專利名稱：：鎖緊螺母的制作方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明通常涉及自連接緊固件，更特別地涉及鎖緊螺母。技術(shù)背景自連接緊固件在例如汽車和設備工業(yè)的許多工業(yè)中使用以將各種部件固定到金屬構(gòu)件上。鎖緊螺母典型地包括中心引導或沖壓部分，其至少部分地延伸到金屬板或金屬面板構(gòu)件上的開口中。如果鎖緊螺母為自刺穿的，中心引導部分與加工工具相配合以便在鎖緊螺母連接到金屬構(gòu)件上時在金屬面板上形成開口。鎖緊螺母通過壓模構(gòu)件(diemember)連接到金屬構(gòu)件上，所述壓模構(gòu)件形成鎖緊螺母和金屬構(gòu)件之間的機械鎖緊。壓模構(gòu)件典型地使金屬構(gòu)件圍繞所述開口變形，以便與鎖緊螺母的引導部分和相鄰底部端面形成接觸。鎖緊螺母的引導部分可以具有底切(undercut),底部端面可以具有環(huán)形凹槽和/或突緣(lug)以增強與金屬構(gòu)件的接合。例如，RB&WManufacturingLLC制造的SPAC⑧牌鎖緊螺母包含此類特征。美國專利6，220，804和6，409，444中圖解說明了鎖緊螺母及其安裝到金屬構(gòu)件，這些專利的教導在此引入作為參考。當鎖緊螺母連接到金屬構(gòu)件上時，螺釘或螺栓旋入鎖緊螺母中并緊固至規(guī)定的扭矩值。為此，鎖緊螺母具有與這種螺釘或螺栓螺紋接合的中心孔。中心孔還可以在最后組裝或安裝期間通過與攻絲螺釘接合進行攻絲，以便根據(jù)特定緊固要求形成不同的螺紋。人們還希望在鎖緊螺母固定到金屬構(gòu)件上之后形成螺紋以避免螺紋在螺母安裝過程中變形。為了提供具有類似強度的更輕質(zhì)產(chǎn)品，往往利用高強度低合金(HSLA)鋼、極高強度低合金(UHSLA)鋼或馬氏體高強度低合金鋼形成面板構(gòu)件或板構(gòu)件。這種高強度材料具有從Rb80提高至Rc45的明顯提高的硬度范圍，并且需要抗壓強度提高的鎖緊螺母以便在其固定到金屬構(gòu)件上時確保自刺穿和/或連接，而不會產(chǎn)生不希望的變形或形變。也就是說，需要增大的刺穿負載和安裝作用力以使金屬構(gòu)件變形為與鎖緊螺母接合，從而將螺母安裝到強度更高、硬度更大的金屬構(gòu)件上。這種增大的刺穿和安裝作用力會使緊固件產(chǎn)生不希望的變形或形變。在不喪失通過與自攻螺釘接合而形成螺紋的制造靈活性的情況下，不能簡單地增大鎖緊螺母的硬度和強度以解決上述問題。這由于自攻螺釘與硬度值小于32Rc的相對韌性金屬一起使用而變得毫無疑問。提供與具有不同的較高硬度值的金屬一起使用的專用自攻螺釘和/或與具有不同強度和硬度特性的金屬構(gòu)件一起使用的具有各種硬度值的鎖緊螺母是人們所不希望或不具竟爭力的。迄今為止，在增大鎖緊螺母，尤其是自刺穿螺母的抗壓強度和隨后通過安裝后的鎖緊螺母與攻絲螺釘相接合以形成螺紋的制造靈活性之間形成平衡。也就是說，具有不同硬度值的有限數(shù)量的鎖緊螺母可以與許多不同的金屬構(gòu)件一起使用。
發(fā)明內(nèi)容現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使鎖緊緊固件的金屬部分有選擇硬化能夠使它們與具有不同硬度值的金屬構(gòu)件一起使用。緊固件的選擇硬化能夠通過施加所需作用力進行安裝以刺穿所述金屬構(gòu)件和/或使其塑性變形，而不會使所述緊固件發(fā)生不希望的變形或形變。另外，將要形成螺紋的緊固件區(qū)域具有適合于通過與攻絲螺釘相接合而形成螺紋的相對較小硬度。因此，根據(jù)本發(fā)明進行選擇硬化的鎖緊緊固件可以與具有不同強度和硬度值的各種金屬構(gòu)件，例如HSLA、UHSLA和馬氏體HSLA金屬系列一起使用。另外，選擇硬化的鎖緊緊固件能夠保持使用自攻螺釘進行裝配連接的優(yōu)點。對高石更度淬透(through-hardened)緊固件進行感應硬化或孔回火可以使與硬度值為從大約Rb80增大到大約Rc45范圍的金屬構(gòu)件一起使用的鎖緊緊固件的一部分進行選擇硬化，同時使螺紋形成區(qū)域具有從大約32Rc下降到大約90Rb范圍的硬度值以便能夠使用攻絲螺釘。因此，螺紋形成區(qū)域保持在適合于利用市售攻絲螺釘進行螺紋滾軋的硬度。例如，供硬度值為大約32Rc或更低的螺紋坯件一起使用的TAPTITE和TAPTITE2000攻絲螺釘由ResearchEngineering&Mfg.Inc銷售。在預制螺紋緊固件的情況下，內(nèi)部區(qū)域硬度應當反映緊固件的預定性質(zhì)類別的強度等級。例如，性質(zhì)類別IO應當使內(nèi)部區(qū)域硬度為26Rc到36Rc，性質(zhì)類別9應當使內(nèi)部區(qū)域石更度為89Rb到30Rc。鎖緊緊固件典型地沿引導部分的軸向長度進行硬化以確保后者具有足夠的抗壓強度以刺穿金屬構(gòu)件。引導部分具有通常圓柱形狀，并且在與引導部分外周相鄰的外部區(qū)域內(nèi)進行硬化。這樣，外部區(qū)域具有圓形或圓柱形狀，其具有高抗彎能力，從而進一步強化所述引導部分。同樣可以對圍繞引導部分的緊固件主體部分的環(huán)形底端進行硬化以使底端區(qū)域具有與外部區(qū)域大體上相等的硬度。硬化底部區(qū)域與外部區(qū)域相配合以壓制金屬構(gòu)件并使其變形以便與緊固件緊密接合。另外，底部區(qū)域的硬化增強了緊固件安裝到金屬構(gòu)件上及其可靠性。底部區(qū)域可以設置有特殊構(gòu)造或形狀的元件以使塑性變形金屬更好地變形和/或與其鎖緊。感應硬化方法有效地對與所述緊固件的中心孔相鄰的內(nèi)部區(qū)域進行微小硬化(如果有的話)。因此，內(nèi)部區(qū)域保持為與初始緊固件相一致的硬度值，并且可以通過與攻絲螺釘接合來形成螺紋。在所示實施例中，外部區(qū)域和內(nèi)部區(qū)域通過中間區(qū)域相連，所述中間區(qū)域具有沿橫向或徑向向內(nèi)方向減小的硬度。中間區(qū)域防止內(nèi)部區(qū)域在外部區(qū)域的感應硬化期間產(chǎn)生不希望的硬度增大。在本發(fā)明的另一個實施例中，同樣對緊固件主體部分的環(huán)形頂部外部區(qū)域的硬度。頂部區(qū)域增強了緊固件對將其固定到較高強度金屬構(gòu)件上所需要的相對較大刺穿和/或安裝作用力的抗性。在這個實施例中，同樣對緊固件主體部分的外周進行感應硬化以使外周區(qū)域具有大于內(nèi)部區(qū)域和/或大體上等于外部區(qū)域的硬度。外周區(qū)域可以沿主體部分外周的軸向?qū)挾鹊囊徊糠盅由煲蕴峁└郊拥木o固件強度。在進一步的變形中，外周區(qū)域沿主體部分外周的整個軸向?qū)挾妊由煲赃B接頂部區(qū)域和底部區(qū)域。這在緊固件的幾乎全部外周或外側(cè)部分上提供了硬度增大的相連且大體上連續(xù)的區(qū)域。這進一步提高和增強了緊固件對將其固定到較高強度金屬構(gòu)件上所需要的相對較大刺穿和/或安裝作用力的抗性。圖i是根據(jù)本發(fā)明進行選擇硬化的鎖緊緊固件的剖視圖；圖2、3、4和5是以SAEJ417b中所錄數(shù)據(jù)為基礎的鋼硬度和鋼極限抗拉強度之間關(guān)系的圖表；圖6是與圖l所示類似的剖視圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實施例進行選擇硬化的鎖緊緊固件；圖7是與圖l所示類似的剖視圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明第三實施例進行選擇硬化的預制螺紋鎖緊緊固件；圖8-IO分別為鎖緊螺母的透視圖、底部平面圖和剖視圖，所述鎖緊螺母包括根據(jù)本發(fā)明進行感應硬化的特定刺穿和/或接合幾何形狀；圖11-13與圖8-10類似并且顯示了另一鎖緊螺母，所述鎖緊螺圖14-16與圖8-IO類似并且顯示了另一鎖緊螺母，所述鎖緊螺母包括根據(jù)本發(fā)明進行感應硬化的特定刺穿和/或接合幾何形狀；圖17-19與圖8-10類似并且顯示了另一鎖緊螺母，所述鎖緊螺母包括根據(jù)本發(fā)明進行感應硬化的特定刺穿和/或接合幾何形狀；圖20和21分別為緊固件的透視圖和沿圖20中的直線21-21剖開的剖視圖，所述緊固件包括根據(jù)本發(fā)明進行感應硬化的特定刺穿和/或接合幾何形狀；圖22和23分別為緊固件的透視圖和沿圖22中的直線23-23剖開的剖視圖，所述緊固件包括根據(jù)本發(fā)明進行感應硬化的特定刺穿和/或接合幾何形狀；圖24和25分別為緊固件的透視圖和沿圖24中的直線25-25剖開的剖視圖，所述緊固件包括根據(jù)本發(fā)明進行感應硬化的特定刺穿和/或接合幾何形狀；圖26和27分別為緊固件的透視圖和沿圖26中的直線27-27剖開的剖視圖，所述緊固件包括根據(jù)本發(fā)明進行感應硬化的特定刺穿和/或接合幾何形狀；圖28是與圖1類似的剖視圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明進行選擇硬化的緊固件，并且顯示了通常連續(xù)加熱硬化的外部區(qū)域大體上包圍具有較低硬度的內(nèi)部區(qū)域；圖29是與圖28所示類似的剖視圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的改型進行選擇硬化的緊固件；和圖30是與圖29所示類似的剖視圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一改型進行選擇硬化的緊固件。具體實施方式圖l顯示了根據(jù)本發(fā)明的自刺穿鎖緊螺母10，其用于連接到可塑性變形的金屬板或金屬面板構(gòu)件上。盡管所示實施例為螺母，但是例如自鎖緊柱頭螺栓的其它自鎖緊緊固件落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。在下文中，本發(fā)明特別參考自刺穿鎖緊螺母進行描述。然而，本發(fā)明同樣適用于要安裝在金屬構(gòu)件上的預形成開口中的鎖緊螺母，因為用于高強度金屬構(gòu)件的增大的安裝作用力在避免螺母壓碎和/或形變方面同樣具有選擇硬化優(yōu)點。鎖緊螺母具有主體部分12和從所述主體部分12的一端伸出的引導或沖壓部分14。螺紋坯件或孔16沿著螺母10的縱向軸線"A"延伸?？?6通過與攻絲螺釘接合來形成螺紋。應當理解，這個孔可預制有螺紋并適用于非攻絲螺釘。同樣，本發(fā)明的過渡選擇硬化改進可以應用于"淬透螺母"和處于"初制(as-formed)"狀態(tài)的螺母。主體部分12包括環(huán)形安裝面或底部端面18、環(huán)形頂端表面20和外周主體表面22。主體表面22連接端面18和頂面20。為方〗更起見，示意性地顯示了螺母IO,其中，引導部分14沒有底切，底部端面18沒有凹槽和/或夾持突緣，主體表面22沒有扳動平面(wrenchingflats)。上文引用的美國專利6,220,804和6,409,444中顯示了所有這些已知特征。如圖1中的陰影線所示，對螺母10的一部分進行選擇硬化以形成沿引導部分14的外周軸向延伸的外部區(qū)域24和沿著環(huán)形表面18延伸的底部區(qū)域26。區(qū)域24和26硬化至大約40Rc到大約60Rc范圍內(nèi)的值。通過使螺母10在直線圏上方通過而進行感應硬化。螺母可以同時旋轉(zhuǎn)以沿引導部分的整個外周和底部端面進行硬化。感應加熱提供了可靠和可重復的無接觸加熱，其可以在精密的制造公差下局限于極小的區(qū)域。因此，可以控制螺母的運動速度、線圏功率和線圏長度以通過使用按照此處教導透徹理解的加熱和淬火方法給螺母提供希望的硬化度。隨后可以對螺母進行回火。如所描述的，可以充分控制感應硬化過程，使得在沿著孔16延伸的內(nèi)部區(qū)域28內(nèi)基本上不發(fā)生硬化。因此，內(nèi)部區(qū)域28具有與用于形成螺母10的金屬硬度相應的硬度，可以為大約32Rc到大約90Rb。在孔16內(nèi)形成螺紋時，滾絲工藝使螺紋產(chǎn)生加工硬化。如圖l所示，內(nèi)部區(qū)域28沿引導部分14的最小橫向或徑向?qū)挾瘸叽邕m合于通過滾絲形成的期望螺紋，典型地至少等于要形成螺紋的外徑。在位于引導部分14遠端的螺母的主體部分12內(nèi)，內(nèi)部區(qū)域28徑向向外延伸為具有明顯變厚端壁的擴口鐘形。外部區(qū)域24和底部區(qū)域26通過中間區(qū)域30連接至內(nèi)部區(qū)域28。中間區(qū)域30在引導部分14內(nèi)具有通常圓柱形形狀并且在主體部分12內(nèi)徑向向外擴大。中間區(qū)域30防止內(nèi)部區(qū)域28在感應加熱期間發(fā)生任何顯著硬化以形成區(qū)域24和26。因此，中間區(qū)域30進行有限程度的加熱和石更化并且沿遠離區(qū)域24和26延伸的方向具有逐漸減小的硬度梯度。中間區(qū)域28可以具有大約30Rc到大約40Rc的硬度。螺母10具有足夠的尺寸以允許在外部區(qū)域24內(nèi)進行充分的感應硬化，從而使與上述高強度材料一起使用的螺母強度增大，同時保持內(nèi)部區(qū)域28不受到額外的硬化。例如，不專屬于內(nèi)部區(qū)域28的引導部分的橫向或徑向?qū)挾瓤梢栽谕獠繀^(qū)域24和中間區(qū)域30之間平均分配。也就是it,環(huán)形表面24a和30a的徑向?qū)挾认嗟?，表?4a的面積大于表面30a的面積。內(nèi)部區(qū)域28還具有環(huán)形端面28a，其與表面24a和30a相配合以形成與金屬構(gòu)件相接合的引導環(huán)形端面。參考圖2-5，顯示了以SAEJ417b標準的外推數(shù)據(jù)為基礎的鋼硬度和鋼極限抗拉強度之間的關(guān)系。為了估算與形成鎖緊緊固件的金屬范圍相關(guān)的極限抗拉強度，人們確定與硬度范圍為30Rc到90Rb相應的平均抗拉值。圖2顯示出硬度為Rc30.0的鋼極限抗拉強度為138700psi，圖3顯示出Rb90.0的對應值為89000psi。兩個抗^立值的平均值為113850psi或785Mpa。平均抗拉值用于近似表示抗壓強度，通過使金屬的抗壓強度乘以引導部分的橫截面積估算螺母引導部分的抗壓強度。利用上述方法，可以確定形成每個區(qū)域24、28和30的金屬的抗壓強度。例如，區(qū)域24具有40Rc到50Rc的硬度。圖4顯示出40Rc的硬度與181400psi的拉伸強度相對應，圖5顯示出50Rc的硬度與255700psi的拉伸強度相對應。兩個值的平均值為218500psi或1506Mpa。因此，通過使所述區(qū)域的金屬抗壓強度乘以區(qū)域橫截面積并對乘積求和來確定每一區(qū)域?qū)σ龑Р糠值目箟簭姸鹊呢暙I，從而提供螺母10的感應硬化引導部分14的抗壓強度。表l顯示了4吏用選擇^/f匕以強化螺紋孔尺寸為M6xl到M12xl.75的鎖緊螺母。對各種區(qū)域的面積計算來說，記錄了螺紋尺寸、引導直徑和光滑孔徑。在假定不專屬于內(nèi)部區(qū)域28的引導部分的線性橫向或徑向?qū)挾仍谕獠繀^(qū)域24和中間區(qū)域30之間平均分配的情況下計算區(qū)域橫截面積。<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>10基本強度公式-應力x面積百分比強度增量=100%(kN感應-kN均勻)/(kN均勻)"初制"鎖緊緊固件不包括具有不同硬度的區(qū)域，并且引導部分的強度可以利用單個面積計算來確定。然而，記錄"初制"緊固件的強度，如同它還包括利用形成具有相同抗壓強度的每個區(qū)域的金屬制造具有類似橫截面積的區(qū)域一樣。比較每個螺紋尺寸的總引導部分抗壓強度或裂斷強度可以看出，通過使用選擇強度硬化使強度增大60%以上。這種強度增大允許相同的緊固件與上面提及的所有高強度材料一起使用，同時保持內(nèi)部區(qū)域的原始，，初制"硬度，以便允許使用攻絲螺釘。如先前所提及的，本發(fā)明的方法可以用于預制螺紋螺母。同樣，選擇硬化方法可以用于淬透至通常與ASTMA563M-PC10相關(guān)的硬度等級的預制螺紋螺母，從而給這類產(chǎn)品提供類似的刺穿和安裝增強作用。參考圖6，顯示了具有選擇硬化部分的鎖緊緊固件的第二實施例。在這個實施例中，與第一實施例相同的元件以相同的參考數(shù)字表示，改變的元件以帶撇號的標識表示。自刺穿鎖緊螺母IO，具有主體部分12'和從所述主體部分12，的一端伸出的引導或沖壓部分14'。螺紋坯件或孔16沿著螺母IO，的縱向軸線A延伸。就如在第一實施例中那樣，主體部分12'包括環(huán)形安裝面或底部端面18，、環(huán)形頂端表面20'和外周主體表面22'，所述外周主體表面22，連接端面18'和頂面20'。在這個實施例中，還對環(huán)形頂端表面20'進行選擇硬化以提供位于內(nèi)部區(qū)域28，遠端的頂部區(qū)域32。頂部區(qū)域32具有環(huán)形形狀，所述環(huán)形形狀從對應于螺紋外徑的環(huán)形頂端表面20'A向外周主體表面22'沿著端面20'橫向或徑向向外延伸。頂部區(qū)域32具有與外部區(qū)域24'相對應的硬度。頂部區(qū)域的硬度增大進一步抵抗形成頂部端面20'的金屬的壓碎和/或塑性變形。頂部區(qū)域32沿橫向或徑向向外方向具有逐漸增大的軸向尺寸。頂部區(qū)域32減小了主體部分12'內(nèi)的相鄰內(nèi)部區(qū)域28，的軸向厚度。如圖所示，頂部區(qū)域32提供了沿外周主體表面22'延伸的外周區(qū)域34，所述外周主體表面用于抵抗形成主體部分12'的金屬的不希望形變。在進一步的改型中，外周區(qū)域34可以延伸至虛線36以形成加寬外周區(qū)域38，所述加寬外周區(qū)域沿著外周主體表面22，的整個軸向?qū)挾妊由臁＜訉捦庵軈^(qū)域38進一步加固主體部分12'以在螺母10'的刺穿和/或安裝期間防止壓碎和/或塑性變形。加寬外周區(qū)域38延伸到引導部分14，中并沿著環(huán)形表面30'A延伸。因此，頂部區(qū)域32和區(qū)域38沿著位于內(nèi)部區(qū)域28'徑向外側(cè)的大體上整個螺母10'延伸并且沿著大體上整個螺母外表面(除環(huán)形端面28'A和端面20'上的頂部端面20'A以外)延伸。這樣，螺母10'在與螺紋外徑相對應的螺紋形成區(qū)域徑向向外的大體上所有位置處具有選擇硬化結(jié)構(gòu)。人們希望螺母能夠與具有不同硬度值和較高強度的金屬構(gòu)件一起使用。除了有利于金屬構(gòu)件的刺穿之外，由于螺母安裝面或底部端面18得以硬化，使螺母對金屬構(gòu)件的切削和塑性變形得到增強。最終的螺母10'在緊固件的幾乎整個外周或外側(cè)部分上具有硬度增大的連接且大體上連續(xù)的區(qū)域。參考圖7，顯示了具有選擇硬化部分的鎖緊緊固件的第三實施例。在這個實施例中，與改型的第二實施例相同的元件以相同的參考數(shù)字表示，改變的元件以帶雙撇號的標識表示。自刺穿鎖緊螺母IO"具有主體部分12"和從所迷主體部分12"的一端伸出的引導或沖壓部分14"。在這個實施例中，螺母IO"為預制螺紋，螺紋16"形成在螺紋坯件上并沿縱向軸線A延伸。如圖所示，螺紋16"的外徑與螺母引導部分14"的內(nèi)部區(qū)域28'的橫向或徑向?qū)挾却篌w上相對應。在主體部分12"內(nèi)，內(nèi)部區(qū)域28'橫向或徑向向外擴大并且延伸到主體部分12'，內(nèi)的外周主體表面22'。如第二實施例所述，螺母IO"還可以在其頂面20'上具有頂部區(qū)域32。外周區(qū)域34沿著外周主體表面22，延伸。而且，頂部區(qū)域32可以延伸到虛線36以形成加寬外周區(qū)域38，從而將螺母10"大體上包圍在金屬硬度增大的連接且連續(xù)的區(qū)域內(nèi)。在設計申請Nos.D440，865S,D448，659S和D448，660S中同樣顯示了具有各種引導形狀、環(huán)形表面結(jié)構(gòu)和突緣的鎖緊螺母。這些設計方案中的選定附圖包括在此并簡要描述如下。參考圖8-10,顯示了螺母40。螺母40包括主體部分42、引導部分44和沿中心軸線延伸的螺紋46。螺母40包括安裝端面或底部端面48、環(huán)形頂端表面50和連接所述底部表面和頂端表面的外周主體表面52。大體上環(huán)形的凹槽54形成在底面48上且圍繞引導部分44。底面48還包括位于所述凹槽外周的軸向延伸唇部56。凹槽54優(yōu)選地由底壁58、內(nèi)壁60和外壁62形成。在這個實施例中，底壁58在其從底壁外周向底壁內(nèi)周徑向延伸時向內(nèi)朝向內(nèi)壁60成一定角度或傾斜，并且凹槽54深度增加。底壁50優(yōu)選地為多邊形，其中，它由多個有角度的或傾斜的平坦(或平面的)表面(或小平面)64構(gòu)成。如圖所示，可以使用大約6到10個表面64。內(nèi)壁60向內(nèi)成一定角度或傾斜，使得凹槽54在引導部分44內(nèi)形成底切。內(nèi)壁60同樣優(yōu)選地為多邊形，其中，它由多個有角度的或傾斜的平坦(或平面的)表面(或小平面)66構(gòu)成。如圖所示，內(nèi)壁60和底壁58可以分別由相同數(shù)量的表面66和64構(gòu)成，并且它們可以對齊。以類似的方式，外壁62可以由平坦的表面或小平面68構(gòu)成。同樣，小平面的數(shù)目可以相同，并且它們在每個壁58、60和62內(nèi)對齊。鎖緊螺母40還包括多個用于增大鎖緊螺母40的扭矩或轉(zhuǎn)動阻力的鎖緊元件或突緣70。突緣70是凸出的凸起或突起，其在螺母40的底壁58、凹槽54和/或唇部56上方軸向延伸并且沿周向短距離延伸以提供支座72。支座72抵抗鎖緊螺母40相對于金屬構(gòu)件的轉(zhuǎn)動，所述鎖緊螺母安裝在所述金屬構(gòu)件上。支座72優(yōu)選地與螺母的旋轉(zhuǎn)運動垂直。在所示實施例中，突緣70由突起形成，所述突起在凹槽底壁58的上方軸向延伸并且從凹槽內(nèi)壁60向凹槽外壁62徑向延伸橫跨所迷凹槽54。遠離底壁58的突緣70的頂側(cè)總體上與中心軸線垂直并且大體上與唇部56平行，使得突緣為楔形。突緣70沿底壁58周向隔開，并且突緣70可以位于底壁58的每個表面64的中心處。然而，突緣可以位于其它位置，例如相鄰表面64之間的交界面。附圖顯示出突緣70具有矩形橫截面形狀，但是可以使用任何適當?shù)男螤?。參考圖10,為了說明方便的目的，顯示出螺母40的上下半部具有不同的熱處理。如圖所示，螺母40的上半部具有外部區(qū)域24、底部區(qū)域26、內(nèi)部區(qū)域28和中間區(qū)域30。螺母40的下半部包括位于引導部分44內(nèi)的內(nèi)部區(qū)域28'，所述內(nèi)部區(qū)域在主體部分42內(nèi)橫向或徑向向外擴大。底部區(qū)域26'沿著底面48延伸。中間區(qū)域30'在內(nèi)部區(qū)域28'和外部區(qū)域24之間延伸。頂部區(qū)域32位于螺母頂部端面50上，并且外周區(qū)域34沿著外周主體表面52延伸。頂部區(qū)域32可以延伸到虛線36以形成加寬外周區(qū)域38,如先前實施例所示。在圖IO顯示的兩種熱處理中，沿著安裝面或底面48延伸的底部區(qū)域26或26'得到硬化以增強與金屬板構(gòu)件的接合。這包括凹槽54和突緣70的硬化。這有利于金屬構(gòu)件變形和安裝，與未根據(jù)本發(fā)明硬化的相同緊固件相比，提高了轉(zhuǎn)出和拔出性質(zhì)。圖11-13顯示了螺母40'。除了突緣70'的形狀之外，螺母40，與螺母40相同。突緣70'具有相同的矩形橫截面并且具有與凹槽54的底壁58平行的頂面。參考圖13,如在先實施例所述，為說明方便起見，顯示出螺母40'的上下半部具有不同的熱處理。因此，各種區(qū)域利用與圖10中相同的參考數(shù)字表示。參見圖14-16，顯示出螺母80具有主體部分82、引導部分84和沿中心軸線延伸的螺紋86。螺母80包括環(huán)形安裝面或底面87。底部端面87包括圍繞引導部分84延伸的環(huán)形凹槽88和沿表面87延伸的石更化底部區(qū)域26或26'。凹槽88由內(nèi)壁90和底壁92構(gòu)成。壁90和92是光滑的或圓形的，與在先實施例中描述的小平面壁不同。內(nèi)壁90向內(nèi)傾斜以形成底切，類似地，底壁92朝向內(nèi)壁90向內(nèi)成一定角度或傾斜，并且凹槽88沿朝向引導部分84的徑向方向深度增大。在這個螺母結(jié)構(gòu)中沒有外唇部。突緣94沿底壁92的整個寬度延伸并部分地沿內(nèi)壁90向上延伸。突緣相對于外周主體表面96，或更具體地，相對于扳動平面98中心定位，但是它們也可以位于拐角位置。突緣94具有矩形橫截面，但是也可以具有任何適當形狀，突緣也不必沿內(nèi)壁90向上延伸。參考圖16，如在先實施例所述，為說明方便起見，顯示出螺母80的上下半部具有不同的熱處理。因此，各種區(qū)域利用與圖10中相同的參考數(shù)字表示。參見圖17-19，顯示出螺母IOO具有主體部分102、引導部分104和沿中心軸線延伸的螺紋106。底部端面107包括圍繞引導部分104延伸的環(huán)形凹槽108。凹槽108由底壁110、內(nèi)壁112構(gòu)成。在這個實施例中，底壁110在其從底壁外周向底壁內(nèi)周徑向延伸時向內(nèi)朝向內(nèi)壁112成一定角度或傾斜，并且凹槽108深度增加。底壁110由與螺母40中的小平面64類似的多個傾斜小平面114構(gòu)成。另外，內(nèi)壁112向內(nèi)成一定角度或傾斜，使得凹槽108在引導部分104內(nèi)形成底切。內(nèi)壁112同樣優(yōu)選地為多邊形，其中，具有與螺母40內(nèi)的小平面66類似的多個有角度或傾斜的平坦(或平面的)表面(或小平面)116。凹槽108的底部110與圍繞主體部分102的外周延伸的"齊平"唇部118相交。唇部118為齊平的，其中，它不軸向延伸超過其與底壁110的相交部。唇部118與引導部分104和螺母軸線垂直。突緣120布置在小平面114的中心并且具有可與底壁110平行或不平行的頂面。參考圖19,如在先實施例所述，為說明方便起見，顯示出螺母100的上下半部具有不同的熱處理。因此，各種區(qū)域利用與圖10中相同的參考數(shù)字表示。鎖緊緊固件的接合面的幾何結(jié)構(gòu)不會影響本發(fā)明的感應硬化。在大多數(shù)的情況下，典型的感應硬化區(qū)域可與多種鎖緊緊固件幾何結(jié)構(gòu)一起使用。也就是說，在外部區(qū)域內(nèi)形成所需要的硬度時，區(qū)域尺寸將涵蓋突出的突緣和底切表面。因此，前述選擇硬化方法可與具有各種引導和環(huán)形表面構(gòu)造以及包括突緣、突起、凹口、凹部、斜壁和凹形槽等的特定構(gòu)造或形狀元件的鎖緊緊固件一起使用，如本領域已知和本文所示。如上所述對各種硬化底部區(qū)域的規(guī)定適用于這種構(gòu)造和突緣。實際上，突緣硬化有助于突緣穿透到金屬構(gòu)件中和鎖緊形成。參見圖20和21，顯示出鎖緊螺母120包括主體部分122和引導部分124。設置螺紋孔126，但是該孔可以無螺紋以接收自攻螺4丁等。支承面或底部端面128包括圍繞引導部分124的環(huán)形凸緣130并與之配合以界定環(huán)形凹槽134。設置周向隔開的徑向突緣136和凸緣130內(nèi)的徑向凹槽138以增強與金屬構(gòu)件的接合。美國專利6，851，904中描述了這種鎖緊螺母的細節(jié)。尤其是如圖21所示，可以根據(jù)本發(fā)明對鎖緊螺母120進行熱處理以提供選擇硬化區(qū)域。為了說明方便起見，顯示出螺母120的上下半部具有不同的熱處理。如圖所示，螺母120的上半部具有外部區(qū)域24、內(nèi)部區(qū)域28和中間區(qū)域30。螺母120的下半部包括內(nèi)部區(qū)域28，、中間區(qū)域30'、頂部區(qū)域32和外周區(qū)域34。頂部區(qū)域32可以延伸到虛線36以形成加寬外周區(qū)域38。參見圖22和23，顯示出鎖緊螺母140包括主體部分142和引導部分144。設置螺紋孔146，但是該孔可以無螺紋以接收自攻螺釘?shù)?。支承面或底?48包括圍繞引導部分144的環(huán)形凸緣150并與之配合以界定環(huán)形凹槽154。在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，引導部分144和凸緣150的相對壁分別提供凹槽154的內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁，所述內(nèi)、外側(cè)壁傾斜以形成通向凹槽154的節(jié)流孔。設置周向隔開的徑向突緣156和凸緣150內(nèi)的徑向凹槽158以增強與金屬構(gòu)件的接合。美國專利6,994,500中描述了這種鎖緊螺母的細節(jié)。尤其是如圖23所示，可以根據(jù)本發(fā)明對鎖緊螺母140進行熱處理以提供選擇硬化區(qū)域。如在先實施例所述，顯示出螺母140的上下半部具有不同的熱處理。如圖所示，螺母140的上半部具有外部區(qū)域24、內(nèi)部區(qū)域28和中間區(qū)域30。螺母140的下半部包括內(nèi)部區(qū)域28'、中間區(qū)域30'、頂部區(qū)域32和外周區(qū)域34。頂部區(qū)域32可以延伸到虛線36以形成加寬外周區(qū)域38。參見圖24和25，自連接陰緊固件160包括具有端面164和凸緣部分166的中心引導部分162。凸緣部分的相對側(cè)面提供通常平坦的支撐面168。一對平行的凹形槽170具有V形底壁和相對傾斜的底面。螺紋孔172延伸穿過引導部分162,但是可以設置無螺紋孔以與自動攻絲或滾絲陽緊固件一起使用。美國專利6，997，659中描述了這種陰緊固件的細節(jié)。如圖25所示，可以根據(jù)本發(fā)明對陰緊固件160進行熱處理以提供選擇硬化區(qū)域。為方便起見，顯示出緊固件160的上下半部具有不同的熱處理。如圖所示，緊固件160的上半部具有外部區(qū)域24、內(nèi)部區(qū)域28和中間區(qū)域30。緊固件160的下半部包括內(nèi)部區(qū)域28'、中間區(qū)域30'、頂部區(qū)域32和外周區(qū)域34。頂部區(qū)域32可以延伸到虛線36以形成加寬外周區(qū)域38。參見圖26和27,顯示出陰緊固件180作為刺穿螺母或鎖緊螺母使用。緊固件180包括主體部分182和具有軸向螺紋孔186的引導部分184。孔186可以無螺紋以接收自動攻絲或滾絲陽緊固件。支承面188包括圍繞引導部分184的環(huán)形凸緣190并與之配合以界定環(huán)形凹槽192。凹槽192可以具有凹入(re-entrant)構(gòu)造，如本領域已知。凹槽192包括底壁194，其具有多個周向隔開的楔形凹部196。美國專利7,001,125中描述了這種陰緊固件的細節(jié)。尤其是如圖27所示，可以根據(jù)本發(fā)明對緊固件180進行熱處理以提供選擇硬化區(qū)域。為方便起見，顯示出緊固件180的上下半部具有不同的熱處理。如在先實施例所述，緊固件180的上半部具有外部區(qū)域24、內(nèi)部區(qū)域28和中間區(qū)域30。緊固件180的下半部包括內(nèi)部區(qū)域28'、中間區(qū)域30'、頂部區(qū)域32和外周區(qū)域34。頂部區(qū)域32可以延伸到虛線36以形成加寬外周區(qū)域38。參見圖28,顯示了緊固件200。緊固件200與鎖緊螺母10類似，并且相應的元件通過增加撇號標識進行類似的標記。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例對緊固件200進行選擇硬化，相連的硬化區(qū)域按照根據(jù)經(jīng)驗確定的結(jié)果結(jié)合在一起。緊固件200包括主體部分12和引導或沖壓部分14。螺紋坯件或孔16沿著緊固件200的中心軸線延伸。緊固件包括圍繞引導部分14延伸的環(huán)形安裝面或底部端面18'。主體部分12具有頂面20'和外周主體表面22'，所述外周主體表面使頂面20'與底部端面18'相連。如圖所示，緊固件200包括具有"初制"硬度的內(nèi)部區(qū)域28'和具有增大硬度的外周區(qū)域38'。內(nèi)外區(qū)域形成所述緊固件的整個橫向?qū)挾?。外部區(qū)域38'在引導部分14內(nèi)具有通常圓柱形狀，并且在主體部分12內(nèi)徑向擴大以提供具有球根形狀或輪廓的區(qū)域。這減少了沿主體部分12的外周所需要的加熱硬化，同時在主體部分內(nèi)提供具有增大尺寸的內(nèi)部區(qū)域。區(qū)域38'選擇硬化到大約40Rc到大約60Rc的硬度值。在內(nèi)部區(qū)域28'內(nèi)，在孔16處大約90Rb的初制硬度值過渡到外周區(qū)域38'處大約40Rc的硬度值。區(qū)域38，包括如在先實施例中所述的區(qū)域26、32、34和38。因此，外周區(qū)域38'大體上包圍和圍繞內(nèi)部區(qū)域28'。內(nèi)部區(qū)域28'包括位于頂面20'上的環(huán)形暴露端面20'A和與引導部分14的端面相鄰的環(huán)形底面28，A。因此，硬度增大的外周區(qū)域38'沿緊固件200的整個外表面(環(huán)形表面20，A和28，A除外)延伸。參見圖29，除了改變的硬化外部區(qū)域38'A以外，緊固件200A與緊固件200大體上相同。在這個變形中，沿頂面20'的硬化減少，環(huán)形表面20，A具有增大的徑向尺寸。參見圖30，緊固件200B顯示為具有改變的外部硬化區(qū)域38，B。在這個變形中，內(nèi)部區(qū)域28'具有大體上圓柱形狀和均勻的徑向尺寸。因此，環(huán)形表面20'A和環(huán)形表面28，A具有相同的尺寸。盡管詳細描述了本發(fā)明的特定實施例，應當清楚，本發(fā)明的范圍不限于此，而是包括落入所附權(quán)利要求的精神和術(shù)語范圍內(nèi)的所有變形和改變。權(quán)利要求1.一種用于連接到可塑性變形金屬構(gòu)件上的自鎖緊金屬緊固件，所述緊固件包括具有中心軸線的主體部分和圍繞中心孔的軸向延伸引導部分，所述中心孔可為光滑孔螺紋坯件或預制有螺紋，所述引導部分具有包括與所述孔相鄰的內(nèi)部區(qū)域和與所述引導部分的外周相鄰的外部區(qū)域的橫向?qū)挾龋鐾獠繀^(qū)域具有大于所述內(nèi)部區(qū)域的硬度。2.如權(quán)利要求1所述的緊固件，其中，所述緊固件具有軸向長度，并且所述孔穿過所述主體部分和引導部分沿所述緊固件的整個軸向長度延伸，所述內(nèi)部區(qū)域沿所述緊固件的大體上整個軸向長度延伸，所述外部區(qū)域具有圓柱形狀并且沿所述引導部分的大體上整個軸向長度延伸。3.如權(quán)利要求1所述的緊固件，其中，所述外部區(qū)域和內(nèi)部區(qū)域通過中間區(qū)域相連，所述中間區(qū)域的硬度沿朝向所述軸線橫向向內(nèi)的方向減小。4.如權(quán)利要求3所述的緊固件，其中，所述引導部分具有抗壓強度，與具有初制硬度的相同引導部分相比，所述外部區(qū)域和中間區(qū)域配合以將所述引導部分的抗壓強度增大大約60%或以上。5.如權(quán)利要求1所述的緊固件，其中，所述外部區(qū)域具有大約40Rc到大約60Rc的硬度，所述內(nèi)部區(qū)域具有大約32Rc到大約90Rb的硬度。6，如權(quán)利要求1所述的緊固件，其中，所述緊固件具有預制螺紋，所述內(nèi)部區(qū)域具有與緊固件的預定性質(zhì)類別的強度等級相一致的硬度。7.如權(quán)利要求1所述的緊固件，其中，所述外部區(qū)域具有大約218550psi或1500Mpa的極限抗拉強度，所述內(nèi)部區(qū)域具有大約113850psi或785Mpa的極限抗^立強度。8.如權(quán)利要求1所述的緊固件，其中，所述主體部分包括與所述引導部分相鄰并包括底部區(qū)域的底部端面，所述底部區(qū)域具有大于所述內(nèi)部區(qū)域的硬度。9.如權(quán)利要求8所述的緊固件，其中，所述底部區(qū)域包括使可塑性變形金屬變形并接收所述可塑性變形金屬的成形元件，所述成形元件選自突緣、突起、凹口、凹部、斜壁、凹槽和凹形槽構(gòu)成的組。10.如權(quán)利要求9所述的緊固件，其中，所述底部區(qū)域具有與所述外部區(qū)域的硬度大體上相等的硬度。11.如權(quán)利要求10所述的緊固件，其中，所述底部端面具有圍繞所述引導部分的環(huán)形形狀并且包括具有傾斜內(nèi)壁的凹槽，所述傾斜內(nèi)壁形成底切以接收所述金屬構(gòu)件發(fā)生塑性變形的金屬。12.如權(quán)利要求8所述的緊固件，其中，所述主體部分包括圍繞所述孔且軸向遠離所述環(huán)形底部端面的環(huán)形頂端表面，所述環(huán)形頂端表面包括硬度大于所述內(nèi)部區(qū)域的頂部區(qū)域。13.如權(quán)利要求12所述的緊固件，其中，所述頂部區(qū)域具有與所述外部區(qū)域的硬度大體上相等的硬度。14.如權(quán)利要求12所述的緊固件，其中，所述主體部分包括使所述環(huán)形頂端表面與環(huán)形底部端面相連的外周主體表面，所述主體部分包括沿所述外周主體表面的至少一部分延伸且硬度大于所述內(nèi)部區(qū)域的外周區(qū)域。15.如權(quán)利要求13所述的緊固件，其中，所述頂部區(qū)域、外周區(qū)域和底部區(qū)域相配合以給所述緊固件提供相連且大體上連續(xù)的區(qū)域，該連續(xù)的區(qū)域在緊固件內(nèi)的位于所述內(nèi)部區(qū)域徑向向外的大體上所有位置處具有增大的硬度。16.如權(quán)利要求15所述的緊固件，其中，所述底部區(qū)域包括使可塑性變形金屬變形并接收所述可塑性變形金屬的成形元件，所述成形元件選自突緣、突起、凹口、凹部、斜壁、凹槽和凹形槽構(gòu)成的組。17.如權(quán)利要求14所述的緊固件，其中，所述外周區(qū)域具有與所述外部區(qū)域的硬度大體上相等的硬度。18.如權(quán)利要求14所述的緊固件，其中，所述底部區(qū)域、頂部區(qū)域和外周區(qū)域均具有大約40Rc到大約60Rc的硬度，所述內(nèi)部區(qū)域具有大約32Rc到大約90Rb的硬度。19.如權(quán)利要求18所述的緊固件，其中，所述底部區(qū)域、頂部區(qū)域和外周區(qū)域均具有大約218550psi或1500Mpa的極限抗拉強度，所述內(nèi)部區(qū)域具有大約113850psi或785Mpa的極限抗拉強度。20.如權(quán)利要求1所述的緊固件，其中，所述緊固件為螺母，所述孔為光滑孔螺紋坯件，所述內(nèi)部區(qū)域從所述孔橫向向外延伸至少大致等于要在所述孔內(nèi)形成的螺紋外徑的距離，所述內(nèi)部區(qū)域具有適合于通過與攻絲螺釘接合以形成螺紋的硬度，所述內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域形成所述緊固件的整個橫向?qū)挾龋鐾獠繀^(qū)域提供大體上連續(xù)的區(qū)域，該連續(xù)的區(qū)域在緊固件內(nèi)的位于所述內(nèi)部區(qū)域徑向向外的大體上所有位置處具有增大的硬度。21.—種用于連接到可塑性變形金屬構(gòu)件上的自鎖緊金屬緊固件，所述緊固件包括具有中心軸線的主體部分和圍繞中心孔的軸向延伸引導部分，所述中心孔可具有光滑孔螺紋坯件或預制螺紋，所述緊固件部區(qū)域的橫向?qū)挾?，所述?nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域形成所述緊固件的整個橫向?qū)挾?，所述外部區(qū)域具有大于所述內(nèi)部區(qū)域的硬度，所述外部區(qū)域在位于緊固件內(nèi)的所述內(nèi)部區(qū)域徑向向外的大體上所有位置處具有增大的硬度。22.如權(quán)利要求21所述的緊固件，其中，所述內(nèi)部區(qū)域沿所述中心軸線延伸，所述內(nèi)部區(qū)域在所述引導部分中具有大體圓柱形狀并且徑向延伸以使所述內(nèi)部區(qū)域在所述主體部分內(nèi)具有球根形狀。23.如權(quán)利要求21所述的緊固件，其中，所述內(nèi)部區(qū)域沿所述中心軸線延伸并具有通常圓柱形狀。24.如權(quán)利要求21所述的緊固件，其中，所述內(nèi)部區(qū)域具有從所述孔處大約90Rb過渡到外部區(qū)域處大約60Rc的硬度值。25.—種用于連接到可塑性變形金屬構(gòu)件上的自鎖緊金屬緊固件，所述緊固件包括具有中心軸線的主體部分和圍繞中心光滑孔螺紋坯件的軸向延伸引導部分，所述引導部分具有包括與所述孔相鄰的內(nèi)部區(qū)域和與所述引導部分的外周相鄰的外部區(qū)域的橫向?qū)挾?，所述?nèi)部區(qū)域具有適合于通過與攻絲螺釘接合而形成螺紋的硬度，所述外部區(qū)域具有大于所述內(nèi)部區(qū)域的硬度。26.如權(quán)利要求25所述的緊固件，其中，所述內(nèi)部區(qū)域具有與初制或淬透螺母大體上相等的硬度。27.如權(quán)利要求26所述的緊固件，其中，所述主體部分包括與所述引導部分相鄰且包括底部區(qū)域的底部端面，所述底部區(qū)域具有大于所述內(nèi)部區(qū)域的硬度，所述主體部分包括使所述環(huán)形頂端表面與環(huán)形底部端面相連的外周主體表面，所述主體部分包括沿所述外周主體表面的至少一部分延伸且硬度大于所述內(nèi)部區(qū)域的外周區(qū)域，所述頂部區(qū)域、外周區(qū)域和底部區(qū)域相配合以給所述緊固件提供相連且大體上連續(xù)的區(qū)域，該連續(xù)的區(qū)域在緊固件內(nèi)的位于所述內(nèi)部區(qū)域徑向向外的所有位置處具有增大的硬度。28.如權(quán)利要求27所述的緊固件，其中，所述底部區(qū)域包括使可塑性變形金屬變形并接收所述可塑性變形金屬的成形元件，所述成形元件選自突緣、突起、凹口、凹部、斜壁、凹槽和凹形槽構(gòu)成的組。29.—種用于制造鎖緊緊固件的方法，所述鎖緊緊固件包括主體部分和軸向延伸的引導部分，所述主體部分具有由圍繞主體部分延伸的外周主體表面連接的頂面和底面，所述引導部分圍繞可為光滑孔螺紋坯件或預制有螺紋的中心孔，所述方法包括A)提供具有大體上均勻的初制或淬透硬度的所述緊固件；B)使所述引導部分的橫向?qū)挾冗x擇硬化以形成與所述孔相鄰的域；C)所述內(nèi)部區(qū)域具有與初制或淬透螺母大體上相等的硬度；和D)所述外部區(qū)域具有大于所述內(nèi)部區(qū)域的硬度，因此，所述緊固件可用于刺穿金屬構(gòu)件和/或使其塑性變形，所述金屬構(gòu)件的硬度值大于與具有所述初制或淬透硬度的類似緊固件一起使用的金屬構(gòu)件的硬度值。30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述內(nèi)部區(qū)域具有大約32Rc或更小的硬度并且可以利用攻絲螺釘形成螺紋。31.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述緊固件具有預制螺紋，所述內(nèi)部區(qū)域具有與緊固件的預定性質(zhì)類別的強度等級相一致的硬度。32.如權(quán)利要求29所述的方法，包括使所述主體部分選擇硬化以形成沿所述底面延伸的底部區(qū)域的步驟。33.如權(quán)利要求31所述的方法，包括使所述主體部分選擇硬化以形成沿所述頂面延伸的頂部區(qū)域的步驟，所述頂部區(qū)域具有大于所述內(nèi)部區(qū)域的硬度，和使所述主體部分選擇硬化以形成沿所述外周主體表面延伸的外周區(qū)域，從而使所述頂部區(qū)域、外周區(qū)域和底部區(qū)域相配合以給所述緊固件提供相連且大體上連續(xù)的區(qū)域，該連續(xù)的區(qū)域在位于緊固件內(nèi)的所述內(nèi)部區(qū)域徑向向外的大體上所有位置處具有增大的硬度。34.如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述底部區(qū)域包括使可塑性變形金屬變形并接收所述可塑性變形金屬的成形元件，所述成形元件選自突緣、突起、凹口、凹部、斜壁、凹槽和凹形槽構(gòu)成的組，形成所述底部區(qū)域的步驟包括使所述成形元件硬化。全文摘要金屬鎖緊緊固件使其一部分有選擇地硬化以使所述緊固件能夠與具有不同硬度值的金屬構(gòu)件一起使用。緊固件的選擇硬化能夠通過施加所需作用力進行安裝以刺穿所述金屬構(gòu)件和/或使其塑性變形，而不會使所述緊固件發(fā)生不希望的變形或形變。緊固件的螺紋部分或區(qū)域具有相對較小的適當硬度并且可以具有預制螺紋或隨后通過與攻絲螺釘相接合而形成螺紋。文檔編號F16B37/04GK101410634SQ200780009799公開日2009年4月15日申請日期2007年3月22日優(yōu)先權(quán)日2006年3月22日發(fā)明者R·W·帕默申請人:Rbw制造有限責任公司