專利名稱：緊固元件的插入方法,螺栓元件、鉚接模及構件組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明關于一種具有一頭部和一軸桿部的緊固元件，尤指一種螺栓元件插入一種可變形材料構成的金屬板構件或另一板片狀構件內(nèi)的方法，其中螺栓元件遠離頭部的那一端在前頭，利用一定位頭導引這螺栓元件穿過金屬板構件，再利用這定位頭與設在金屬板構件遠離定位頭那一側(cè)之鉚接模的互相配合運行，使螺栓元件的頭部區(qū)域鉚接到金屬板構件。本發(fā)明另外還關于一種能利用鉚接方式而插入一金屬板構件內(nèi)的螺栓元件，也關于一種可供插入這螺栓元件的鉚接模，和一種由一金屬板構件及一螺栓元件構成的構件組件。
上述可用鉚接方式插入一金屬板構件內(nèi)的緊固元件，早已為人熟知，例如從公開號為WO 94/101688號國際專利申請案便可獲知。這類緊固元件是將設有螺紋的軸桿部從一邊導入金屬板構件的穿孔內(nèi)，并讓頭部的凸緣從一側(cè)接觸金屬板構件。其后在一定位過程中將金屬板構件的材料予以變形，使這材料經(jīng)塑性成型而在元件軸桿部與頭部之接觸表面的鄰接處形成一道極小的凹槽，使元件被固定在金屬板內(nèi)。在先有技術中，是在插入螺栓元件之前先對金屬板穿孔，以便具有一個約略成錐形的卡圈或擴口部，并讓穿孔位于這卡圈的狹窄部?？ㄈΦ莫M窄端面向螺栓元件的頭部，插入螺栓元件時就會將擴口部壓扁，致使金屬板卡入該元件軸桿部的凹槽內(nèi)。德國第3704763號專利所公開的是種十分相似的方法。第WO 94/101688號國際專利申請案亦建議可將該卡圈安排成面朝反向，亦即使螺栓的尖端從最寬處進入擴口部，然后從卡圈的狹窄部通過穿孔。雖然這項變化未予詳細說明，但其又建議在插入螺栓元件時卡圈會被擠扁，因而實際上能完全在金屬表面所在的平面范圍內(nèi)延伸。
在第WO 94/101688號申請案所公開的安排中，元件的頭部在接觸表面具有若干大致為徑向延伸的鼻部，該鼻部會在插入期間被壓入金屬板構件內(nèi)，因而形成一個確保防止轉(zhuǎn)動的性能。此項防止轉(zhuǎn)動性能的用意是要元件本身不會在金屬板構件內(nèi)轉(zhuǎn)動的情況下，將螺帽旋合到螺紋式軸桿部。
這種由金屬板構件及螺栓元件形成的構件組件，常被用于汽車或洗衣機制造工業(yè)，以便將另一構件固定到這構件組件上，或?qū)⒃摌嫾M件裝到另一構件上。頭部的接觸表面最好位于金屬板構件固定另一構件不同的一邊，以使金屬板構件可受到壓縮載荷。
然而，上述的先有技術的元件在接裝到另一構件上之前，很可能有在運送或儲存期間發(fā)生松動的危險，尤其是對準備與相當薄的金屬板合用的鉚接式螺栓而言更可能發(fā)生松動，所以實際上并不盡如人意。發(fā)生這種松動時，元件可能會遺失或使其定向變成無法對金屬板構件從事進一步的機械加工。另外，這類先有技術的元件的松動也會使原有的防止轉(zhuǎn)動性能在某些情況下無法發(fā)揮，以致在裝螺母而尚未產(chǎn)生適當?shù)膴A緊力之前，元件便先轉(zhuǎn)動。在建造車體時，或在把元件頭部置入一中空孔穴并于裝妥構件組件后便無法再接觸的其它一些工作，這類問題尤其令人困擾。如果元件在此類情況下轉(zhuǎn)動或遺失，那么待生產(chǎn)的物品，例如汽車，便無法按照正常的生產(chǎn)程序去制造，反而必須改用一種復雜的方式去修理。所以諸如此類的情況應盡量避免。
薄金屬板常會遇到的另一個問題就是發(fā)揮防止轉(zhuǎn)動性能的鼻部必須具有某種高度，亦即必須超出頭部接觸表面的高度，才能具有防止轉(zhuǎn)動的性能。若采用薄金屬板時，鼻部就會將這種薄金屬板構件的材料壓成使其不再具有充分強度，因而在實踐中也會造成問題。
此外，在將元件鉚接到金屬板構件的期間，用以容置塑性變形金屬板構件的細小凹槽也難以制造，使得螺栓不必要地變貴了。再者，這凹槽也會因為讓元件產(chǎn)生銳利邊緣或減少剖面面積，致使螺栓的強度或其疲勞特性減低。另外由于該凹槽的尺寸關系，也會發(fā)生元件在金屬板構件上安裝不當?shù)那樾?，因而如前所述，使得元件易于在金屬板構件中發(fā)生松動、掉落、甚或更糟的后果。
為了提供協(xié)助，本案申請人在早先尚未公布的德國第P4410475.8號專利申請案所設定的目的，便是提供一種能以合理成本制造與使用的元件，該元件可顯著減低甚至消除從金屬板構件上松動或遺失的危險，除了具有在金屬板構件上防止轉(zhuǎn)動的良好性能外，也能產(chǎn)生緊固的接合，甚至是用于薄金屬板或諸如鋁板或鋁合金板之類的非鐵板片。此外，也提供一種由一金屬板構件與至少一個這種元件所組成的構件組件，以及一種鉚接模，和將這元件鉚接到金屬板構件上的方法。
此目的可由早先的申請案予以圓滿解決，其中該元件作為一接觸表面的下側(cè)設有若干凹入的周邊閉合區(qū)，該閉合區(qū)至少有部分是以若干從軸桿部朝外延伸的肋條為邊界，該肋條的軸桿側(cè)端以凸起形式沿著軸桿部延伸，并在遠離頭部的那一端與至少一道繞著軸桿部螺旋延伸的凹口結(jié)合。
按此設計，在利用與軸桿部保持同心的一個適當鉚接模將元件鉚接到金屬板構件上的期間，便能使金屬板構件的材料塑性變形而卡入凹入周邊閉合區(qū)和前述凹口內(nèi)，不會發(fā)生肋條使金屬板顯著變薄的情形，因而與某些常規(guī)的元件相比，此鉚接接合的強度已大幅增加。肋條軸桿側(cè)端以凸起形式沿著軸桿部延伸的事實，表示防止轉(zhuǎn)動的性能不但是由被驅(qū)使卡入凹入?yún)^(qū)內(nèi)的材料，也是由肋條軸桿側(cè)端與金屬板構件之間的形狀相配式鎖定效果一起達成。與先有技術相比，這樣做使得防止轉(zhuǎn)動性能大幅提升。插入元件期間，如無必要不會使金屬板變薄的事實，表示與先有技術的凹槽相比，可將凹口設在距離頭部下側(cè)稍遠一點的地方，以致從制造角度來看，較易實施這種凹口。因而與先有技術相比，可將凹口形狀弄得較平整，以便在利用鉚接模從事塑性變形期間，確保金屬板構件的材料充分擠入凹口內(nèi)，因而增進元件耐抗損耗的阻力。
元件軸桿部的凸起肋條的區(qū)域，與該軸桿部遠離頭部的部分相比，最好具有較大的直徑，且在這較大直徑區(qū)設有至少一個凹口。由于這種設計，凹口使元件變?nèi)醯某潭纫草^輕，因而較易充分利用該元件的正常強度，另一方面，亦能改善元件的疲勞特性。此外，也進一步增進防止轉(zhuǎn)動性能。然而，這種設計特別重要的一點是，在插入元件期間，可增進金屬板構件材料的流動性。金屬板構件的預穿孔，必須具有能使元件軸桿部不受損即可穿過的直徑。在插入元件期間，先是朝外驅(qū)使金屬板構件穿過這個較大直徑區(qū)，從而使孔口擴大，因而產(chǎn)生額外的材料以供驅(qū)使進入凹入周邊閉合區(qū)和/或凹口內(nèi)。
繞著軸桿部螺旋延伸的至少一道凹口，最好是由一道螺紋凹槽形成，尤其是一道在元件軸桿部設有連續(xù)螺紋的螺紋凹槽更為有利。這樣可采用形成螺紋的相同程序來實現(xiàn)這凹口。從而使得元件的制造成本大幅節(jié)省，所形成的凹口也平整。就此而言，如果在螺紋軋制過程之前便先形成肋條，使其以凸起形式從軸桿側(cè)端沿著軸桿部延伸，那么這些凸起的肋條在螺紋軋制期間便能被直接變形而卡入凹口內(nèi)。但從另一方面來看，在螺紋軋制過程完成之后，可知必須先以另一道程序，例如也以一種軋制程序來產(chǎn)生凸起的肋條部件。在這情況下，可利用凸起肋條將凹口再分成幾個區(qū)段。然而，肋條沿著軸桿部延伸的凸起部分不能太長，否則可能使待接裝物品的平整基座受損。但是，元件準備接裝的物品若為一個電子終端時，則不在此限。屆時肋條的延伸部分可在終端的孔洞中造成想要的缺口效果，因而有助于獲得較佳的電接觸效果。
螺旋凹口可以呈現(xiàn)為一或二道的螺紋圈，亦可采用螺紋區(qū)段的形式，尤其是將這凹口當作一個多線起動螺紋時，本發(fā)明原則上可做到這點。它也屬于本發(fā)明范圍之內(nèi)。
與周邊連續(xù)凹槽相比，螺旋凹口具有較多的優(yōu)點。例如，若是在經(jīng)過一段時間才從軸桿部卸下螺母，那么因為螺紋部分和/或螺母會變臟或受侵蝕，因而可預期必須增加扭力方能卸下螺母。但是，由于凹口是螺旋形狀，所以這種增加的扭力會使元件把金屬板壓得更緊，從而增加了轉(zhuǎn)動元件的阻力。
不過，螺旋凹口的螺距角也可制成為0度，即成為周邊連續(xù)凹槽，而此種形狀的凹口也屬于本發(fā)明的范圍。例如，若不將這元件作成螺紋螺栓，而是將其改成一種軸承套管時，這種形狀便十分方便。按照前述優(yōu)點，按本發(fā)明所形成的凹口與先有技術相比，便可跟頭部的下側(cè)保持較大間隔，而此原則亦適用于作為周邊延伸凹槽的凹口設計。
周邊閉合區(qū)宜將最深處設在鄰接軸桿部的地方，這樣在插入元件期間，有助于發(fā)揮防止轉(zhuǎn)動性能，也有助于促進金屬板構件材料的塑性變形。
尤其重要的是，與頭部的接觸表面相比，此閉合區(qū)的面積比例可以在考慮過材料的匹配性后，以充分發(fā)揮防止轉(zhuǎn)動和耐抗非極限的表面壓力的性能作為選擇原則。這項優(yōu)點也使本發(fā)明的元件能與較軟質(zhì)的金屬板合用，例如與日后會在汽車結(jié)構中愈用愈多的鋁或鋁合金板片合用。有關電化腐蝕的問題，如今只要對元件采用適當?shù)谋砻嫣幚肀憧蓱?，亦即可避免發(fā)生電化腐蝕，所以按本發(fā)明所構成的鐵制元件也可以直接跟如鋁合金類的金屬板合用。
然而，這項早期提出的專利申請必須在插入螺栓元件之前，先用沖孔工具或鉆孔方式在金屬板上產(chǎn)生一個孔洞。該孔洞在較早先的一個加工步驟中產(chǎn)生。
前述那種已知的緊固元件所遇到的另一個問題是當軸桿部的尖端穿過金屬板的孔洞時，即在頭部下方的區(qū)域造成鉚接結(jié)果。
另一個問題是耐抗“撬出”的阻力很低。也就是說，只要對軸桿部遠離頭部的那一個徑向施加一個力，便可相當容易地從金屬板撬出該元件，使其變松動或歪斜成與金屬板保持不希望有的角度。
本發(fā)明的目的在于確保金屬板，尤其是厚度小于2.25mm的薄金屬板，縱然是使用前述專利申請案所述之螺栓元件，亦可獲得與先有技術相比品質(zhì)較佳的鉚接接合，同時在插入該螺栓元件的期間，至少能充分避免損傷其螺紋。
本發(fā)明的另一目的尤其在于提供一種能增進耐抗“撬出”阻力的方法，該方法不論是對早先第P4410475號專利申請案所述的元件，或其它已知的元件，例如與第WO 94/101688號專利申請案所述類似的元件，均可適用。
此外，本發(fā)明的再一目的是提供一種改進的方法，免除必須在較早先的加工步驟中產(chǎn)生孔洞的復雜性。
本發(fā)明的又一目的是改進緊固元件對撬出或推出力的耐抗性，尤其在使用薄金屬板構件時，和不論該金屬板構件是預穿孔或以緊固元件穿孔，均是如此。
為達到這些目的，本發(fā)明提供一種將具有一頭部，一軸桿部和在該軸桿部設有至少一徑向凹槽和一道以上螺紋圈的螺栓或緊固元件結(jié)合到一金屬板構件上的方法，該方法是先在金屬板構件上形成一孔洞，或利用這緊固元件軸桿部遠離頭部的那一尖端在金屬板構件上沖孔，其特征在于預穿孔或經(jīng)沖孔而成的孔洞能使金屬板構件遠離緊固元件頭部的那一邊形成一卡圈，之后該卡圈的材料會被徑向朝內(nèi)變形而卡入徑向凹槽或螺紋圈內(nèi)。
為求完整，在此應指出的是，利用緊固元件尖端在金屬板構件沖孔的方法，從美國第2,593,5060號專利中便可獲知，其中是以一螺桿的螺紋端的尖端穿過置于一鉚接模上的金屬板，再將該螺桿的無螺紋端予以鉚接或鍛頭而完成安裝。鉚接模是設成能讓螺桿穿過金屬板上一個無擴口或卡圈的簡單圓形孔口。此外，由于耐抗推出或扭出的阻力基本僅靠螺桿軸桿與金屬板片之間的摩擦，所以效果不佳。再者，不論是在穿過沖孔的期間，或在鍛頭作業(yè)期間，都有可能損及螺紋的危險。
在本發(fā)明方法的一個方面中，是以軸桿部遠離頭部的那一端，在定位頭的作用下，可選擇性與鉚接模配合運作，以此將金屬板構件穿孔，另在金屬板構件穿孔期間宜形成一廢料，同時該穿孔會擴大而在金屬板構件靠近鉚接模那一邊的孔洞周圍形成一卡圈。
令人驚異的是，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)使用這種技術也能以一特制螺栓元件的軸桿部的端面對金屬板構件穿孔，然后再用該螺栓元件的螺紋從這穿孔通出時，螺紋并不會受到太大損害。對螺紋部而言，卡圈的形成較易將開口擴大，因而使螺紋能在不受損的情況下通過該卡圈，相關詳情以后再予說明。
其后，在利用鉚接模將金屬板構件鉚接到螺栓元件的期間，便可利用該卡圈的材料而在金屬板構件及螺栓元件之間產(chǎn)生一種高質(zhì)量的接合效果。
在孔洞的周緣，或在卡圈與該孔口鄰接的那一端，產(chǎn)生至少一個，但最好為若干個和特別是奇數(shù)的缺口，或至少大致為徑向的切口或裂縫。等螺紋從這卡圈擠出時，這些缺口會進一步扯裂而大幅減少螺紋部穿過所需的力，因此也大幅減少螺紋受損的危險。
尤其令人驚訝的一項發(fā)現(xiàn)是螺紋元件的端部如果具有所謂的及符合德國工業(yè)標準(DIN)78規(guī)范的Ka形狀時，更有助于實施該方法。Ka形狀系指軸桿部遠離頭部的那一端有個直徑略小于螺紋核心直徑的套管狀凸伸部。這套管狀凸伸部是經(jīng)由一漸擴錐形區(qū)段而與螺紋圓柱體結(jié)合。該套管的端面則是朝著至少基本與螺栓元件的中心縱軸保持垂直的方向延伸。
使用本發(fā)明的尖端穿孔方法來安裝該螺栓時，如果能在套管狀凸伸部的套合表面設置若干道凹槽，便可改進該方法。按照本發(fā)明，現(xiàn)已令人驚訝的發(fā)現(xiàn)該凹槽在以螺栓元件對金屬板穿孔時，特別能發(fā)揮效益。
螺栓元件本身的特征在于軸桿部是設在該元件遠離頭部的那一端，以便對金屬板構件穿孔。從本案申請的權利要求第10到14項可得知螺栓元件最佳的一些形式，而權利要求第15到26項則包括用以鉚接到金屬板構件并與早先第P4410475.8號專利申請案的權利要求第1到13項一致的螺栓元件頭部的形成事宜。
與螺栓元件合用的鉚接模可從權利要求第29到31項看出，而權利要求第32到38項則指螺栓元件接合到金屬板構件后而形成的構件組件。
權利要求第39到51項則為本發(fā)明其它一些較佳實施例。
下面將參照附圖和實施例詳細描述本發(fā)明，其中

圖1～9表示早先第P4410475.8號專利申請案的相應附圖，而圖10～25所示則為本發(fā)明的特征設計及方法，其中
圖1是本發(fā)明所構成而可供鉚接到一金屬板構件的元件的側(cè)視圖，其中有部分呈縱剖面，圖2是元件朝著圖1中箭頭II方向觀看的端視圖，圖3是元件如圖1中圓圈III所示剖面部分的放大圖，圖4是圖1所示元件按照圖3中剖面IV-IV所截取的部分剖面圖，圖5是圖1到圖4中依本發(fā)明所構成的元件插入一金屬板構件的方法的圖解圖，圖6所示為圖5插入方法的末尾階段，圖7是與圖5和6所示方法的一種鉚接模左邊的細部示圖，圖8是由一金屬板構件和鉚接于其上之元件組成如本發(fā)明所述的一種構件組件，即使用圖5和6所示方法制成之一種構件組件的部分剖面示圖，圖9是構件組件如圖8中圓圈IX所示區(qū)域的放大圖，圖10是依本發(fā)明所構成的螺栓元件的側(cè)視圖，并有部分呈縱剖面，圖10A是螺栓元件端部如圖10中朝著箭頭X方向觀看的視圖，圖11是圖10所示螺栓元件插入和鉚接到一金屬板構件的視圖，圖12為圖10元件的插入方法，其中顯示出該元件剛與金屬板構件接觸的情形，圖12A為圖10元件插入金屬板構件的方法，其中顯示出剛要對金屬板構件穿孔之前的情形，圖13是圖10螺栓元件的插入方法，其中顯示出剛對金屬板構件完成穿孔，但螺紋部尚未通過該穿孔之前的情形，圖13A是一剖面圖，顯示出依圖13所示方法而形成之廢料的典型形狀，圖14是圖10螺栓元件的插入方法，其中顯示出穿孔剛由螺紋予以擴大，但螺栓元件頭部尚未鉚接到金屬板構件之前的情形，圖15是圖10螺栓元件的插入方法，其中顯示出頭部鉚接到金屬板構件之后的情形，圖16是一預穿孔厚金屬板構件的示圖，圖17是對一厚金屬板構件預穿孔以供形成一卡圈所用的穿孔沖頭，圖18是以圖17所示沖頭及圖19所示模扣形成一卡圈的示圖，圖19是與圖17所示沖頭合用的?？鄣氖緢D，圖20為依本發(fā)明而由一螺栓元件與一金屬板構件組成之構件組件的示圖，圖21是形成圖20構件組件所用?？鄣目v剖面圖，圖21A是圖20所示模扣端面的放大剖面圖，圖22是可用于本發(fā)明的一種較佳螺栓元件的部分剖面圖，圖23是朝著圖22中箭頭XXIII方向觀看的軸向視圖，圖24是構件組件如圖20中圓圈所示區(qū)域的放大圖，但另增設一片以螺帽固定住的金屬板構件，和圖25是與圖24類似的視圖，但增設的金屬板構件置于一偏心位置。
圖1的側(cè)視圖顯示出依本發(fā)明構成的一種螺紋螺栓形式的元件10，該元件具有一頭部12和一設有螺紋14的軸桿部16。從圖2、3和4中可清楚看出，該元件在其當作接觸表面一部分的下側(cè)18具有若干凹入的周邊閉合區(qū)或坑20。該閉合區(qū)20至少有部分以若干從軸桿部16朝外延伸的肋條22為界，該肋條于側(cè)視時成直角狀的軸桿側(cè)部位24以凸起形式沿軸桿部16延伸，遠離頭部的那一遠距端26則與至少一個凹口28結(jié)合。此凹口28繞著軸桿部成螺旋狀，并形成一道螺紋槽，亦即軸桿部16的一道連續(xù)螺紋14。
閉合區(qū)20的徑向外側(cè)是以周向延伸的頭部周邊表面30為界，肋的徑向外端則未分段的與這周邊表面結(jié)合。另外，閉合區(qū)20的徑向內(nèi)側(cè)是以軸桿部的圓柱形周邊表面32為界。
肋22徑向朝外延伸部位與軸桿部面對的表面，與圖3所示相反，位于與周邊表面30相同的平面上，或可如圖3所示，斜向延伸到由頭部12下側(cè)30界定的平面31，再從這平面往后縮，以便不會從這平面的軸桿側(cè)伸出。周邊表面30以及肋22的徑向延伸區(qū)的軸桿側(cè)表面共同構成頭部12的實際接觸表面。
從平面圖觀看，這個實施例的閉合區(qū)20至少基本為方形，實際上這也是閉合區(qū)20的一種較佳形狀。就本發(fā)明而言，閉合區(qū)20，即各邊均被圍住的區(qū)域20，自然也可采用其它形狀。按照圖2和4的特殊設計，位于頭部12接觸區(qū)18和朝著徑向延伸的肋條部件22，朝著徑向往外的方向逐漸變寬。它們未分段地連續(xù)與頭部的周邊表面30結(jié)合。本實施例中共有八支肋條22，該肋條的數(shù)目宜在六到八之間。
從圖1和3可明顯看出，周邊閉合區(qū)20(沿著元件10的軸向測量時)的最深處是在鄰接軸桿部16的地方。雖然肋條22之軸桿側(cè)表面上的周邊表面30原則上屬于接觸表面，但也可將對應的金屬板構件故意弄變形而卡入這些閉合區(qū)，利用閉合區(qū)的基面作為接觸表面。不論那種情形，本發(fā)明的元件都能提供大面積的接觸表面，使該元件也能跟軟質(zhì)金屬板構件一起使用，不必害怕該金屬板片會產(chǎn)生臨界壓力。當閉合區(qū)的基面至少基本以130到140度、但最好以140度的閉合角度位于一個錐形表面上時，效果尤其好。這圓錐角在圖3中以參照字符α表示。
另外，從圖1和3可看出，元件具有一定心凹口34，確保使該元件在插入期間能被精確導引。此外，該元件也具有一錐形插入尖端36。這插入尖端36不但有助于安裝其后要固定到元件上的物品，另在元件插入對應金屬板構件的期間也有助于把元件導引到定位頭內(nèi)。
圖5和6即為插入方法的示圖。
圖5顯示出一接合工具40的定位頭38，該定位頭包括一支可朝箭頭43方向移動的壓合柱塞42。
參閱圖5，箭頭43顯示元件10在定位頭中的供給方向。元件10被單獨饋送給定位頭38。圖5所示的元件是在重力下，但也可選擇在壓縮空氣或壓合柱塞42的作用下通過定位頭的孔口44，直到部分呈球面以方便導引的元件頭部12與利用一彈簧46而偏壓的一個球體48接觸為止。實際上，最好設有三個這種彈簧偏壓的球體，安排成分別以120度的間隔圍繞著定位頭38的縱軸50。在圖5所示的階段，供元件10插入的一片預穿孔金屬板構件52已位于定位頭38和一下方工具的鉚接模54之間。該元件設有螺紋14的軸桿部16已有一部分穿過金屬板構件52的預穿孔58，和穿過鉚接模54的一個與該預穿孔保持同軸對準的圓柱狀定心開口60。鉚接?；蚰？?4本身是以可更換方式被支撐在屬于接合工具之下方工具56的孔口57內(nèi)，并經(jīng)由一板片59被支撐在一下方壓板61上。
在這插入方法的后期階段，定位頭內(nèi)的壓合柱塞42會進一步下移，元件頭部12通過三個彈簧加載球體48時將其壓住。在這移動期間，與預穿孔58及縱軸50保持同軸的鉚接模54的冠頂區(qū)64會被壓入金屬板構件的材料里，導致該金屬板構件的材料一方面會被擠入閉合區(qū)20內(nèi)，另一方面也會擠入凹口28內(nèi)，因而在元件10和金屬板構件52之間產(chǎn)生一種可靠的鉚接效果，從而共同形成一個構件組件。
鉚接模54的冠頂區(qū)最好采用如圖7所示的形狀，亦即這冠頂區(qū)具有一個環(huán)狀波浪形的端面，該端面具有若干在軸向延伸的隆起部72及下凹部74，以供金屬板材料產(chǎn)生塑性變形。使用鉚接模時，該隆起部72用來驅(qū)使金屬板料進入元件10頭部12下側(cè)的凹入?yún)^(qū)20。下凹部74則于肋條22的徑向朝外延伸部位所在的位置與金屬板構件接觸，以便使金屬板材料在這肋條區(qū)域不會發(fā)生顯著變薄情形。
由于金屬板材料是被夾在鉚接模和元件10頭部12的下側(cè)之間，所以金屬板材料也會被強制擠入凹口28內(nèi)，因而產(chǎn)生想要的形狀互鎖式接合效果。相對于鉚接模的隆起部及下凹部，因為元件10到時會試圖以最省勢能的方式轉(zhuǎn)動，所以不需采取特殊措施促使元件與其保持角度校準關系，以致只要選擇一種可讓鉚接模54的隆起部72與凹入?yún)^(qū)20校準的位置，亦即利用元件在定位程序當中輕微的自動轉(zhuǎn)動便可達到必要的校準。
如圖8和9所示，但從圖9更可清楚看出，由于鉚接模的設計，因而遠離元件10頭部12的那一遠距側(cè)設有一道至少基本與元件10縱軸35保持同軸延伸的凹槽，該凹槽可以是個斷續(xù)凹槽。尤其在鉚接模具有如圖7所示形狀時，這凹槽具有一個波浪形的基面。然而，該波浪形基面的波峰部不可從金屬板構件的下側(cè)71伸出、從而確保為準備固設到金屬板構件上的物品提供一個平整的基座。但是，該物品若為一個電子終端時，則不在此限。在這種情況下，波浪形基面的波峰部可以從金屬板構件的下側(cè)伸出，確保使該終端處具有較高的表面壓力，亦即具有較佳的接電效果。
然而，除帶螺紋的螺栓外，本發(fā)明亦可構成其它不同的元件。例如，可考慮采用軸承套管形式的元件10。也就是說，螺紋可用圓柱形支承表面予以取代或補充?；蛘撸朔N緊固元件可以是個具有中空軸桿部的螺帽元件。
上述頭部以及該頭部與金屬板構件的鉚接特點亦可毫無限制地適用于螺栓元件。下面將配合圖10～15詳細說明。圖10～15中所示元件凡在圖1～9中可見到的均使用相同參照數(shù)字，另因前述說明亦適用于圖10～15，所以具有相同參照數(shù)字的部件或功能在下文中大部分可以略去，僅就不同處予以詳細說明。原則上，共有三大不同處，分別是a)螺栓元件10遠離頭部12那一遠距端100的設計，b)金屬板構件利用這遠距端100予以穿孔，c)以略加修改的模具形狀而于穿孔周圍形成一卡圈。
從圖10中可明顯看出，螺栓元件10遠離頭部12的那一遠距端100具有一個符合德國工業(yè)標準(DIN)78規(guī)范的所謂的Ka形狀。也就是說，該遠距端100代表一個套管狀的凸伸部101，其外徑略小于螺紋14的核心直徑，并經(jīng)由一截錐形區(qū)段102與螺紋14結(jié)合，同時這截錐形區(qū)段的錐形角度朝著螺紋14方向以90度的角度逐漸擴大。
不同于DIN 78規(guī)范的標準Ka形狀，套管狀凸伸部101的周邊設有若干與縱軸保持平行的楔形凹槽106，該凹槽的深度(朝徑向測量)從軸桿部16的端面104起逐漸減小，并在錐形區(qū)段102的起點處變?yōu)榱恪?br> 螺栓元件端部的基本Ka形狀本身讓人一看便明白，但它通常用于一種相當不同的用途，亦即利用一種自動擰螺絲裝置而能接裝到一螺帽上。楔形凹槽則是本發(fā)明的一項設計特征，不應與有時設在螺栓的螺紋柱下方以供脫漆用的縱向凹槽弄混淆。楔形凹槽的數(shù)目在本發(fā)明并不重要。然而，該凹槽106較宜設成奇數(shù)，例如三或五個。
各凹槽的剖面均屬于具有90度斜角角度的V型，其中一邊的表面，例如圖10中的側(cè)邊表面108，位于一徑向平面上，另一側(cè)邊表面則與這徑向表面108形成一角度。V型凹槽的基底相對于縱軸宜保持約10度的斜角角度。
從平面圖觀看，亦即從圖10縱軸50的方向觀看，凹槽因為深度淺而顯得相當窄。應注意的是，在單單Ka形狀便已足夠的情況下，這種凹槽或其它的缺口特性對一般強度的金屬板并不重要。然而，這種凹槽或其它的缺口特性對高強度金屬板卻有助益，因而已逐漸被用在汽車生產(chǎn)上。套管的端面宜平整，并與元件的縱軸保持垂直。不過，它也可以稍凸或稍凹，其中凸形又優(yōu)于凹形。
雖然圖10的設計代表一較佳實施例，但亦可采用其它實施例。例如，圖10的凹槽106可改為肋條。在這種情況下應將這些肋條設在與螺栓元件的縱軸50保持同軸的一圓圈內(nèi)，且該圓圈的直徑應小于螺紋14的核心直徑。
端面104也可以稍凹或稍凸，另外也可以改成尖點，例如一種符合DIN 78規(guī)范的ASP尖點。然而，若是螺栓元件在被導引時未與金屬板構件確切保持垂直，即會發(fā)生問題而不宜使用這種尖點形狀。如果螺栓元件在定位頭里稍微偏斜一點點，那么該螺栓元件作成尖點形狀的一端即會被壓入金屬板構件里。其后便無法再矯正螺栓元件的這種偏斜情況，亦即采用一端弄尖的螺栓元件時，應以能滿足安裝過程的各種要求為限。
現(xiàn)將參照圖12～15，詳細說明螺栓元件10裝入金屬板構件內(nèi)的前后順序，而圖11所示則為螺栓元件10與金屬板構件52經(jīng)加工完成后的構件組件。
圖12所示為圖中未示的一種其內(nèi)設有定位頭38及鉚接模54的壓機，在加工行程當中使螺栓元件10置入定位頭38中的情形。這時定位頭38固定到壓機的上方工具(未顯示)或中間板(未顯示)上，并已被往下驅(qū)動，使金屬板構件52夾在定位頭38端面和鉚接模54所屬對置端面之間。如圖所示，鉚接模54端面處可依圖7形成的環(huán)狀凸起部64對金屬板構件造成一個略微往上隆起的部位。等壓機在加工行程當中進一步閉合時，柱塞42就會更往下移，而定位頭如陰影線所示的部分相對于壓機的上方工具或中間板，則會具彈性地往后偏動。如圖12所示的柱塞42，業(yè)已下移到使螺栓元件端面104剛與金屬板構件52接觸的程度。從圖12可看出，螺栓元件套管狀端部101的外徑大大小于鉚接模端面處之錐形環(huán)狀凹口112的內(nèi)徑。
也就是說，螺栓元件端部100處具有切割作用的套管狀凸伸部101會與位于該切割凸伸部及下方鉚接模54之間的金屬板構件52接觸，其中鉚接模與螺栓元件之中心縱軸50保持同軸對準的關系。
鉚接模的錐形環(huán)狀凹口122經(jīng)由一環(huán)狀平整凸肩113而與一個直徑小于錐形環(huán)狀凹口112內(nèi)徑、但卻比螺栓元件的外螺紋直徑約大0.1mm的區(qū)段114結(jié)合。有關錐形環(huán)狀凹口112的精確形狀，將在后面的圖21及21A中予以顯示。從錐形凹口到平整凸肩的過渡區(qū)可以是圓形。此外，尤其(但并非必然)在采用尖端穿孔形式的?？?4時，從環(huán)形凸肩113到孔口114的過渡區(qū)可以改用圓形凸肩取代直角。此舉對螺栓元件10的導引特別有益。
鉚接模54是以一種已知方法被保持和固定在一沖壓/成型工具或壓機內(nèi)。
圖12A所示的定位柱塞已進一步下移，而螺栓元件的尖端也已將金屬板壓凹卡入?？?4的錐形凹口112內(nèi)。這時金屬板的應力數(shù)值已增加到只差一點便可達到刺穿該金屬板構件52所需的程度。于此階段，卡圈120至少已被執(zhí)行了一部分。柱塞42只需再往下略微移動便可達到圖13所示的位置，屆時受到壓機上方工具的沖擊運動所產(chǎn)生的力F的影響，螺栓元件就會從金屬板構件52上切掉一片廢料116。等從金屬板切掉這廢料時，該金屬板位于緊固元件下方的部位就開始形成一個錐形。其后當緊固元件的錐形部102(圖10)被驅(qū)動而穿過這錐形板片部，并因而在這成型金屬板構件中產(chǎn)生一種管狀變形，即一卡圈120，且這管狀變形在朝著鉚接模的自由空間118方向時，此錐形即被拉伸和/或擴展。從圖13A的放大圖可看出，廢料116的側(cè)緣很粗糙，這也適用于卡圈120，即管狀部朝下的端面很粗糙。此外，由于廢料116是從金屬板構件未受支撐的部位沖壓出來，所以略呈碟形。
然而，在圖中卻見不到楔形凹槽也使金屬板構件產(chǎn)生的缺口、切口或裂縫。因為它們會在截錐形區(qū)段102的作用下進一步裂開，減低金屬板構件在卡圈部位變形所需的力，所以十分具有助益。利用這方法，施加給螺紋的力便已被減低，以致毋需擔心螺紋是否會受損。
根據(jù)圖14，由于(與柱塞42鉚接之)上方工具的下移動作會使柱塞42相應而跟著下移，所以螺栓元件也已移入具有導件作用的鉚接模的孔口124內(nèi)。這樣，它就會使圖13所示之管狀區(qū)段進一步擴展，并會以一種形狀相匹配(form-fitted)的方式將其大致成型及嵌入鉚接模的環(huán)狀凹口112內(nèi)。
金屬板材料的這種成型，主要是以螺栓元件的前二道螺紋圈造成。這些螺紋圈可采用已知的熱處理法，使其與強度等級約在例如8.8的后續(xù)螺紋圈比較，實質(zhì)上變得更硬和具有更高的強度。憑著這種增進的強度便可避免發(fā)生螺紋受損的情況。本專業(yè)技術人員均知螺栓元件的前幾道螺紋圈該硬化，尤其對自攻螺栓。利用已知的方式也可達到這種增進強度的目的。
如圖14所示，經(jīng)沖孔切掉的廢料116從鉚接模54的自由空間118掉落，并可利用已知方式予以處理。
在圖15所示的階段，壓機的工具正移動通過下方的死點。由于鉚接模54與螺栓元件10之頭部下側(cè)形狀互相配合，所以金屬板材料與螺栓元件10的頭部12便產(chǎn)生一種如前參照圖1～9所述的形狀相配式鎖定效果，而這種鉚接或鎖定接合若與早先德國第P4410475.8號專利申請案中由一預穿孔金屬板構件及螺栓元件所形成的構件組件相比，有助于發(fā)揮較高的強度。理由在于本發(fā)明所述卡圈120能在重要部位提供材料，而這材料在壓機閉合所發(fā)生的變形期間，能以更周全的方式被擠入環(huán)狀凹口及螺栓元件的閉合區(qū)內(nèi)，從而能在這部位達到一種較高的以致有利于接合強度的永久應力。
設于鉚接模端面處的凹口112的錐形形狀，有助于使金屬板材料徑向移入螺栓元件頭部正下方的幾道螺紋凹槽內(nèi)。設于鉚接模端面處的環(huán)狀凸起部64則可促使金屬板材料徑向移入閉合區(qū)內(nèi)，而這環(huán)狀凸起部的側(cè)面有助于促使金屬板材料卡入用以界定螺栓元件10軸桿部16之凹口的若干螺紋圈里。至于設在錐形凹口底部的凸肩113，不但有助于金屬板材料的徑向及軸向移動，也可協(xié)助限制徑向變形的卡圈的軸向范圍，使其不會妨礙將在下文中參照圖24和25予以說明的另一金屬板構件或一螺帽的接裝工作。
將壓機開啟，取出金屬板構件以及鉚接于其上的螺栓元件后，即可獲得圖11所示的構件組件。
應注意的是，如果是厚度約在2.25mm以下的薄金屬板，宜從德國第P4410475.8號專利申請案所建議那種螺栓元件用于一種預穿孔的金屬板構件，或?qū)蕚渑c一徑向凹槽或與一道以上螺紋圈接合的金屬板采用其它任何扣件，另外為了阻止被推出，可在這金屬板構件遠離緊固元件頭部的那一遠距側(cè)設一卡圈。
在穿孔作業(yè)期間利用如一種適當成型的穿孔沖頭(例如一種與前述尖端穿孔螺栓的端部類似件)便可輕易形成的這種卡圈，在形狀上與圖11，14和15所示的卡圈120相同或近乎相同。當另一元件被定位到設有該卡圈的預穿孔時，這卡圈的材料就會按照如圖14和15所示的方式受到擠壓，因而朝著徑向卡入緊固元件的徑向凹槽或螺紋圈里，以致產(chǎn)生一種防止被推出的阻力。此外，這種設計還有另一優(yōu)點。以往，某些力量或施力構件常會對緊固元件的縱軸施加橫向影響，利用一種“解扣”作用，亦即如圖11中朝著方向K所施加的力，試圖將這緊固元件從金屬板中撬出，但因本發(fā)明的卡圈與螺栓元件之間朝軸向卡合了一段長度，所以緊固元件與金屬板之間產(chǎn)生的接合便對這類橫向影響力或施力構件具有甚高的耐抗阻力。常規(guī)元件對這類杠桿撬出力的耐抗阻力相當?shù)?，不過本發(fā)明的構件組件，即如圖11所示的緊固元件與金屬板的組件，卻對此類力具有顯著提高的耐抗阻力。有關配置一預穿孔的本發(fā)明的用法將在下文中參照圖16～21A予以簡要說明。
應注意的是，圖11～15中所示實施例中的緊固元件，是以一種在圖12所示環(huán)狀凹口112徑向外側(cè)設有一個與其保持同軸之環(huán)形鼻部的?？蹃韴?zhí)行定位工作的。這環(huán)形鼻部可以具有如圖7所示的形狀，或可以是一種規(guī)律不變大致像屋頂形剖面的環(huán)形鼻部64，例如像圖15或詳如圖21和21A所示的那樣。
還應看到環(huán)狀凹口112的圓柱壁面115朝著背離緊固元件頭部的方向略微偏斜成錐形。在壓機閉合及螺栓元件定位的期間，即緊固元件鉚接到金屬板的期間，這錐形表面有助于使卡圈120的材料徑向朝內(nèi)變形而卡入徑向凹槽或螺紋圈里。凹入?yún)^(qū)20的成型表面，即角度α(圖3)也有助于促成金屬的這種移動。此外，環(huán)狀凹口112基底的徑向表面113能在緊固元件裝妥后確?？ㄈζ秸⒋_?？ㄈΣ牧系妮S向凸伸程度不會在另一片金屬板構件以螺栓鎖合到第一片時產(chǎn)生令人不滿意的接合。另外，表面113因為確保卡圈材料不能朝著背離緊固元件頭部的方向軸向偏離，所以有助于卡圈材料的徑向變形。
另外，表面113亦有助于確保變形的金屬板料填滿凹入?yún)^(qū)20。若在插入緊固元件之前先形成卡圈120，該卡圈的內(nèi)徑宜等于或略小于緊固元件在徑向凹槽或最后幾道螺紋圈之部位的最大直徑。以預穿孔作業(yè)產(chǎn)生的這種卡圈，也有利于促使緊固元件在插入該預穿孔期間的定心工作。
應注意的是，如果是厚度約在2.25mm以上的厚金屬板，?？奂从妙愃品绞匠尚?，以便也能在此處產(chǎn)生一個從金屬板構件背離緊固元件頭部那一平面凸起的卡圈，尤其是使用前述具有一環(huán)形鼻部64的?？蹠r，不論薄或厚金屬板構件，都能達到耐抗撬出的良好性能。
此外，不論薄或厚金屬板構件，卡圈120的外形都略呈圓錐狀，因而在將另一金屬板構件置于緊固元件軸桿端之上以便夾緊到金屬板構件52上時，易于使其定心。
最后應注意的是，肋條22的徑向延伸部不必完全限于固定在凹入?yún)^(qū)20，可以改為只沿著該凹入?yún)^(qū)的徑向邊界的路線延伸。
現(xiàn)將參照圖16～21A詳細說明如何用一卡圈將螺栓元件確切固定在一預穿孔金屬板的孔洞內(nèi)的情形。
圖16所示的金屬板構件52，其內(nèi)設有一個平整的圓柱孔58。這孔洞可用如沖孔或鉆孔方式作成。該金屬板的厚度S大于2.2mm。若是金屬板的厚度大于2.25mm，那么金屬板只要穿出一個簡單的圓柱孔58便已足夠以制備該板。
若厚度為等于或小于2.25mm的金屬板，便要以一種形狀如圖17所示的穿孔沖頭200在這金屬板上沖出一個帶有環(huán)狀卡圈120的孔洞58。如圖所示，該穿孔沖頭200的前端具有一個圓柱形套管202，且這套管202設有一個與穿孔沖頭的中心縱軸206保持垂直的平整端面204。設于這個前端面204與套管202圓柱形壁面的交叉處的圓形邊緣是一道刃口。圓柱形套管202后方則設有一凸肩210。該凸肩的圓形邊緣212構成通往穿孔沖頭之較大直徑圓柱部214的過渡區(qū)。
孔洞58的沖孔作業(yè)是利用一種?？?14來執(zhí)行，圖19的縱剖面圖顯示出該?？勖鎸Υ┛讻_頭的端面。如圖所示，此?？劬哂幸粋€以C表示其直徑的圓柱形中心孔，該中心孔從模扣214的前端面經(jīng)由一曲面凸肩216而與該?？鄣钠秸嗣娼Y(jié)合。圖18亦顯示出這對應尺寸C，從該圖可看出它與大體為圓錐形的卡圈120的最大外徑相當，同時曲面凸肩216已在卡圈與金屬板構件52平面結(jié)合的那一點形成一個對應曲面218。
由圖中亦可看出，孔洞58的直徑D只比穿孔沖頭200的圓柱體214的直徑略大一點。
穿孔沖頭200的作用及其與?？?14的配合運作，與如前參照圖12～15所示及上述尖端穿孔法所發(fā)生的情形十分類似。
開始時先以直徑明顯大于穿孔沖頭200之圓柱形套管202直徑F的?？?14支承住金屬板，再以圓柱形套管202執(zhí)行沖孔工作。這樣做也會如圖12A所示，于沖出廢料(未顯示)前先將金屬板弄凹。其后，帶有曲面212的凸肩能補全這金屬板構件的孔洞的成型工作，從而產(chǎn)生如圖18所示的形狀。從圖中可看出，卡圈的高度H及邊緣形狀并未特別規(guī)定，它們只是在穿孔沖頭與?？鄣呐浜线\作下所自然產(chǎn)生的。這表示卡圈的端部會如圖18所示，呈現(xiàn)略微不均勻的情形。
不論金屬板構件52的精確厚度S是多少，卡圈的高度H通常至少為1.5mm。直徑D則設成僅比所用螺栓元件之螺紋的公稱外徑略大一點，例如約大0.1mm。
圖20所示為以下面將參照圖22及23予以說明的一種優(yōu)選類型的螺栓元件，它利用如圖12所示定位頭38與詳如圖21所示?？叟浜线\作而被壓入金屬板構件52后所形成的構件組件。圖21A為以放大形式顯示出的模扣54端面的精確形狀，該圖實際所示部分即為?？?4在圖21中以圓圈圈出的部分。
從圖21及21A中可看出，?？墼O有一個環(huán)形鼻部64，該鼻部大致為帶有若干斜側(cè)面的屋頂形狀，其中外側(cè)面222與?？鄣钠秸嗣?24結(jié)合，偏斜的內(nèi)側(cè)面226則在模扣的中心孔114范圍內(nèi)與一圓柱形凹口228結(jié)合。斜側(cè)面226會造成如前面參照圖12～15所述的一道錐形凹口。從圖中可看出，圓柱形凹口228的底部具有一個平整凸肩113，使用時可接觸圖18所示卡圈120的端部，以便在螺栓元件10被裝配妥當時，能決定卡圈的最大軸向凸伸范圍。
從圖20之構件組件被圈出的部分(這部分圍住穿過該組件的部分縱軸區(qū)段)可看出，卡圈120以圖21A中平整凸肩113所界定的一個水準230作為盡頭。由于卡圈與相當大的一段螺栓元件10卡合，所以這個水準230能對金屬板構件52提供相當?shù)闹?。圖20也清楚顯示出由模扣54的環(huán)形鼻部64所形成的環(huán)狀凹口232。如圖所示，金屬板材料已被弄變形以致可填入位于螺栓元件10的頭部下方的凹入?yún)^(qū)20里，卡圈120則已被徑向推動成與螺栓元件10頭部正下方的螺紋卡合?？ㄈΦ暮穸韧ǔＪ菑沫h(huán)狀凹槽232的基底朝著已變形卡圈遠離螺栓元件頭部12那一軸向端逐漸變細。
在此應指出的是，若使用較厚的金屬板構件52，即S大于2.25mm，即采用形狀與圖21和21A所示相同的?？?4，這樣會使金屬板在與螺栓元件的卡合區(qū)所形成的形狀跟圖20所示的極為相似，亦即在?？?4與對螺栓元件10施加作用的定位頭的互相配合運作下，金屬板會產(chǎn)生塑性流動，因而在此情況下也會形成一個卡圈。
圖22是螺栓元件10的頭部12和軸桿部16在鄰接該頭部12的部位的優(yōu)選設計的放大側(cè)視圖，其中有部分呈縱剖面。
圖23是朝著圖22中箭頭XXIII的方向所觀看的視圖，由該圖可清楚看出凹入?yún)^(qū)20大致屬于扇形，跟圖1所示大致為方形的形狀頗不相同。在此共有六支肋條22，這些肋條22用以作為凹入?yún)^(qū)20邊界的徑向部分是朝著背離螺栓元件10的縱軸50的徑向逐漸變細。另外，該肋條22也有沿著螺栓元件10的軸桿部16軸向延伸的部分，而其延伸長度L則視螺栓的精確尺寸而定，以5mm的公制螺栓為例，此延伸長度等于0.5厘米。
螺栓的螺紋14是在螺栓元件經(jīng)冷鍛頭加工而形成其余部分后，再被軋制到該螺栓元件的軸桿部16上。如圖所示，準備容置螺母的螺紋，其直徑為G，但持續(xù)至約有三道螺紋圈的部位234時，就變成略大的直徑H。部位234中的螺紋直徑也可以弄得再大一些，以便使它們變得比其余螺紋略硬。只要采用前述有關在尖端穿孔實施例中對鄰接螺栓尖端之前幾道螺紋圈加以硬化的熱處理方式，便可做到。圖24詳細示出螺栓元件裝入一金屬板構件52所形成的構件組件的部分縱剖面，其中還另有一片金屬板構件236，以一個螺帽元件238與螺栓元件10軸桿部16的螺紋圓柱體14旋合，以此將金屬板構件236固接到金屬板構件52上。
圖24亦清楚顯示出設在金屬板構件52上的環(huán)狀凹口232，和已被徑向變形而與部位234中2到2-1/2道螺紋卡合的卡圈120。
如圖所示，另一金屬板構件236設有一個可供裝配到徑向變形卡圈120上的中心孔240，該中心孔240與卡圈120之間稍微留有一道間隙。螺帽238是汽車工業(yè)目前所用的典型螺帽，并具有一個與其結(jié)合以供分散載荷的凸緣242。在螺帽孔的螺紋部的鄰接處尚有一切角部246。通常，該螺帽還會有一個多角形的外表面248，以供扳手扳轉(zhuǎn)。
盡管環(huán)狀凹槽232表示一種空隙，但仍為螺帽和螺栓元件之間載荷傳遞部位的甚為適當?shù)慕佑|區(qū)，以便將表面壓力保持在預期的構件會產(chǎn)生永久變形的限值內(nèi)。
圖25基本上與圖24相似，但它表示的為相對于螺栓元件的縱軸50(未顯示)、將圖24的同心方式改為偏心方式設置另一金屬板構件236的情形。與圖24比較，從螺栓元件一邊的較大間隙250即可看出這種偏心設置情形。因為各種公差的考慮，尤其是必須用一個以上螺栓元件裝配這另一片金屬板構件236時，所以在實踐中都有可能采用此種偏心安排。由螺帽、螺栓和兩片金屬板構件所形成的這種夾合組件，已顯示出在有關離心率及孔洞尺寸方面預期的正常公差范圍里，能將其表面壓力保持在容許的限度內(nèi)。有趣的是，與其它已知的緊固件比較，只要螺栓元件的頭部直徑采用合適的尺寸，亦可達到這個目的。
從圖24及25也可看出，金屬板構件52的夾合部位并未變薄，該金屬板構件52與螺栓元件10的頭部12的整個下側(cè)也有良好的貼合。此外，卡圈120軸向延伸超出金屬板構件52與螺栓元件頭部相對的那一表面。這種朝著軸向越過螺栓相當一段長度和在若干螺紋圈內(nèi)造成的延伸卡合，確保了螺栓元件具有能耐抗推出或撬出的極佳阻力。此外，因為凹入?yún)^(qū)20已被金屬板構件52充分填滿，以致該金屬板構件52與肋條22之間完全卡合，從而產(chǎn)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。
可以看出各圖中凡參照數(shù)字相同的均指共同部件或具有共同功能的部件。
如德國第P4429737.8號專利申請案中所述的定位頭或方法，尤其適用于插裝按本發(fā)明而構成的螺栓元件。
另外，本發(fā)明所述的元件通常是一種中碳鋼制成，例如德國工業(yè)標準DIN 1654所規(guī)定的35B2中碳鋼，相當于美國的S 1035鋼材。
權利要求
1.一種將具有一頭部，一軸桿部和在該軸桿部至少設有一徑向凹槽或多個螺紋圈(28)的螺栓或緊固元件接合到一金屬板構件(52)上的方法，該方法是在金屬板構件上預先形成一孔洞或用遠離頭部的那一尖端在金屬板上沖出一個孔洞，其特征在于預穿孔或沖孔使金屬板構件遠離上述緊固元件頭部的那一遠距端形成一卡圈(120)，使該卡圈(120)的材料徑向朝內(nèi)變形而卡入上述徑向凹槽或螺紋圈(28)內(nèi)，
2.如權利要求1的方法，其中上述徑向變形是用一?？圻_到的，?？劬哂袊@上述卡圈錐形凹口(112)，上述錐形凹口(112)的基底部(113)在卡圈(120)經(jīng)變形而與上述元件卡合時，用以限定該卡圈的軸向最外端。
3.如權利要求2的方法，包括下列各步驟利用一定位頭將緊固元件前部上述尖端導引穿過金屬板構件(52)或穿過可變形材料構成的另一板片狀構件，其中上述軸桿部遠離頭部(12)的那一遠距端(100)在定位頭(38)的作用下將金屬板構件(52)穿孔，在金屬板構件上穿透時形成一廢料(116)，其特征在于通過彈出廢料(116)，利用設在螺栓元件軸桿部(16)的螺紋(14)的穿過而將金屬板構件(52)的孔洞擴大，同時讓設在扣模側(cè)的孔洞周圍的卡圈(120)逐漸擴張。
4.如權利要求3的方法，其中在上述金屬板構件穿孔期間所形成和圍繞在模扣側(cè)孔洞周圍的卡圈(120)，會在上述軸桿部穿過該孔洞時被漸漸擴張。
5.如權利要求3或4的方法，其特征在于軸桿部(16)遠離頭部(12)的那一遠距端(100)不但可用來將廢料(116)從金屬板構件(52)推出，亦可用來在孔洞的周緣產(chǎn)生至少一個，但最好為若干個和特別是奇數(shù)個的缺口，或至少基本為徑向的切口或裂縫。
6.如權利要求3，4或5的任一項的方法，其特征在于是以一個螺栓元件(10)對上述金屬板構件穿孔，該螺栓元件在其遠離頭部(12)的那一遠距端(100)設有一個套管狀凸伸部(101)，而上述凸伸部的直徑略小于螺紋的核心直徑。
7.如權利要求6的方法，其中上述套管與上述螺紋鄰接的一個錐形漸擴部用于上述孔洞的初始擴張。
8.如權利要求7的方法，其中設于上述套管狀凸伸部(101)的成形部件(106)用來對上述孔洞的周緣施加一種切割作用。
9.如上述權利要求任一項的方法，其中上述模扣在其圍繞著上述錐形凹口的端面處設有一環(huán)形凸出部，另設有若干斜面，以便將上述金屬板構件往上壓入設在緊固元件(10)頭部下方的一凹口內(nèi)，并徑向往內(nèi)朝著軸桿部壓入從頭部到軸桿部的過渡區(qū)內(nèi)的上述徑向凹槽內(nèi)。
10.一種能以鉚接方式而被插入一金屬板構件(52)內(nèi)的緊固元件(10)，尤其是一種螺栓元件(10)，該元件(10)包括一軸桿部(16)和與其結(jié)合的一頭部(12)，以便特別可用以實施如權利要求1到9的任一項的方法，其中對金屬板構件的鉚接發(fā)生在頭部(12)的區(qū)域，配備螺紋的軸桿部(16)是設于遠離頭部(12)的那一遠距端，以便沖穿金屬板構件，其特征在于軸桿部(16)遠離頭部(12)的遠距端設有一個外徑小于軸桿部的核心直徑的套管狀凸伸部(101)，該軸桿部最好設有螺紋，而套管狀凸伸部(101)設有至少一個，但最好為若干個和特別是奇數(shù)個的切割部件(106)，以便在沖穿金屬板構件時，能使孔洞周緣的對應部位略微形成缺口或裂縫。
11.如權利要求10的螺栓元件，其特征在于套管狀凸伸部(101)經(jīng)由一截錐區(qū)段(102)而與螺紋結(jié)合，該截錐區(qū)段最好為一個約90度的錐角。
12.如權利要求11的螺栓元件，其特征在于切割部件(106)是由若干凹槽形成，該凹槽朝著凸伸部(101)的縱向延伸，其剖面為V型，深度則順著軸桿部的軸向而朝著螺紋方向漸減，且最好在螺紋的前方變?yōu)榱?，同時各V型凹槽的一側(cè)壁(108)最好位于一徑向平面上。
13.如權利要求11的螺栓元件，其特征在于切割部件由套管狀伸出部上方的若干縱向延伸的肋條所形成，該肋條宜位于與螺紋保持同軸的一圓圈內(nèi)，該圓圈的直徑則小于螺紋的核心直徑。
14.如權利要求10到13的任一項的螺栓元件，其特征在于套管狀凸伸部具有一個所謂的且符合德國工業(yè)標準(DIN)78規(guī)范的Ka形狀，或Asp形狀。
15.如權利要求10到14的任一項的螺栓元件，其特征在于軸桿部遠離頭部(12)的那一遠距端面(104)是至少基本與螺栓元件的中心縱軸保持垂直的表面，但可選擇性地使其略呈凸面或凹面。
16.如權利要求10到15任一項的螺栓元件，其特征在于螺紋(14)的前幾道螺紋圈加工成比后續(xù)的螺紋圈硬。
17.如權利要求10到16任一項的螺栓元件，其特征在于螺栓元件的頭部(12)是按德國第P4410475.8號專利申請案所形成，尤其該元件(10)作為一接觸表面的凹形下側(cè)設有若干周邊閉合區(qū)，該凹入?yún)^(qū)至少有部分是以背離軸桿部(16)朝外延伸的肋條(22)為界，該肋條(22)的軸桿側(cè)端(24)以凸起形式沿著軸桿部(16)延伸，并在遠離頭部(12)的那一遠距端(26)與至少一道繞著軸桿部螺旋延伸的凹口(28)結(jié)合。
18.如權利要求17的螺栓元件，其特征在于元件的軸桿部(16)的凸起肋條(22)所在部位與該軸桿部(16)遠離頭部(12)的部位相比，直徑較大，而這直徑較大部位設有至少一道凹口(28)。
19.如權利要求17或18的螺栓元件，其特征在于周邊閉合區(qū)(20)在鄰接軸桿部(16)的地方具有最深的深度。
20.如權利要求17到19任一項的螺栓元件，其特征在于與頭部的接觸表面(18)比較，對閉合區(qū)(20)的面積比例的選擇是以考慮過材料的匹配性后，能在防止轉(zhuǎn)動和耐抗非極限的表面壓力方面發(fā)揮良好效果為原則。
21.如權利要求17到20任一項的螺栓元件，其特征在于閉合區(qū)(20)的徑向外邊界以頭部(12)的一周邊表面(30)為界。
22.如權利要求17到20任一項的螺栓元件，其特征在于設在頭部(12)的接觸區(qū)且宜朝徑向延伸的肋條(22)徑向往外逐漸變寬，并未斷續(xù)地與頭部(12)接觸區(qū)(18)的一周邊表面(30)結(jié)合。
23.如權利要求17到22任一項的螺栓元件，其特征在于肋條(22)的數(shù)目最好在6到8之間。
24.如權利要求17到23任一項的螺栓元件，其特征在于從平面圖觀看，閉合區(qū)(20)至少基本為方形。
25.如權利要求17到24任一項的螺栓元件，其特征在于閉合區(qū)(20)的基底表面至少基本位于一個斜角(A)最好為130到140度的錐形表面上。
26.如權利要求17到25任一項的螺栓元件，其特征在于頭部(12)遠離接觸表面(18)的那一遠距側(cè)設有一個與元件縱軸保持同軸的定心凹口(34)。
27.如權利要求17到26任一項的螺栓元件，其特征在于元件(10)具有螺紋(14)，并由一道螺紋凹槽形成至少一道螺旋凹口(28)。
28.如權利要求8到27任一項的螺栓元件，其特征在于該元件是個功能部件，例如是一個軸承套管。
29.一種鉚接模，尤指與權利要求8到28任一項的螺栓元件合用的鉚接模，其特征在于為使金屬板材料產(chǎn)生一種塑性變形，該鉚接模具有一個周向延伸的波浪狀端面，該端面具有若干朝著軸向延伸的隆起部(72)及下凹部(74)，或該鉚接模的端面處設有一屋頂狀的環(huán)形壁，且這端面具有一個直徑大于螺紋外徑的中間環(huán)狀凹口，該凹口可經(jīng)由一環(huán)形凸肩而與只比螺紋外徑略大一點的一個較小直徑結(jié)合。
30.如權利要求29的鉚接模，其中上述中間環(huán)狀凹口具有一壁面115，該壁面的直徑朝著螺栓元件插入方向逐漸變細。
31.如權利要求29或30的鉚接模，其特征在于上述環(huán)狀凹口在與遠離屋頂狀環(huán)形壁的那一遠距端設有一環(huán)形階梯部。
32.一種包括一金屬板構件(52)及一螺栓或螺母元件(10)的構件組件，該元件(10)在其鄰近頭部的軸桿部具有一徑向槽或一個或多個螺紋圈，尤其適合上述權利要求10～28的一個中描述的螺栓構件，其中，金屬板構件(52)的材料至少有部分被塑性變形而卡入凹入?yún)^(qū)(20)內(nèi)或至少一個凹口(28)內(nèi)，其特征在于金屬板在遠離上述頭部側(cè)具有一環(huán)形卡圈(113)，上述環(huán)形卡圈被徑向朝內(nèi)變形而卡入上述徑向槽或上述一個或多個螺紋圈(28)內(nèi)。
33.如權利要求32的構件組件，其特征在于上述卡圈的徑向外輪廓及從金屬板構件的鄰接面伸出的凸出部，其選擇成在一螺母元件被旋合到上述軸桿部，以便將第二片金屬板構件固設到第一片金屬板構件時，至少遠離金屬板構件的那一遠距端位于該螺母元件的一凹口內(nèi)，或頂多剛接觸到該凹口，而上述第二片金屬板構件則有一個能與上述卡圈周圍的間隙配合的孔口。
34.如權利要求32的構件組件，其特征在于金屬板構件(52)設有一凹槽(80)，該凹槽從頭部(12)接觸表面(18)相對的那一側(cè)開始朝著基本與元件縱軸保持同軸的方向延伸，且該凹槽有選擇性地使其中斷。
35.如權利要求34項的構件組件，其特征在于凹槽(80)具有一個波浪狀的基底表面(81)。
36.如權利要求34到35的構件組件，其特征在于從金屬構件(52)所在平面凸起的那些區(qū)域設在一斷續(xù)凹槽(80)的各凹槽區(qū)段之間，以便用于電接觸。
37.如權利要求32到36的任一項的構件組件，其中上述卡圈(120)具有一個朝著背離頭部(12)的方向逐漸變細的錐形外表面。
38.一種將緊固元件接裝到一可塑性變形金屬板片上的方法，該緊固元件包括一軸桿部和與該軸桿部結(jié)合并從其一端徑向延伸的頭部，該軸桿部在上述頭部的鄰接處設有一徑向凹槽，上述方法包括下列各步驟在上述板片上形成一開口，該開口的直徑約等于或大于緊固元件的軸桿部，但小于其頭部的直徑。使上述板片開口周圍的部位變形而卡入從該板片凸伸出的一個約成錐形的部位，該錐形部在上述板片開口處的直徑較??；使上述緊固元件的軸桿部從板片與凸伸錐形部相對的那一側(cè)穿過板片開口，和接著使上述板片錐形部變形而卡入與緊固元件軸桿極為相似的一個約成管狀的部位，以此支撐該軸桿部，和使上述管狀部徑向朝內(nèi)變形而卡入上述軸桿部的徑向凹槽，以此防止上述緊固元件從板片開口退出。
39.如權利要求38的將緊固元件接裝到一板片上的方法，其中上述緊固元件的軸桿部包括一個約成圓柱形且外表面大致平滑的自由端部，而上述方法則包括驅(qū)使該自由端部抵住上述板片，因而使該板片變形而形成上述錐形部的同時，可從該板片穿出一廢料而形成上述板片開口。
40.如權利要求39的將緊固元件接裝到板片上的方法，其中上述緊固元件圓柱形自由端部的直徑小于軸桿部，該軸桿部包括一個徑向朝內(nèi)延伸到上述圓柱形自由端部和大致成錐形的部位，上述方法包括先驅(qū)使該軸桿部的圓柱形自由端部穿過如權利要求39的板片，再驅(qū)使上述緊固元件軸桿部的錐形部穿過上述板片開口，使這板片開口擴大，并在同時將上述板片錐形部拉入板片管狀部，然后使這板片管狀部徑向朝內(nèi)變形而卡入上述軸桿部的徑向凹槽內(nèi)。
41.如權利要求40的將緊固件接裝到板片上的方法，其中上述軸桿部的圓柱形自由端部包括若干大致縱向延伸和彼此隔開的凹槽，該凹槽在這圓柱形自由端部的圓柱形表面的鄰接處設有相當銳利的邊緣，上述方法則包括驅(qū)使該圓柱形自由端部抵住上述板片，將該板片扯裂及穿孔，形成上述板片錐形部并在板片開口周圍具有一道扯裂的斷續(xù)邊緣，然后使該斷續(xù)邊緣徑向朝內(nèi)變形而卡入上述軸桿部的徑向凹槽內(nèi)。
42.如權利要求40的將緊固件接裝到板片上的方法，其中上述軸桿部設有外螺紋，上述徑向凹槽與頭部鄰接的部位設有至少一道陽螺紋，上述方法包括使板片管狀部徑向朝內(nèi)變形而卡入該道陽螺紋所界定的凹槽內(nèi)。
43.如權利要求40的將緊固件接裝到板片上的方法，其中上述軸桿部的徑向凹槽與頭部隔開，上述方法包括使板片管狀部的那端徑向朝內(nèi)變形而卡入軸桿部的徑向凹槽內(nèi)。
44.如權利要求38的將緊固件接裝到板片上的方法，其中上述緊固元件頭部包括一道大致鄰接軸桿部的凹槽，上述方法包括在上述與板片隔開的板片錐形部經(jīng)變形而卡入頭部凹槽內(nèi)的同時，使該板片部徑向朝內(nèi)變形而卡入緊固元件軸桿部的徑向凹槽內(nèi)。
45.如權利要求38的將緊固件接裝到板片上的方法，其中上述緊固元件軸桿部包括一道鄰頭部的第一徑向凹槽，另設有外螺紋，該外螺紋包括與第一徑向凹槽鄰接的前幾道陽螺紋，該陽螺紋的直徑大于軸桿部其余的螺紋，而上述方法則包括使上述板片管狀部徑向朝內(nèi)變形而卡入該第一徑向凹槽和由上述前幾道陽螺紋界定的若干徑向凹槽內(nèi)。
46.如權利要求45的將緊固件接裝到板片上的方法，其中上述方法包括在把上述緊固元件接裝到板片之前，先將鄰接徑向凹槽的前幾道陽螺紋予以硬化。
47.一種用以接裝到一可塑性變形金屬板片上的陽螺紋式緊固元件，包括一個大致為圓柱形并具有一自由端的軸桿部，和一個從這軸桿部一端徑向延伸并與軸桿部結(jié)合的擴大頭部，上述軸桿部在鄰接自由端部的部位設有外螺紋，而自由端部則具有一個相當平滑的圓柱形表面，該圓柱形表面包括若干道大致縱向延伸的切割凹槽，該凹槽在與平滑圓柱形表面的鄰接部位則設有若干相當銳利的刃口。
48.如權利要求47的陽螺紋式緊固元件，其中上述平滑圓柱形自由端部的直徑小于外螺紋的直徑，上述軸桿部包括一個相當平滑的錐形部，該錐形部從螺紋部延伸到自由端部的相當平滑的圓柱形表面處。
49.如權利要求47的陽螺紋式緊固元件，其中上述軸桿部在與頭部的鄰接部分設有螺紋，該螺紋包括與頭部鄰接的前幾道陽螺紋，該陽螺紋的直徑小于軸桿部的其余螺紋，是相對于其余螺紋，上述頭幾道螺紋經(jīng)過硬化處理。
50.如權利要求47的陽螺紋式緊固元件，其中上述頭部包括一道圍繞在軸桿部周圍的凹槽，該凹槽成角度地往內(nèi)延伸至軸桿部。
51.如權利要求50的陽螺紋式緊固元件，其中上述軸桿部在與頭部鄰接的部位設有一道相當平滑的徑向凹槽。
全文摘要
一種將具有一頭部(12)和一軸桿部(16)的螺栓元件(10)插入一金屬板構件(52)的方法,其中螺栓元件遠離頭部的那一端(100)位于前頭,利用一定位頭(38)使這螺栓元件穿過金屬板構件,再利用這定位頭與設在金屬板構件遠離定位頭(38)那一側(cè)之鉚接模(54)的互相配合運作,使螺栓元件的頭部(12)區(qū)域鉚接到金屬板構件上。利用一穿孔沖頭或特殊形狀的螺栓元件(10),在定位頭(38)的作用下,以軸桿部(16)遠離頭部(12)的那一端對金屬板構件穿孔,據(jù)以形成一個環(huán)形卡圈,其后將這卡圈徑向變形而與軸桿部的一凹槽卡合。在此種安排中,螺栓元件(10)執(zhí)行沖孔工作的那一端(100)宜以符合德國工業(yè)標準(DIN)78規(guī)范的Ka形狀進行工作。
文檔編號B23P19/06GK1200688SQ96197898
公開日1998年12月2日 申請日期1996年9月25日 優(yōu)先權日1995年9月25日
發(fā)明者魯?shù)婪颉っ桌?申請人:形狀連接技術有限公司及兩合公司