專利名稱：插入件及其安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及安裝在較薄或易破損的工件內(nèi)的插入件，為自攻螺釘或類似物提供一個(gè)固定接受器。
自攻螺釘廣泛應(yīng)用于工業(yè)中，用于提供一種將兩個(gè)構(gòu)件固定在一起的裝置，它的制造成本低廉和安裝省時(shí)。但是，由于材料或它們要被插入的接受器的限制，自攻螺釘?shù)氖褂眠€存在一些缺陷。
當(dāng)自攻螺釘被直接擰進(jìn)薄或易破損材料制成的工件中時(shí)，工件內(nèi)形成的螺紋的失效強(qiáng)度低。此外，失效強(qiáng)度和啟動(dòng)螺紋接合的轉(zhuǎn)矩之間幾乎沒有余量。因此很難控制固定器安裝轉(zhuǎn)矩從而避免螺紋滑扣。此外，接合處的抗張強(qiáng)度受到薄或易破損材料內(nèi)的螺紋的螺紋剝落張力的限制。
塑料(例如尼龍)索環(huán)或插入件有時(shí)被用做自攻螺釘?shù)慕邮芷?。但是，由于塑料較易破損，因此螺釘接合的長度要很長，以便提供足夠的強(qiáng)度，在螺釘接合轉(zhuǎn)矩和螺紋剝落轉(zhuǎn)矩之間產(chǎn)生足夠的余量，以便能夠在實(shí)際工業(yè)環(huán)境中例如在小汽車裝配線中足以控制操作。螺釘接合長度的較長在工件后邊或盲邊產(chǎn)生了一個(gè)大的突起，在使用裝配好的產(chǎn)品時(shí)，它也許是不便或危險(xiǎn)的。螺釘太長在安裝時(shí)也會(huì)花費(fèi)更多的時(shí)間。
此外，由于該插入件或固定器與工件具有完全不同的材料(例如塑料與鋼相比)，從裝配產(chǎn)品(例如小汽車車體)的最終廢品中很難回收兩種材料。塑料元件通常燒掉，材料不回收。
一種可能的方案是使用一個(gè)盲螺紋插入件，如公知的并可以在很多國家買到的名為AVDEL THIN SHEET NUTSERT(注冊(cè)商標(biāo))的與機(jī)器螺釘或螺栓結(jié)合的盲螺紋插入件。在操作速度受到壓力影響的裝配線的情況下，這有幾個(gè)缺陷，例如與螺紋接合困難，導(dǎo)致橫穿螺紋。此外，如果具有安裝螺紋插入件的部件在使用螺釘之前被油漆過，那么油漆可能進(jìn)入該插入件內(nèi)，并阻塞螺紋，從而妨礙螺釘?shù)恼_接合。
本發(fā)明的目的之一在于提供一種能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的這些實(shí)際缺點(diǎn)的插入件。本發(fā)明限定在后附的權(quán)利要求書中。
現(xiàn)在將參照附圖以實(shí)例的方式描述本發(fā)明的一些具體實(shí)施例，其中

圖1A和1B，2A和2B及圖3，4和5表示可供選擇的兩種形式的插入件；圖6至10表示一種形式的插入件安裝時(shí)的漸次變化階段；圖11和12表示用于重復(fù)安裝第二種形式的插入件的安裝工具；圖13至18表示用圖11和12中的工具安裝的第二種形式插入件的漸次變化階段；及圖19和20表示一個(gè)正被擰入一個(gè)安裝好的插入件中的自攻螺釘。
首先參見圖1至5，圖1A和2A是兩個(gè)稍微不同的插入件的正視圖，圖1B和2B是沿圖1A和2A中箭頭IB和IIB方向觀察的下視圖，圖3，4和5是沿圖1A和2A中III-III、IV-IV、V-V線的剖面圖。在圖1A和2A中，孔壁是假想的。
圖1，3和4中所示的第一例插入件11是一個(gè)具有通孔13的大體呈管狀的整體鋼結(jié)構(gòu)。它包括一個(gè)與位于一端的徑向擴(kuò)大法蘭狀頭部15和位于另一端的接受器部分16整體成型的主體部分14。該外部17和內(nèi)部18基本上都是方形的，具有斜切或圓角19。該接受器16的外部21和內(nèi)部22都是圓柱形的，即橫截面是圓形的，內(nèi)表面22是無螺紋的。該主體14和接受器16的軸長基本相同。頭部15內(nèi)部是圓形的，在軸向較薄。主體14的壁厚與頭部法蘭15的厚度相同，而接受器16的壁厚基本大于這些厚度。接受器16的外部21的直徑稍微小于主體內(nèi)部18的最小直徑(即相對(duì)表面之間的距離)，因此接受器16的外部21滑動(dòng)配合在相同插入件11的主體14的內(nèi)部18。
圖2A，2B，3和5中所示的第二種形式的插入件是圖1A，1B，3和4所述第一種形式的插入件的改進(jìn)，其中相同的部件用相同的附圖標(biāo)記表示。除了接受器25的外部24具有基本為方形的橫截面和具有圓角26之外，第二種形式的插入件23與第一種形式的插入件相同。該插入件的接受器25的外部24也滑動(dòng)配合在相同插入件的主體14內(nèi)部。
圖6至10表示圖1A和1B所示第一種形式的插入件11的安裝次序。除了具有一個(gè)可重復(fù)使用的心軸27，該心軸27具有一個(gè)加長桿28，加長桿28上靠近一端具有卡槽29，另一端具有一個(gè)加大的頭部31，其中包括一個(gè)與桿28結(jié)合的錐體32之外，該安裝工具26基本與那些安裝盲斷裂桿鉚釘?shù)墓ぞ呦嗤?。心軸桿28的直徑滑動(dòng)配合在該插入件的接受器16的內(nèi)部22內(nèi)。通常，該工具具有一個(gè)管狀的鼻甲33，鼻甲33端部是一個(gè)環(huán)形砧板表面34。鼻甲33內(nèi)部是一個(gè)夾緊接合心軸卡槽29的兩個(gè)鉗夾的鉗夾載體35。該鉗夾載體提供了一個(gè)將這些鉗夾推在一起的錐形夾頭。為了便于安裝該插入件，該工具還包括一個(gè)往復(fù)支撐管37，其外部直徑與該插入件接受器16的外部直徑相同，因此可以滑動(dòng)配合在該插入件11的主體14內(nèi)，其內(nèi)部滑動(dòng)配合在心軸桿28上。該工具包括未示出的裝置(如氣動(dòng)，水壓-氣動(dòng)或電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器)，用于相對(duì)于該鼻甲33收回該鉗夾載體35。
為了使用該工具，可以通過向內(nèi)推動(dòng)心軸打開這些鉗夾然后取出該心軸。插入件被首先安裝在該心軸的尾端，接受器端部，直到該接受器的端部接觸該心軸頭部錐體32的底部，(見圖6)。該心軸尾部接著被插入該支撐管37，接合在該鉗夾36內(nèi)。插入件和工具的相對(duì)尺寸能夠使插入件頭部15接觸工具的砧板34(圖6)。為了將該插入件安裝在片狀工件39的預(yù)先形成的適當(dāng)尺寸的孔38內(nèi)，該工具26由自身的操作器操作(如果該工具是手握式的，或者能夠被機(jī)械引導(dǎo)和前進(jìn))，以使該插入件11被插入孔38內(nèi)，直到該插入件的頭部15接觸由砧板34支撐的接觸工件39。如圖6所示，插入件主體14的大部分長度伸出到工件之外。
接著工件被激活，使鉗夾載體35縮回到鼻甲33內(nèi)，朝砧板34拉動(dòng)該心軸頭部31。這樣軸向壓力被施加在該插入件上，引起該插入件以兩種方式漸次變形心軸頭部錐體32和整個(gè)直徑部分31在徑向漸次擴(kuò)展該接受器16并軸向進(jìn)入，該主體14由于向外的徑向擴(kuò)張而漸次在軸向陷落。該漸次階段表示在圖7-10中。該插入件的主體14朝外彎曲(圖7)，該彎曲由該主體14和該接受器16之間的接合形狀造成。最后，該彎曲足以形成一個(gè)折疊的法蘭41(圖8)，該工件39被夾持在該插入件頭部15和該法蘭41之間。
在陷落的初始階段，該插入件主體14的內(nèi)部由該支撐管37支撐，使得該陷落對(duì)稱發(fā)生，這樣使接受器相對(duì)于該孔被準(zhǔn)確定位，并垂直于工件的平面。該支撐管首先被從該主體14推動(dòng)，接著被心軸頭部錐體32推動(dòng)，從陷落主體被軸向取出。
當(dāng)心軸頭部前進(jìn)通過該插入件的接受器16時(shí)，它做了兩件事。首先，它使該主體14靠近頭部15的部分徑向擴(kuò)大，使工件39的孔38內(nèi)部與孔壁緊密接觸，因此提高了插入件在工件內(nèi)安裝的可靠性。這也允許工件內(nèi)形成的孔38的尺寸有很大的公差。
其次，它使該接受器孔的擴(kuò)大的內(nèi)壁具有準(zhǔn)確的公知的直徑，因此確定了安裝的接受器的孔的尺寸，具有與接受該預(yù)定的自攻螺釘最佳直徑的閉合公差，從而很好地控制驅(qū)動(dòng)該螺釘需要的公差。圖10表示工具已經(jīng)移開之后安裝在該工件內(nèi)的插入件。
該心軸28可以被重復(fù)用于安裝大量的插入件，一次安裝一個(gè)。但是，一種更有效的方法是使用一個(gè)往復(fù)系統(tǒng)，其中數(shù)個(gè)插入件被裝載在一個(gè)長心軸的桿上，當(dāng)每個(gè)插入件被依次放置時(shí)形成一個(gè)改進(jìn)的插入件柱。一種完成這項(xiàng)工作的合適的工具表示在圖11和12中，其中圖11是通過該工具鼻甲端的軸向縱剖視圖，圖12是沿圖11的XII-XII線的橫剖視圖。其中與圖6中相同的部件用相同的附圖標(biāo)記表示。
該實(shí)例中的工具與用于重復(fù)安裝管狀盲鉚釘?shù)墓ぞ呋鞠嗤@種工具是公知的，可在很多國家買到，其注冊(cè)商標(biāo)為CHOBERT和BRIV。該工具的結(jié)構(gòu)和操作在此不再進(jìn)行描述。
如圖11所示，每一個(gè)插入件的接受器外部滑動(dòng)安裝在一個(gè)相同的插入件主體內(nèi)部這個(gè)事實(shí)提供了兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，這允許插入件套在心軸上，每個(gè)插入件的接受器25外部裝配在前面的另一個(gè)插入件的主體14內(nèi)。這增加了能夠被預(yù)先裝載在往復(fù)心軸43的長桿42上的插入件的數(shù)目，其頭部44被拉過該前緣插入件45。插入件柱被沿著往復(fù)的心軸向前推動(dòng)。當(dāng)該心軸被收回時(shí)，前緣插入件的頭部毗鄰鼻甲砧板34，該插入件以前面所述的方式進(jìn)行變形和安裝。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在變形和陷落期間，每個(gè)插入件主體由下一個(gè)插入件的接受器支撐和定位，而不是由上面所述單一用途工具的支撐管37支撐和定位。該插入件柱的上最后一個(gè)插入件的主體部分的支撐由一個(gè)迫使這些插入件向前的推進(jìn)器或彈簧輸出器(未示出)上的適當(dāng)管狀突起提供。
正如在CHOBERT和BRIV系統(tǒng)中一樣，連續(xù)多個(gè)插入件一次一個(gè)向前輸入通過鼻甲鉗夾46，鼻甲鉗夾46在前一個(gè)插入件的后面閉合并緊夾下一個(gè)插入件。該工具的構(gòu)造允許利用本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)。如前所述圖2A和2B所示的第二種形式插入件的接受器部分25外部是正方形的。因此當(dāng)一個(gè)插入件的正方形接受器被容納在下一個(gè)插入件的滑動(dòng)配合主體內(nèi)時(shí)，圍繞心軸的下一個(gè)插入件的轉(zhuǎn)動(dòng)排列被確定和保持。為此，如圖12所示，該工具的鼻甲鉗夾46的內(nèi)表面一起形成一個(gè)正方形橫截面47，對(duì)應(yīng)于該插入件主體14外部的正方形橫截面。因此由該鼻甲鉗夾46夾持的插入件由這些鉗夾轉(zhuǎn)動(dòng)定位，有待安裝的前緣插入件由上述插入件的接受器轉(zhuǎn)動(dòng)定位在其主體內(nèi)。這樣，無論該安裝工具是手持的或機(jī)器支撐和引導(dǎo)的，都能夠使有待安裝的插入件準(zhǔn)確地定位于工件中預(yù)先形成的正方形孔內(nèi)。
圖13至18與圖6至10基本相同，但是表示該插入件變形過程的較小增大，為了清楚起見，下一個(gè)插入件的支撐接受器被省略了，并且鼻甲鉗夾以簡化形式表示。
圖13表示在安裝工作開始時(shí)當(dāng)施加在該心軸上的拉力小時(shí)，插入件45、心軸43和安置工具的鼻甲頂端砧板34之間的關(guān)系。當(dāng)心軸上的拉力大量增加時(shí)，心軸頭部44開始變形，并在徑向擴(kuò)張?jiān)摬迦爰慕邮芷?5。同時(shí)該主體14“鼓起”，同時(shí)在軸向收縮。由于在與該主體14的連接處該接受器25的外徑比該主體的外徑小，當(dāng)力反作用于該主體壁時(shí)，該力抵消。這就提供了迫使該主體壁如圖14所示徑向朝外擴(kuò)張的力。
當(dāng)大部分心軸頭部漸次進(jìn)入該接受器25時(shí)，由心軸頭部44引起該接受器進(jìn)一步膨脹所需的力足夠大，足以引起主體部分軸向陷落和徑向擴(kuò)張，如圖15所示。
這將一直保持下去，直到該主體的變形的底部接觸如圖16所示的主體的內(nèi)壁的變形底部。
由于心軸的拉力增加，因此心軸頭部44被拉過該接受器25的孔，使孔擴(kuò)張，使該主體14的底部進(jìn)一步變形成錐形。錐體的外表面被緊緊壓靠于該主體的變形的內(nèi)壁，如圖17所示，并依次迫使該主體的變形的外表面壓靠該工件。這有兩個(gè)目的提供一個(gè)非常牢固地固定該工件的裝配插入件，不會(huì)松動(dòng)或格格響，其次，在孔的尺寸變化大的地方，它總能夠保證該插入件的主體足夠膨脹，足以填滿該工件上的孔。
該插入件被安裝后的最后形狀見圖18。它表示該主體底部的錐形變形形狀相對(duì)于該主體壁定位，其方式是能夠支撐該主體壁，并因此增加該裝配的插入件的強(qiáng)度。它還意味著該接受器部分在軸向和徑向相對(duì)于該插入件的頭部保持剛性。
圖19和20表示一個(gè)自攻螺釘48插入該裝配好的接受器25內(nèi)，使一個(gè)部件49連接到該工件上。自攻螺釘48的擰緊作用將進(jìn)一步迫使該錐形表面壓靠該變形的主體內(nèi)表面，從而保持該插入件的剛性。
在上述實(shí)例中，該插入件由低碳鋼制成。該主體部分14壁厚通常為0.4mm。
本發(fā)明不限于上述實(shí)例內(nèi)的詳細(xì)資料。例如，該非圓形不一定是正方形，例如也可以是六角形。
權(quán)利要求
1.一種安裝在較薄或易破損工件中的插入件，為自攻螺釘或類似物提供一個(gè)固定器，該插入件為整體金屬結(jié)構(gòu)，它包括一個(gè)主體部分；一個(gè)位于或靠近該主體部分一端并從此徑向延伸的頭部；一個(gè)位于該主體上遠(yuǎn)離該頭部的另一端上的接受器部分；及一個(gè)延伸穿過頭部、主體和接受器部分的通孔；接受器部分的內(nèi)孔基本上沒有螺紋，用于接受一個(gè)自攻螺釘或類似物；該接受器的外部橫截面形狀和尺寸，及該主體部分的內(nèi)部橫截面形狀和尺寸分別為可以使該主體部分變形，當(dāng)該接受器部分朝該頭部拉動(dòng)時(shí)，將該插入件固定于工件內(nèi)一個(gè)適當(dāng)?shù)目變?nèi)，該接受器和主體部分已經(jīng)被插入該孔內(nèi)，因此該頭部靠近該工件，該主體部分的相當(dāng)長一部分突出到該工件之外；這樣該主體靠近該接受器的部分進(jìn)入該主體靠近該頭部的部分內(nèi)，從而強(qiáng)化該變形主體和該工件之間的接合。
2.一種安裝在較薄或易破損工件中的插入件，為自攻螺釘或類似物提供一個(gè)固定器，該插入件為整體金屬結(jié)構(gòu)，它包括一個(gè)主體部分；一個(gè)位于或靠近該主體部分一端并從此徑向延伸的頭部；一個(gè)位于該主體上遠(yuǎn)離該頭部的另一端上的接受器部分；及一個(gè)延伸穿過頭部、主體和接受器部分的通孔；接受器部分的內(nèi)孔基本上沒有螺紋，用于接受一個(gè)自攻螺釘或類似物；該主體部分是可變形的，當(dāng)該接受器部分朝該頭部拉動(dòng)時(shí)，將該插入件固定在工件內(nèi)一個(gè)適當(dāng)?shù)目變?nèi)，該接受器和主體部分已經(jīng)被插入該孔內(nèi)，因此該頭部靠近該工件，該主體部分的相當(dāng)長一部分突出到該工件之外；該接受器部分的外部橫截面形狀和尺寸及該主體部分的內(nèi)部橫截面形狀和尺寸分別為能夠使該插入件的接受器部分滑動(dòng)配合在同一插入件的主體部分內(nèi)。
3.一種如權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的插入件。
4.如權(quán)利要求2或3所述的插入件，其中該接受器部分的外部橫截面形狀和該主體部分的內(nèi)部橫截面形狀基本上為非圓形的。
5.如權(quán)利要求2或3所述的插入件，其中該主體部分的內(nèi)部橫截面形狀基本上是非圓形的，該接受器部分的外部橫截面形狀基本上是圓形的。
6.如權(quán)利要求4所述的插入件，其中該主體部分的外部橫截面形狀也基本上是非圓形的。
7.如權(quán)利要求2或3所述的多個(gè)插入件，與穿入心軸組合用于連續(xù)安裝該多個(gè)插入件，該心軸包括一個(gè)加長的桿和一個(gè)加大的頭部，裝載在該桿上的多個(gè)插入件中的每個(gè)插入件的接受器部分面朝該心軸頭部，并被容納在相鄰插入件的主體部分內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的組合，其中每個(gè)插入件的接受器部分的外部橫截面形狀和主體部分的內(nèi)部橫截面形狀基本上都是非圓形的。
9.一種用于安裝如權(quán)利要求4所述的多個(gè)插入件中的每個(gè)插入件的插入件安裝工具，該安裝工具包括多個(gè)這種插入件與穿入心軸在一起的組合，如權(quán)利要求8所述，其中每個(gè)插入件的主體部分的外部橫截面形狀也基本上是非圓形的，該安裝工具進(jìn)一步包括用于與待安裝的前緣插入件后面的一個(gè)插入件主體部分的非圓形外部接合的裝置，從而使該接合的插入件圍繞該心軸軸向定位，從而定位該待安裝的前緣插入件。
10.一種在一個(gè)工件中安裝一個(gè)插入件的方法，該插入件是如權(quán)利要求2或3的插入件，該方法包括將該插入件的接受器和主體部分插入該工件的一個(gè)適當(dāng)?shù)目變?nèi)，以便該主體部分的相當(dāng)長一部分突出到該工件之外；提供一個(gè)具有一個(gè)加長桿的心軸，該桿延伸通過該插入件的孔，該心軸包括一個(gè)滑動(dòng)配合在該接受器部分內(nèi)部的桿和一個(gè)超出該接受器部分之外的徑向擴(kuò)大的頭部；在該心軸外周和該插入件主體部分內(nèi)部提供一個(gè)管狀內(nèi)部支撐部分，它滑動(dòng)配合在該插入件內(nèi)；面對(duì)該工件支撐該插入件的頭部；相對(duì)于該插入件的頭部取出該心軸，以便與該插入件的接受器部分接合，給它施加一個(gè)軸向力，迫使該主體部分軸向陷落，同時(shí)由管狀支撐件內(nèi)部支撐。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該管狀支撐件形成安裝工具的一部分，并可在連續(xù)安裝插入件時(shí)再次使用。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該管狀支撐件由心軸也延伸通過的另一個(gè)插入件的接受器部分提供。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該插入件的接受器部分被拉入該插入件的主體部分內(nèi)，該內(nèi)部支撐件在該接受器部分前進(jìn)時(shí)被漸次取出，從而幫助其變形，并與該工件接合。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該心軸頭部完全通過該插入件的接受器部分，因此形成該通過該接受器部分的預(yù)定直徑的通孔。
15.一種如上述任何權(quán)利要求所述的插入件，或多個(gè)插入件與一個(gè)心軸的組合，或一種插入件安裝工具，或安裝一個(gè)插入件的方法，其中每一種基本上非圓形基本上都是正方形。
全文摘要
一種安裝在較薄或易破損工件(49)中的插入件(11)，為自攻螺釘(48)或類似物提供一個(gè)固定器，該插入件是一個(gè)整體金屬結(jié)構(gòu)，它包括一個(gè)主體部分，一個(gè)位于或靠近該主體部分一端并從此徑向延伸的頭部；一個(gè)位于該主體上遠(yuǎn)離該頭部的另一端上的接受器部分；及一個(gè)延伸穿過頭部、主體和接受器(25)部分的通孔；接受器的內(nèi)孔基本上沒有螺紋，用于接受一個(gè)自攻螺釘或類似物；該接受器的外部橫截面形狀和尺寸，及該主體部分的內(nèi)部橫截面形狀和尺寸分別為可以使該主體部分變形，當(dāng)該接受器部分朝該頭部拉動(dòng)時(shí)，將該插入件固定在工件內(nèi)一個(gè)適當(dāng)?shù)目變?nèi)，該接合器和主體部分已經(jīng)被插入該孔內(nèi)，因此該頭部靠近該工件，該主體部分的相當(dāng)長一部分突出到該工件之外，這樣該主體靠近該接受器部分的部分進(jìn)入該主體靠近該頭部的部分內(nèi)，從而強(qiáng)化該變形的主體部分和該工件之間的接合。
文檔編號(hào)F16B37/04GK1409803SQ0081704
公開日2003年4月9日 申請(qǐng)日期2000年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月14日
發(fā)明者基思·丹海姆, 喬納森·李·鮑維, 肖恩·彼得·麥肯－哈丁 申請(qǐng)人:泰克斯特蘭緊固系統(tǒng)有限公司