專利名稱：耐熱自鉆孔自攻螺釘?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐熱自鉆孔(self drilling)自攻螺釘(tapping screw)，所述螺釘通過(guò)粘接鎳系列不銹鋼和鉻系列不銹鋼而制造，具體而言，涉及允許局部淬火的耐熱自鉆孔自攻螺釘，其中通過(guò)鉻系列不銹鋼構(gòu)造的鉆孔部分和自攻螺釘部分被淬火以在極高的水平上提供穿孔功能(鉆孔功能)和攻螺絲功能(自攻功能)，通過(guò)鎳系列不銹鋼所構(gòu)造的擰緊螺釘部分和螺釘頭部分沒(méi)有被淬火以提供高強(qiáng)度和高抗腐蝕性，而沒(méi)有滯后斷裂的危險(xiǎn)。
背景技術(shù)：
如本領(lǐng)域公知，自鉆孔自攻螺釘是具有對(duì)對(duì)象執(zhí)行自身穿孔(鉆孔)、自身自攻螺紋(螺紋切割自攻)以及自身螺紋固定的多種功能的螺釘部件，這樣當(dāng)將用作對(duì)象的諸如屋頂覆蓋件或者壁表面的金屬面板固定至支撐鋼時(shí)，例如，對(duì)金屬面板和支撐鋼執(zhí)行穿孔，所述金屬面板和支撐鋼是固定點(diǎn)，而不用在金屬面板和支撐鋼上提供預(yù)先制備的孔，同時(shí)對(duì)被穿透的孔進(jìn)行自攻，這樣最終將相關(guān)的金屬面板通過(guò)螺紋固定而固定到支撐鋼。由于不需要預(yù)先制備的孔，自鉆孔自攻螺釘被大量使用。但是，所提供的多數(shù)的傳統(tǒng)自鉆孔自攻螺釘是通過(guò)滲碳和對(duì)低碳鋼進(jìn)行淬火而表面硬化。
自鉆孔自攻螺釘需要具有幾個(gè)機(jī)械和物理上不同的功能來(lái)響應(yīng)上述提及的用途。即，所需的功能必須具有所有這樣的功能對(duì)金屬材料等進(jìn)行穿孔的穿孔功能；對(duì)金屬材料等進(jìn)行自攻的自攻功能；以及用于將金屬面板固定到支撐鋼的固定功能。
最近，由于需要用于設(shè)備的酸雨對(duì)策和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不銹鋼大量替代彩色鋼板而被使用。在此情況下，由于不銹鋼的屬性，較低的導(dǎo)熱性、在穿孔的過(guò)程中摩擦熱的延遲散發(fā)以及通過(guò)熱存儲(chǔ)所增加的局部的溫度的問(wèn)題出現(xiàn)，自鉆孔自攻螺釘?shù)哪蜔嵝跃褪菫榱私鉀Q這樣的問(wèn)題。
此外，在自鉆孔自攻螺釘中，除了上述提到的五個(gè)功能要求之外，能夠工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)也是需要的一個(gè)重要的因素，因?yàn)橄嚓P(guān)的自鉆孔自攻螺釘經(jīng)常被大量消耗掉。
這種類型的自鉆孔自攻螺釘在日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)中的JIS-B1125-1990的自鉆孔自攻螺釘?shù)捻?xiàng)目中具有詳細(xì)的內(nèi)容。自鉆孔自攻螺釘1是包括螺桿2和頭部3的特殊結(jié)構(gòu)的螺釘部件，所述螺桿2包括具有穿孔功能的鉆孔部分4、具有自攻(螺紋切割)功能的自攻螺紋部分5以及具有螺紋緊固結(jié)合功能的緊固螺紋部分6，所述頭部3包括用于與旋轉(zhuǎn)工具接合的接合部分7。
傳統(tǒng)典型的自鉆孔自攻螺釘通過(guò)具有碳含量16碳-22碳的低碳鋼材料，并且在形成之后，在滲碳、變硬和淬火表面層之后進(jìn)行抗蝕鍍層工藝。從上述低碳含量的低碳鋼所獲得的碳鋼材料的表面淬火硬度較高，例如滿足了對(duì)金屬面板和支撐鋼材部件鉆孔所必須的鉆孔刀片邊緣的硬度。
但是，重要的一點(diǎn)是對(duì)碳鋼通過(guò)滲碳等的淬火硬度，在進(jìn)行超過(guò)200度的熱效應(yīng)時(shí)淬火速度減緩，這樣降低了淬火硬度，刀邊變得沒(méi)有用。尤其是諸如鉆孔刀邊的尖銳位置上的熱效應(yīng)是顯著的，結(jié)果，刀邊由于摩擦而被弄圓，這樣就不能進(jìn)行鉆孔。作為對(duì)應(yīng)這樣的問(wèn)題的一種措施，為了抑制在鉆孔的過(guò)程中所產(chǎn)生的熱，油被施加到鉆孔的尖部，或者使用具有下述問(wèn)題的SUS-410不銹鋼所制造的自鉆孔自攻螺釘。
SUS-410不銹鋼是13鉻系列不銹鋼，屬于基于鉻性能的耐熱鋼，硬度的顯著降低即使在受到超過(guò)200度的熱時(shí)也不發(fā)生，鉆孔得以保持(參照J(rèn)IS G4311耐熱鋼桿)。
但是，由上述的SUS-410不銹鋼所制造的自鉆孔自攻螺釘具有下述的缺點(diǎn)。即，SUS-410不銹鋼具有低碳含量(0.15％最大值)，并且通過(guò)將鎳在淬火的過(guò)程中添加到爐中而執(zhí)行表面硬化(等于或者大于800Hv)而獲得鉆孔性能。但是，即使從這種程度的碳含量所獲得的淬火硬度也可能變成滯后斷裂的起因，如果硬度在較深的部分中變?yōu)?50Hv的話。此外，實(shí)際上，當(dāng)使用由SUS-410不銹鋼制造的自鉆孔自攻螺釘，螺桿斷裂和頭部浮動(dòng)(flying)故障在緊固之后發(fā)生。
在JIS中，低碳鋼被滲碳并淬火的自鉆孔自攻螺釘?shù)谋砻嬗捕群芨?，但是?nèi)部硬度被抑制以等于或者小于JIS的450Hv。這樣的原因是防止通過(guò)在應(yīng)力(螺桿力)環(huán)境之下的晶間磨損所導(dǎo)致的滯后斷裂，但是最近，ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn))將其減小到等于或者小于400Hv，JIS中也考慮了這樣的減小。這樣，當(dāng)使用SUS-410的芯部硬度是危險(xiǎn)的。
此外，表面的鎳層降低了基部金屬的不銹鋼的抗蝕性，并且不利之處在于不銹鋼的抗蝕性不能得以穩(wěn)固。
因此，為了解決與上述的自鉆孔自攻螺釘相關(guān)的各問(wèn)題，本發(fā)明在建議使用對(duì)不銹鋼板鉆孔的耐熱自鉆孔自攻螺釘中，提出了一種沒(méi)有滯后斷裂并滿足了較高的抗蝕性和較高的拉伸強(qiáng)度的耐熱自鉆孔自攻螺釘。
換言之，本發(fā)明的基本原理是提出一種耐熱自鉆孔自攻螺釘，其中整個(gè)耐熱自鉆孔自攻螺釘不是由單鉻系列(400系列)不銹鋼形成或者完整淬火，并且通過(guò)表面硬化方法避免鉻的低碳系列，用鉻系列高碳鋼形成了鉆孔部分和與鉆孔部分相鄰的自攻螺釘部分，并形成了緊固螺釘部分，所述緊固螺釘部分包括用鉻系列(300系列)不銹鋼所形成的螺釘頭部以允許對(duì)不銹鋼板進(jìn)行鉆孔，并進(jìn)一步獲得比SUS-410不銹鋼更高的抗蝕性。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，具體而言，本發(fā)明提供了一種用于對(duì)不銹鋼部件鉆孔的耐熱自鉆孔自攻螺釘，耐熱自鉆孔自攻螺釘包括鉆孔部分、連接到鉆孔部分的自攻螺紋部分、連接到自攻螺紋部分的緊固螺紋部分、以及用于引導(dǎo)和提供轉(zhuǎn)動(dòng)力的螺紋頭部；鉆孔部分和自攻螺紋部分由耐熱鋼的高碳鉻系列不銹鋼所制造，包括螺紋頭部的緊固螺紋部分由鎳系列不銹鋼所制造。
此外，本發(fā)明構(gòu)造了這樣的耐熱自鉆孔自攻螺釘，其中鉆孔部分和連接到鉆孔部分的自攻螺紋部分是具有碳含量基本等于對(duì)應(yīng)S-35C的碳含量(0.32-0.38)或者對(duì)應(yīng)JIS-G4051(用于結(jié)構(gòu)機(jī)械的碳鋼)的碳含量(0.35-0.41)的SUS-420J2。
此外，本發(fā)明構(gòu)造了這樣的耐熱自鉆孔自攻螺釘，其中包括螺紋頭部的緊固螺紋部分的鎳系列不銹鋼是滿足高抗蝕性和高拉伸力的不銹鋼以在滾絲之后保證ISO A-2-70和A-4-70。
此外，本發(fā)明構(gòu)造了這樣的耐熱自鉆孔自攻螺釘，其中包括螺紋頭部的緊固螺紋部分由SUS-305J1或SUS-316制成。
此外，本發(fā)明構(gòu)造了這樣的耐熱自鉆孔自攻螺釘，其中鉆孔部分和連接到鉆孔部分的自攻螺紋部分通過(guò)高頻加熱而被淬火硬化。
此外，本發(fā)明構(gòu)造了這樣的耐熱自鉆孔自攻螺釘，其中構(gòu)造鉆孔部分和連接到鉆孔部分的自攻螺紋部分的鉻系列不銹鋼，以及構(gòu)造了包括螺紋頭部的緊固螺紋部分的鎳系列不銹鋼通過(guò)阻焊而被一體粘接到鉚釘形狀中以形成各部分。


圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的耐熱自鉆孔自攻螺釘?shù)奶囟ǖ慕Y(jié)構(gòu)示例；圖1A是顯示了初始狀態(tài)和結(jié)合兩個(gè)部件的一個(gè)步驟的側(cè)視圖，兩個(gè)部件是鉻系列不銹鋼制造的第一結(jié)構(gòu)部件M1和由鎳系列不銹鋼所制造的第二結(jié)構(gòu)部件M2；圖1B是顯示了在結(jié)合了第一和第二結(jié)構(gòu)部件之后對(duì)鉆孔刀片進(jìn)行冷鍛的步驟的示意側(cè)視圖；圖1C是顯示了自鉆孔自攻螺釘中的螺紋部分進(jìn)行軋制和移除廢料的步驟；以及圖1D顯示了對(duì)鉆孔刀片和自攻螺紋部分進(jìn)行高頻加熱的步驟以及淬火用淬火介質(zhì)箱的示意側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的耐熱自鉆孔自攻螺釘進(jìn)行說(shuō)明。圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的耐熱自鉆孔自攻螺釘?shù)奶囟ńY(jié)構(gòu)示例，圖1A是顯示了初始狀態(tài)以及結(jié)合兩個(gè)部件的步驟的示意側(cè)視圖，兩個(gè)部件是鉻系列不銹鋼制造的第一結(jié)構(gòu)部件M1和由鎳系列不銹鋼所制造的第二結(jié)構(gòu)部件M2，圖1B是顯示了在結(jié)合了第一和第二結(jié)構(gòu)部件之后對(duì)鉆孔刀片進(jìn)行冷鍛的步驟的示意側(cè)視圖，圖1C是顯示了自鉆孔自攻螺釘中的螺紋部分進(jìn)行軋制和移除廢料的步驟，以及圖1D顯示了對(duì)鉆孔刀片和自攻螺紋部分進(jìn)行高頻加熱的步驟以及用于淬火的淬火介質(zhì)箱的示意側(cè)視圖。
本發(fā)明的重要的一點(diǎn)是本發(fā)明的耐熱自鉆孔自攻螺釘1通過(guò)由鉻系列不銹鋼制造的第一結(jié)構(gòu)部件M1和由鎳系列不銹鋼所制造的第二結(jié)構(gòu)部件M2預(yù)先來(lái)構(gòu)造，如圖1A中所顯示的那樣。換言之，本發(fā)明提供了一種耐熱自鉆孔自攻螺釘，其結(jié)構(gòu)是不是完全由單鉻系列(400系列)不銹鋼所形成，或者完全淬火，并通過(guò)表面硬化方法避免了低碳系列的鉻鋼，并具有鉆孔部分4和連接到由耐熱鋼的鉻系列(400系列)高碳鋼制造的自攻螺紋部分5，緊固部分6包括由鎳系列(300系列)不銹鋼制造的螺紋頭部3，由此允許即使在不銹鋼板上也可以有效地進(jìn)行鉆孔，并獲得比由SUS-410制造的自鉆孔自攻螺釘具有更高的抗蝕性。
另一方面，包括上述的螺紋頭部3的緊固螺紋部分6是鎳系列(300系列)不銹鋼，并且對(duì)在滾絲之后通過(guò)不銹鋼制造的高拉力螺釘，通過(guò)可以滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO A2-70和A4-70的SUS-305J1或SUS-316來(lái)形成。上述的ISO-A2-70或者A4-70的張力可以通過(guò)在頭部工作和滾絲的過(guò)程中通過(guò)拉伸的加工硬化或者通過(guò)拔絲的加工硬化而滿足。
此外，具體而言，形成鉆孔部分4和連接到鉆孔部分4的自攻螺紋部分5的鉻系列(400系列)高碳不銹鋼是SUS-420J2，碳含量?jī)?yōu)選地與JISG4051(結(jié)構(gòu)機(jī)械用碳鋼)的S-35C相同的碳含量(0.32-0.38)或者與S-38C相同的碳含量(0.35-0.41)。對(duì)鉆孔所必須的等于或者大于600Hv的硬度可以很容易穩(wěn)定，因?yàn)檫@樣的碳含量不需要表面硬化方法。
此外，在本發(fā)明中，對(duì)形成鉆孔部分4和連接到鉆孔部分4的自攻螺紋部分5的鉻系列(400系列)高碳不銹鋼淬火通過(guò)高頻局部加熱水冷進(jìn)行，這樣包括螺釘頭3的緊固螺釘部分6基本沒(méi)有受熱的影響，因此，鎳系列(300系列)的不銹鋼的特征不受影響，由此可以發(fā)揮性能。
第一結(jié)構(gòu)部件M1通過(guò)構(gòu)成螺桿2的一部分(即對(duì)應(yīng)于完整的耐熱自鉆孔自攻螺釘1中的鉆孔部分4和自攻螺紋部分5的部分)的線性尺寸的一批構(gòu)造，并在軸向的一端上包括電阻焊接凸起11。另一方面，第二結(jié)構(gòu)部件M2，通過(guò)具有構(gòu)造螺釘頭部3和螺桿2的一部分(即對(duì)應(yīng)于完整的耐熱自鉆孔自攻螺釘1中的螺紋緊固功能的緊固螺釘部分6的部分)的具有線性尺寸的一批來(lái)構(gòu)造，并在軸向的一端上包括電阻焊接端部12。
第一結(jié)構(gòu)部件M1和第二結(jié)構(gòu)部件M2被一體結(jié)合并通過(guò)電阻焊連接，第一結(jié)構(gòu)部件M1中的電阻焊接凸起11和第二結(jié)構(gòu)部件M2中的電阻焊接端部12在軸向彼此相對(duì)。
在通過(guò)電阻焊接而一體結(jié)合和連接之后，耐熱自鉆孔自攻螺釘1中的鉆孔部分4通過(guò)冷鍛(參照?qǐng)D1B)來(lái)處理。在此情況下，通過(guò)冷鍛所產(chǎn)生的廢料13被合理地移除。另一方面，耐熱自鉆孔自攻螺釘1中的螺釘部分通過(guò)軋制過(guò)程來(lái)形成，由此形成自攻螺紋部分5以及緊固螺紋部分6(參照?qǐng)D1C)。
接著，本發(fā)明的另外的重要方面存在于對(duì)如上所形成的耐熱自鉆孔自攻螺釘1的淬火工藝。在本發(fā)明中，對(duì)耐熱自鉆孔自攻螺釘1的淬火工藝通過(guò)感應(yīng)硬化過(guò)程14局部(部分)進(jìn)行。感應(yīng)硬化是迅速通過(guò)高頻感應(yīng)電流而加熱鋼材部件的表面，然后在淬火箱15中在淬火介質(zhì)16中對(duì)其冷卻的硬化工藝。
工業(yè)應(yīng)用性上述結(jié)構(gòu)形式的本發(fā)明的耐熱自鉆孔自攻螺釘，通過(guò)下述步驟形成用由鉻系列不銹鋼所制造的第一結(jié)構(gòu)部件以及由鎳系列不銹鋼所制造的第二結(jié)構(gòu)部件的兩個(gè)部件來(lái)構(gòu)造耐熱自鉆孔自攻螺釘；一體連接和結(jié)合第一結(jié)構(gòu)部件和第二結(jié)構(gòu)部件；用第一結(jié)構(gòu)部件構(gòu)造鉆孔部分和螺紋軸的自攻螺紋部分，以及用第二結(jié)構(gòu)部件構(gòu)造螺紋軸的緊固螺紋部分和螺紋頭部；并且進(jìn)一步地通過(guò)高頻加熱淬火硬化通過(guò)第一結(jié)構(gòu)部件所制造的部分、緊固螺紋部分和螺紋桿的螺釘頭部至機(jī)械強(qiáng)韌的結(jié)構(gòu)并局部(部分)淬火和硬化鉆孔部分以及螺紋桿的粘接螺紋部分，這樣作為耐熱自鉆孔自攻螺釘，尤其作為用于對(duì)不銹鋼板進(jìn)行鉆孔的耐熱自鉆孔自攻螺釘是極其有效的，并具有不同的功能穿孔功能(鉆孔功能)；攻螺紋功能(自攻功能)以及在極高水平上的抗蝕功能，并且進(jìn)一步地具有較高的強(qiáng)度和適于大規(guī)模生產(chǎn)的高持久性。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)不銹鋼部件鉆孔的耐熱自鉆孔自攻螺釘，所述耐熱自鉆孔自攻螺釘包括鉆孔部分；連接到所述鉆孔部分的自攻螺紋部分；連接到所述自攻螺紋部分的緊固螺紋部分；以及用于引導(dǎo)和提供轉(zhuǎn)動(dòng)力的螺紋頭部；其中所述鉆孔部分和自攻螺紋部分由耐熱鋼的高碳鉻系列不銹鋼所制造；以及包括所述螺紋頭部的所述緊固螺紋部分由鎳系列不銹鋼所制造。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐熱自鉆孔自攻螺釘，其特征在于，所述鉆孔部分和連接到鉆孔部分的自攻螺紋部分是SUS-420J2，碳含量基本等于對(duì)應(yīng)S-35C的碳含量(0.32-0.38)或者對(duì)應(yīng)JIS-G4051(用于結(jié)構(gòu)機(jī)械的碳鋼)的碳含量(0.35-0.41)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的耐熱自鉆孔自攻螺釘，其特征在于，包括螺紋頭部的緊固螺紋部分的鎳系列不銹鋼是滿足高抗蝕性和高拉伸力的不銹鋼以在滾絲之后保證ISO A-2-70和A-4-70。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的耐熱自鉆孔自攻螺釘，其特征在于，包括螺紋頭部的緊固螺紋部分由SUS-305J1或者SUS-316制造。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的耐熱自鉆孔自攻螺釘，其特征在于，所述鉆孔部分和連接到鉆孔部分的自攻螺紋部分通過(guò)高頻加熱而被淬火硬化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的耐熱自鉆孔自攻螺釘，其特征在于，構(gòu)造鉆孔部分和連接到鉆孔部分的自攻螺紋部分的鉻系列不銹鋼，以及構(gòu)造了包括螺紋頭部的緊固螺紋部分的鎳系列不銹鋼通過(guò)阻焊而被一體粘接到鉚釘形狀中以形成各部分。
全文摘要
一種適于對(duì)不銹鋼板進(jìn)行鉆孔的耐熱自鉆孔自攻螺釘，所述耐熱自鉆孔自攻螺釘沒(méi)有滯后斷裂并可以滿足較高的抗蝕性和較高的張力。用于對(duì)不銹鋼板進(jìn)行鉆孔的耐熱自鉆孔自攻螺釘包括鉆孔部分(4)，連接到鉆孔部分(4)的自攻螺紋部分(5)，連接到自攻螺紋部分的緊固螺紋部分(6)以及用于引導(dǎo)和提供轉(zhuǎn)動(dòng)力的螺紋頭部(3)，鉆孔部分(4)和自攻螺紋部分(5)由高碳鉻系列不銹鋼所制造，包括螺紋頭部(3)的緊固螺紋部分(6)由鎳系列不銹鋼所制造。
文檔編號(hào)F16B33/00GK1666025SQ0381573
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2003年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月4日
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