專利名稱：有凹槽頭部的緊固件及起子系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可旋轉(zhuǎn)擰動的螺紋緊固件、其螺絲起子以及制造它們的裝置和方法。
背景技術(shù)：
使用帶動力的工具以高速和高轉(zhuǎn)矩負(fù)載擰動螺絲緊固件將導(dǎo)致螺絲起子以很大的力作用于緊固件。雖然很多螺絲緊固件擰動系統(tǒng)特別是在緊固件頭部有螺絲起子嚙合凹槽的系統(tǒng)被設(shè)計成具有可由螺絲起子相應(yīng)表面嚙合的表面，但這種理想的表面-表面嚙合實際上多半很難達(dá)到。螺絲起子-凹槽嚙合通常集中在小區(qū)域內(nèi)或某些點上，在起子和緊固件之間并不是使擰動負(fù)載分布在較寬表面區(qū)域的表面-表面嚙合。這可能起源于很多因素，例如緊固件或起子制造的不一致性以及在現(xiàn)場所遇到的問題?，F(xiàn)場遇到的問題包括例如起子和緊固件未對準(zhǔn)，或因為油漆以及沉積在凹槽中的其它碎渣而使起子不能完全地插到凹槽中。在起子和緊固件之間即使稍微不對準(zhǔn)，或緊固件或起子的公差稍偏離設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)都將造成起子和緊固件之間的接觸面積顯著減小，在很多情況下會造成起子和緊固件之間若干部分的近似點接觸。在這種情況下施加高轉(zhuǎn)矩必然會造成應(yīng)力集中在起子和緊固件的材料上，這種應(yīng)力又可能產(chǎn)生塑性形變或破裂，導(dǎo)致材料事故。凹槽和起子的表面嚙合即使出現(xiàn)稍許的塑性形變也使系統(tǒng)的操作性能變壞。如果凹槽發(fā)生形變，形成偏離垂直面的傾斜表面，則起子在所加負(fù)載的作用下可能造成。“偏心式傳動”凹槽。這種偏心式傳動是令人討厭的，因為它不僅造成起子和凹槽過早地脫開或不可控地脫開，而且突然脫開的起子會在工件上滑動。造成工件損傷。另外，在擰動緊固件時起子葉片上過大的應(yīng)力將使葉片發(fā)生形變，這種形變將減小接觸緊固件的表面面積，并顯著地使接觸區(qū)域徑向內(nèi)移，因而減小了起子一凹槽嚙合的有效性，增加了出事故的危險。即使在起子的側(cè)壁和凹槽翼部以較大的表面-表面接觸方式嚙合時，起子向凹槽施加合力的點通常也位于受力中心，該受力中心一般位于側(cè)壁的中心區(qū)域。因此，合力作用在距側(cè)壁最外側(cè)顯著徑向向內(nèi)的位置。不管緊固件是在擰緊方向被擰動還是在擰松方向被擰動，均會出現(xiàn)上述問題。在很多應(yīng)用中，快速而有效地擰松緊固件的能力其重要性即使不超過擰緊能力的重要性，至少也是重要的。
已開發(fā)出許多凹槽一起子嚙合系統(tǒng)，以增強(qiáng)擰動系統(tǒng)的效力，減小凸輪式傳動的危險并改進(jìn)擰動系統(tǒng)的其它方面。美國專利Re.24878(Smith等)說明一種已用在航空方面的一個這樣的系統(tǒng)。凹槽由三個或四個翼部形成，這些翼部從凹槽的中心部分徑向延伸。每個翼部確定一個擰緊壁和一個擰松壁，兩個壁均設(shè)計成大體是垂直的，即位于緊固件中心軸線的平面內(nèi)。起子具有互補(bǔ)結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)意在通過消除起子在凹槽中的“擺動”傾向性，增進(jìn)起子和緊固件的軸向準(zhǔn)直，以及阻止凸輪式傳動。要獲得垂直取向擰緊壁和擰松壁的優(yōu)點，起子與凹槽的軸向準(zhǔn)直以及完全將起子插入凹槽是很重要的。即使采用這種系統(tǒng)，作用的高轉(zhuǎn)矩負(fù)載也可能造成起子翼部的某些形變，這種形變趨向于減小起子葉片和凹槽翼部壁之間的接觸區(qū)域面積以及使使接觸區(qū)域徑向內(nèi)移。這又增加了凹槽塑性形變的危險，這種形變將起子一凹槽嚙合作用逐漸變壞，產(chǎn)生不好的后果。
美國專利NO.3 237 506(Muenchinger)說明另一種起子一凹槽嚙合系統(tǒng)，該系統(tǒng)已應(yīng)用于市售的注冊商標(biāo)為Pozidriv的用于工業(yè)方面的緊固件。凹槽各個翼部的側(cè)壁被設(shè)計成位于一個大體是垂直面的平面上是Pozidriv的特征之一。在常規(guī)冷鐓機(jī)技術(shù)中用雙沖擊鐓鍛機(jī)沖擊制造緊固件的線材或其它材料的端部，同時將該線材支承在鐓鍛機(jī)的模具中，在形成這種垂直側(cè)面時，首先用一種中桿在緊固件坯料的端部上形成鋼坯(加工不完全的頭部)，然后用精加工沖桿精加工該頭部，形成起子嚙合凹槽?？梢宰詣雍透咚俚貓?zhí)行操作。使沖桿沿緊固件坯料的縱軸方向沖擊緊固件坯料的頭端，然后再退出。凹槽設(shè)計應(yīng)當(dāng)消除側(cè)凹區(qū)域，即在沖桿進(jìn)入緊固件頭時雖然可以形成但在沖桿退回時卻又消除的區(qū)域，這是鐓鍛工藝中固有的限制之一。Muenchinger的專利說明一種用于減小或消除在沖壓緊固件頭凹槽時容易發(fā)生的“金屬拋離”效應(yīng)。這種金屬拋離現(xiàn)象的結(jié)果是，凹槽不能準(zhǔn)確地與凹槽成形沖桿的形狀相一致。缺乏準(zhǔn)確的一致性將形成一種凹槽，這種凹槽表現(xiàn)出較大的偏心式傳動，減小了起子的穩(wěn)定性，造成起子和凹槽之間的配合松動。這些問題降低了緊固件和起子之間作用的轉(zhuǎn)矩量。
美國專利NO.4 187 892(simmons)和5 120 173(Grady)說明一種螺紋緊固系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，在凹槽和起子中的一個或兩者的兩個或多個起子嚙合側(cè)壁上特意形成可形變的肋條。這些肋條稍凸出于側(cè)壁，設(shè)計成可形變該肋條，或使它們嚙合的肋條形變，從而形成一個互鎖咬合。肋條的這種互鎖咬合可以阻止偏心式傳動。這種抗偏心式傳動的肋條已應(yīng)用于具有大體垂直擰動壁的凹槽內(nèi)以及側(cè)壁顯著偏離垂直面的那些凹槽內(nèi)。在冷鐓工藝期間形成肋條，在這種工藝中，用雙沖擊冷鐓機(jī)形成緊固件的有槽頭部。
雖然在有槽頭部的緊固件上形成抗偏心式傳動的肋條顯著改進(jìn)緊固件的擰動特性，但一些類型的有槽頭部緊固件在設(shè)計時需要進(jìn)行折衷才能獲得抗偏心式傳動的肋條的優(yōu)點?？蛊氖絺鲃拥睦邨l不能以留下側(cè)凹的方式形成，這種側(cè)凹在凹槽成形沖桿退出將造成肋撕裂。在具有大體垂直側(cè)壁的凹槽中，這種抗偏心式傳動的肋條也必須是大體垂直的并平行于緊固件的軸線。雖然希望將這種肋條配置在離緊固件中心軸線具有最大徑向距離的地方，即位于凹槽側(cè)壁徑向更外側(cè)的區(qū)域，但是凹槽側(cè)壁的高度在靠近其半徑端部時逐漸減小。因此在靠近半徑端部時肋的垂直高度必然很短。這種肋條只能由靠近緊固件頭部頂表面的凹槽上端部附近的有肋條起子葉片嚙合。在如此位置的短肋條具有不能和有肋條起子正確嚙合的更大危險，或者不能由該起子嚙合。因此抗偏心式傳動的肋條，特別是在具有垂直壁或近似垂直擰動壁的凹槽中的肋條通常配置在側(cè)壁上徑向更向內(nèi)的位置。
肋部伸入凹槽翼部的包絡(luò)面必然要求或者增加翼部的寬度，或者減小嚙合起子葉片的寬度以容納該凸出部，這也是應(yīng)用有肋條凹槽時要考慮的折衷方案之一。這樣又需要減小緊固件頭部，或起子葉片，或二者的材料量，以使起子葉片可以正確插入到凹槽中。在要求于凹槽翼部的擰緊側(cè)壁和松開側(cè)壁的兩個側(cè)壁上形成這種抗偏心式傳動的那些應(yīng)用中，這些設(shè)計折衷是特別明顯的。另外的困難是，這種凹槽需要與現(xiàn)有的起子相配合。在很多情況下，在凹槽中形成抗偏心式傳動的肋條可能限制了現(xiàn)有起子插入這種凹槽的程度，有可能不能完全縱深插入，因而降低轉(zhuǎn)矩的傳送效能。
已經(jīng)形成在有槽頭部緊固件系統(tǒng)上的抗偏心式傳動的肋條通常具有V形橫截面形狀，沿肋條的長度形成相當(dāng)銳的頂點。在將這種緊固件用于需用用電鍍層(例如抗腐蝕電鍍層)來增強(qiáng)其功能的環(huán)境中時，可以預(yù)料到，起子和凹槽肋條的交會區(qū)域很小，這將導(dǎo)至很高的足以破壞電鍍層的應(yīng)力，特別是在起子葉片上也有肋條時。
因此需要改進(jìn)有凹槽頭部緊固件和起子，使得通過這種改進(jìn)可以減小或消除上述問題或其它問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明適合用于緊固件的凹槽，該凹槽具有中心部分以及從中心部輻射的許多翼部。該翼部由一對側(cè)壁和一個端壁限定。兩個或多個翼部側(cè)壁包括無荷載區(qū)域，該區(qū)域從側(cè)壁的上邊緣向下伸向側(cè)壁的底部。沿側(cè)壁徑向測量無荷載區(qū)域的寬度從側(cè)壁的頂部到底部逐漸減小。無荷載區(qū)域構(gòu)形成留下本文稱作“轉(zhuǎn)矩墊”的一細(xì)長條，該細(xì)長條沿側(cè)壁的外邊緣延伸。該轉(zhuǎn)矩墊適合于由起子葉片的徑向外邊緣嚙合，而無荷載區(qū)域保持與起子葉片稍為間隔開。當(dāng)起子嚙合凹槽時，起子葉片的外邊緣將壓靠在該轉(zhuǎn)矩墊上，而葉片的徑向更向內(nèi)的部分則保持與無荷載區(qū)域的側(cè)壁稍為間隔開，不能將力傳送到無荷載區(qū)域。因此由起子施加的轉(zhuǎn)矩將沿轉(zhuǎn)矩墊作用于螺釘頭部，由此可確保擰動力作用在凹槽側(cè)壁的徑向最外側(cè)區(qū)域。由于盡可能加大了起子葉片作用力的力臂，所以不必將過大的力作用在側(cè)壁上便可以將最大轉(zhuǎn)矩傳送給螺釘。這樣便可減小凹槽發(fā)生有害塑性形變的危險。
在本發(fā)明的另一方面中，可形成凹槽，以保留沿擰動壁的內(nèi)邊緣延伸的一附加有荷載肋條。這種內(nèi)肋條用于嚙合起子葉片的最內(nèi)部區(qū)域，即靠近葉片根部的區(qū)域，增加所嚙合起子的穩(wěn)定性。由于在翼部側(cè)壁的外邊緣形成轉(zhuǎn)矩墊，又在其內(nèi)邊緣形成穩(wěn)定肋條，所以可減小起子與凹槽對不準(zhǔn)的危險。
本發(fā)明的另一方面涉及成形凹槽的鐓鍛沖桿的結(jié)構(gòu)。沖桿在其翼部的一個或兩個沖壓壁上具有升高的表面，該升高表面適合在相應(yīng)凹槽側(cè)壁上形成無荷載區(qū)域。確定一升高區(qū)域的表面中沒有一個表面的取向可以在最后的凹槽內(nèi)形成側(cè)凹表面。所有上升區(qū)域的表面被定向以提供正的拔模錐度。因而當(dāng)沖桿形成凹槽時，它可以抽出而不損害或撕裂任何已形成的表面?？梢赃@樣選擇上升區(qū)域的幾何形狀，使其可以確定最后所得凹槽的總的轉(zhuǎn)矩墊和穩(wěn)定肋條的幾何形狀和尺寸，從而提供要求的凹槽特征。沖桿的結(jié)構(gòu)是使得這種結(jié)構(gòu)可以在大體垂直的或非垂直的凹槽側(cè)壁上形成轉(zhuǎn)矩墊，在非垂直凹槽側(cè)壁上，轉(zhuǎn)矩墊相對于緊固件縱向軸偏離較大的角度。
在本發(fā)明的再一方面中，提供一種匹配的起子，該起子包括凸出于起子側(cè)壁的一個或多個肋條。凹槽翼部的寬度由擰動壁的有荷載表面之間確定，此寬度可看作為限定了接收起子端頭包絡(luò)面的凹槽包絡(luò)面，這些包絡(luò)面的尺寸被定為可以在實用公差的范圍內(nèi)彼此緊密配合。由起子限定的包絡(luò)面包含起子的肋條，被選擇為對應(yīng)于由有荷載凹槽限定的包絡(luò)面。這樣便使得起子可以與凹槽正確匹配。不管該凹槽是常規(guī)的可購得的凹槽，還是按照如上概述的本發(fā)明其它方面改型的凹槽。細(xì)長的起子肋條其取向大體垂直于起子葉片的翼部外壁，使得當(dāng)與本發(fā)明形成的凹槽配合時，起子肋條大體垂直其有關(guān)轉(zhuǎn)矩墊的取向延伸。該肋條可以嚙合或充分地咬入轉(zhuǎn)矩墊，以增強(qiáng)抗偏心傳動能力，以此種方式嚙合，其形變顯著小于由起子肋條與翼部壁上常規(guī)抗偏心傳動肋條相嚙合所造成的形變。在本發(fā)明的再一方面中，起子的肋條高度被形成為沿徑向向內(nèi)方向逐漸減小，由此使得起子肋條的橫截面積沿徑向向外方向逐漸增加，而起子包絡(luò)面的尺寸不會增加到超過凹槽包絡(luò)面。
對有凹槽頭部的螺紋緊固件提供一種改進(jìn)的擰動系統(tǒng)是本發(fā)明的目的之一。
本發(fā)明的另一目的是提供一種有凹槽頭部的螺紋緊固件，在該緊固件中，由相配起子施加的擰動力作用在凹槽擰動壁的徑向外側(cè)區(qū)域上，從而使作用在緊固件上的擰動力的力臂增加到最大。
本發(fā)明的再一目的是提供一種改進(jìn)的有凹槽頭部的螺紋緊固件，在該緊固件中，可以產(chǎn)生一定量的轉(zhuǎn)矩，而作用于緊固件上的應(yīng)力與不用本發(fā)明時施加的應(yīng)力相比減小了。
本發(fā)明的又一目的是提供一種改進(jìn)的有肋條的起子，該起子適合于與按本發(fā)明制造的凹槽聯(lián)用，并且還可與常規(guī)凹槽配用。
本發(fā)明又一目的在于提供一種有凹槽頭部的緊固件，該緊固件具有上述類型的凹槽，而該凹槽既可與常規(guī)起子又可與本發(fā)明的改進(jìn)起子配用。
本發(fā)明的又一目的是提供一起子，該起子具有肋條，該肋條的位置和取向使得在減少凹槽受損的同時可以實現(xiàn)最大的轉(zhuǎn)矩傳送。
本發(fā)明的又一目的是提供一種與有凹槽頭部的緊固件聯(lián)用的起子，該起子包括肋條，該肋條的取向大體垂直于起子葉片的端壁。
本發(fā)明的又一目的是提供一種上述類型的起子，在該起子葉片上的肋條適合于嚙合按本發(fā)明形成的凹槽上的轉(zhuǎn)矩墊。
本發(fā)明的又一目的是提供一種螺絲緊固件的凹槽，在這種凹槽中由起子作用于凹槽的力位于凹槽翼部的徑向最外的側(cè)區(qū)域，而且在翼部的徑向內(nèi)側(cè)區(qū)域上形成穩(wěn)定肋，以便相對于凹槽穩(wěn)定起子。
本發(fā)明的又一目的是提供一種鐓鍛沖桿，該沖桿可以制造本發(fā)明的有凹槽頭部的緊固件。
本發(fā)明的又一目的是提供一種制造這種有凹槽頭部的緊固件的方法。


下面參考附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明，從此說明中可以更完全地理解本發(fā)的這些以及其它目的和優(yōu)點。
圖1是相匹配的螺釘和起子的立視圖，其中螺釘頭部已按照本發(fā)明進(jìn)行改進(jìn)。
圖2是十字形凹槽螺釘?shù)捻斠晥D，該螺釘采用一種凹槽，這種凹槽的翼部具有大體垂直的側(cè)壁并已按照本發(fā)明進(jìn)行改進(jìn)。
圖3是沿圖3的3-3線截取的本發(fā)明凹槽的橫截面圖；圖4是局部等角視圖，示出實施本發(fā)明的凹槽；圖5是放大平面圖，示出本發(fā)明凹槽和配用的有肋條的起子，沿圖1的5-5線截取的截面圖中見到。
圖6是類似于圖5的放大平面圖，圖中凹槽與常規(guī)無肋條的起子相嚙合。
圖7A是常規(guī)無肋條凹槽翼部側(cè)壁的示意圖，圖中示出側(cè)壁受力中心的位置；圖7B是實施本發(fā)明的翼部側(cè)壁的示意圖，示出側(cè)壁轉(zhuǎn)矩墊上的受力中心。
圖8是本發(fā)明的有肋條起子的端視圖。
圖9是本發(fā)明的有肋條起子的側(cè)視圖。
圖9A是沿圖9的9A-9A線截取的起子翼部的橫截面圖。
圖9B是沿圖9的9B-9B線橫過起子肋條外側(cè)區(qū)域截取的放大截面圖。
圖9C是沿圖9的9C-9C線橫過起肋條截取的橫截面圖，其截取位置處于比圖9B的截取位置更徑向向內(nèi)的位置。
圖10是鐓鍛沖桿的側(cè)視圖，該沖桿被形成為可以在平頭部的螺釘上形成本發(fā)明的凹槽。
圖11是圖10所示成形沖桿的端視圖。
圖12是圖10和11所述成形沖桿的透視圖。
具體實施例方式
圖1示出相結(jié)合的有凹槽頭部螺釘10和起子12，該起子完全與螺釘軸向準(zhǔn)直地插入凹槽中。盡管本發(fā)明被例示為包含在美國專利NO.3 237 506(Muenchinger)說明的那種凹槽和起子結(jié)構(gòu)中，但本發(fā)明的原理可應(yīng)用于其它類似的有凹槽頭部的螺釘結(jié)構(gòu)中。圖2-4說明本發(fā)明裝置包含在平頭部緊固件上的Muenchinger凹槽內(nèi)。可嚙合起子的凹槽為多角形，該多角形一般為位于一個平面上的十字形。該凹槽包括中心部分14和許多從中心部分14向外輻射的翼部16。翼部16由向下和向內(nèi)傾斜的中間壁18彼此分開。翼部16和中間壁18的底部區(qū)域交會于大體凹的凹槽底部20。在例示的實施例中，各個翼部由一對三角形側(cè)壁22、22’和端壁24形成，該側(cè)壁從螺釘頭部的頂端向下向內(nèi)傾斜地伸到凹槽的底壁20。在本發(fā)明的以下說明中，螺釘被認(rèn)為是用右手?jǐn)Q的，在這種螺釘中，當(dāng)擰緊螺釘時側(cè)壁22起擰動壁的作用，而在擰松螺釘時相對側(cè)壁22’起擰動壁的作用。在下面的說明中，在參考編號上方加撇用于表示與擰松緊固件相關(guān)的構(gòu)件或元件。從上面的說明中應(yīng)當(dāng)看出，為方便起見，不管一個驅(qū)動壁的部件或元件的參考編號上是否加撇，該編號也可應(yīng)用于相反意義的擰動壁。
市售的商標(biāo)為Pozidriv的螺釘上的例示凹槽其特征在于大體垂直的擰動壁22、22’，即位于一個平面上的擰動壁大體平行于螺釘?shù)闹行妮S線26延伸。中間壁18形成為形成向下伸入凹槽的凹部19。螺釘頭部的上表面28也形成許多徑向延伸的凹部30，該凹部與凹部19的上端交會。在鐓鍛緊固件期間形成具有凹部形狀的中間壁18和凹部30，這有肋于排開和引導(dǎo)金屬流動，從而減小金屬的拋離程度，使得最后的側(cè)壁22，22’盡可能接近于垂直。為進(jìn)一步理解該凹槽可參考Muen-Chinger的專利NO.3 237 506，該專利的內(nèi)容已作為參考整個包含在本文中。
按照本發(fā)明，一個或兩個側(cè)壁22，22’的結(jié)構(gòu)具有無荷載區(qū)域32，32’，該區(qū)域從側(cè)壁的上邊緣34，34’向下伸向側(cè)壁22，22’的底部。在鐓鍛加工期間形成無荷載區(qū)域32，32’。如下面進(jìn)一步說明，鐓鍛沖桿被成形為可以形成無荷載區(qū)域32，32’。形成無荷載區(qū)域32，32’，使得其相應(yīng)側(cè)壁的有荷載部分構(gòu)成轉(zhuǎn)矩墊，該轉(zhuǎn)矩墊形為相對升高的細(xì)長條，總的用編號36，36’表示，它沿相應(yīng)側(cè)壁的外邊緣延伸，即沿著翼部16側(cè)壁與端壁24的交會部分延伸。該轉(zhuǎn)矩墊36，36’由匹配起子葉片的徑向最外側(cè)區(qū)域嚙合。無荷載區(qū)域36，36’這樣設(shè)計和成形，使得起子葉片不與無荷載區(qū)域32，32’確定的那些側(cè)壁部分嚙合。由于使起子葉片保持與側(cè)壁最外側(cè)區(qū)域嚙合，所以盡可能增大了作用轉(zhuǎn)矩的力臂，因而減小為達(dá)到要求轉(zhuǎn)矩量所必須的力，由此減小不希望的凹槽形變的危險。
無荷載區(qū)域32，32’還這樣成形，以限定沿相應(yīng)擰動壁的內(nèi)邊緣延伸的沿高度方向的穩(wěn)定肋條38。穩(wěn)定肋條38其高度與轉(zhuǎn)矩墊相同。穩(wěn)定肋條38用于引導(dǎo)起子進(jìn)入凹槽，從而保持起子與緊固件軸向準(zhǔn)直，有助于可控地和正確將起子固定在該區(qū)域上。無荷載區(qū)域還可用來收碎雜、油漆末等，否則這些車會妨礙起子完全正確地固定在凹槽內(nèi)。
本發(fā)明裝置也可以形成在現(xiàn)有的市售緊固件上，這些緊固件僅作為舉例可列出市售的其商標(biāo)為Pozidriv、Torq-Set、Tri-Wing的緊固件，以及其它緊固件等。這些市售的緊固件是根據(jù)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和公差制造的，在這種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和公差中，頭部和凹槽的尺寸、角度和構(gòu)形已被標(biāo)準(zhǔn)化。用于市售的商標(biāo)為Pozidriv、Torq-Set和Tri-Wing的這些緊固件的這種預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和公差是技術(shù)人員熟知的，可從麻省Wakejield市的Phillips Screw Company公司獲取。如果要使不同廠家制造的緊固件和起子彼此一致和相配合，這種預(yù)定的尺寸和規(guī)格是很重要的。本發(fā)明可以改進(jìn)凹槽獲得本發(fā)明的優(yōu)點，而又不影響凹槽與現(xiàn)有起子的相容性，同時還具有該凹槽與下面將說明的改進(jìn)起子聯(lián)用時所獲得的其它優(yōu)點。具體是，常規(guī)凹槽(即不包含本發(fā)明的具有預(yù)定規(guī)格的凹槽)可以看作為限定了一種包絡(luò)面，這種包絡(luò)面符合與該凹槽有關(guān)的預(yù)定規(guī)格。該凹槽包絡(luò)面可以接收預(yù)定的嚙合該凹槽起子的大體互補(bǔ)的包絡(luò)面。按照本發(fā)明，在側(cè)壁上的無荷載區(qū)域形成在常規(guī)凹槽包絡(luò)面的外側(cè)，使得限定改進(jìn)凹槽的螺釘頭部材料的任何一部分均不伸入該包絡(luò)面。因此按本發(fā)明制造的凹槽不僅與本發(fā)明的改進(jìn)起子相容，而且還與適用于特定凹槽尺寸和類型的起子相容。
無荷載區(qū)域32由以下表面限定無荷載表面40、外側(cè)梯面42以及內(nèi)側(cè)梯面44(如果形成穩(wěn)定肋條38)。所有表面40，42，44位于大體垂直的或與垂線形成規(guī)定角度的平面內(nèi)，使得凹進(jìn)區(qū)域32可由雙沖擊鐓鍛機(jī)的第二沖桿成形為凹槽的一部分。凹槽區(qū)域32的形狀可以根據(jù)要求改變，只要不要求形成用常規(guī)鐓鍛技術(shù)和沖桿不能有效形成的側(cè)凹部。因此，放變各個無荷載表面40、42、44的形狀和取向便可改變凹進(jìn)區(qū)域的形狀。這樣又能造成轉(zhuǎn)矩36和穩(wěn)定肋38形狀的改變。在例示實施例中，轉(zhuǎn)矩墊36的上邊緣46比其下部分寬，因此轉(zhuǎn)矩墊36有些像細(xì)長梯形?？梢愿淖兺獠刻菝?2的形狀和取向，以改變轉(zhuǎn)矩墊36沿其長度的徑向?qū)挾取？梢愿淖冏詈筠D(zhuǎn)矩墊36的尺寸和形狀，以滿足特定應(yīng)用的要求或適應(yīng)制作緊固件材料的變化。作為尺寸例子，對于絕大多數(shù)凹槽結(jié)構(gòu)和尺寸，無荷載區(qū)域32的深度可考慮在0.08-0.020英寸之間，以確保起子不接觸側(cè)壁的那部分區(qū)域，并沿在側(cè)壁徑向外側(cè)區(qū)域的轉(zhuǎn)矩墊傳送轉(zhuǎn)矩。僅作為一個例子，對于如圖2所示的其凹槽具有預(yù)定規(guī)格和結(jié)構(gòu)的用鋼作的緊固件，該轉(zhuǎn)矩墊在例示實施例中在其下端部約為0.007英寸寬，而其頂部約為0.019英寸寬。然而應(yīng)當(dāng)明白，轉(zhuǎn)矩墊的形狀和無荷載區(qū)域32的深度可以根據(jù)需要改變，以適應(yīng)不同的應(yīng)用或不同的緊固件材料。例如，轉(zhuǎn)矩墊和無荷載區(qū)域的形狀和尺寸對于用比鋼軟的材料例如鋁或黃銅制作的緊固件可以是不同的。另外，還應(yīng)當(dāng)注意到，雖然本發(fā)明主要在用雙沖擊鐓鍛機(jī)制作緊固件的方面進(jìn)行說明，但本發(fā)明還可應(yīng)用于緊合物緊固件(例如尼龍緊固件)，這種緊固件及其頭部和凹槽均是模制的，例如用注射模制法模制。
圖7A和7B示意性地示出本發(fā)明傳送轉(zhuǎn)矩的方式，本發(fā)明傳送一定轉(zhuǎn)矩時，需在翼部側(cè)壁上施加力，該力預(yù)料小于沒有本發(fā)明裝置時所施加的力。圖7A示出常規(guī)凹槽的側(cè)壁，而圖7B示出實施本發(fā)明的凹槽側(cè)壁。當(dāng)常規(guī)凹槽(圖7A)由其起子嚙合時，起子與凹槽基本上是面-面接觸，這可以看作為在一個稱作受力中心(CE)的點作用一個合力。受力中心CE可以看作為位于側(cè)壁的幾何中心。在沒有本發(fā)明裝置的凹槽中，受力中心CE可以看作為位于距離螺釘中心軸線26為半徑R1的位置。如圖7B所示，本發(fā)明裝置的受力中心CE位于轉(zhuǎn)矩墊36上的半徑R2，該半徑R2距中心軸線的距離大于沒有無荷載區(qū)域32的同一凹槽翼部的半徑R1。由本發(fā)明達(dá)到的較大力臂R2使得在施加和傳送相同量力矩的條件下可以在受力中心施加較小的力。因而減小了發(fā)生塑性形變的危險。
本發(fā)明的再一優(yōu)點是即使在很高的荷載下轉(zhuǎn)矩也能傳送到轉(zhuǎn)矩墊，這種荷載預(yù)料可使起子葉片變彎到稍呈弓形形狀。在常規(guī)凹槽中，即使在起子和凹正確準(zhǔn)直的條件下，起子葉片的形變也將導(dǎo)致葉片與側(cè)壁嚙合線或嚙合區(qū)域的漂移，這種漂移又傾向于減小受力中心CE的徑向距離和力臂。采用本發(fā)明，無荷載區(qū)域32的深度被選擇為使得起子葉片的彎曲或其它高荷載形變基本上不能使受力中心徑向向內(nèi)漂移，即使有漂移也極小，因為起子葉片仍保持不與側(cè)壁的無荷載區(qū)域接觸。
穩(wěn)定肋條38主要用來引導(dǎo)起子端頭，使該起子端頭按照漸近軸向準(zhǔn)直的方式進(jìn)入凹槽，使得起子可以完進(jìn)入凹槽內(nèi)，與緊固件形成軸向嚙合。因此當(dāng)施加擰矩時，該起子處于穩(wěn)定的完全固定的位置、這樣便隨時可以正確地向轉(zhuǎn)矩墊施加滿荷轉(zhuǎn)矩。穩(wěn)定肋條嚙合起子葉片的徑向內(nèi)側(cè)區(qū)域，該區(qū)域與起子相配合，可防止起子以較大的傾斜狀態(tài)插入凹槽。為插入起子，使用人必須更準(zhǔn)確地使起子對準(zhǔn)螺釘?shù)陌疾?。穩(wěn)定肋條既用于在插入嚙合期間又用于在擰動期間使起子一凹槽連接保持穩(wěn)定。
應(yīng)當(dāng)明白，凹槽的結(jié)構(gòu)可以改變，可以在所有翼部側(cè)壁上或在數(shù)目小于總數(shù)的側(cè)壁上形成轉(zhuǎn)矩墊，或形成為不同圖案。這樣，可以只在一些側(cè)壁上形成相應(yīng)無荷載區(qū)域的轉(zhuǎn)矩墊，這些側(cè)壁適合于在同一轉(zhuǎn)動方向例如順時針或反時針方向傳送轉(zhuǎn)矩。其它一些改變包括在相反翼部的相同轉(zhuǎn)動方向的側(cè)壁上形成轉(zhuǎn)矩墊，而(在十字形凹槽中的)中間翼部其轉(zhuǎn)矩墊則形成在相反轉(zhuǎn)動方向的側(cè)壁上。
在本發(fā)明的另一方面中，提供改進(jìn)起子，該起子包括圖8和9所示的肋條。有肋條起子的包絡(luò)面適合于與同一種類型的常規(guī)凹槽的包絡(luò)面配合，雖然該起子在與具有本發(fā)明凹槽的緊固件聯(lián)用時具有特殊優(yōu)點。該起子具有桿以及在桿端部上形成的起子端頭50。在例示實施例中，端頭50包括四個從中心心部54輻射的葉片52。該心部54和葉片52配置成可與圖2的所示的凹槽相配合。在各對相鄰葉片52之間心部54的區(qū)域具有細(xì)長脊部56，該脊中向下伸向心部的端部。該脊部56可與如在上述Muenchinger專利中更詳細(xì)說明的凹槽中間壁18上形成的凹部下部區(qū)域嚙合。起子的尖頭58形成為如圖所示的圓錐形或其它要求的形狀。通常，起子的尖頭58和凹槽的底壁20相互不完全貼合，使得在起子尖頭58和凹槽底部之間留下一定間隙。這種間隙可以形成聚集碎渣或過多油漆的空間而不負(fù)面影響起子完全插入凹槽的能力。
葉片52具有至少一個最好許多個凸出于葉片表面64的肋條60。肋條的橫截面最好為三角形，具有適合于嚙合凹槽轉(zhuǎn)矩墊36和咬入該墊的細(xì)長脊部62。各個肋條60的橫截面積和高度沿徑向向內(nèi)方法逐漸減小。因此各個肋條60的從葉片表面64算起的高度沿徑向向內(nèi)的方向逐漸減小。當(dāng)在截面上看時(圖9A)，肋條60的脊部62可以看作為形成葉片的包絡(luò)面，從此截面上可以看出，葉片包絡(luò)面在葉片的端壁66的附近達(dá)到最大寬度，并從此寬度徑向向內(nèi)逐漸縮小。在例示的實施例中，由脊部62確定的角度A可以考慮在約1-5°范圍內(nèi)，該脊部也形成葉片包絡(luò)面。由于使肋條的最大高度位于或靠近端壁66，所以可確保肋條60充分地嚙合凹槽的轉(zhuǎn)矩墊36。另外，肋條60沿大體垂直于端部66的方向延伸，因而將大體橫向于轉(zhuǎn)矩墊的長度方向嚙合細(xì)長轉(zhuǎn)矩墊的表面，使得許多肋條60可以嚙合轉(zhuǎn)矩墊。在上述mmons的專利中起子上很銳的肋條橫過并嚙合緊固件側(cè)壁上同樣細(xì)長的銳利肋條上，和這種肋條嚙合不同，本發(fā)明能使肋條嚙合在轉(zhuǎn)矩墊上的許多對應(yīng)于轉(zhuǎn)矩墊寬度的確定線段上。采用Simmons專利所述的交叉肋條配置時，起子肋條和凹槽肋條之間的接觸發(fā)生在很小的點狀區(qū)域。因此應(yīng)力達(dá)到很大，導(dǎo)致緊固件肋條的顯著變形，而采用本發(fā)明時，雖然肋條以足以制止偏心傳動的方式嚙合轉(zhuǎn)矩墊表面并使轉(zhuǎn)矩墊形變，但是作用力沿轉(zhuǎn)矩墊分開在許多接觸區(qū)域，而被分散，造成作用力不太集中，各個轉(zhuǎn)矩傳送區(qū)域沿對應(yīng)于轉(zhuǎn)矩墊寬度的長度延伸。因此，形變程度雖然足以克服起子的偏心傳動，但卻不會顯著損壞凹槽的任何部分。另外，在保持高度抗偏心傳動的同時，還可以減小對凹槽內(nèi)鍍層的損傷，這也是本發(fā)明這方面的優(yōu)點之一。
由起子葉片限定的包絡(luò)面在靠近起子葉片的端部66處達(dá)到最寬。當(dāng)與常規(guī)凹槽聯(lián)用時，葉片外側(cè)區(qū)域的較寬形狀有助于起子葉片與側(cè)壁徑向外側(cè)區(qū)域嚙合，從而可達(dá)到最大力臂，實現(xiàn)有效轉(zhuǎn)矩傳送。該許多肋條的高度和間隔開的圖案可以防止肋條過分咬入螺釘頭部，造成過分的形變。
可以用常規(guī)方法形成起子端頭，在該方法中用模制模制模形成葉片54。葉片52可以成形為其寬度稍小于常規(guī)配對起子葉片寬度。用沖壓工藝在葉片表面上形成肋條60，在這種工藝中使葉片材料流動，充滿沖壓模腔。該沖壓模腔被成為形可以獲得上述最后的肋條結(jié)構(gòu)。
應(yīng)當(dāng)明白，在擰動緊固件時葉片與穩(wěn)定肋條的接觸不是重要的。起子通?？梢栽诎疾蹆?nèi)稍為轉(zhuǎn)動，該凹槽中具有少量的設(shè)計游隙，這種游隙是插入和取出起子所必需的。對于作用在起子上的給定轉(zhuǎn)矩荷載，葉片上的最大位移發(fā)生于距轉(zhuǎn)動中心最遠(yuǎn)的點。因此靠近外邊緣的葉片表面將首先轉(zhuǎn)動，將最大的嚙合力作用于轉(zhuǎn)矩墊上，然后才有比較大的力作用于穩(wěn)定肋上。
本發(fā)明還包括提供適合形成緊固件頭部及其凹槽的鐓鍛沖桿。凹槽可用雙沖擊鐓鍛機(jī)以常規(guī)鐓鍛技術(shù)形成。圖10、11和12示出沖桿70，該沖桿70成形為可形成簡單的十字形凹槽。該沖桿包括主體部分72，該主體具有表面74以及凸出于該表面的整體成形尖頭76。尖頭76的形狀與凹槽的形狀互補(bǔ)，而沖桿表面是所述螺釘頭部形狀的互補(bǔ)形狀，圖中該頭部示為平的頭部。尖頭76包括中心心部78和許多從該心部78大體徑向向外輻射的葉片80。各個葉片80具有一對側(cè)壁82、82’和端壁84，該端壁從心部的外端86開始向外傾斜。沖桿葉片的側(cè)壁具有突出部88，該凸出部的橫截面積和構(gòu)形完全相同于在凹槽翼部側(cè)壁上形成的凹進(jìn)區(qū)域的橫截面積和構(gòu)形。凸出部88根據(jù)要求的凹槽構(gòu)形可以形成在各個葉片的一個或兩個面上。在沖桿上的所有表面均具有正的拔模錐度，沒有側(cè)凹部，因此沖桿能從成型的頭部和凹槽中退出而不損壞緊固件。
從上面可以看出，本發(fā)明提供一種有凹槽頭部的緊固件擰動系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可向緊固件施加轉(zhuǎn)矩，此時凹槽的塑性形變減小，但充分嚙合凹槽，因而減小偏心傳動，形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩傳送。該凹槽可與現(xiàn)有市售的起子聯(lián)用，而本發(fā)明的起子可與市售的有凹槽螺釘聯(lián)用。當(dāng)同時使用本發(fā)明的凹槽和起子時，可以改進(jìn)轉(zhuǎn)矩傳輸效率。
應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明的上述說明僅是例示性的，技術(shù)人員可以明顯看出其它變型、實施例和等效裝置。雖然已說明本發(fā)明，但我們希望申請的和由專利權(quán)書確定的專利權(quán)是如下。
權(quán)利要求
1.一種起子(12)，用于嚙合螺紋緊固件(10)端部上的凹槽，包括一桿部分和形成于該桿部分端部上的凹槽嚙合部分，該凹槽嚙合部分包括一中心心部(54)和從該心部輻射的許多葉片(52)，各個葉片具有至少一個擰動壁(64)和一外壁，在至少一個葉片的至少一個擰動壁(64)上形成的至少一個肋條(60)，該肋條這樣取向，使其大體垂直于葉片的外壁延伸，其特征在于，該至少一個肋條的橫截面積沿徑向向內(nèi)方向是減小的。
2.如權(quán)利要求1所述的起子，其特征在于，該肋條的橫截面積沿徑向向內(nèi)方向是減小的。
3.如權(quán)利要求1所述的起子，其特征在于，肋條的徑向最外端部限定了葉片的最寬部分。
4.如權(quán)利要求1所述的起子，其特征在于，肋條的橫截面大體為三角形。
5.一種起子(12)，用于嚙合螺紋緊固件(10)端部上的凹槽，包括一桿部分和桿部分端部上形成的凹槽嚙合部分，該凹槽嚙合部分包括一中心心部(54)和從該心部輻射的許多葉片(52)，各個葉片具有至少一個擰動壁(64)和外壁，在至少一個葉片的至少一個擰動壁上形成的至少一個肋肋條(60)，其特征在于，該至少一個肋條的橫截面積沿徑向向內(nèi)方向是減小的，使得肋條的徑向最外側(cè)端部限定了起子葉片的最寬部分。
6.一種螺紋緊固件(10)和與其聯(lián)用的有肋條的起子(12)，螺紋緊固件在其端部上形成有由起子嚙合的凹槽，包括凹槽、該凹槽具有一中心部分(14)和從該中心部分向外輻射的許多翼部(16)，各個翼部由一對側(cè)壁(22，22’)和一個端壁限定，該起子包括一桿部分和桿部分端部上形成的凹槽嚙合部分，該凹槽嚙合部分包括一中心心部(54)和從該心部輻射的許多葉片(52)，各個葉片具有至少一個擰動壁和外壁，在至少一個葉片的至少一個擰動壁上形成的至少一個肋條(60)，其特征在于，至少一些側(cè)壁具有在相關(guān)端壁徑向內(nèi)側(cè)限定的無荷載區(qū)域(32，32’)，以在凹槽的端壁和中心部分之間限定相對升高的轉(zhuǎn)矩墊(36，36’)，該無荷載區(qū)域限定在上述包絡(luò)面的外側(cè)，肋條的徑向最外端限定了起子葉片的最寬部分；由凹槽限定的包絡(luò)面可以接納由有肋條起子限定的包絡(luò)面，肋條的徑向最外側(cè)端部與轉(zhuǎn)矩墊可以彼此嚙合，因而在使起子和凹槽嚙合時可將轉(zhuǎn)矩從起子傳送到轉(zhuǎn)矩墊上。
7.如權(quán)利要求6所述的有凹槽緊固件和與其聯(lián)用的起子，還包括由不包含無荷載區(qū)域的那部分凹槽限定的凹槽包絡(luò)面，后者對應(yīng)于凹槽幾何形狀和尺寸的預(yù)定技術(shù)規(guī)范，該凹槽包絡(luò)面不僅可接收上述有肋條的起子，而且還可接收其幾何形狀尺寸技術(shù)規(guī)范對應(yīng)于凹槽包絡(luò)面技術(shù)規(guī)范的常規(guī)起子；上述有肋條的起子不僅可以插入上述有無荷載區(qū)域的凹槽，而且還可插入上述常規(guī)凹槽。
8.一種形成螺紋緊固件(10)的凹槽頭部的沖桿(70)，包括一沖桿主體(72)，具有一表面(74)和凸出于該表面的一體的端頭76，該端頭與緊固件凹槽的形狀互補(bǔ)，該表面具有與所加工的螺釘頭部形狀互補(bǔ)的形狀；該端頭包括一中心心部(78)和從該心部徑向向外延伸的許多葉片(80)，各個葉片具有一對側(cè)壁(82，82’)和一端壁(84)，該端壁從心部外側(cè)區(qū)域向上和向外傾斜；該葉片在其上端部交匯于沖桿的表面，從而限定一整體結(jié)構(gòu)，其特征在于，一個葉片上的至少一個側(cè)壁被成形為限定一個升高區(qū)域，該區(qū)域從沖桿的端表面向下伸向葉片的端壁，該升高區(qū)域由至少一個沿葉片側(cè)壁的升高部分和不升高部分的結(jié)合處延伸的梯面限定，各個升高表面和梯面具有正的拔模錐度。
9.一種在螺紋緊固件頭部上形成凹槽的方法，該方法包括以下步驟用沖桿的表面沖擊緊固件的端部，該沖桿的端部被成形為限定緊固件頭部的至少一部分的外部形狀；在上述沖擊期間，使緊固件端頭的金屬流動，形成凹槽，該凹槽具有中心部分和從該中心部分輻射的許多翼部，各個翼部具有一對側(cè)壁和一個端壁，其特征在于，在形成翼部期間，使限定側(cè)壁的那部分頭部流動，從而形成沿側(cè)壁的無荷載區(qū)域。
全文摘要
提供一種具有一定結(jié)構(gòu)的頭部具有凹槽的緊固件(10)，利用該結(jié)構(gòu)，由起子(12)葉片作用在凹槽翼部上的力可以作用在翼部(16)的徑向外側(cè)區(qū)域。該緊固件凹槽的翼部(16)在翼部的外側(cè)區(qū)域具有適合于嚙合起子葉片外側(cè)區(qū)域的轉(zhuǎn)矩墊。該轉(zhuǎn)矩墊(36)由無荷載區(qū)域確定，位于凹槽翼部的擰動壁上。形成無荷載區(qū)域是為了避免與起子葉片接觸。在擰動壁的徑向內(nèi)側(cè)區(qū)域還形成穩(wěn)定肋條。嚙合凹槽的起子包括許多么徑向延伸的起子，該肋條成形為有助于使肋條與凹槽擰動壁的徑向最外側(cè)區(qū)域嚙合。該起子和凹槽可以彼此相容，而且還可以與其它的不包含本發(fā)明裝置的相應(yīng)常規(guī)凹槽和起子相容。文中還討論了制造上述緊固體的沖桿和方法。
文檔編號F16B23/00GK1475331SQ03145219
公開日2004年2月18日 申請日期1998年10月1日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月3日
發(fā)明者B·J·休斯, M·L·莫溫斯, B J 休斯, 莫溫斯 申請人:菲利普斯螺絲公司