CN1474733A - 一种制造盲孔螺纹插入件的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用金属制造盲孔螺纹插入件的方法，该方法包括下列步骤：除了内螺纹之外，通过冷成型工艺至少部分形成所述插入件；形成内螺纹；将插入件的适当的部分退火以促进其在之后的安装过程中出现变形。
Description
本发明涉及一种用金属制造盲孔螺纹插入件的方法，该插入件被插入一个工件中并被径向地膨胀以与该工件锁紧。在本文中，“盲孔”表示该插入件只能通过所述工件的一侧被安装。这样的盲孔插入件在制造业中是已知的并且可在市场中买到，例如，名为“Avdel Large FlangeHexsert”和“Avdel Thin Sheet Nutsert”的盲孔插入件(AVDEL，HEXSERT，NUTSERT和THIN SHEET NUTSERT是注册商标)。
盲孔螺纹插入件通常通过加工棒状物制成，或利用冷成型技术和整体退火工艺(bulk annealing process)制成。后一种制造方法提供了最经济的制造过程。在使用中当最终用户安装这样一种插入件时，该插入件适用于轻或中负载。因此，盲孔螺纹插入件不用于重负载。
本发明的目的在于提供一种新的用于生产的盲孔螺纹插入件的制造方法，该插入件适合于重负载。
在常规的制造方法中，整体退火工艺之后执行的一次冷工序的结果往往是带有螺纹部分的硬度和抗张强度有了一些增加，然而在退火之前的冷工序中增加强度的好处丧失了。
一方面，本发明提供一种如权利要求1所述的制造方法。
另一方面，本发明提供一种如权利要求6所述的制造方法。根据这种方法，在加工内螺纹之前或之后，使用了整体退火工艺，进而该有螺纹的部分被感应淬火。在该过程中，制造所述插入件的材料含有充分的碳或含有其它适应感应淬火工艺的合金元素。
本发明进一步的特征如其它的从属权利要求所述。本发明包括根据本发明的方法制造的一种插入件。
现在，通过参考附图，以实例来描述本发明的一些具体的实施例，其中：
附图1a和1b分别图示了安装入工件之前和之后的一种盲孔螺纹插入件；
附图2a，2b和2c是制造盲孔螺纹插入件的工艺流程图；
附图3a和3b，4a和4b是当一个紧固扭矩被施加于配套螺钉时，所安装的盲孔螺纹插入件的结构图；
附图6表示在所述插入件的螺帽部分的材料的硬度和相应的抗张强度；附图5a和5b图示了插入件上的具有这些硬度值的部分；
附图7图示了一种特殊类型的工件，本发明的插入件有利于在该工件中被使用；
附图8图示了一种安装在这样的工件中的插入件；
附图9图示了一种装配后的工件；
附图10和11表示沿着插入件纵剖面的硬度。
在附图1，3，4，5a，8，9，10和11中沿纵轴截面图示了所述插入件，在附图5b中沿横截面图示了该插入件，在附图5a的纵截面图中用箭头剖面线呈现了该横截面方向。
附图2a，4a和4b图示了现有技术。
在附图2a，2b和2c所示的制造方法的第1步骤中，使用一台先进的冷锻机执行该步骤。如附图2a和2c的第3步骤和附图2b的第2步骤所示的生产内螺纹的制造方法通常指辊压攻丝。这些制造方法是制造盲孔螺纹插入件所普遍使用的，并且是本领域技术人员可以知晓并理解的。
因此，首先参考附图1a，盲孔螺纹插入件11可以由附图2a，2b或2c所示的任何一种方法所生产。该实施例所示的插入件是圆柱形的且该插入件将被装配入工件19上的一个具有适合尺寸的圆孔中(附图1b)。在一些没有图示的实施例中，所述插入件的外表面12在横截面上可以是多边形的，例如六边形或正方形以被装配入与之形状相适应的孔中。
附图1a所示的插入件的1区要求具有足够的延展性以通过安装工具(未图示)的动作塑料变形以形成附图1b所示的盲孔侧的球状物13。在现有技术的制造插入件的方法中，通过对整个插入件进行退火以获得这种延展性，这种退火工艺通常为如图2a的第2步骤所示的对整批插入件实施整体退火工艺。现有技术中插入件的制造方法如附图2a流程1所示，附图1a所示的内螺纹14在附图2a的步骤3产生。在退火工艺之后通过这种方法产生内螺纹，在螺纹区域有局部的加工硬化。在整体退火工艺之后的插入件坯料的硬度值是典型地115Hv(维氏硬度值)，插入件材料为典型地含有0.1％碳的低碳钢。螺纹的这种硬化局限于螺纹表面附近的材料。如附图6的流程1的图线所示，距离螺纹表面有一个短的距离后，硬度迅速减小。如果试图在重负载下使用这种插入件，在这种情况下相配合的螺钉需要一个高水平的紧固扭矩，则由于在这部分(如图5b和图6所示)材料的强度相当低，因此如图4a所示的螺钉15被紧固到插入件中的螺纹上所产生的径向力足以导致螺母部分如图4a和4b所示的16那样的径向膨胀。这使图4b所示的螺钉17上的螺纹与插入件141的内螺纹之间的接触面积缩减。接触面积的缩减以及插入件的较低的螺纹硬度会导致螺纹在较小的紧固扭矩下失效。例如，一个具有M8螺纹的插入件在紧固扭矩约为40到45Nm时失效。
对于本实施例所述的方法(附图2b中的流程2)所制造的插入件，在线材加工过程中以及当线材通过步骤1的冷成型加工和图2b所示的步骤2的辊压攻丝加工被转化为插入件时，其材料的加工硬度被累积结果达到如图6所示的流程2的高水平的硬度。由于带退火(band annealing)步骤3(附图2b)提供了充分的延展性，以使盲孔侧球状物13无需断裂而成形，并且当螺钉21(附图3a)被紧固，甚至被加以一个非常大的紧固扭矩时，所述插入件的内螺纹部分20具有充分的抗膨胀强度，因此通过这种流程制造的一个插入件18(附图3a)可以以令人满意的方式被装配入工件19中。
例如根据本发明的一个流程制造的M8插入件，其可被一个超过70Nm的扭矩所紧固而不失效。这样的插入件可与10.9级和12.9级的螺钉的扭矩相容。
带退火加工所产生的硬度曲线可以随所选流程参数不同而不同，如带退火线圈的外形尺寸、机械力的设定和加工的时间。由于在形成盲孔侧球状物时出现了严重的塑性变形，则最好由退火区到硬化区时具有一个平缓的过渡。这一曲线如附图10所示，其中M8插入件在插入件法兰28和变形的圆柱体部分29之间的大约1.5mm距离有一个硬度的转变，且在螺纹部分30和圆柱体部分29之间在大约2.0mm距离有一个硬度的转变。
在本发明的一个进一步的实施例中，可通过如附图2c的流程3生产一个插入件，该插入件在1区(附图1a)具有必要的延展性，在2区具有可与10.9级和12.9级螺钉相容的高强度。在该实施例中，所述插入件由含碳量为典型的0.3％-0.35％的中碳钢所制造。整体退火步骤2(附图2c)产生了一个典型的硬度为140Hv。处于该硬度值，插入件具有足够的延展性以在安装过程中支撑盲孔侧球状物不断裂。流程3(图2c)中的步骤4包括如图1a所示的2区的感应淬火。如附图6的流程3的图线所示，该流程在2区产生了一个约350到400Hv的一般程度的硬度。
控制所述感应淬火工艺以使该淬火没有延伸进1区，否则在形成盲孔侧球状物时，其易于在退火-淬火结合处断裂。因此，感应淬火区域没有延伸至2区的整个长度。例如，如图11所示，对于一个M8插入件，其2区有大约0.5mm的部分没有被淬火。
这里可以通过交换附图2c中的步骤3和步骤4来改变上述实施例所述的方法。则内螺纹在感应淬火步骤之后形成。
根据流程2(附图2b)或流程3(附图2c)所制造的本发明的插入件的优点在于插入件尤其适合用于通常所说的液压成形型材的工件。如图7所示，在这样的工件中，安装插入件时插入的孔在液压成形过程中被冲压。因为这种操作是一种盲孔操作，没有在常规的穿孔中的模具，这导致了一种在孔的边缘处的材料低于工件的上表面的凹陷效果。在液压成形型材中的冲压孔的另一特征在于附图7中的冲压块23被特意地留下来并附着于原始工件上。
使用本发明的插入件的优点在下面的描述中更明显。
参看附图8，是一个穿过一盲孔插入件的纵剖面，该插入件被安装在如附图7所示的一个液压成形型材中，可以看到在孔22的周围与保留的冲压块23相遇的盲孔侧球状物131部分被该冲压块所阻碍，以致该盲孔侧球状物13不能被均匀地形成。然而，由于该插入件在这个区域内有一定的延展性，则其可以绕该阻碍物塑性变形。进一步的，在一些情况下，在孔上的凹痕效果使已安装的插入件的上表面24低于被液压成形的工件的表面25。
在该种情况下，可使用如图9所示的工具，该工具包括一个牵引螺栓26和一个平砧27，在该平砧27中，插入件被施以充分的牵引力以使工件中的凹陷减小，直到所述插入件24(附图9)的顶表面与工件25的顶表面处于同一水平面为止。当然，如果要求插入件24的顶表面高于工件25的顶表面，则可使用在其前表面具有一环形槽的砧。将牵引螺栓和砧与插入件安装工具的作用结合起来也是可行的。使用牵引螺栓和砧整平凹痕需要一个相当大的力，这种力不得不通过插入件的内螺纹，通过盲孔侧球状物传递到工件上。一个具有高强度的螺纹和在盲孔侧球状区具有高延展性的插入件适合于这种情况。本发明的实施例中的插入件满足这种要求。
本发明不局限于上述实施例中的描述。
Claims (12)
1、一种用金属制造盲孔螺纹插入件的方法，该方法包括下列步骤：
(a)除了内螺纹之外，通过冷成型工艺至少部分形成所述插入件；
(b)形成内螺纹；以及
(c)将插入件的适当部分退火以促进其在之后的安装过程中出现变形。
2、如权利要求1所述的方法，其中通过将所述部分插入件进行带退火以使在安装过程中出现塑性变形的该部分插入件具有高的延展性。
3、如权利要求2所述的方法，其中带退火产生了一个由插入件的要求具有高延展性的部分到要求具有高强度的部分的可控的硬度周线，
4、如上述任一权利要求所述的方法，其中所述金属为低碳钢。
5、如权利要求2所述的方法，通过将形成内螺纹的步骤与将插入件的适当部分进行带退火的步骤交换次序以改变该方法。
6、一种用金属制造盲孔螺纹插入件的方法，该方法包括下列步骤：
(a)除了内螺纹之外，通过冷成型工艺至少部分形成插入件；
(b)对插入件进行退火；
(c)形成内螺纹；以及
(d)至少将部分螺纹进行感应淬火。
7、如权利要求6所述的方法，通过将形成内螺纹的步骤和将插入件进行退火的步骤交换次序以改变该方法。
8、如权利要求6或7所述的方法，其中所述金属为中碳钢。
9、如上述任一权利要求所述的方法，其中包括一个随后的表面处理步骤。
10、如权利要求9所述的方法，其中所述的表面处理步骤包括电镀。
11、一种用金属制造盲孔螺纹插入件的方法，该方法基本上如前所述，并结合附图进行说明。
12、根据上述任一权利要求所述的方法制造的一种盲孔螺纹插入件。
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