專利名稱：高性能自攻鎖緊螺釘?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種自攻鎖緊螺釘以及形成所述自攻鎖緊螺釘?shù)姆?法，更具體地，涉及一種緊固件，例如自攻鎖緊螺釘，其至少一部分具有
HRC56 (洛氏硬度C級(jí))的最小表面硬度，并涉及一種形成這種自攻鎖緊 螺釘?shù)姆椒ā?br> 背景技術(shù)：
現(xiàn)在，本行業(yè)中提出自攻鎖緊螺釘可以在洛氏硬度為C23及以下的工 件中冷擠壓形成螺紋。同樣，現(xiàn)在的自攻鎖緊螺釘?shù)挠捕茸阋栽谶@種工件 中形成螺紋。然而，還有一些應(yīng)用中希望自攻鎖緊螺釘可以在硬度超過(guò) HRC23的工件中形成螺紋。例如，在形成高強(qiáng)度低合金(HSLA)材料 后，例如通過(guò)在材料中沖孔，孔附近的硬度可達(dá)到并超過(guò)洛氏硬度C40。
傳統(tǒng)的自攻鎖緊螺釘?shù)挠捕炔蛔阋栽谟捕瘸^(guò)洛氏硬度C23的工件中 通過(guò)冷擠壓成功地形成螺紋。例如， 一些可購(gòu)買到的自攻鎖緊螺釘處理為 使得尖端和最初三到四圈完整螺紋的最小硬度為洛氏硬度C45，并且緊固 件的核心硬度為洛氏硬度C33到39。諸如這種螺釘?shù)淖怨ユi緊螺釘?shù)挠捕?不足以在硬度超過(guò)HRC23的材料中連續(xù)地冷擠壓形成螺紋。當(dāng)將這種自 攻鎖緊螺釘推進(jìn)到硬度為HRC40或以上的HSLA材料(或任何其它材 料)中時(shí)，螺紋出現(xiàn)塌陷。螺紋的這種塌陷或變形使得聯(lián)接失效。當(dāng)在諸 如鋼的材料中形成螺紋時(shí)，需要使得緊固件具有與緊固件將要旋入的材料 相比高得多的硬度，以正確地形成螺紋而不會(huì)塌陷。
因?yàn)楝F(xiàn)有的自攻鎖緊螺釘不足以在硬度超過(guò)HRC23的工件中冷擠壓 形成螺紋，在此情況下，需要提供配合螺紋，例如通過(guò)在工件中提供螺紋 聯(lián)接(需要鉆孔和攻絲操作)，或者通過(guò)提供焊接螺母、松動(dòng)螺母、焊接 凸起、螺紋嵌入件，或者通過(guò)提供類似零件或者使用用于提供配合螺紋的5類似方法。這些結(jié)構(gòu)/方法需要額外的操作、硬件和時(shí)間，導(dǎo)致工序成本更 高、更耗時(shí)。
因而，市場(chǎng)上需要可以在硬度超過(guò)洛氏硬度C23 (例如HSLA材料或 任何其它材料)的工件中形成螺紋的緊固件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例的目的是提供一種自攻鎖緊螺釘，其至少一部分的表 面硬度高到足以使得該自攻鎖緊螺釘能夠在硬度超過(guò)HRC23的工件中冷 擠壓形成螺紋。
本發(fā)明的實(shí)施例的另一 目的是提供一種自攻鎖緊螺釘，其至少一部分 的表面硬度最小為HRC56。
本發(fā)明的實(shí)施例的還一 目的是提供一種自攻鎖緊螺釘，其至少一部分 螺紋的最小表面硬度為HRC56，至少深度為0.02cm (0.008英寸)。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，根據(jù)前述目的中的至少一個(gè)，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種自 攻鎖緊螺釘，其具有頭部和從該頭部延伸的帶螺紋的桿部。該桿部的至少 一部分螺紋經(jīng)過(guò)表面硬化，優(yōu)選地最小表面硬度為HRC56,使得該自攻鎖 緊螺釘隨后可用于在表面硬度超過(guò)HRC23的工件中冷擠壓形成螺紋。
本發(fā)明的另一方面提供一種形成這種自攻鎖緊螺釘?shù)姆椒?。該方法?括執(zhí)行熱處理工藝，從而使該螺釘增碳到含碳量至少0.48%，并例如在油 中淬火。然后，該螺釘回火以降低脆性并允許具有更易延展的核心。優(yōu)選 地，回火被控制為使得表面硬度不超過(guò)核心硬度3個(gè)洛氏硬度值。優(yōu)選 地，在回火后，該緊固件的表面和核心硬度都為洛氏硬度C33到39。隨 后，例如導(dǎo)程螺紋和該螺釘?shù)娜剿娜ν暾菁y的尖端被感應(yīng)硬化，并且 該螺釘例如在水中或在合成淬火劑中淬火。然后，該螺釘再次回火以降低 脆性。優(yōu)選地，該回火步驟被控制為例如使得導(dǎo)程螺紋和最初三到四圈完 整螺紋最小硬度為洛氏硬度C56，優(yōu)選地深度至少為0.02cm (0.008英 寸)，并且該緊固件的核心硬度為洛氏硬度C33到39。最后，優(yōu)選地，對(duì) 該緊固件精加工。


本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和操作的組織和方式及其其它目的和優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)結(jié)合附
圖、參照下面的說(shuō)明更好地理解，其中相似的附圖標(biāo)記代表相似的元件， 其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可以表面硬化的一種螺釘?shù)膫?cè)視圖； 圖2是圖1中示出的螺釘?shù)牟糠謾M截面圖；和
圖3是說(shuō)明制造經(jīng)表面硬化的自攻鎖緊螺釘?shù)姆椒ǖ牧鞒虉D，其中該 方法根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
盡管本發(fā)明可用于各種形式的實(shí)施例，這里在圖中示出并且詳細(xì)地描 述了一種實(shí)施例，應(yīng)該理解本說(shuō)明書是本發(fā)明的原理的示例，而不是將本 發(fā)明限制在這里所說(shuō)明和描述的范圍。
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種緊固件，例如自攻鎖緊螺釘，其至少一部 分的表面硬度為HRC56。另一方面涉及表面硬化緊固件(例如自攻鎖緊螺 釘)的方法，使得其至少一部分的表面硬度為HRC56。盡管本方法可用于 許多螺釘，美國(guó)專利No. ，3935,785公開(kāi)了一種螺釘，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例 的方法可用于該螺釘，并且在此通過(guò)引用弓I入該專利的全文。
正如本申請(qǐng)的圖l和上述專利中所示，螺釘IO包括頭部12和從頭部 12延伸的帶螺紋的桿部14?？拷葆擨O的與頭部12相對(duì)的端部16處， 具有多個(gè)導(dǎo)程螺紋18，該導(dǎo)程螺紋朝向螺釘IO的尖端16有點(diǎn)呈錐形。在 導(dǎo)程螺紋18和頭部12之間是多個(gè)完整螺紋20，其中，附圖標(biāo)記22表示 第一圈完整螺紋，附圖標(biāo)記24表示第四圈完整螺紋。有關(guān)該具體螺釘?shù)?形狀和功能的更多細(xì)節(jié)可在上述專利中找到。然而，本發(fā)明的優(yōu)選特定實(shí) 施例的實(shí)例如圖2所示，其中導(dǎo)程螺紋18以及最初三或四圈完整螺紋表 面硬化到洛氏硬度至少HRC56，深度(即圖2中所標(biāo)出的尺寸26)至少 為0.02cm (0.008英寸)。優(yōu)選地，螺釘10的核心硬度為洛氏硬度C33到 39，使得螺釘10核心具有相對(duì)易延展的核心。如圖2所示，附圖標(biāo)記28 所表示的部分具有最小洛氏硬度C56的最小感應(yīng)硬化區(qū)域，同時(shí)附圖標(biāo)記30所表示的部分具有最小洛氏硬度C56的最大感應(yīng)硬化區(qū)域。附圖標(biāo)記 32表示的部分是硬化、淬火和回火區(qū)域，表面硬度偏離核心硬度3個(gè)洛氏 硬度值以內(nèi)。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法，該方法可用于形成如圖1和2 中示出的自攻鎖緊螺釘10。該方法提供例如由鋼4037鋼或類似合金制成 的鋼絲，并且在冷鐓機(jī)上牽引該鋼絲。該材料可以是合金鋼，AISI C4037 等級(jí)分析，成分為碳0.35 0.40%;錳0.70 0.90%;硫最大0.040%;磷 最大0.035%;硅0.20 0.35%和鉬0.20 0.30%，本領(lǐng)域技術(shù)人員通常稱 之為細(xì)化晶粒球化退火鋼。當(dāng)然，其它材料也可使用，也整體落入本發(fā)明 的范圍。 一旦冷鐓完成，就在螺釘上形成螺紋。這些步驟是常規(guī)并且公知 的。
一旦形成螺釘，就執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的熱處理過(guò)程。在熱處理 過(guò)程中，在質(zhì)量爐中使用受控方法使螺釘增碳，使得螺釘?shù)奶己恐辽贋?0.48%。增碳允許緊固件的表面硬化到硬于基體材料。具體地，螺釘可放 在爐中90分鐘，爐溫為1600 1700華氏度。爐環(huán)境優(yōu)選地控制為碳勢(shì) 0.6%-0.7% (沒(méi)有滲氮)。優(yōu)選地，增碳區(qū)域的深度(即圖2中的尺寸 26)至少為0.02cm (0.008英寸)。優(yōu)選地，回火后表面硬度(在根據(jù)核 心要求選定的溫度下)不會(huì)超過(guò)核心硬度多于3個(gè)洛氏硬度值(30維氏 值)。在選定的爐參數(shù)中，1到2個(gè)洛氏硬度值(10 20維氏值)的表面 硬度增加將是目的。顯微硬度計(jì)可用于測(cè)量增碳區(qū)域的硬度和深度，從而 幫助設(shè)定爐參數(shù)。
一旦螺釘經(jīng)過(guò)增碳，螺釘就例如在溫度為140 160華氏度的油中進(jìn) 行淬火。淬火后，螺釘例如在溫度為850 950華氏度時(shí)回火90分鐘，以
降低脆性并可在緊固件中形成更具有延展性的核心。優(yōu)選地，該步驟被控 制為使得表面硬度不會(huì)超過(guò)核心硬度多于3個(gè)洛氏硬度值。此時(shí)，優(yōu)選 地，緊固件的表面和核心硬度為洛氏硬度C33到39。
隨后，螺釘?shù)募舛?例如導(dǎo)程螺紋18和最初三到四圈完整螺紋)被 感應(yīng)淬火，其中緊固件的導(dǎo)程螺紋瞬時(shí)受到電場(chǎng)的作用從而將螺紋感應(yīng)加 熱到硬化溫度(約1650 1750華氏度)。該螺釘隨后立即淬火，例如噴水或合成淬火劑。
隨后，螺釘例如在300華氏度時(shí)回火至少l小時(shí)，以降低脆性。這個(gè)
回火步驟以及前面的增碳步驟優(yōu)選地有效結(jié)合以使得導(dǎo)程螺紋和最初三到
四圈完整螺紋最小硬度為洛氏硬度C56，優(yōu)選地深度至少為0.02cm (0.008 英寸)，并且緊固件的核心硬度為洛氏硬度C33到39。盡管可使用不同的 回火溫度和持續(xù)時(shí)間，但是溫度優(yōu)選地足夠低以保持尖端最小硬度為洛氏 硬度C56。最后，優(yōu)選地，對(duì)緊固件精加工。
本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種緊固件，其至少一部分的最小表面硬度為 HRC56。例如，該緊固件可以是例如美國(guó)專利No. 3,935,785中所示的自攻 鎖緊螺釘，其中導(dǎo)程螺紋和最初三或四圈完整螺紋的最小表面硬度為 HRC56。這樣，該螺釘可用于在硬度超過(guò)HRC23的工件中冷擠壓螺紋， 該工件例如HSLA材料或者硬度為HRC40或以上的任何其它材料。
本發(fā)明的另一方面提供一種表面硬化緊固件的至少一部分的方法，該 緊固件例如為美國(guó)專利No. 3,935,785中所示的自攻鎖緊螺釘，使得該螺釘 的導(dǎo)程螺紋和最初三或四圈完整螺紋的最小表面硬度為HRC56，從而該螺 釘可用于在硬度超過(guò)HRC23的工件中冷擠壓螺紋，該工件例如HSLA材 料或者硬度為HRC40或以上的任何其它材料。
本發(fā)明的還一方面提供一種副產(chǎn)品，具體地是一種通過(guò)使用上述方法 制造的緊固件。
盡管已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，應(yīng)該想象到的是，本領(lǐng) 域技術(shù)人員可不偏離本發(fā)明的精神和范圍而設(shè)計(jì)本發(fā)明的多種變形。例 如，盡管上面已經(jīng)描述表面硬度可在導(dǎo)程螺紋和最初三或四圈螺紋中硬 化，但是表面硬度可在或多或少的螺紋上硬化，這都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。 此外，盡管前面的說(shuō)明具體地討論了 HSLA材料，本發(fā)明還是可用于在除 了 HSLA材料以外的其它材料中形成螺紋。
權(quán)利要求
1、一種自攻鎖緊螺釘，其配置為在表面硬度超過(guò)洛氏硬度C23的工件中冷擠壓形成螺紋，所述自攻鎖緊螺釘?shù)奶卣髟谟冢渚哂蓄^部和從該頭部延伸的帶螺紋的桿部，其中，所述桿部的至少一部分螺紋的表面硬度至少為洛氏硬度C56，從而允許該自攻鎖緊螺釘用于在表面硬度超過(guò)洛氏硬度C23的工件中冷擠壓形成螺紋。
2、 如權(quán)利要求1所述的自攻鎖緊螺釘，其特征在于，所述帶螺紋的 桿部在靠近該螺釘?shù)呐c所述頭部相對(duì)的端部處包括導(dǎo)程螺紋。
3、 如權(quán)利要求2所述的自攻鎖緊螺釘，其特征在于，所述導(dǎo)程螺紋 朝向所述螺釘?shù)亩瞬砍叔F形。
4、 如權(quán)利要求2所述的自攻鎖緊螺釘，其特征還在于，所述帶螺紋 的桿部上的多個(gè)完整螺紋設(shè)置在所述導(dǎo)程螺紋和所述螺釘?shù)念^部之間。
5、 如權(quán)利要求4所述的自攻鎖緊螺釘，其特征在于，所述螺釘?shù)乃?述導(dǎo)程螺紋和至少三圈完整螺紋的表面硬度至少為洛氏硬度C56,深度至 少為0.02cm (0.008英寸)。
6、 如權(quán)利要求5所述的自攻鎖緊螺釘，其特征在于，所述螺釘?shù)暮?心硬度位于洛氏硬度C33到39的范圍內(nèi)。
7、 如權(quán)利要求6所述的自攻鎖緊螺釘，其特征在于，靠近所述螺釘 的端部的所述螺釘?shù)牡谝徊糠志哂凶钚≈禐槁迨嫌捕菴56的最小感應(yīng)淬火 區(qū)域，所述螺釘?shù)牡诙糠志哂凶钚≈禐槁迨嫌捕菴56的最大感應(yīng)淬火區(qū) 域。
8、 如權(quán)利要求7所述的自攻鎖緊螺釘，其特征在于，所述螺釘?shù)牡?三部分的表面硬度偏離所述核心硬度3個(gè)洛氏硬度值以內(nèi)。
9、 一種形成自攻鎖緊螺釘?shù)姆椒?，該自攻鎖緊螺釘配置為在表面硬 度超過(guò)洛氏硬度C23的工件中冷擠壓螺紋，所述方法特征在于，提供由鋼 制成的鋼絲；在冷鐓機(jī)上牽引該鋼絲；在該鋼絲上形成螺紋以形成螺釘； 在所述螺釘上進(jìn)行熱處理操作，使該螺釘增碳，并感應(yīng)淬火所述螺釘?shù)膶?dǎo) 程螺紋和至少三圈完整螺紋，使得所述自攻鎖緊螺釘具有頭部和從所述頭部延伸的帶螺紋的桿部，并且所述桿部的至少一部分螺紋的表面硬度至少 為洛氏硬度C56。
10、 如權(quán)利要求9所述的形成自攻鎖緊螺釘?shù)姆椒?，其特征還在于，在使該螺釘增碳之后和感應(yīng)淬火所述螺釘?shù)乃鰧?dǎo)程螺紋和至少三圈完整 螺紋之前，使得該螺釘淬火和回火。
11、 如權(quán)利要求9所述的形成自攻鎖緊螺釘?shù)姆椒ǎ涮卣鬟€在于，在感應(yīng)淬火所述螺釘?shù)乃鰧?dǎo)程螺紋和至少三圈完整螺紋之后，使得該螺 釘淬火和回火。
12、 如權(quán)利要求9所述的形成自攻鎖緊螺釘?shù)姆椒ǎ涮卣鬟€在于， 使所述螺釘增碳的步驟包括使該螺釘在爐中停留90分鐘，爐溫為1600 1700華氏度，并且控制該爐的碳勢(shì)為0.6 0.7%，其中，該螺釘?shù)脑鎏紖^(qū) 域的深度至少為0.02cm (0.008英寸)。
13、 如權(quán)利要求9所述的形成自攻鎖緊螺釘?shù)姆椒?，其特征還在于， 在使該螺釘增碳之后和感應(yīng)淬火所述螺釘?shù)乃鰧?dǎo)程螺紋和至少三圈完整 螺紋之前，使得該螺釘淬火和回火，其中，使得該螺釘淬火的步驟包括使 得該螺釘在140 160華氏度的油中淬火。
14、 如權(quán)利要求9所述的形成自攻鎖緊螺釘?shù)姆椒?，其特征還在于， 在使該螺釘增碳之后和感應(yīng)淬火所述螺釘?shù)乃鰧?dǎo)程螺紋和至少三圈完整 螺紋之前，使得該螺釘淬火和回火，其中，使得該螺釘回火的步驟包括使 得該螺釘在850 950華氏度的溫度時(shí)回火90分鐘，其中，所述螺釘?shù)谋?面硬度超過(guò)該核心硬度不多于3個(gè)洛氏硬度值，其中，所述螺釘?shù)谋砻婧?核心硬度為洛氏硬度C33到39。
15、 如權(quán)利要求9所述的形成自攻鎖緊螺釘?shù)姆椒?，其特征在于，?述感應(yīng)淬火所述螺釘?shù)乃鰧?dǎo)程螺紋和至少三圈完整螺紋的步驟包括該螺 釘?shù)膶?dǎo)程螺紋瞬時(shí)受到電場(chǎng)的作用從而將所述螺紋感應(yīng)加熱到1650 1750 華氏度的硬化溫度。
16、 如權(quán)利要求9所述的形成自攻鎖緊螺釘?shù)姆椒?，其特征還在于， 在感應(yīng)淬火所述螺釘?shù)乃鰧?dǎo)程螺紋和至少三圈完整螺紋之后，對(duì)該螺釘 進(jìn)行淬火和回火，其中，所述回火步驟包括使得所述螺釘在300華氏度時(shí)回火至少一小時(shí)，從而降低該螺釘?shù)拇嘈裕渲?，所述回火步驟和增碳步 驟使得所述導(dǎo)程螺紋和至少最初三圈完整螺紋的最小硬度為洛氏硬度C56，深度至少為0.02cm (0.008英寸)，并且所述緊固件的核心硬度為洛 氏硬度C33到39。
17、 如權(quán)利要求9所述的形成自攻鎖緊螺釘?shù)姆椒?，其特征還在于， 在感應(yīng)淬火所述螺釘?shù)乃鰧?dǎo)程螺紋和至少三圈完整螺紋之后，使得該螺 釘淬火和回火，其中，所述回火步驟和所述增碳步驟使得所述導(dǎo)程螺紋和 至少最初三圈完整螺紋的最小硬度為洛氏硬度C56，深度至少為0.02cm(0.008英寸)，并且所述緊固件的核心硬度為洛氏硬度C33到39。
18、 如權(quán)利要求9所述的形成自攻鎖緊螺釘?shù)姆椒ǎ涮卣鬟€在于， 所述鋼絲包括合金鋼，按美國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)C4037等級(jí)分析，成分為碳0.35 0.40%;錳0.70 0.90%;硫最大0.040%;磷最大0.035%;硅0.20 0.35%和鉬0.20 0.30%。
19、 如權(quán)利要求9所述的形成自攻鎖緊螺釘?shù)姆椒?，其特征在于，?得所述螺釘增碳的步驟包括使所述螺釘增碳使得所述螺釘?shù)奶己恐辽贋?0.48%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種自攻鎖緊螺釘和形成所述自攻鎖緊螺釘?shù)姆椒?。一種自攻鎖緊螺釘(10)的最小表面硬度為HRC56。螺釘(10)可在表面硬度超過(guò)HRC23的工件中形成螺紋。一種表面硬化螺釘(10)的方法包括是螺釘(10)增碳到碳含量至少0.48％，然后使所述螺釘(10)淬火。然后，使所述螺釘(10)回火，使得表面硬度超過(guò)核心硬度不多于3個(gè)洛氏硬度值，并且表面和核心硬度都為洛氏硬度C33～39。隨后，尖端(16)被感應(yīng)淬火，并且該螺釘再次淬火。該螺釘(10)再次回火，使得導(dǎo)程螺紋(18)和最初3～4圈完整螺紋(22，24)最小硬度為洛氏硬度C56，優(yōu)選地深度(26)至少0.02cm(0.008英寸)，并且所述緊固件(10)的核心硬度為洛氏硬度C33～39。最后，進(jìn)行精加工。
文檔編號(hào)F16B25/00GK101501350SQ200780013867
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2007年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月17日
發(fā)明者加里·沙特克, 大衛(wèi)·R·普萊斯 申請(qǐng)人:阿久曼特知識(shí)產(chǎn)權(quán)有限公司