專利名稱：單面緊固件及其安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一方面涉及一種單面緊固件，另一方面涉及一種將這樣一種單面緊固件安裝到適當(dāng)?shù)墓ぜ锏姆椒ā?br> 術(shù)語“緊固件”習(xí)慣上包括例如將構(gòu)成工件的兩個或兩個以上的部件緊固在一起的鉚釘，而且也包括例如螺紋插件——當(dāng)螺紋插件裝入工件時，通過一螺釘與之嚙合而將另一部件與工件相緊固。這樣的螺紋插件如此也能夠?qū)?gòu)成工件的兩個或兩個以上部件緊固在一起。
所述“單面”意思是指緊固件能夠僅僅通過工件的前面或近面而裝入工件里。
如果在這樣的安裝中所涉及的獨立工序數(shù)能夠減少，明顯是有優(yōu)點的。許多這樣的緊固件要求提供穿過工件的合適的預(yù)制孔，通過所述預(yù)制孔，緊固件被插入。存在自鉆孔的緊固件，這種緊固件在其引導(dǎo)端有齒作為鉆具，通過鉆具的適當(dāng)旋轉(zhuǎn)及對鉆具軸向施壓，緊固件鉆出適當(dāng)?shù)目住Ｈ欢?，這樣的配置有許多實際上的缺點。這些缺點總結(jié)如下1.每一緊固件上鉆齒的制造和檢查的額外費用，以及在制造之后對鉆齒的非破壞性處理的額外費用；2.當(dāng)試圖定下初始位置時，空心鉆在工件面上打滑或溜動；3.對工件的機械性破壞，特別是當(dāng)工件是層壓的，即當(dāng)工件由一個以上的部件構(gòu)成時；4.插件沿其進入孔的所有的那部分長度在外截面上須呈圓形；5.鉆孔操作從工件里鉆出碎物，而鉆出來的塊狀物可能給人帶來不便，也可能帶來危險；6.緊固件安裝后，其鉆齒會對工件的盲面造成損傷。
本發(fā)明的目的是提供一種能夠克服這些缺點的緊固件以及一種安裝這樣的緊固件的方法。
因此，本發(fā)明一方面提供一種如所附權(quán)利要求1中所描述的單面緊固件。
另一方面，本發(fā)明也提供一種如所附權(quán)利要求10中所描述的在熱塑性工件里形成孔的方法。
本發(fā)明的更多特征在所附其它權(quán)利要求中描述。
現(xiàn)在，將通過實施例并參考附圖對本發(fā)明的具體實施方案進行描述，其中

圖1A至1D顯示了一種螺紋插件形式的單面緊固件；圖2A至2F顯示了貫穿熱塑性工件形成孔的連續(xù)步驟以及插件在孔里的安裝過程；圖3A至3D顯示了產(chǎn)生熱的可選方法；圖4A至4C顯示了另一種形式的螺紋插件；圖5A至5E顯示了一種盲鉚釘形式的單面緊固件以及孔在熱塑性工件里形成的連續(xù)步驟以及盲鉚釘在孔里的安裝過程；以及圖6顯示了另一種形式的盲鉚釘。
參看圖1A至1D，圖1A是螺紋插件11的軸向縱剖面圖。圖1B是沿線1B-1B的截面圖。圖1C是沿線1C-1C的截面圖。插件由低碳鋼制成。本實施例插件總長為21.5mm，呈六邊形體，對邊長9mm，且具有M6的內(nèi)螺紋12。在插件的一端有一徑向擴大的頭13，凸緣14從頭13的下面伸出。
插件主體包括鄰近頭的具有相對薄壁的可折疊部分15，在可折疊部分15的下面是具有M6螺紋12的內(nèi)螺紋部分16。從螺紋部分16的遠端之上伸出的是邊緣17，邊緣17由平行部分18和向內(nèi)收縮部分19構(gòu)成，邊緣17具有平的端面21。根據(jù)插件的制造和處理的需要，所述邊緣的壁厚可以小到實際能用就行。邊緣的收縮部分19與插件的軸向呈30°的夾角，此夾角對于本實施例插件來說被認為是最佳角。邊緣17的總軸向長度差不多等于或大于所采用的熱塑性工件的厚度。
邊緣17的另一種可能的截面形狀顯示于圖1D。
接著參看圖2A至2F。為了在熱塑性工件里形成孔，將插件11固定在工具23上，工具23包括一加長心軸24，該心軸24具有端頭25，該端頭25具有外螺紋，并且與插件的內(nèi)螺紋部分16的螺紋12相嚙合。工具也包括圓柱形主體26，心軸24通過圓柱形主體26延伸和凸出。工具23具有平的端面27作為一個基準(zhǔn)面以與插件頭13的端面相嚙合。
緊固件以適當(dāng)?shù)奈恢梅诺焦ぜ?2上，以使所述邊緣的端面21與工件的近面(即顯示于圖2A至2F中的工件的上面)相接觸。通過邊緣的端面21，對工件的被接觸區(qū)域施加熱(稍后將對此進行描述)。通過向工件方向推動工具23，對工件的被接觸區(qū)域同時施加壓力。
如圖2B所示，隨后工件22的局部軟化使得所述邊緣的靠前部分19進入到工件里。所述邊緣逐漸地穿透工件的厚度，并且圖2C顯示了所述邊緣已經(jīng)推過工件下部表面的情形。所述邊緣17已經(jīng)切下工件材料的一塊28，但該塊28通過移動和隨后的固化而保留在邊緣17里，從而填充了在邊緣17內(nèi)的開口的較大直徑部分，而邊緣內(nèi)的開口是由其進一步遠離端面21方向上逐漸增大的內(nèi)徑提供的。
圖2D顯示了插件完全被推入由插件所形成的孔29里的情形。位于插件主體頭部13下面的凸緣14局部軟化并且進入到工件22的上面，如此提供出額外的抗應(yīng)力用于阻止插件主體相對于工件轉(zhuǎn)動。
為安裝插件，隨后操作安裝工具以軸向撤回心軸24，同時支撐該頭部13抵靠在工具主體26的端面27上。這會引起插件主體的可折疊部分15向外折疊，形成凸緣31，如圖2E所示，凸緣31通過與插件頭部13之間的反作用力將插件與工件夾緊。然后轉(zhuǎn)動心軸24以從插件中旋出，并且移走工具，剩下安裝在工件里的插件，如圖2F所示。
如果需要，工件22可以通過大號的中空支座32支撐以阻止開孔壓力所導(dǎo)致的彎曲，僅在圖2A中示出。
可以體會到的是，緊固件已在工件里形成適當(dāng)?shù)目撞⑶冶话惭b在這一孔中，是在一連續(xù)的操作中完成的。來自該孔的塊因為被邊緣17所夾持從而能夠防止從已安裝好的緊固件里脫落下來?？梢钥闯觯诒緦嵤├木o固件中，所述塊承受了400牛頓的力，足以防止其在制成品的正常使用中因震動而松開。然而，如果用一個大號的螺絲通過正常的拉緊扭矩插入螺紋插件中，所述塊會從中逐出并不再卡住。
圖3A至3D顯示了在工件的接觸區(qū)產(chǎn)生熱的不同方法。圖3A顯示了嵌入工具主體26中并靠近其端面的電加熱器33。熱通過工具主體被傳送，沿著插件主體傳送到主體邊緣的接觸端面。圖3B顯示了用于對插件加熱的纏繞在插件下端的感應(yīng)加熱線圈34。圖3C顯示了一種超生波發(fā)生器35，用于對工具主體26施加超聲振動，然后沿著插件向工件的接觸區(qū)傳熱。圖3D顯示出，利用工具23的適當(dāng)移動使得插件相對于工件進行低幅轉(zhuǎn)振，如反箭頭記號36所示。如此在插件與工件之間的摩擦產(chǎn)生了熱。
圖4A至4C顯示了上述實施例插件的另一種可能的外觀形狀。主體部分37的外截面呈圓柱形，而可折疊部分15的外部形成有齒槽38，齒槽38與孔周圍的工件相嚙合，以防止相對轉(zhuǎn)動。當(dāng)所述可折疊部分在安裝過程中向外折疊，所述齒槽也會和工件的下面相嚙合，如圖4B和4C顯示的那樣。
圖5A至5E顯示了另一種呈盲鉚釘形式的緊固件。該鉚釘(圖5A)與眾所周知的HEMLOK(注冊商標(biāo))鉚釘大體相似，它包括一個在其一端具有一個擴大頭部42的加長管套41；它還包括一個在靠近管套的尾端具有一個擴大頭部39的加長心軸43。該心軸具有一個處在適當(dāng)位置上的危險處44。心軸頭部39具有一個與前面所述插件相似的凸緣17。
圖5B至5E顯示了采用該鉚釘將一個非熱塑性工件45固定到一個熱塑性工件46上的情形。工件45提供有一個用于容納鉚釘主體的預(yù)制孔47?？自跓崴苄怨ぜ?6上的形成過程，以及將各個工件固定在一起的鉚釘?shù)陌惭b過程，與上述涉及插件的操作過程是相似的。
圖6與圖5A相當(dāng)，顯示了另一種可選的鉚釘配置，其中邊緣17是作為鉚釘殼體的一部分，心軸頭部48被容納在邊緣17內(nèi)。
為了確?？拷o固件頭部的向下凸緣或齒槽能夠插入到在上述實施例中所描述的熱塑性工件里，在緊固件已經(jīng)穿入工件并形成了孔后，加熱可以持續(xù)足夠長的時間。
如果緊固件主體的外橫截面呈圓形，在所述接觸區(qū)域產(chǎn)生摩擦熱的可選方法是將緊固件相對于熱塑性工件連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明并不局限于上述實施例的細節(jié)。例如，在呈六角形的或開有齒槽的緊固件主體對緊固件在工件里的轉(zhuǎn)動具有足夠的抗應(yīng)力的情況下，下凸緣14可以省去。緊固件頭部的下面可以配置連續(xù)的環(huán)形凸緣，以便在采用上述方法進行安裝時，凸緣能夠插入到熱塑性工件的近面里，用于提供一針對液體侵入的阻擋層。
權(quán)利要求
1.一種用于在熱塑性工件里進行安裝的單面緊固件，所述單面緊固件具有一個基本上是平的、未磨損的且沒有鉆牙的引導(dǎo)端面，如此當(dāng)所述緊固件的引導(dǎo)端面與熱塑性工件的近面相接觸，而且通過所述緊固件的引導(dǎo)端面對工件的被接觸區(qū)域施加熱和壓力時，所述緊固件逐漸地形成一個穿過熱塑性工件的孔，隨后所述緊固件能夠被安裝在這一孔中。
2.一種如權(quán)利要求1所述的緊固件，其中，所述緊固件的引導(dǎo)端面環(huán)繞在一個開口的周圍，該開口接納著由引導(dǎo)端面所形成的工件材料的塊。
3.一種如權(quán)利要求2所述的緊固件，包括用于在所述緊固件的引導(dǎo)端面穿過工件之后防止所述塊脫離開緊固件引導(dǎo)端面的機構(gòu)。
4.一種如權(quán)利要求2所述的緊固件，其中，所述緊固件的引導(dǎo)端面由環(huán)繞在所述開口周圍的向前凸起的邊緣的端面所提供的。
5.一種如權(quán)利要求3和權(quán)利要求4所述的緊固件，其中，所述邊緣向內(nèi)收縮，從而有助于將所述塊保留在邊緣里。
6.一種如上述任一權(quán)利要求所述的單面緊固件，其中，單面緊固件呈螺紋插件的形式。
7.一種如權(quán)利要求6所述的單面緊固件，包括用于當(dāng)緊固件裝入工件時與工件相嚙合的機構(gòu)，由此阻止安裝完成后的緊固件在工件孔里轉(zhuǎn)動。
8.一種如權(quán)利要求1至5之任一權(quán)利要求所述的單面緊固件，其中，緊固件呈盲鉚釘?shù)男问健?br> 9.一種基本上如前面參照附圖并在附圖中給以實例進行描述的單面緊固件。
10.一種不通過鉆孔而在熱塑性工件里形成孔以便在熱塑性工件里安裝單面緊固件的方法，所述方法包括將緊固件的引導(dǎo)端面與工件的近面相接觸，并且通過緊固件的引導(dǎo)端面對工件的被接觸區(qū)域施加熱和壓力，由此借助于緊固件逐漸地形成一個穿過熱塑性工件的孔，隨后緊固件能夠被安裝在這一孔里。
11.一種如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述熱產(chǎn)生在緊固件的外圍。
12.一種如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述熱由與安裝工具相關(guān)聯(lián)的熱發(fā)生器所產(chǎn)生，所述安裝工具與緊固件相嚙合。
13.一種如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述熱通過緊固件的感應(yīng)加熱而產(chǎn)生。
14.一種如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述熱通過在緊固件的引導(dǎo)端面與工件的被接觸區(qū)域之間的摩擦而產(chǎn)生。
15.一種如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述摩擦通過緊固件相對于工件的低幅轉(zhuǎn)振而產(chǎn)生。
16.一種如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述摩擦通過緊固件相對于工件的連續(xù)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生。
17.一種如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述熱通過緊固件的超聲振動而產(chǎn)生。
18.一種如權(quán)利要求10至17之任一權(quán)利要求所述的在工件里形成孔的方法，與隨后的在所形成的孔里安裝緊固件的步驟配合在一起。
19.一種如權(quán)利要求18所述的在工件里形成孔的方法，包括通過熱將緊固件上的適當(dāng)機構(gòu)與熱塑性工件相嚙合的步驟，由此阻止安裝完成后的緊固件在工件孔里轉(zhuǎn)動。
20.一種基本上如前面參照附圖并在附圖中給以實例進行描述的不通過鉆孔而在熱塑性工件里形成孔以便在熱塑性工件里安裝單面緊固件的方法。
21.一種基本上如前面參照附圖并在附圖中給以實例進行描述的不通過鉆孔而借助于單面緊固件，在熱塑性工件里形成孔的方法，與隨后的在所形成的孔里安裝單面緊固件的步驟相配合。
全文摘要
一種用于在熱塑性工件里進行安裝的單面緊固件(11)，所述單面緊固件具有一個基本上是平的、未磨損的且沒有鉆牙的引導(dǎo)端面(21)，如此當(dāng)所述緊固件的引導(dǎo)端面與熱塑性工件(22)的近面相接觸，而且通過所述緊固件的引導(dǎo)端面對工件的被接觸區(qū)域施加熱和壓力時，所述緊固件逐漸地形成一個穿過熱塑性工件中的孔，隨后所述緊固件能夠被安裝在這一孔中。
文檔編號F16B19/10GK1784551SQ200480011889
公開日2006年6月7日 申請日期2004年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月16日
發(fā)明者基思·德納姆, 喬納森·李·布魯爾 申請人:泰克斯特蘭緊固系統(tǒng)有限公司