CN1784551A - 单面紧固件及其安装方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于在热塑性工件里进行安装的单面紧固件(11)，所述单面紧固件具有一个基本上是平的、未磨损的且没有钻牙的引导端面(21)，如此当所述紧固件的引导端面与热塑性工件(22)的近面相接触，而且通过所述紧固件的引导端面对工件的被接触区域施加热和压力时，所述紧固件逐渐地形成一个穿过热塑性工件中的孔，随后所述紧固件能够被安装在这一孔中。

Description

单面紧固件及其安装方法
本发明一方面涉及一种单面紧固件，另一方面涉及一种将这样一种单面紧固件安装到适当的工件里的方法。
术语“紧固件”习惯上包括例如将构成工件的两个或两个以上的部件紧固在一起的铆钉，而且也包括例如螺纹插件——当螺纹插件装入工件时，通过一螺钉与之啮合而将另一部件与工件相紧固。这样的螺纹插件如此也能够将构成工件的两个或两个以上部件紧固在一起。
所述“单面”意思是指紧固件能够仅仅通过工件的前面或近面而装入工件里。
如果在这样的安装中所涉及的独立工序数能够减少，明显是有优点的。许多这样的紧固件要求提供穿过工件的合适的预制孔，通过所述预制孔，紧固件被插入。存在自钻孔的紧固件，这种紧固件在其引导端有齿作为钻具，通过钻具的适当旋转及对钻具轴向施压，紧固件钻出适当的孔。然而，这样的配置有许多实际上的缺点。这些缺点总结如下：
1.每一紧固件上钻齿的制造和检查的额外费用，以及在制造之后对钻齿的非破坏性处理的额外费用；
2.当试图定下初始位置时，空心钻在工件面上打滑或溜动；
3.对工件的机械性破坏，特别是当工件是层压的，即当工件由一个以上的部件构成时；
4.插件沿其进入孔的所有的那部分长度在外截面上须呈圆形；
5.钻孔操作从工件里钻出碎物，而钻出来的块状物可能给人带来不便，也可能带来危险；
6.紧固件安装后，其钻齿会对工件的盲面造成损伤。
本发明的目的是提供一种能够克服这些缺点的紧固件以及一种安装这样的紧固件的方法。
因此，本发明一方面提供一种如所附权利要求1中所描述的单面紧固件。
另一方面，本发明也提供一种如所附权利要求10中所描述的在热塑性工件里形成孔的方法。
本发明的更多特征在所附其它权利要求中描述。
现在，将通过实施例并参考附图对本发明的具体实施方案进行描述，其中：
图1A至1D显示了一种螺纹插件形式的单面紧固件；
图2A至2F显示了贯穿热塑性工件形成孔的连续步骤以及插件在孔里的安装过程；
图3A至3D显示了产生热的可选方法；
图4A至4C显示了另一种形式的螺纹插件；
图5A至5E显示了一种盲铆钉形式的单面紧固件以及孔在热塑性工件里形成的连续步骤以及盲铆钉在孔里的安装过程；以及
图6显示了另一种形式的盲铆钉。
参看图1A至1D，图1A是螺纹插件11的轴向纵剖面图。图1B是沿线1B-1B的截面图。图1C是沿线1C-1C的截面图。插件由低碳钢制成。本实施例插件总长为21.5mm，呈六边形体，对边长9mm，且具有M6的内螺纹12。在插件的一端有一径向扩大的头13，凸缘14从头13的下面伸出。
插件主体包括邻近头的具有相对薄壁的可折叠部分15，在可折叠部分15的下面是具有M6螺纹12的内螺纹部分16。从螺纹部分16的远端之上伸出的是边缘17，边缘17由平行部分18和向内收缩部分19构成，边缘17具有平的端面21。根据插件的制造和处理的需要，所述边缘的壁厚可以小到实际能用就行。边缘的收缩部分19与插件的轴向呈30°的夹角，此夹角对于本实施例插件来说被认为是最佳角。边缘17的总轴向长度差不多等于或大于所采用的热塑性工件的厚度。
边缘17的另一种可能的截面形状显示于图1D。
接着参看图2A至2F。为了在热塑性工件里形成孔，将插件11固定在工具23上，工具23包括一加长心轴24，该心轴24具有端头25，该端头25具有外螺纹，并且与插件的内螺纹部分16的螺纹12相啮合。工具也包括圆柱形主体26，心轴24通过圆柱形主体26延伸和凸出。工具23具有平的端面27作为一个基准面以与插件头13的端面相啮合。
紧固件以适当的位置放到工件22上，以使所述边缘的端面21与工件的近面(即显示于图2A至2F中的工件的上面)相接触。通过边缘的端面21，对工件的被接触区域施加热(稍后将对此进行描述)。通过向工件方向推动工具23，对工件的被接触区域同时施加压力。
如图2B所示，随后工件22的局部软化使得所述边缘的靠前部分19进入到工件里。所述边缘逐渐地穿透工件的厚度，并且图2C显示了所述边缘已经推过工件下部表面的情形。所述边缘17已经切下工件材料的一块28，但该块28通过移动和随后的固化而保留在边缘17里，从而填充了在边缘17内的开口的较大直径部分，而边缘内的开口是由其进一步远离端面21方向上逐渐增大的内径提供的。
图2D显示了插件完全被推入由插件所形成的孔29里的情形。位于插件主体头部13下面的凸缘14局部软化并且进入到工件22的上面，如此提供出额外的抗应力用于阻止插件主体相对于工件转动。
为安装插件，随后操作安装工具以轴向撤回心轴24，同时支撑该头部13抵靠在工具主体26的端面27上。这会引起插件主体的可折叠部分15向外折叠，形成凸缘31，如图2E所示，凸缘31通过与插件头部13之间的反作用力将插件与工件夹紧。然后转动心轴24以从插件中旋出，并且移走工具，剩下安装在工件里的插件，如图2F所示。
如果需要，工件22可以通过大号的中空支座32支撑以阻止开孔压力所导致的弯曲，仅在图2A中示出。
可以体会到的是，紧固件已在工件里形成适当的孔并且被安装在这一孔中，是在一连续的操作中完成的。来自该孔的块因为被边缘17所夹持从而能够防止从已安装好的紧固件里脱落下来。可以看出，在本实施例的紧固件中，所述块承受了400牛顿的力，足以防止其在制成品的正常使用中因震动而松开。然而，如果用一个大号的螺丝通过正常的拉紧扭矩插入螺纹插件中，所述块会从中逐出并不再卡住。
图3A至3D显示了在工件的接触区产生热的不同方法。图3A显示了嵌入工具主体26中并靠近其端面的电加热器33。热通过工具主体被传送，沿着插件主体传送到主体边缘的接触端面。图3B显示了用于对插件加热的缠绕在插件下端的感应加热线圈34。图3C显示了一种超生波发生器35，用于对工具主体26施加超声振动，然后沿着插件向工件的接触区传热。图3D显示出，利用工具23的适当移动使得插件相对于工件进行低幅转振，如反箭头记号36所示。如此在插件与工件之间的摩擦产生了热。
图4A至4C显示了上述实施例插件的另一种可能的外观形状。主体部分37的外截面呈圆柱形，而可折叠部分15的外部形成有齿槽38，齿槽38与孔周围的工件相啮合，以防止相对转动。当所述可折叠部分在安装过程中向外折叠，所述齿槽也会和工件的下面相啮合，如图4B和4C显示的那样。
图5A至5E显示了另一种呈盲铆钉形式的紧固件。该铆钉(图5A)与众所周知的HEMLOK(注册商标)铆钉大体相似，它包括一个在其一端具有一个扩大头部42的加长管套41；它还包括一个在靠近管套的尾端具有一个扩大头部39的加长心轴43。该心轴具有一个处在适当位置上的危险处44。心轴头部39具有一个与前面所述插件相似的凸缘17。
图5B至5E显示了采用该铆钉将一个非热塑性工件45固定到一个热塑性工件46上的情形。工件45提供有一个用于容纳铆钉主体的预制孔47。孔在热塑性工件46上的形成过程，以及将各个工件固定在一起的铆钉的安装过程，与上述涉及插件的操作过程是相似的。
图6与图5A相当，显示了另一种可选的铆钉配置，其中边缘17是作为铆钉壳体的一部分，心轴头部48被容纳在边缘17内。
为了确保靠近紧固件头部的向下凸缘或齿槽能够插入到在上述实施例中所描述的热塑性工件里，在紧固件已经穿入工件并形成了孔后，加热可以持续足够长的时间。
如果紧固件主体的外横截面呈圆形，在所述接触区域产生摩擦热的可选方法是将紧固件相对于热塑性工件连续旋转。
本发明并不局限于上述实施例的细节。例如，在呈六角形的或开有齿槽的紧固件主体对紧固件在工件里的转动具有足够的抗应力的情况下，下凸缘14可以省去。紧固件头部的下面可以配置连续的环形凸缘，以便在采用上述方法进行安装时，凸缘能够插入到热塑性工件的近面里，用于提供一针对液体侵入的阻挡层。

Claims (21)

1.一种用于在热塑性工件里进行安装的单面紧固件，所述单面紧固件具有一个基本上是平的、未磨损的且没有钻牙的引导端面，如此当所述紧固件的引导端面与热塑性工件的近面相接触，而且通过所述紧固件的引导端面对工件的被接触区域施加热和压力时，所述紧固件逐渐地形成一个穿过热塑性工件的孔，随后所述紧固件能够被安装在这一孔中。
2.一种如权利要求1所述的紧固件，其中，所述紧固件的引导端面环绕在一个开口的周围，该开口接纳着由引导端面所形成的工件材料的块。
3.一种如权利要求2所述的紧固件，包括用于在所述紧固件的引导端面穿过工件之后防止所述块脱离开紧固件引导端面的机构。
4.一种如权利要求2所述的紧固件，其中，所述紧固件的引导端面由环绕在所述开口周围的向前凸起的边缘的端面所提供的。
5.一种如权利要求3和权利要求4所述的紧固件，其中，所述边缘向内收缩，从而有助于将所述块保留在边缘里。
6.一种如上述任一权利要求所述的单面紧固件，其中，单面紧固件呈螺纹插件的形式。
7.一种如权利要求6所述的单面紧固件，包括用于当紧固件装入工件时与工件相啮合的机构，由此阻止安装完成后的紧固件在工件孔里转动。
8.一种如权利要求1至5之任一权利要求所述的单面紧固件，其中，紧固件呈盲铆钉的形式。
9.一种基本上如前面参照附图并在附图中给以实例进行描述的单面紧固件。
10.一种不通过钻孔而在热塑性工件里形成孔以便在热塑性工件里安装单面紧固件的方法，所述方法包括：将紧固件的引导端面与工件的近面相接触，并且通过紧固件的引导端面对工件的被接触区域施加热和压力，由此借助于紧固件逐渐地形成一个穿过热塑性工件的孔，随后紧固件能够被安装在这一孔里。
11.一种如权利要求10所述的方法，其中所述热产生在紧固件的外围。
12.一种如权利要求11所述的方法，其中所述热由与安装工具相关联的热发生器所产生，所述安装工具与紧固件相啮合。
13.一种如权利要求10所述的方法，其中所述热通过紧固件的感应加热而产生。
14.一种如权利要求10所述的方法，其中所述热通过在紧固件的引导端面与工件的被接触区域之间的摩擦而产生。
15.一种如权利要求14所述的方法，其中所述摩擦通过紧固件相对于工件的低幅转振而产生。
16.一种如权利要求14所述的方法，其中所述摩擦通过紧固件相对于工件的连续旋转而产生。
17.一种如权利要求10所述的方法，其中所述热通过紧固件的超声振动而产生。
18.一种如权利要求10至17之任一权利要求所述的在工件里形成孔的方法，与随后的在所形成的孔里安装紧固件的步骤配合在一起。
19.一种如权利要求18所述的在工件里形成孔的方法，包括通过热将紧固件上的适当机构与热塑性工件相啮合的步骤，由此阻止安装完成后的紧固件在工件孔里转动。
20.一种基本上如前面参照附图并在附图中给以实例进行描述的不通过钻孔而在热塑性工件里形成孔以便在热塑性工件里安装单面紧固件的方法。
21.一种基本上如前面参照附图并在附图中给以实例进行描述的不通过钻孔而借助于单面紧固件，在热塑性工件里形成孔的方法，与随后的在所形成的孔里安装单面紧固件的步骤相配合。
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