CN1200688A - 紧固元件的插入方法,螺栓元件、铆接模及构件组件 - Google Patents

Abstract

一种将具有一头部(12)和一轴杆部(16)的螺栓元件(10)插入一金属板构件(52)的方法,其中螺栓元件远离头部的那一端(100)位于前头,利用一定位头(38)使这螺栓元件穿过金属板构件,再利用这定位头与设在金属板构件远离定位头(38)那一侧之铆接模(54)的互相配合运作,使螺栓元件的头部(12)区域铆接到金属板构件上。利用一穿孔冲头或特殊形状的螺栓元件(10),在定位头(38)的作用下,以轴杆部(16)远离头部(12)的那一端对金属板构件穿孔,据以形成一个环形卡圈,其后将这卡圈径向变形而与轴杆部的一凹槽卡合。在此种安排中,螺栓元件(10)执行冲孔工作的那一端(100)宜以符合德国工业标准(DIN)78规范的Ka形状进行工作。

Description

紧固元件的插入方法， 螺栓元件、铆接模及构件组件

本发明关于一种具有一头部和一轴杆部的紧固元件，尤指一种螺栓元件插入一种可变形材料构成的金属板构件或另一板片状构件内的方法，其中螺栓元件远离头部的那一端在前头，利用一定位头导引这螺栓元件穿过金属板构件，再利用这定位头与设在金属板构件远离定位头那一侧之铆接模的互相配合运行，使螺栓元件的头部区域铆接到金属板构件。本发明另外还关于一种能利用铆接方式而插入一金属板构件内的螺栓元件，也关于一种可供插入这螺栓元件的铆接模，和一种由一金属板构件及一螺栓元件构成的构件组件。

上述可用铆接方式插入一金属板构件内的紧固元件，早已为人熟知，例如从公开号为WO 94/101688号国际专利申请案便可获知。这类紧固元件是将设有螺纹的轴杆部从一边导入金属板构件的穿孔内，并让头部的凸缘从一侧接触金属板构件。其后在一定位过程中将金属板构件的材料予以变形，使这材料经塑性成型而在元件轴杆部与头部之接触表面的邻接处形成一道极小的凹槽，使元件被固定在金属板内。在先有技术中，是在插入螺栓元件之前先对金属板穿孔，以便具有一个约略成锥形的卡圈或扩口部，并让穿孔位于这卡圈的狭窄部。卡圈的狭窄端面向螺栓元件的头部，插入螺栓元件时就会将扩口部压扁，致使金属板卡入该元件轴杆部的凹槽内。德国第3704763号专利所公开的是种十分相似的方法。第WO 94/101688号国际专利申请案亦建议可将该卡圈安排成面朝反向，亦即使螺栓的尖端从最宽处进入扩口部，然后从卡圈的狭窄部通过穿孔。虽然这项变化未予详细说明，但其又建议在插入螺栓元件时卡圈会被挤扁，因而实际上能完全在金属表面所在的平面范围内延伸。

在第WO 94/101688号申请案所公开的安排中，元件的头部在接触表面具有若干大致为径向延伸的鼻部，该鼻部会在插入期间被压入金属板构件内，因而形成一个确保防止转动的性能。此项防止转动性能的用意是要元件本身不会在金属板构件内转动的情况下，将螺帽旋合到螺纹式轴杆部。

这种由金属板构件及螺栓元件形成的构件组件，常被用于汽车或洗衣机制造工业，以便将另一构件固定到这构件组件上，或将该构件组件装到另一构件上。头部的接触表面最好位于金属板构件固定另一构件不同的一边，以使金属板构件可受到压缩载荷。

然而，上述的先有技术的元件在接装到另一构件上之前，很可能有在运送或储存期间发生松动的危险，尤其是对准备与相当薄的金属板合用的铆接式螺栓而言更可能发生松动，所以实际上并不尽如人意。发生这种松动时，元件可能会遗失或使其定向变成无法对金属板构件从事进一步的机械加工。另外，这类先有技术的元件的松动也会使原有的防止转动性能在某些情况下无法发挥，以致在装螺母而尚未产生适当的夹紧力之前，元件便先转动。在建造车体时，或在把元件头部置入一中空孔穴并于装妥构件组件后便无法再接触的其它一些工作，这类问题尤其令人困扰。如果元件在此类情况下转动或遗失，那么待生产的物品，例如汽车，便无法按照正常的生产程序去制造，反而必须改用一种复杂的方式去修理。所以诸如此类的情况应尽量避免。

薄金属板常会遇到的另一个问题就是发挥防止转动性能的鼻部必须具有某种高度，亦即必须超出头部接触表面的高度，才能具有防止转动的性能。若采用薄金属板时，鼻部就会将这种薄金属板构件的材料压成使其不再具有充分强度，因而在实践中也会造成问题。

此外，在将元件铆接到金属板构件的期间，用以容置塑性变形金属板构件的细小凹槽也难以制造，使得螺栓不必要地变贵了。再者，这凹槽也会因为让元件产生锐利边缘或减少剖面面积，致使螺栓的强度或其疲劳特性减低。另外由于该凹槽的尺寸关系，也会发生元件在金属板构件上安装不当的情形，因而如前所述，使得元件易于在金属板构件中发生松动、掉落、甚或更糟的后果。

为了提供协助，本案申请人在早先尚未公布的德国第P4410475.8号专利申请案所设定的目的，便是提供一种能以合理成本制造与使用的元件，该元件可显著减低甚至消除从金属板构件上松动或遗失的危险，除了具有在金属板构件上防止转动的良好性能外，也能产生紧固的接合，甚至是用于薄金属板或诸如铝板或铝合金板之类的非铁板片。此外，也提供一种由一金属板构件与至少一个这种元件所组成的构件组件，以及一种铆接模，和将这元件铆接到金属板构件上的方法。

此目的可由早先的申请案予以圆满解决，其中该元件作为一接触表面的下侧设有若干凹入的周边闭合区，该闭合区至少有部分是以若干从轴杆部朝外延伸的肋条为边界，该肋条的轴杆侧端以凸起形式沿着轴杆部延伸，并在远离头部的那一端与至少一道绕着轴杆部螺旋延伸的凹口结合。

按此设计，在利用与轴杆部保持同心的一个适当铆接模将元件铆接到金属板构件上的期间，便能使金属板构件的材料塑性变形而卡入凹入周边闭合区和前述凹口内，不会发生肋条使金属板显著变薄的情形，因而与某些常规的元件相比，此铆接接合的强度已大幅增加。肋条轴杆侧端以凸起形式沿着轴杆部延伸的事实，表示防止转动的性能不但是由被驱使卡入凹入区内的材料，也是由肋条轴杆侧端与金属板构件之间的形状相配式锁定效果一起达成。与先有技术相比，这样做使得防止转动性能大幅提升。插入元件期间，如无必要不会使金属板变薄的事实，表示与先有技术的凹槽相比，可将凹口设在距离头部下侧稍远一点的地方，以致从制造角度来看，较易实施这种凹口。因而与先有技术相比，可将凹口形状弄得较平整，以便在利用铆接模从事塑性变形期间，确保金属板构件的材料充分挤入凹口内，因而增进元件耐抗损耗的阻力。

元件轴杆部的凸起肋条的区域，与该轴杆部远离头部的部分相比，最好具有较大的直径，且在这较大直径区设有至少一个凹口。由于这种设计，凹口使元件变弱的程度也较轻，因而较易充分利用该元件的正常强度，另一方面，亦能改善元件的疲劳特性。此外，也进一步增进防止转动性能。然而，这种设计特别重要的一点是，在插入元件期间，可增进金属板构件材料的流动性。金属板构件的预穿孔，必须具有能使元件轴杆部不受损即可穿过的直径。在插入元件期间，先是朝外驱使金属板构件穿过这个较大直径区，从而使孔口扩大，因而产生额外的材料以供驱使进入凹入周边闭合区和/或凹口内。

绕着轴杆部螺旋延伸的至少一道凹口，最好是由一道螺纹凹槽形成，尤其是一道在元件轴杆部设有连续螺纹的螺纹凹槽更为有利。这样可采用形成螺纹的相同程序来实现这凹口。从而使得元件的制造成本大幅节省，所形成的凹口也平整。就此而言，如果在螺纹轧制过程之前便先形成肋条，使其以凸起形式从轴杆侧端沿着轴杆部延伸，那么这些凸起的肋条在螺纹轧制期间便能被直接变形而卡入凹口内。但从另一方面来看，在螺纹轧制过程完成之后，可知必须先以另一道程序，例如也以一种轧制程序来产生凸起的肋条部件。在这情况下，可利用凸起肋条将凹口再分成几个区段。然而，肋条沿着轴杆部延伸的凸起部分不能太长，否则可能使待接装物品的平整基座受损。但是，元件准备接装的物品若为一个电子终端时，则不在此限。届时肋条的延伸部分可在终端的孔洞中造成想要的缺口效果，因而有助于获得较佳的电接触效果。

螺旋凹口可以呈现为一或二道的螺纹圈，亦可采用螺纹区段的形式，尤其是将这凹口当作一个多线起动螺纹时，本发明原则上可做到这点。它也属于本发明范围之内。

与周边连续凹槽相比，螺旋凹口具有较多的优点。例如，若是在经过一段时间才从轴杆部卸下螺母，那么因为螺纹部分和/或螺母会变脏或受侵蚀，因而可预期必须增加扭力方能卸下螺母。但是，由于凹口是螺旋形状，所以这种增加的扭力会使元件把金属板压得更紧，从而增加了转动元件的阻力。

不过，螺旋凹口的螺距角也可制成为0度，即成为周边连续凹槽，而此种形状的凹口也属于本发明的范围。例如，若不将这元件作成螺纹螺栓，而是将其改成一种轴承套管时，这种形状便十分方便。按照前述优点，按本发明所形成的凹口与先有技术相比，便可跟头部的下侧保持较大间隔，而此原则亦适用于作为周边延伸凹槽的凹口设计。

周边闭合区宜将最深处设在邻接轴杆部的地方，这样在插入元件期间，有助于发挥防止转动性能，也有助于促进金属板构件材料的塑性变形。

尤其重要的是，与头部的接触表面相比，此闭合区的面积比例可以在考虑过材料的匹配性后，以充分发挥防止转动和耐抗非极限的表面压力的性能作为选择原则。这项优点也使本发明的元件能与较软质的金属板合用，例如与日后会在汽车结构中愈用愈多的铝或铝合金板片合用。有关电化腐蚀的问题，如今只要对元件采用适当的表面处理便可应付，亦即可避免发生电化腐蚀，所以按本发明所构成的铁制元件也可以直接跟如铝合金类的金属板合用。

然而，这项早期提出的专利申请必须在插入螺栓元件之前，先用冲孔工具或钻孔方式在金属板上产生一个孔洞。该孔洞在较早先的一个加工步骤中产生。

前述那种已知的紧固元件所遇到的另一个问题是当轴杆部的尖端穿过金属板的孔洞时，即在头部下方的区域造成铆接结果。

另一个问题是耐抗“撬出”的阻力很低。也就是说，只要对轴杆部远离头部的那一个径向施加一个力，便可相当容易地从金属板撬出该元件，使其变松动或歪斜成与金属板保持不希望有的角度。

本发明的目的在于确保金属板，尤其是厚度小于2.25mm的薄金属板，纵然是使用前述专利申请案所述之螺栓元件，亦可获得与先有技术相比品质较佳的铆接接合，同时在插入该螺栓元件的期间，至少能充分避免损伤其螺纹。

本发明的另一目的尤其在于提供一种能增进耐抗“撬出”阻力的方法，该方法不论是对早先第P4410475号专利申请案所述的元件，或其它已知的元件，例如与第WO 94/101688号专利申请案所述类似的元件，均可适用。

此外，本发明的再一目的是提供一种改进的方法，免除必须在较早先的加工步骤中产生孔洞的复杂性。

本发明的又一目的是改进紧固元件对撬出或推出力的耐抗性，尤其在使用薄金属板构件时，和不论该金属板构件是预穿孔或以紧固元件穿孔，均是如此。

为达到这些目的，本发明提供一种将具有一头部，一轴杆部和在该轴杆部设有至少一径向凹槽和一道以上螺纹圈的螺栓或紧固元件结合到一金属板构件上的方法，该方法是先在金属板构件上形成一孔洞，或利用这紧固元件轴杆部远离头部的那一尖端在金属板构件上冲孔，其特征在于预穿孔或经冲孔而成的孔洞能使金属板构件远离紧固元件头部的那一边形成一卡圈，之后该卡圈的材料会被径向朝内变形而卡入径向凹槽或螺纹圈内。

为求完整，在此应指出的是，利用紧固元件尖端在金属板构件冲孔的方法，从美国第2,593,5060号专利中便可获知，其中是以一螺杆的螺纹端的尖端穿过置于一铆接模上的金属板，再将该螺杆的无螺纹端予以铆接或锻头而完成安装。铆接模是设成能让螺杆穿过金属板上一个无扩口或卡圈的简单圆形孔口。此外，由于耐抗推出或扭出的阻力基本仅靠螺杆轴杆与金属板片之间的摩擦，所以效果不佳。再者，不论是在穿过冲孔的期间，或在锻头作业期间，都有可能损及螺纹的危险。

在本发明方法的一个方面中，是以轴杆部远离头部的那一端，在定位头的作用下，可选择性与铆接模配合运作，以此将金属板构件穿孔，另在金属板构件穿孔期间宜形成一废料，同时该穿孔会扩大而在金属板构件靠近铆接模那一边的孔洞周围形成一卡圈。

令人惊异的是，现已发现使用这种技术也能以一特制螺栓元件的轴杆部的端面对金属板构件穿孔，然后再用该螺栓元件的螺纹从这穿孔通出时，螺纹并不会受到太大损害。对螺纹部而言，卡圈的形成较易将开口扩大，因而使螺纹能在不受损的情况下通过该卡圈，相关详情以后再予说明。

其后，在利用铆接模将金属板构件铆接到螺栓元件的期间，便可利用该卡圈的材料而在金属板构件及螺栓元件之间产生一种高质量的接合效果。

在孔洞的周缘，或在卡圈与该孔口邻接的那一端，产生至少一个，但最好为若干个和特别是奇数的缺口，或至少大致为径向的切口或裂缝。等螺纹从这卡圈挤出时，这些缺口会进一步扯裂而大幅减少螺纹部穿过所需的力，因此也大幅减少螺纹受损的危险。

尤其令人惊讶的一项发现是螺纹元件的端部如果具有所谓的及符合德国工业标准(DIN)78规范的Ka形状时，更有助于实施该方法。Ka形状系指轴杆部远离头部的那一端有个直径略小于螺纹核心直径的套管状凸伸部。这套管状凸伸部是经由一渐扩锥形区段而与螺纹圆柱体结合。该套管的端面则是朝着至少基本与螺栓元件的中心纵轴保持垂直的方向延伸。

使用本发明的尖端穿孔方法来安装该螺栓时，如果能在套管状凸伸部的套合表面设置若干道凹槽，便可改进该方法。按照本发明，现已令人惊讶的发现该凹槽在以螺栓元件对金属板穿孔时，特别能发挥效益。

螺栓元件本身的特征在于轴杆部是设在该元件远离头部的那一端，以便对金属板构件穿孔。从本案申请的权利要求第10到14项可得知螺栓元件最佳的一些形式，而权利要求第15到26项则包括用以铆接到金属板构件并与早先第P4410475.8号专利申请案的权利要求第1到13项一致的螺栓元件头部的形成事宜。

与螺栓元件合用的铆接模可从权利要求第29到31项看出，而权利要求第32到38项则指螺栓元件接合到金属板构件后而形成的构件组件。

权利要求第39到51项则为本发明其它一些较佳实施例。

下面将参照附图和实施例详细描述本发明，其中图1～9表示早先第P4410475.8号专利申请案的相应附图，而图10～25所示则为本发明的特征设计及方法，其中：

图1是本发明所构成而可供铆接到一金属板构件的元件的侧视图，其中有部分呈纵剖面，

图2是元件朝着图1中箭头II方向观看的端视图，

图3是元件如图1中圆圈III所示剖面部分的放大图，

图4是图1所示元件按照图3中剖面IV-IV所截取的部分剖面图，

图5是图1到图4中依本发明所构成的元件插入一金属板构件的方法的图解图，

图6所示为图5插入方法的末尾阶段，

图7是与图5和6所示方法的一种铆接模左边的细部示图，

图8是由一金属板构件和铆接于其上之元件组成如本发明所述的一种构件组件，即使用图5和6所示方法制成之一种构件组件的部分剖面示图，

图9是构件组件如图8中圆圈IX所示区域的放大图，

图10是依本发明所构成的螺栓元件的侧视图，并有部分呈纵剖面，

图10A是螺栓元件端部如图10中朝着箭头X方向观看的视图，

图11是图10所示螺栓元件插入和铆接到一金属板构件的视图，

图12为图10元件的插入方法，其中显示出该元件刚与金属板构件接触的情形，

图12A为图10元件插入金属板构件的方法，其中显示出刚要对金属板构件穿孔之前的情形，

图13是图10螺栓元件的插入方法，其中显示出刚对金属板构件完成穿孔，但螺纹部尚未通过该穿孔之前的情形，

图13A是一剖面图，显示出依图13所示方法而形成之废料的典型形状，

图14是图10螺栓元件的插入方法，其中显示出穿孔刚由螺纹予以扩大，但螺栓元件头部尚未铆接到金属板构件之前的情形，

图15是图10螺栓元件的插入方法，其中显示出头部铆接到金属板构件之后的情形，

图16是一预穿孔厚金属板构件的示图，

图17是对一厚金属板构件预穿孔以供形成一卡圈所用的穿孔冲头，

图18是以图17所示冲头及图19所示模扣形成一卡圈的示图，

图19是与图17所示冲头合用的模扣的示图，

图20为依本发明而由一螺栓元件与一金属板构件组成之构件组件的示图，

图21是形成图20构件组件所用模扣的纵剖面图，

图21A是图20所示模扣端面的放大剖面图，

图22是可用于本发明的一种较佳螺栓元件的部分剖面图，

图23是朝着图22中箭头XXIII方向观看的轴向视图，

图24是构件组件如图20中圆圈所示区域的放大图，但另增设一片以螺帽固定住的金属板构件，和

图25是与图24类似的视图，但增设的金属板构件置于一偏心位置。

图1的侧视图显示出依本发明构成的一种螺纹螺栓形式的元件10，该元件具有一头部12和一设有螺纹14的轴杆部16。从图2、3和4中可清楚看出，该元件在其当作接触表面一部分的下侧18具有若干凹入的周边闭合区或坑20。该闭合区20至少有部分以若干从轴杆部16朝外延伸的肋条22为界，该肋条于侧视时成直角状的轴杆侧部位24以凸起形式沿轴杆部16延伸，远离头部的那一远距端26则与至少一个凹口28结合。此凹口28绕着轴杆部成螺旋状，并形成一道螺纹槽，亦即轴杆部16的一道连续螺纹14。

闭合区20的径向外侧是以周向延伸的头部周边表面30为界，肋的径向外端则未分段的与这周边表面结合。另外，闭合区20的径向内侧是以轴杆部的圆柱形周边表面32为界。

肋22径向朝外延伸部位与轴杆部面对的表面，与图3所示相反，位于与周边表面30相同的平面上，或可如图3所示，斜向延伸到由头部12下侧30界定的平面31，再从这平面往后缩，以便不会从这平面的轴杆侧伸出。周边表面30以及肋22的径向延伸区的轴杆侧表面共同构成头部12的实际接触表面。

从平面图观看，这个实施例的闭合区20至少基本为方形，实际上这也是闭合区20的一种较佳形状。就本发明而言，闭合区20，即各边均被围住的区域20，自然也可采用其它形状。按照图2和4的特殊设计，位于头部12接触区18和朝着径向延伸的肋条部件22，朝着径向往外的方向逐渐变宽。它们未分段地连续与头部的周边表面30结合。本实施例中共有八支肋条22，该肋条的数目宜在六到八之间。

从图1和3可明显看出，周边闭合区20(沿着元件10的轴向测量时)的最深处是在邻接轴杆部16的地方。虽然肋条22之轴杆侧表面上的周边表面30原则上属于接触表面，但也可将对应的金属板构件故意弄变形而卡入这些闭合区，利用闭合区的基面作为接触表面。不论那种情形，本发明的元件都能提供大面积的接触表面，使该元件也能跟软质金属板构件一起使用，不必害怕该金属板片会产生临界压力。当闭合区的基面至少基本以130到140度、但最好以140度的闭合角度位于一个锥形表面上时，效果尤其好。这圆锥角在图3中以参照字符α表示。

另外，从图1和3可看出，元件具有一定心凹口34，确保使该元件在插入期间能被精确导引。此外，该元件也具有一锥形插入尖端36。这插入尖端36不但有助于安装其后要固定到元件上的物品，另在元件插入对应金属板构件的期间也有助于把元件导引到定位头内。

图5和6即为插入方法的示图。

图5显示出一接合工具40的定位头38，该定位头包括一支可朝箭头43方向移动的压合柱塞42。

参阅图5，箭头43显示元件10在定位头中的供给方向。元件10被单独馈送给定位头38。图5所示的元件是在重力下，但也可选择在压缩空气或压合柱塞42的作用下通过定位头的孔口44，直到部分呈球面以方便导引的元件头部12与利用一弹簧46而偏压的一个球体48接触为止。实际上，最好设有三个这种弹簧偏压的球体，安排成分别以120度的间隔围绕着定位头38的纵轴50。在图5所示的阶段，供元件10插入的一片预穿孔金属板构件52已位于定位头38和一下方工具的铆接模54之间。该元件设有螺纹14的轴杆部16已有一部分穿过金属板构件52的预穿孔58，和穿过铆接模54的一个与该预穿孔保持同轴对准的圆柱状定心开口60。铆接模或模扣54本身是以可更换方式被支撑在属于接合工具之下方工具56的孔口57内，并经由一板片59被支撑在一下方压板61上。

在这插入方法的后期阶段，定位头内的压合柱塞42会进一步下移，元件头部12通过三个弹簧加载球体48时将其压住。在这移动期间，与预穿孔58及纵轴50保持同轴的铆接模54的冠顶区64会被压入金属板构件的材料里，导致该金属板构件的材料一方面会被挤入闭合区20内，另一方面也会挤入凹口28内，因而在元件10和金属板构件52之间产生一种可靠的铆接效果，从而共同形成一个构件组件。

铆接模54的冠顶区最好采用如图7所示的形状，亦即这冠顶区具有一个环状波浪形的端面，该端面具有若干在轴向延伸的隆起部72及下凹部74，以供金属板材料产生塑性变形。使用铆接模时，该隆起部72用来驱使金属板料进入元件10头部12下侧的凹入区20。下凹部74则于肋条22的径向朝外延伸部位所在的位置与金属板构件接触，以便使金属板材料在这肋条区域不会发生显著变薄情形。

由于金属板材料是被夹在铆接模和元件10头部12的下侧之间，所以金属板材料也会被强制挤入凹口28内，因而产生想要的形状互锁式接合效果。相对于铆接模的隆起部及下凹部，因为元件10到时会试图以最省势能的方式转动，所以不需采取特殊措施促使元件与其保持角度校准关系，以致只要选择一种可让铆接模54的隆起部72与凹入区20校准的位置，亦即利用元件在定位程序当中轻微的自动转动便可达到必要的校准。

如图8和9所示，但从图9更可清楚看出，由于铆接模的设计，因而远离元件10头部12的那一远距侧设有一道至少基本与元件10纵轴35保持同轴延伸的凹槽，该凹槽可以是个断续凹槽。尤其在铆接模具有如图7所示形状时，这凹槽具有一个波浪形的基面。然而，该波浪形基面的波峰部不可从金属板构件的下侧71伸出、从而确保为准备固设到金属板构件上的物品提供一个平整的基座。但是，该物品若为一个电子终端时，则不在此限。在这种情况下，波浪形基面的波峰部可以从金属板构件的下侧伸出，确保使该终端处具有较高的表面压力，亦即具有较佳的接电效果。

然而，除带螺纹的螺栓外，本发明亦可构成其它不同的元件。例如，可考虑采用轴承套管形式的元件10。也就是说，螺纹可用圆柱形支承表面予以取代或补充。或者，此种紧固元件可以是个具有中空轴杆部的螺帽元件。

上述头部以及该头部与金属板构件的铆接特点亦可毫无限制地适用于螺栓元件。下面将配合图10～15详细说明。图10～15中所示元件凡在图1～9中可见到的均使用相同参照数字，另因前述说明亦适用于图10～15，所以具有相同参照数字的部件或功能在下文中大部分可以略去，仅就不同处予以详细说明。原则上，共有三大不同处，分别是：

a)螺栓元件10远离头部12那一远距端100的设计，

b)金属板构件利用这远距端100予以穿孔，

c)以略加修改的模具形状而于穿孔周围形成一卡圈。

从图10中可明显看出，螺栓元件10远离头部12的那一远距端100具有一个符合德国工业标准(DIN)78规范的所谓的Ka形状。也就是说，该远距端100代表一个套管状的凸伸部101，其外径略小于螺纹14的核心直径，并经由一截锥形区段102与螺纹14结合，同时这截锥形区段的锥形角度朝着螺纹14方向以90度的角度逐渐扩大。

不同于DIN 78规范的标准Ka形状，套管状凸伸部101的周边设有若干与纵轴保持平行的楔形凹槽106，该凹槽的深度(朝径向测量)从轴杆部16的端面104起逐渐减小，并在锥形区段102的起点处变为零。

螺栓元件端部的基本Ka形状本身让人一看便明白，但它通常用于一种相当不同的用途，亦即利用一种自动拧螺丝装置而能接装到一螺帽上。楔形凹槽则是本发明的一项设计特征，不应与有时设在螺栓的螺纹柱下方以供脱漆用的纵向凹槽弄混淆。楔形凹槽的数目在本发明并不重要。然而，该凹槽106较宜设成奇数，例如三或五个。

各凹槽的剖面均属于具有90度斜角角度的V型，其中一边的表面，例如图10中的侧边表面108，位于一径向平面上，另一侧边表面则与这径向表面108形成一角度。V型凹槽的基底相对于纵轴宜保持约10度的斜角角度。

从平面图观看，亦即从图10纵轴50的方向观看，凹槽因为深度浅而显得相当窄。应注意的是，在单单Ka形状便已足够的情况下，这种凹槽或其它的缺口特性对一般强度的金属板并不重要。然而，这种凹槽或其它的缺口特性对高强度金属板却有助益，因而已逐渐被用在汽车生产上。套管的端面宜平整，并与元件的纵轴保持垂直。不过，它也可以稍凸或稍凹，其中凸形又优于凹形。

虽然图10的设计代表一较佳实施例，但亦可采用其它实施例。例如，图10的凹槽106可改为肋条。在这种情况下应将这些肋条设在与螺栓元件的纵轴50保持同轴的一圆圈内，且该圆圈的直径应小于螺纹14的核心直径。

端面104也可以稍凹或稍凸，另外也可以改成尖点，例如一种符合DIN 78规范的ASP尖点。然而，若是螺栓元件在被导引时未与金属板构件确切保持垂直，即会发生问题而不宜使用这种尖点形状。如果螺栓元件在定位头里稍微偏斜一点点，那么该螺栓元件作成尖点形状的一端即会被压入金属板构件里。其后便无法再矫正螺栓元件的这种偏斜情况，亦即采用一端弄尖的螺栓元件时，应以能满足安装过程的各种要求为限。

现将参照图12～15，详细说明螺栓元件10装入金属板构件内的前后顺序，而图11所示则为螺栓元件10与金属板构件52经加工完成后的构件组件。

图12所示为图中未示的一种其内设有定位头38及铆接模54的压机，在加工行程当中使螺栓元件10置入定位头38中的情形。这时定位头38固定到压机的上方工具(未显示)或中间板(未显示)上，并已被往下驱动，使金属板构件52夹在定位头38端面和铆接模54所属对置端面之间。如图所示，铆接模54端面处可依图7形成的环状凸起部64对金属板构件造成一个略微往上隆起的部位。等压机在加工行程当中进一步闭合时，柱塞42就会更往下移，而定位头如阴影线所示的部分相对于压机的上方工具或中间板，则会具弹性地往后偏动。如图12所示的柱塞42，业已下移到使螺栓元件端面104刚与金属板构件52接触的程度。从图12可看出，螺栓元件套管状端部101的外径大大小于铆接模端面处之锥形环状凹口112的内径。

也就是说，螺栓元件端部100处具有切割作用的套管状凸伸部101会与位于该切割凸伸部及下方铆接模54之间的金属板构件52接触，其中铆接模与螺栓元件之中心纵轴50保持同轴对准的关系。

铆接模的锥形环状凹口122经由一环状平整凸肩113而与一个直径小于锥形环状凹口112内径、但却比螺栓元件的外螺纹直径约大0.1mm的区段114结合。有关锥形环状凹口112的精确形状，将在后面的图21及21A中予以显示。从锥形凹口到平整凸肩的过渡区可以是圆形。此外，尤其(但并非必然)在采用尖端穿孔形式的模扣54时，从环形凸肩113到孔口114的过渡区可以改用圆形凸肩取代直角。此举对螺栓元件10的导引特别有益。

铆接模54是以一种已知方法被保持和固定在一冲压/成型工具或压机内。

图12A所示的定位柱塞已进一步下移，而螺栓元件的尖端也已将金属板压凹卡入模扣54的锥形凹口112内。这时金属板的应力数值已增加到只差一点便可达到刺穿该金属板构件52所需的程度。于此阶段，卡圈120至少已被执行了一部分。柱塞42只需再往下略微移动便可达到图13所示的位置，届时受到压机上方工具的冲击运动所产生的力F的影响，螺栓元件就会从金属板构件52上切掉一片废料116。等从金属板切掉这废料时，该金属板位于紧固元件下方的部位就开始形成一个锥形。其后当紧固元件的锥形部102(图10)被驱动而穿过这锥形板片部，并因而在这成型金属板构件中产生一种管状变形，即一卡圈120，且这管状变形在朝着铆接模的自由空间118方向时，此锥形即被拉伸和/或扩展。从图13A的放大图可看出，废料116的侧缘很粗糙，这也适用于卡圈120，即管状部朝下的端面很粗糙。此外，由于废料116是从金属板构件未受支撑的部位冲压出来，所以略呈碟形。

然而，在图中却见不到楔形凹槽也使金属板构件产生的缺口、切口或裂缝。因为它们会在截锥形区段102的作用下进一步裂开，减低金属板构件在卡圈部位变形所需的力，所以十分具有助益。利用这方法，施加给螺纹的力便已被减低，以致毋需担心螺纹是否会受损。

根据图14，由于(与柱塞42铆接之)上方工具的下移动作会使柱塞42相应而跟着下移，所以螺栓元件也已移入具有导件作用的铆接模的孔口124内。这样，它就会使图13所示之管状区段进一步扩展，并会以一种形状相匹配(form-fitted)的方式将其大致成型及嵌入铆接模的环状凹口112内。

金属板材料的这种成型，主要是以螺栓元件的前二道螺纹圈造成。这些螺纹圈可采用已知的热处理法，使其与强度等级约在例如8.8的后续螺纹圈比较，实质上变得更硬和具有更高的强度。凭着这种增进的强度便可避免发生螺纹受损的情况。本专业技术人员均知螺栓元件的前几道螺纹圈该硬化，尤其对自攻螺栓。利用已知的方式也可达到这种增进强度的目的。

如图14所示，经冲孔切掉的废料116从铆接模54的自由空间118掉落，并可利用已知方式予以处理。

在图15所示的阶段，压机的工具正移动通过下方的死点。由于铆接模54与螺栓元件10之头部下侧形状互相配合，所以金属板材料与螺栓元件10的头部12便产生一种如前参照图1～9所述的形状相配式锁定效果，而这种铆接或锁定接合若与早先德国第P4410475.8号专利申请案中由一预穿孔金属板构件及螺栓元件所形成的构件组件相比，有助于发挥较高的强度。理由在于本发明所述卡圈120能在重要部位提供材料，而这材料在压机闭合所发生的变形期间，能以更周全的方式被挤入环状凹口及螺栓元件的闭合区内，从而能在这部位达到一种较高的以致有利于接合强度的永久应力。

设于铆接模端面处的凹口112的锥形形状，有助于使金属板材料径向移入螺栓元件头部正下方的几道螺纹凹槽内。设于铆接模端面处的环状凸起部64则可促使金属板材料径向移入闭合区内，而这环状凸起部的侧面有助于促使金属板材料卡入用以界定螺栓元件10轴杆部16之凹口的若干螺纹圈里。至于设在锥形凹口底部的凸肩113，不但有助于金属板材料的径向及轴向移动，也可协助限制径向变形的卡圈的轴向范围，使其不会妨碍将在下文中参照图24和25予以说明的另一金属板构件或一螺帽的接装工作。

将压机开启，取出金属板构件以及铆接于其上的螺栓元件后，即可获得图11所示的构件组件。

应注意的是，如果是厚度约在2.25mm以下的薄金属板，宜从德国第P4410475.8号专利申请案所建议那种螺栓元件用于一种预穿孔的金属板构件，或对准备与一径向凹槽或与一道以上螺纹圈接合的金属板采用其它任何扣件，另外为了阻止被推出，可在这金属板构件远离紧固元件头部的那一远距侧设一卡圈。

在穿孔作业期间利用如一种适当成型的穿孔冲头(例如一种与前述尖端穿孔螺栓的端部类似件)便可轻易形成的这种卡圈，在形状上与图11，14和15所示的卡圈120相同或近乎相同。当另一元件被定位到设有该卡圈的预穿孔时，这卡圈的材料就会按照如图14和15所示的方式受到挤压，因而朝着径向卡入紧固元件的径向凹槽或螺纹圈里，以致产生一种防止被推出的阻力。此外，这种设计还有另一优点。以往，某些力量或施力构件常会对紧固元件的纵轴施加横向影响，利用一种“解扣”作用，亦即如图11中朝着方向K所施加的力，试图将这紧固元件从金属板中撬出，但因本发明的卡圈与螺栓元件之间朝轴向卡合了一段长度，所以紧固元件与金属板之间产生的接合便对这类横向影响力或施力构件具有甚高的耐抗阻力。常规元件对这类杠杆撬出力的耐抗阻力相当低，不过本发明的构件组件，即如图11所示的紧固元件与金属板的组件，却对此类力具有显著提高的耐抗阻力。有关配置一预穿孔的本发明的用法将在下文中参照图16～21A予以简要说明。

应注意的是，图11～15中所示实施例中的紧固元件，是以一种在图12所示环状凹口112径向外侧设有一个与其保持同轴之环形鼻部的模扣来执行定位工作的。这环形鼻部可以具有如图7所示的形状，或可以是一种规律不变大致像屋顶形剖面的环形鼻部64，例如像图15或详如图21和21A所示的那样。

还应看到：环状凹口112的圆柱壁面115朝着背离紧固元件头部的方向略微偏斜成锥形。在压机闭合及螺栓元件定位的期间，即紧固元件铆接到金属板的期间，这锥形表面有助于使卡圈120的材料径向朝内变形而卡入径向凹槽或螺纹圈里。凹入区20的成型表面，即角度α(图3)也有助于促成金属的这种移动。此外，环状凹口112基底的径向表面113能在紧固元件装妥后确保卡圈平整，并确保卡圈材料的轴向凸伸程度不会在另一片金属板构件以螺栓锁合到第一片时产生令人不满意的接合。另外，表面113因为确保卡圈材料不能朝着背离紧固元件头部的方向轴向偏离，所以有助于卡圈材料的径向变形。

另外，表面113亦有助于确保变形的金属板料填满凹入区20。若在插入紧固元件之前先形成卡圈120，该卡圈的内径宜等于或略小于紧固元件在径向凹槽或最后几道螺纹圈之部位的最大直径。以预穿孔作业产生的这种卡圈，也有利于促使紧固元件在插入该预穿孔期间的定心工作。

应注意的是，如果是厚度约在2.25mm以上的厚金属板，模扣即用类似方式成型，以便也能在此处产生一个从金属板构件背离紧固元件头部那一平面凸起的卡圈，尤其是使用前述具有一环形鼻部64的模扣时，不论薄或厚金属板构件，都能达到耐抗撬出的良好性能。

此外，不论薄或厚金属板构件，卡圈120的外形都略呈圆锥状，因而在将另一金属板构件置于紧固元件轴杆端之上以便夹紧到金属板构件52上时，易于使其定心。

最后应注意的是，肋条22的径向延伸部不必完全限于固定在凹入区20，可以改为只沿着该凹入区的径向边界的路线延伸。

现将参照图16～21A详细说明如何用一卡圈将螺栓元件确切固定在一预穿孔金属板的孔洞内的情形。

图16所示的金属板构件52，其内设有一个平整的圆柱孔58。这孔洞可用如冲孔或钻孔方式作成。该金属板的厚度S大于2.2mm。若是金属板的厚度大于2.25mm，那么金属板只要穿出一个简单的圆柱孔58便已足够以制备该板。

若厚度为等于或小于2.25mm的金属板，便要以一种形状如图17所示的穿孔冲头200在这金属板上冲出一个带有环状卡圈120的孔洞58。如图所示，该穿孔冲头200的前端具有一个圆柱形套管202，且这套管202设有一个与穿孔冲头的中心纵轴206保持垂直的平整端面204。设于这个前端面204与套管202圆柱形壁面的交叉处的圆形边缘是一道刃口。圆柱形套管202后方则设有一凸肩210。该凸肩的圆形边缘212构成通往穿孔冲头之较大直径圆柱部214的过渡区。

孔洞58的冲孔作业是利用一种模扣214来执行，图19的纵剖面图显示出该模扣面对穿孔冲头的端面。如图所示，此模扣具有一个以C表示其直径的圆柱形中心孔，该中心孔从模扣214的前端面经由一曲面凸肩216而与该模扣的平整端面结合。图18亦显示出这对应尺寸C，从该图可看出它与大体为圆锥形的卡圈120的最大外径相当，同时曲面凸肩216已在卡圈与金属板构件52平面结合的那一点形成一个对应曲面218。

由图中亦可看出，孔洞58的直径D只比穿孔冲头200的圆柱体214的直径略大一点。

穿孔冲头200的作用及其与模扣214的配合运作，与如前参照图12～15所示及上述尖端穿孔法所发生的情形十分类似。

开始时先以直径明显大于穿孔冲头200之圆柱形套管202直径F的模扣214支承住金属板，再以圆柱形套管202执行冲孔工作。这样做也会如图12A所示，于冲出废料(未显示)前先将金属板弄凹。其后，带有曲面212的凸肩能补全这金属板构件的孔洞的成型工作，从而产生如图18所示的形状。从图中可看出，卡圈的高度H及边缘形状并未特别规定，它们只是在穿孔冲头与模扣的配合运作下所自然产生的。这表示卡圈的端部会如图18所示，呈现略微不均匀的情形。

不论金属板构件52的精确厚度S是多少，卡圈的高度H通常至少为1.5mm。直径D则设成仅比所用螺栓元件之螺纹的公称外径略大一点，例如约大0.1mm。

图20所示为以下面将参照图22及23予以说明的一种优选类型的螺栓元件，它利用如图12所示定位头38与详如图21所示模扣配合运作而被压入金属板构件52后所形成的构件组件。图21A为以放大形式显示出的模扣54端面的精确形状，该图实际所示部分即为模扣54在图21中以圆圈圈出的部分。

从图21及21A中可看出，模扣设有一个环形鼻部64，该鼻部大致为带有若干斜侧面的屋顶形状，其中外侧面222与模扣的平整端面224结合，偏斜的内侧面226则在模扣的中心孔114范围内与一圆柱形凹口228结合。斜侧面226会造成如前面参照图12～15所述的一道锥形凹口。从图中可看出，圆柱形凹口228的底部具有一个平整凸肩113，使用时可接触图18所示卡圈120的端部，以便在螺栓元件10被装配妥当时，能决定卡圈的最大轴向凸伸范围。

从图20之构件组件被圈出的部分(这部分围住穿过该组件的部分纵轴区段)可看出，卡圈120以图21A中平整凸肩113所界定的一个水准230作为尽头。由于卡圈与相当大的一段螺栓元件10卡合，所以这个水准230能对金属板构件52提供相当的支撑。图20也清楚显示出由模扣54的环形鼻部64所形成的环状凹口232。如图所示，金属板材料已被弄变形以致可填入位于螺栓元件10的头部下方的凹入区20里，卡圈120则已被径向推动成与螺栓元件10头部正下方的螺纹卡合。卡圈的厚度通常是从环状凹槽232的基底朝着已变形卡圈远离螺栓元件头部12那一轴向端逐渐变细。

在此应指出的是，若使用较厚的金属板构件52，即S大于2.25mm，即采用形状与图21和21A所示相同的模扣54，这样会使金属板在与螺栓元件的卡合区所形成的形状跟图20所示的极为相似，亦即在模扣54与对螺栓元件10施加作用的定位头的互相配合运作下，金属板会产生塑性流动，因而在此情况下也会形成一个卡圈。

图22是螺栓元件10的头部12和轴杆部16在邻接该头部12的部位的优选设计的放大侧视图，其中有部分呈纵剖面。

图23是朝着图22中箭头XXIII的方向所观看的视图，由该图可清楚看出凹入区20大致属于扇形，跟图1所示大致为方形的形状颇不相同。在此共有六支肋条22，这些肋条22用以作为凹入区20边界的径向部分是朝着背离螺栓元件10的纵轴50的径向逐渐变细。另外，该肋条22也有沿着螺栓元件10的轴杆部16轴向延伸的部分，而其延伸长度L则视螺栓的精确尺寸而定，以5mm的公制螺栓为例，此延伸长度等于0.5厘米。

螺栓的螺纹14是在螺栓元件经冷锻头加工而形成其余部分后，再被轧制到该螺栓元件的轴杆部16上。如图所示，准备容置螺母的螺纹，其直径为G，但持续至约有三道螺纹圈的部位234时，就变成略大的直径H。部位234中的螺纹直径也可以弄得再大一些，以便使它们变得比其余螺纹略硬。只要采用前述有关在尖端穿孔实施例中对邻接螺栓尖端之前几道螺纹圈加以硬化的热处理方式，便可做到。图24详细示出：螺栓元件装入一金属板构件52所形成的构件组件的部分纵剖面，其中还另有一片金属板构件236，以一个螺帽元件238与螺栓元件10轴杆部16的螺纹圆柱体14旋合，以此将金属板构件236固接到金属板构件52上。

图24亦清楚显示出设在金属板构件52上的环状凹口232，和已被径向变形而与部位234中2到2-1/2道螺纹卡合的卡圈120。

如图所示，另一金属板构件236设有一个可供装配到径向变形卡圈120上的中心孔240，该中心孔240与卡圈120之间稍微留有一道间隙。螺帽238是汽车工业目前所用的典型螺帽，并具有一个与其结合以供分散载荷的凸缘242。在螺帽孔的螺纹部的邻接处尚有一切角部246。通常，该螺帽还会有一个多角形的外表面248，以供扳手扳转。

尽管环状凹槽232表示一种空隙，但仍为螺帽和螺栓元件之间载荷传递部位的甚为适当的接触区，以便将表面压力保持在预期的构件会产生永久变形的限值内。

图25基本上与图24相似，但它表示的为相对于螺栓元件的纵轴50(未显示)、将图24的同心方式改为偏心方式设置另一金属板构件236的情形。与图24比较，从螺栓元件一边的较大间隙250即可看出这种偏心设置情形。因为各种公差的考虑，尤其是必须用一个以上螺栓元件装配这另一片金属板构件236时，所以在实践中都有可能采用此种偏心安排。由螺帽、螺栓和两片金属板构件所形成的这种夹合组件，已显示出在有关离心率及孔洞尺寸方面预期的正常公差范围里，能将其表面压力保持在容许的限度内。有趣的是，与其它已知的紧固件比较，只要螺栓元件的头部直径采用合适的尺寸，亦可达到这个目的。

从图24及25也可看出，金属板构件52的夹合部位并未变薄，该金属板构件52与螺栓元件10的头部12的整个下侧也有良好的贴合。此外，卡圈120轴向延伸超出金属板构件52与螺栓元件头部相对的那一表面。这种朝着轴向越过螺栓相当一段长度和在若干螺纹圈内造成的延伸卡合，确保了螺栓元件具有能耐抗推出或撬出的极佳阻力。此外，因为凹入区20已被金属板构件52充分填满，以致该金属板构件52与肋条22之间完全卡合，从而产生良好的耐扭出力，所以螺栓元件也具有十分良好的耐扭出力。

可以看出：各图中凡参照数字相同的均指共同部件或具有共同功能的部件。

如德国第P4429737.8号专利申请案中所述的定位头或方法，尤其适用于插装按本发明而构成的螺栓元件。

另外，本发明所述的元件通常是一种中碳钢制成，例如德国工业标准DIN 1654所规定的35B2中碳钢，相当于美国的S 1035钢材。

Claims (51)

1.一种将具有一头部，一轴杆部和在该轴杆部至少设有一径向凹槽或多个螺纹圈(28)的螺栓或紧固元件接合到一金属板构件(52)上的方法，该方法是在金属板构件上预先形成一孔洞或用远离头部的那一尖端在金属板上冲出一个孔洞，其特征在于预穿孔或冲孔使金属板构件远离上述紧固元件头部的那一远距端形成一卡圈(120)，使该卡圈(120)的材料径向朝内变形而卡入上述径向凹槽或螺纹圈(28)内，

2.如权利要求1的方法，其中上述径向变形是用一模扣达到的，模扣具有围绕上述卡圈锥形凹口(112)，上述锥形凹口(112)的基底部(113)在卡圈(120)经变形而与上述元件卡合时，用以限定该卡圈的轴向最外端。

3.如权利要求2的方法，包括下列各步骤：利用一定位头将紧固元件前部上述尖端导引穿过金属板构件(52)或穿过可变形材料构成的另一板片状构件，其中上述轴杆部远离头部(12)的那一远距端(100)在定位头(38)的作用下将金属板构件(52)穿孔，在金属板构件上穿透时形成一废料(116)，其特征在于通过弹出废料(116)，利用设在螺栓元件轴杆部(16)的螺纹(14)的穿过而将金属板构件(52)的孔洞扩大，同时让设在扣模侧的孔洞周围的卡圈(120)逐渐扩张。

4.如权利要求3的方法，其中在上述金属板构件穿孔期间所形成和围绕在模扣侧孔洞周围的卡圈(120)，会在上述轴杆部穿过该孔洞时被渐渐扩张。

5.如权利要求3或4的方法，其特征在于轴杆部(16)远离头部(12)的那一远距端(100)不但可用来将废料(116)从金属板构件(52)推出，亦可用来在孔洞的周缘产生至少一个，但最好为若干个和特别是奇数个的缺口，或至少基本为径向的切口或裂缝。

6.如权利要求3，4或5的任一项的方法，其特征在于是以一个螺栓元件(10)对上述金属板构件穿孔，该螺栓元件在其远离头部(12)的那一远距端(100)设有一个套管状凸伸部(101)，而上述凸伸部的直径略小于螺纹的核心直径。

7.如权利要求6的方法，其中上述套管与上述螺纹邻接的一个锥形渐扩部用于上述孔洞的初始扩张。

8.如权利要求7的方法，其中设于上述套管状凸伸部(101)的成形部件(106)用来对上述孔洞的周缘施加一种切割作用。

9.如上述权利要求任一项的方法，其中上述模扣在其围绕着上述锥形凹口的端面处设有一环形凸出部，另设有若干斜面，以便将上述金属板构件往上压入设在紧固元件(10)头部下方的一凹口内，并径向往内朝着轴杆部压入从头部到轴杆部的过渡区内的上述径向凹槽内。

10.一种能以铆接方式而被插入一金属板构件(52)内的紧固元件(10)，尤其是一种螺栓元件(10)，该元件(10)包括一轴杆部(16)和与其结合的一头部(12)，以便特别可用以实施如权利要求1到9的任一项的方法，其中对金属板构件的铆接发生在头部(12)的区域，配备螺纹的轴杆部(16)是设于远离头部(12)的那一远距端，以便冲穿金属板构件，其特征在于轴杆部(16)远离头部(12)的远距端设有一个外径小于轴杆部的核心直径的套管状凸伸部(101)，该轴杆部最好设有螺纹，而套管状凸伸部(101)设有至少一个，但最好为若干个和特别是奇数个的切割部件(106)，以便在冲穿金属板构件时，能使孔洞周缘的对应部位略微形成缺口或裂缝。

11.如权利要求10的螺栓元件，其特征在于套管状凸伸部(101)经由一截锥区段(102)而与螺纹结合，该截锥区段最好为一个约90度的锥角。

12.如权利要求11的螺栓元件，其特征在于切割部件(106)是由若干凹槽形成，该凹槽朝着凸伸部(101)的纵向延伸，其剖面为V型，深度则顺着轴杆部的轴向而朝着螺纹方向渐减，且最好在螺纹的前方变为零，同时各V型凹槽的一侧壁(108)最好位于一径向平面上。

13.如权利要求11的螺栓元件，其特征在于切割部件由套管状伸出部上方的若干纵向延伸的肋条所形成，该肋条宜位于与螺纹保持同轴的一圆圈内，该圆圈的直径则小于螺纹的核心直径。

14.如权利要求10到13的任一项的螺栓元件，其特征在于套管状凸伸部具有一个所谓的且符合德国工业标准(DIN)78规范的Ka形状，或Asp形状。

15.如权利要求10到14的任一项的螺栓元件，其特征在于轴杆部远离头部(12)的那一远距端面(104)是至少基本与螺栓元件的中心纵轴保持垂直的表面，但可选择性地使其略呈凸面或凹面。

16.如权利要求10到15任一项的螺栓元件，其特征在于螺纹(14)的前几道螺纹圈加工成比后续的螺纹圈硬。

17.如权利要求10到16任一项的螺栓元件，其特征在于螺栓元件的头部(12)是按德国第P4410475.8号专利申请案所形成，尤其该元件(10)作为一接触表面的凹形下侧设有若干周边闭合区，该凹入区至少有部分是以背离轴杆部(16)朝外延伸的肋条(22)为界，该肋条(22)的轴杆侧端(24)以凸起形式沿着轴杆部(16)延伸，并在远离头部(12)的那一远距端(26)与至少一道绕着轴杆部螺旋延伸的凹口(28)结合。

18.如权利要求17的螺栓元件，其特征在于元件的轴杆部(16)的凸起肋条(22)所在部位与该轴杆部(16)远离头部(12)的部位相比，直径较大，而这直径较大部位设有至少一道凹口(28)。

19.如权利要求17或18的螺栓元件，其特征在于周边闭合区(20)在邻接轴杆部(16)的地方具有最深的深度。

20.如权利要求17到19任一项的螺栓元件，其特征在于与头部的接触表面(18)比较，对闭合区(20)的面积比例的选择是以考虑过材料的匹配性后，能在防止转动和耐抗非极限的表面压力方面发挥良好效果为原则。

21.如权利要求17到20任一项的螺栓元件，其特征在于闭合区(20)的径向外边界以头部(12)的一周边表面(30)为界。

22.如权利要求17到20任一项的螺栓元件，其特征在于设在头部(12)的接触区且宜朝径向延伸的肋条(22)径向往外逐渐变宽，并未断续地与头部(12)接触区(18)的一周边表面(30)结合。

23.如权利要求17到22任一项的螺栓元件，其特征在于肋条(22)的数目最好在6到8之间。

24.如权利要求17到23任一项的螺栓元件，其特征在于从平面图观看，闭合区(20)至少基本为方形。

25.如权利要求17到24任一项的螺栓元件，其特征在于闭合区(20)的基底表面至少基本位于一个斜角(A)最好为130到140度的锥形表面上。

26.如权利要求17到25任一项的螺栓元件，其特征在于头部(12)远离接触表面(18)的那一远距侧设有一个与元件纵轴保持同轴的定心凹口(34)。

27.如权利要求17到26任一项的螺栓元件，其特征在于元件(10)具有螺纹(14)，并由一道螺纹凹槽形成至少一道螺旋凹口(28)。

28.如权利要求8到27任一项的螺栓元件，其特征在于该元件是个功能部件，例如是一个轴承套管。

29.一种铆接模，尤指与权利要求8到28任一项的螺栓元件合用的铆接模，其特征在于为使金属板材料产生一种塑性变形，该铆接模具有一个周向延伸的波浪状端面，该端面具有若干朝着轴向延伸的隆起部(72)及下凹部(74)，或该铆接模的端面处设有一屋顶状的环形壁，且这端面具有一个直径大于螺纹外径的中间环状凹口，该凹口可经由一环形凸肩而与只比螺纹外径略大一点的一个较小直径结合。

30.如权利要求29的铆接模，其中上述中间环状凹口具有一壁面115，该壁面的直径朝着螺栓元件插入方向逐渐变细。

31.如权利要求29或30的铆接模，其特征在于上述环状凹口在与远离屋顶状环形壁的那一远距端设有一环形阶梯部。

32.一种包括一金属板构件(52)及一螺栓或螺母元件(10)的构件组件，该元件(10)在其邻近头部的轴杆部具有一径向槽或一个或多个螺纹圈，尤其适合上述权利要求10～28的一个中描述的螺栓构件，其中，金属板构件(52)的材料至少有部分被塑性变形而卡入凹入区(20)内或至少一个凹口(28)内，其特征在于：金属板在远离上述头部侧具有一环形卡圈(113)，上述环形卡圈被径向朝内变形而卡入上述径向槽或上述一个或多个螺纹圈(28)内。

33.如权利要求32的构件组件，其特征在于上述卡圈的径向外轮廓及从金属板构件的邻接面伸出的凸出部，其选择成在一螺母元件被旋合到上述轴杆部，以便将第二片金属板构件固设到第一片金属板构件时，至少远离金属板构件的那一远距端位于该螺母元件的一凹口内，或顶多刚接触到该凹口，而上述第二片金属板构件则有一个能与上述卡圈周围的间隙配合的孔口。

34.如权利要求32的构件组件，其特征在于金属板构件(52)设有一凹槽(80)，该凹槽从头部(12)接触表面(18)相对的那一侧开始朝着基本与元件纵轴保持同轴的方向延伸，且该凹槽有选择性地使其中断。

35.如权利要求34项的构件组件，其特征在于凹槽(80)具有一个波浪状的基底表面(81)。

36.如权利要求34到35的构件组件，其特征在于从金属构件(52)所在平面凸起的那些区域设在一断续凹槽(80)的各凹槽区段之间，以便用于电接触。

37.如权利要求32到36的任一项的构件组件，其中上述卡圈(120)具有一个朝着背离头部(12)的方向逐渐变细的锥形外表面。

38.一种将紧固元件接装到一可塑性变形金属板片上的方法，该紧固元件包括一轴杆部和与该轴杆部结合并从其一端径向延伸的头部，该轴杆部在上述头部的邻接处设有一径向凹槽，上述方法包括下列各步骤：

在上述板片上形成一开口，该开口的直径约等于或大于紧固元件的轴杆部，但小于其头部的直径。

使上述板片开口周围的部位变形而卡入从该板片凸伸出的一个约成锥形的部位，该锥形部在上述板片开口处的直径较小；

使上述紧固元件的轴杆部从板片与凸伸锥形部相对的那一侧穿过板片开口，和

接着使上述板片锥形部变形而卡入与紧固元件轴杆极为相似的一个约成管状的部位，以此支撑该轴杆部，和

使上述管状部径向朝内变形而卡入上述轴杆部的径向凹槽，以此防止上述紧固元件从板片开口退出。

39.如权利要求38的将紧固元件接装到一板片上的方法，其中上述紧固元件的轴杆部包括一个约成圆柱形且外表面大致平滑的自由端部，而上述方法则包括驱使该自由端部抵住上述板片，因而使该板片变形而形成上述锥形部的同时，可从该板片穿出一废料而形成上述板片开口。

40.如权利要求39的将紧固元件接装到板片上的方法，其中上述紧固元件圆柱形自由端部的直径小于轴杆部，该轴杆部包括一个径向朝内延伸到上述圆柱形自由端部和大致成锥形的部位，上述方法包括先驱使该轴杆部的圆柱形自由端部穿过如权利要求39的板片，再驱使上述紧固元件轴杆部的锥形部穿过上述板片开口，使这板片开口扩大，并在同时将上述板片锥形部拉入板片管状部，然后使这板片管状部径向朝内变形而卡入上述轴杆部的径向凹槽内。

41.如权利要求40的将紧固件接装到板片上的方法，其中上述轴杆部的圆柱形自由端部包括若干大致纵向延伸和彼此隔开的凹槽，该凹槽在这圆柱形自由端部的圆柱形表面的邻接处设有相当锐利的边缘，上述方法则包括驱使该圆柱形自由端部抵住上述板片，将该板片扯裂及穿孔，形成上述板片锥形部并在板片开口周围具有一道扯裂的断续边缘，然后使该断续边缘径向朝内变形而卡入上述轴杆部的径向凹槽内。

42.如权利要求40的将紧固件接装到板片上的方法，其中上述轴杆部设有外螺纹，上述径向凹槽与头部邻接的部位设有至少一道阳螺纹，上述方法包括使板片管状部径向朝内变形而卡入该道阳螺纹所界定的凹槽内。

43.如权利要求40的将紧固件接装到板片上的方法，其中上述轴杆部的径向凹槽与头部隔开，上述方法包括使板片管状部的那端径向朝内变形而卡入轴杆部的径向凹槽内。

44.如权利要求38的将紧固件接装到板片上的方法，其中上述紧固元件头部包括一道大致邻接轴杆部的凹槽，上述方法包括在上述与板片隔开的板片锥形部经变形而卡入头部凹槽内的同时，使该板片部径向朝内变形而卡入紧固元件轴杆部的径向凹槽内。

45.如权利要求38的将紧固件接装到板片上的方法，其中上述紧固元件轴杆部包括一道邻头部的第一径向凹槽，另设有外螺纹，该外螺纹包括与第一径向凹槽邻接的前几道阳螺纹，该阳螺纹的直径大于轴杆部其余的螺纹，而上述方法则包括使上述板片管状部径向朝内变形而卡入该第一径向凹槽和由上述前几道阳螺纹界定的若干径向凹槽内。

46.如权利要求45的将紧固件接装到板片上的方法，其中上述方法包括在把上述紧固元件接装到板片之前，先将邻接径向凹槽的前几道阳螺纹予以硬化。

47.一种用以接装到一可塑性变形金属板片上的阳螺纹式紧固元件，包括一个大致为圆柱形并具有一自由端的轴杆部，和一个从这轴杆部一端径向延伸并与轴杆部结合的扩大头部，上述轴杆部在邻接自由端部的部位设有外螺纹，而自由端部则具有一个相当平滑的圆柱形表面，该圆柱形表面包括若干道大致纵向延伸的切割凹槽，该凹槽在与平滑圆柱形表面的邻接部位则设有若干相当锐利的刃口。

48.如权利要求47的阳螺纹式紧固元件，其中上述平滑圆柱形自由端部的直径小于外螺纹的直径，上述轴杆部包括一个相当平滑的锥形部，该锥形部从螺纹部延伸到自由端部的相当平滑的圆柱形表面处。

49.如权利要求47的阳螺纹式紧固元件，其中上述轴杆部在与头部的邻接部分设有螺纹，该螺纹包括与头部邻接的前几道阳螺纹，该阳螺纹的直径小于轴杆部的其余螺纹，是相对于其余螺纹，上述头几道螺纹经过硬化处理。

50.如权利要求47的阳螺纹式紧固元件，其中上述头部包括一道围绕在轴杆部周围的凹槽，该凹槽成角度地往内延伸至轴杆部。

51.如权利要求50的阳螺纹式紧固元件，其中上述轴杆部在与头部邻接的部位设有一道相当平滑的径向凹槽。

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