專利名稱：自成孔和螺紋的螺釘以及螺釘擰入的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明述及一種自成孔和螺紋的螺釘，帶一個收縮成尖頭或類似于尖頭形狀的，無切屑地形成孔的端部、一個帶螺紋的桿部和一個用來裝工具的夾持部分，以及涉及一種自成孔和螺紋螺釘?shù)臄Q入方法。
對于自己鉆孔或無切屑地形成孔的自攻螺紋螺釘，至今為止很自然形成孔的端部由一種可淬硬的材料(碳鋼)制成。如果螺釘桿的頭部和身部必須由不銹材料制成的話，這常常是一種昂貴的辦法。因此采用焊接的方法，其中由可淬硬材料(碳素鋼)制成的鉆尖和螺釘?shù)钠溆嗖糠趾冈谝黄稹?br> 由此不僅要求多道工序，而且也造成特別高的制造費用。
因此本發(fā)明的目的在于，在螺釘由不銹材料制成時制造一種可能性用它可以形成孔，而不必為此采用不同材料的焊接方案。
按照本發(fā)明建議，無切屑地成孔的，與螺釘軸線成銳角的、逐漸變細直到頂端的螺釘端部由一種不銹材料制成。
具有開頭所述結(jié)構(gòu)形式的螺釘在一些結(jié)構(gòu)方案中已經(jīng)眾所周知。例如在US-PS2015159中展示和描述了一種緊固件，它具有一個釘尖和在桿部具有相應螺紋。通過用錘子的敲擊尖端穿過薄鐵板，接著通過螺紋部分的相應旋轉(zhuǎn)而擰入。這種由一個針尖和一個螺紋部分的組合體在專利申報時期肯定是由一種碳素鋼制成的，因為當時還一點沒有關(guān)于不銹緊固元件的想法。
由EP-B10464071得知一種自成孔和螺紋的螺釘，它具有一個逐漸變細的成孔部分，這里螺釘整體由調(diào)質(zhì)鋼制成。通過螺釘?shù)男D(zhuǎn)在螺釘和待成孔鋼板之間形成一個摩擦表面，使金屬板加熱，材料進入它的塑性區(qū)，這時它在徑向變得有一定柔性，使得產(chǎn)生一個預期的、伴隨材料壓縮而形成的孔的擴大而形成一個噴嘴(形狀)。在這種結(jié)構(gòu)中也是碳素鋼的方案。
通過本發(fā)明第一次創(chuàng)造了一種可能性，用于自攻螺釘?shù)目子靡环N由不銹材料制成的相應端部來形成。用一個由不銹材料制成的螺釘成孔，迄今為止在專業(yè)界看本是不可能的。常常出發(fā)點總是這樣的，為了鉆或者形成一個孔，需要一個鉆削工序或者足夠強的發(fā)熱直至進入塑性區(qū)。專業(yè)人員肯定是這樣想的，用相應的由不銹材料制成的“切削刃”的鉆削過程是完全不可能的，為了不用鉆削刃形成一個孔那就需要用碳素鋼，也就是相應的調(diào)質(zhì)鋼。
通過本發(fā)明克服了專業(yè)界的一個偏見，因為這使得可以用一個由不銹材料制成和甚至包括不銹材料端部的螺釘形成孔、螺紋，并從而可以采用完全由不銹材料制成的緊固件。
因此根據(jù)本發(fā)明螺釘?shù)母鱾€部分完全由不銹材料制成也是一個特別的特點。
作為不銹材料可以采用不銹鋼，但是也可以采用輕金屬或輕金屬合金或者主要成分是輕金屬，假如黃銅、紫銅、鋁等等的合金。根據(jù)各種特殊的應用目的通過按照本發(fā)明的結(jié)構(gòu)得到由專門的材料制成的螺釘?shù)耐耆厥獾膽每赡苄浴榱藦默F(xiàn)在起可以適當?shù)剡x擇材料使工件和螺釘相匹配，而不需要特別的焊接方案或者不同材料鉆刃刀片的固定。
對于成孔端部可以有不同結(jié)構(gòu)方案，其中根據(jù)工件材料以及當然還有螺釘材料的不同得到不同的結(jié)構(gòu)方案。可以想像，無切屑成孔端部由兩個或兩個以上具有與螺釘軸線成不同角度的部分構(gòu)成。與此相關(guān)也可以設(shè)想無切屑成孔端部在橫截面內(nèi)做成三角形或多角形、圓形、橢圓形、等厚形等等。
如果采用一種特殊的螺釘擰入方法，會特別有利，為此按本發(fā)明建議，在螺釘作無切屑成孔旋轉(zhuǎn)運動時除旋轉(zhuǎn)驅(qū)動以外附加地對螺釘施加一個軸向沖擊作用。實際表明附加的沖擊作用正好是在使用不銹材料制成的螺釘時特別有利，并能很快地穿透工件而不明顯地產(chǎn)生熱量。
其次事實證明這樣的附加步驟具有好處，僅僅在成孔過程中對螺釘施加沖擊作用，而在形成螺紋的旋轉(zhuǎn)過程中和在螺釘擰入螺紋的過程中撤掉沖擊作用。如果孔已經(jīng)完全成形，然后撤去沖擊作用，使得可以最佳地形成螺紋。因此正好在螺紋形成時得到最佳的配合，其中孔壁通過先前的成孔過程局部產(chǎn)生彈性變形，使得現(xiàn)在這個孔壁所謂彈性地與螺紋相適應，也有助于這種配合。
下面借助于圖形對本發(fā)明的其他特征和特別的優(yōu)點作進一步闡述，它表示

圖1螺釘在用來穿透工件時的視圖；圖2在先前成形的孔中形成螺紋以后工件和螺釘?shù)钠室晥D。
螺釘1由一個收縮成尖頭或類似尖頭形狀的端部2，一個設(shè)有螺紋3的桿部4和一個用來裝工具的夾持部分5組成。端部2考慮用來在工件7上無切屑地形成孔6，然后帶有螺紋3的桿部4在已成形的孔6以及向下拉伸的圍成孔的板壁8上形成螺紋。
無切屑地成孔的端部2成銳角地向螺釘軸線9收縮形成。但是螺釘1的顯著特征在于，它是由不銹材料制成的。這里已經(jīng)達到這樣的程度，所有各個部分2、4和5、也就是整個螺釘1完全由一種不銹材料制成。
作為不銹材料可以采用不銹鋼結(jié)構(gòu)，但是當然也可以采用輕金屬或者輕金屬合金以及主要成分是輕金屬的合金。例如可以是，按本發(fā)明的螺釘1由黃銅、紫銅、鋁等等制成，在本發(fā)明的范圍內(nèi)也可以想象，這種螺釘由塑料制成，這里可以采用具有適當耐摩性能的塑料，以便此后例如在由塑料或輕金屬制成的工件中或者在適當?shù)匿摪逯行纬煽缀吐菁y。
端部2的專門結(jié)構(gòu)造型可以考慮各種不同的方案。在所畫的結(jié)構(gòu)形式中是一個簡單的圓錐形尖頭。但是也可以將這種無切屑成乳端部2做成三棱錐形的，或者假如截圓錐形或截三棱錐形。試驗表明，為了達到有規(guī)律的成孔效果，端部2不一定必須做得非常尖，對于無切屑成孔端部2也可以考慮不同的橫截面方案。這樣橫截面可以是三角形或者多角形，圓形、橢圓形、等厚形等等。還可以是，直接的“尖頭”本身在頂視圖內(nèi)為圓形、橢圓形、等厚形等等。
如果這種螺釘按照一種特殊的方法擰入的話有好處。如果在螺釘作無切屑成孔旋轉(zhuǎn)時除旋轉(zhuǎn)驅(qū)動以外對螺釘施加一個軸向的沖擊作用的話，成孔的時間明顯地縮短。通過采用具有軸向沖擊作用的相應的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動起到明顯加快成孔過程的效果。也可以設(shè)想對旋轉(zhuǎn)驅(qū)動疊加一個在旋轉(zhuǎn)方向的沖擊作用，但是這對效能和成孔時間沒有影響。
如果在成孔以后對于后續(xù)的螺紋成形和螺釘擰入不再存在軸向沖擊作用，使得僅僅存在必要的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的話，特別有利。由此在工件內(nèi)得到明顯改善的螺紋配合。
圖1中所示的螺釘是一種比較短的螺釘，帶一個緊接在圓柱形部分10后面的螺紋部分4以及指在它上面的、一直到達夾持部分5的、沒有螺紋的部分11。當然按本發(fā)明的措施可以用于各種長度的螺釘，并且在特別長的螺釘時特別地起著有利的影響，因為常常不銹材料制成的螺釘應該做成長螺釘。也可以在螺釘桿的整個長度上做成螺紋部分4或者多段螺紋部分相互間隔一定距離連接在一起，其中螺紋部分也可以具有不同的直徑。
權(quán)利要求
1.自成孔和螺紋螺釘，帶一個收縮成尖頭或者類似尖頭形狀的、無切屑成孔端部，一個設(shè)有螺紋的桿部和一個用來裝上工具的夾持部分，其特征在于無切屑成孔的、與螺釘軸線(9)成銳角地逐漸變細直到頂端的螺釘(1)的端部(2)由一種不銹材料制成。
2.按權(quán)利要求1的螺釘，其特征在于螺釘(1)的所有部分(2、4、5)完全由不銹材料制成。
3.按權(quán)利要求1或2的螺釘，其特征在于采用不銹鋼作為不銹材料。
4.按權(quán)利要求1或2的螺釘，其特征在于采用輕金屬或者輕金屬合金或者以輕金屬，例如黃銅、紫銅、鋁等等為主要成份的合金作為不銹材料。
5.按權(quán)利要求1的螺釘，其特征在于無切屑成孔端部(2)由兩段或兩段以上與螺釘軸線成不同角度的部分構(gòu)成。
6.按權(quán)利要求1的螺釘，其特征在于，無切屑成孔端部(2)在橫截面內(nèi)做成三角或多角形、圓形、橢圓形、等厚形等等。
7.按權(quán)利要求1至6之任一項或幾項的自成孔和螺紋螺釘?shù)臄Q入方法，其特征在于，在螺釘(1)無切屑成孔旋轉(zhuǎn)時除旋轉(zhuǎn)驅(qū)動外附加地對螺釘(1)施加一個軸向沖擊作用。
8.按權(quán)利要求7的方法，其特征在于僅僅在成孔過程中對螺釘(1)施加沖擊作用，在成螺紋和螺釘(1)擰入螺紋旋轉(zhuǎn)過程中撤除沖擊作用。
全文摘要
自成孔和螺紋的螺釘(1)設(shè)有一個收縮成尖頭的、無切屑成孔的端部(2)、一個帶有螺紋(3)的桿部(4)和一個夾持部分(5)。無切屑成孔的端部(2)逐漸變細直到頂端。整個螺釘都由一種不銹材料制成,特別是也包括端部(2)。通過螺釘(1)的旋轉(zhuǎn)在工件(7)上無切屑地成孔,接著通過螺釘(1)本身在工件上形成螺紋。
文檔編號F16B33/00GK1170454SQ95196911
公開日1998年1月14日 申請日期1995年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月21日
發(fā)明者赫爾穆特·厄斯特勒, 埃里希·帕爾姆 申請人:Sfs工業(yè)控股公司