保持件的材料向内和向上流入保持件的孔中，因为它可以防止错位。此时，例如通过压力机(未示出)将载荷施加到插入件的头部。如图4所示，这迫使物料从保持件流入第一底切。
在图4中，我们可以看到插入件的第一底切已完全被填充。此时，紧固件已牢固地被安装。进一步的安装具有增加接头强度的作用，并且向下挤压可以在任何位置停止。这一点也将最大板材厚度限定为保持件的头部和位于插入件底部的法兰之间的间隙。可以根据需要将紧固件进一步安装，直到将板材牢固地夹紧在两个部件之间为止，如图2所示。可以使用的最小板材厚度由保持件的高度减去保持件法兰19的高度和插入件法兰14的高度来限定。
图5-7显示了在向下逐渐安装时保持件11的外观。随着保持件被进一步向下压，更多的保持件材料进一步向内流入底切且向上流入保持件孔15。保持件可以继续向下压，直到达到最小板材厚度为止，如图7所示。这里，当保持件11触底抵靠插入件法兰14的顶部时，保持件孔15几乎完全填充了插入件及被移位的保持件材料。
如图8所示，插入件也可以以与图1-7所示类似的方式制成，但是具有并向上延伸的外部螺纹螺柱25代替螺纹孔。如果需要普通钉，也可以去除插入件螺柱的螺纹。
在本发明中已经使用特定的实施例来解释本发明的原理和实践，并且以上实施例的描述仅用于帮助理解本发明的主要思想。同时，根据本发明的思想，本领域普通技术人员将能够对具体实施方式和应用范围进行改变。总体而言，说明书的内容不应解释为限制本发明的范围，本发明的范围仅由下述的权利要求及其合法等同来限定。

Claims (12)

1.一种两件式紧固件，其用于连接板材，所述两件式紧固件包括：
保持件，所述保持件适于容纳在所述板材中的孔中，所述保持件具有柄部，所述柄部具有用于与所述孔的壁接合的外围抓持装置，所述保持件还具有中央通孔；和
插入件，所述插入件具有多个直径连续地增大的自扣紧特征，所述自扣紧特征适于使所述插入件通过一个或多个所述自扣紧特征插入到所述中央通孔中而使所述中央通孔的壁变形连接到所述保持件。
2.根据权利要求1所述的两件式紧固件，其特征在于，所述插入件的一端有法兰，所述法兰紧邻最大直径的所述自扣紧特征。
3.根据权利要求2所述的两件式紧固件，其特征在于，所述插入件具有螺纹通孔。
4.根据权利要求1所述的两件式紧固件，其特征在于，所述保持件的所述抓持装置是纵向滚花。
5.根据权利要求2所述的两件式紧固件，其特征在于，所述插入件具有从所述插入件向上延伸与所述法兰相对的细长螺柱。
6.根据权利要求1所述的两件式紧固件，其特征在于，所述保持件的一端具有扩大直径的头部，所述柄部从所述头部延伸。
7.根据权利要求6所述的两件式紧固件，其特征在于，组装所述两件式紧固件至所述板材，所述板材通过所述保持件的所述头部和所述插入件的法兰与所述板材的相对侧之间的直接接触牢固地夹紧在所述保持件的所述头部和所述插入件的法兰之间。
8.根据权利要求1所述的两件式紧固件，其特征在于，所述保持件和所述插入件是金属的。
9.根据权利要求7所述的两件式紧固件，其特征在于，所述板材是非金属的。
10.根据权利要求7所述的两件式紧固件，其特征在于，每个所述自扣紧特征包括平台和底切。
11.根据权利要求10所述的两件式紧固件，其特征在于，所述中央通孔的所述壁限定了圆柱体。
12.根据权利要求10所述的两件式紧固件，其特征在于，通过若干个的所述平台中的至少一个将所述保持件的材料移位至若干个的所述底切中的至少一个中而使所述插入件连接至所述保持件。
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