螺纹成型紧固件制造技术

一种螺纹成型紧固件，用于拧入柔韧材料制成的螺母锚定件中，其中，在驱动所述紧固件的过程中产生力的组合，其促使所述螺母锚定件材料平滑流动并在所述螺母锚定件中形成配合螺纹，所述配合螺纹使得在其形成时的应力裂纹和径向周应力最小。所述紧固件包括驱动头和从所述驱动头延伸并具有纵向轴线的杆，所述杆包括杆芯和螺纹，所述螺纹具有选定的轴向螺距、选定的螺纹高度和牙形，所述牙形在轴向截面中包括：导面、从面和尖端。所述导面包括具有第一半径的径向内凹部分，所述径向内凹部分平滑过渡到具有第二半径的径向外凸部分，所述过渡出现在所述各部分的公切线上的一点处。所述从面包括径向内线性部分，所述径向内线性部分在选定的过渡位置过渡到具有第三半径的径向外凸部分。所述牙形还包括凸形融合部分，所述凸形融合部分具有第四半径并在所述尖端的邻近处将所述径向外凸导面部分和所述径向外凸从面部分融合到一起。所述螺纹牙形在与所述螺母锚定件组装的过程中产生力矢量，从而提供增强的配合螺纹强度，提高了螺母锚定件螺纹的防损能力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种螺纹成型紧固件。本专利技术特别涉及一种特别适用于柔韧材料制成 的螺母锚定件的自攻丝螺钉。术语“螺母锚定件”是指可固紧紧固件的任意分立螺母或任 意锚定件或支撑件。
技术介绍
通常所认识的是，拧入诸如塑料、软金属、合金之类的柔韧材料中的自攻丝紧固件 需要注意多个基本要求，即在组装过程中，其当在相关螺母或支撑结构中形成配合螺纹时应采用低螺纹攻丝 转矩，在固紧时，紧固件应能对螺纹脱扣转矩保持相对较高的阻力，紧固件和螺母锚定件(nut anchor)的组装应能够在被施加外力时保持接合的整 体性，且紧固件应能够对可能由于供紧固件拧入的螺母锚定件所用柔韧材料的塑性流动 或蠕变所致的接合松弛保持合理的阻力。目前使用的许多这种紧固件具有三角形截面几何形状的螺纹设计，其关于与螺钉 轴向垂直的线对称，或者被构造为与同一垂直线不对称，或者被构造为层叠的梯形形状。还 存在不同于前述三角形或梯形形式的非对称螺纹牙形，其在螺母锚定件材料内产生力，所 述力形成并且促使锚定件材料以一定方式流动以增加沿螺纹牙形配合从面的螺纹牙侧材 料接触，见本申请人的美国专利5，061，135。如图1中所示，前述授权专利紧固件具有整体以2显示的杆，杆2包括柱形杆芯3 和围绕杆芯3以螺旋形式形成的螺纹4，螺纹具有螺距4’。螺纹4的从面5的牙形相对于 螺纹直径成角度a (优选地为10° -15° )，其中螺纹直径垂直于杆芯3的纵向轴线。螺 纹牙形还具有导面6，导面6具有从杆芯3延伸到导面上的部位7的弯曲部分6a，其中，弯 曲部分6a过渡到线性部分6b，线性部分6b相对于所述直径成角度0 (17°至25° )并延 伸到尖端8。从部位7至尖端8的距离在螺纹高度9的23-27%的范围内。而且，弯曲部分 6a的半径10的大小是标称螺纹直径或尺寸的0. 22至0. 30倍。具有前述螺纹几何形状的紧固件通过产生螺母锚定件材料流动而形成改进的性 能状态。不过，这种材料流动不如所希望的那样平滑，而且在紧固件插入过程中，现有技术 的螺钉仍然具有一些导致螺母锚定件材料出现应力裂纹的可能。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于，提供具有螺纹牙形的螺纹紧固件，其当用于柔性螺母锚 定件材料时提供更好的组装或攻丝转矩，特别是对螺纹脱扣或失效转矩提供高阻力。本专利技术的另一目的在于，提供这种类型的紧固件，其当组装到螺母锚定件时在紧 固件和螺母锚定件的配合螺纹牙形处提供更好的组装载荷分布。本专利技术的又一目的在于，提供这样的紧固件，其在形成螺母锚定件螺纹的过程中 形成平滑的螺母锚定件材料流动，并且避免在螺母锚定件材料内产生显著的作用力方向变 化。本专利技术的进一步的目的在于，提供这种类型的紧固件，其在紧固件攻丝于锚定件 时使螺母锚定件材料中出现应力裂纹的可能性最小。在下文中，其它目的将变得显而易见并将变得明显。因此，本专利技术包括结构、元件组合和部件构造的特征，这些将在以下详细描述中例 示，本专利技术的范围将由权利要求限定。通常，本专利技术的紧固件包括杆，所述杆包括具有纵向轴线的大致柱形的杆芯和围 绕杆芯且沿杆芯延伸的螺旋螺纹。紧固件还包括在杆的一端处的驱动头。螺纹具有以限定 半径形成的牙形，从而在紧固件或螺钉组装到螺母锚定件时形成可变的力矢量。这种螺纹 牙形增强了配合螺纹强度，并提高了组装过程中螺母锚定件螺纹的防损能力。螺纹牙形在轴向截面中包括多个区域。更具体地，存在第一区域，其包括从杆芯延 伸到螺纹深度22-27%数量级的位置的凹形导面部分。在这一点上，其类似于图1中所示的 现有技术紧固件的部分或区域6a。不过，在本紧固件中，凹形导面部分在公切线处平滑过渡 到具有凸形结构的第二区域，使得沿导面的螺纹牙形尖端朝向紧固件导程入口部分(即， 螺钉尖端)而尺寸减小。螺纹牙形还在其从面处包括第三区域，第三区域从杆芯延伸到处于螺纹牙形深度 约一半的部位。在这一部位，从面过渡到第四区域，第四区域被构造为沿螺纹牙形的外半部 的凸形部分。第五和最后的区域被构造以凸形半径，此凸形半径在螺纹尖端将导面凸形半 径和从面凸形半径融合在一起。如将所见，前述在各螺纹牙形区域或部分中的半径组合改善了当紧固件拧入锚定 件中时螺母锚定件柔韧材料平滑流动的能力，并改善了包括本专利技术的自攻丝螺钉或紧固件 结合以柔韧材料(例如塑料或轻金属或金属合金)螺母锚定件的组件的整体性能。附图说明为了更全面地理解本专利技术的实质和目的，应参照以下结合附图所作的详细描述， 其中图1是前文已述的现有技术的螺纹成型紧固件的螺纹牙形的局部剖视图；图2是体现本专利技术的螺纹成型紧固件的放大率较小的局部侧视图；图3和3A是图2的紧固件的螺纹牙形的放大率非常大的示意图；和图4是体现本专利技术的双导程螺纹的螺纹牙形的类似于图1的视图。具体实施例方式参见图2，其中显示体现本专利技术的螺纹成型紧固件20。紧固件20包括驱动头22和 整体以24表示的杆，杆24从所述头延伸并适于拧入螺母锚定件N(图4)中。所述头可为 任何所希望的类型或构造，并可包括有利于紧固件旋转的所示凹部22a或突出部。而且，虽 然所示杆24具有大致圆形截面，不过，其也可具有三叶形截面形式，如美国专利3，195，156 中所述类型。优选地，杆24的自由端部分渐缩，如24a所示，以利于将紧固件插入螺母锚定件中。杆24包括杆芯26和围绕杆芯26以螺旋形式形成的非对称螺纹28。这种螺纹具 有轴向截面牙形28’，并可沿杆芯的整个长度或沿杆芯的一部分延伸。螺纹的螺旋角或盘旋 角、的大小通过螺纹外直径或尺寸34、螺纹高度36和螺纹螺距38之间的直接关系确定。优选的是，螺纹外直径34应处于l-10mm的范围内。出于实际考虑，可考虑使紧固 件20具有与标准自攻丝螺钉类型直接相关的标称直径尺寸。不过，应理解的是，本专利技术不 限于任何具体直径或标称尺寸的紧固件。紧固件20具有单线螺纹28。不过，结合图4可 见，本专利技术同样适用于具有双线螺纹的紧固件。现在参见图3，其中更详细地显示出螺纹牙形28’。如该图中可见，螺纹牙形28’具 有整体以42表示的导面，导面42包括第一凹形径向内区域或部分42a，其可类似于图1中 的部分6a。也就是说，导面42具有半径41，半径41在螺纹直径34 (图2)的0. 22至0. 30 倍范围内，如在前述专利中所述。部分42a从杆芯24延伸到部位43，在部位43处，导面过 渡到第二径向外凸区域或部分42b，这一过渡在两个部分的公切线T处发生。螺纹牙形28’ 还具有整体以44显示的从面，从面44包括第三直形径向内区域或部分44a，且部分44a从 杆芯24延伸到位于沿螺纹高度36 (图2)的约半程处的过渡位置47。在位置47，从面44过 渡到第四径向外区域或部分44b，部分44b具有凸半径并几乎延伸到螺纹牙形尖端48。螺 纹牙形28’完成于第五尖端区域或部分46，部分46构造有半径63，半径63在螺纹牙形尖 端48的邻近处将导面部分42b和从面部分44b的凸半径融合在一起。这样，本紧固件的螺纹牙形28’显然不同于图1中所示现有技术的螺纹牙形，不同 之处在于，在牙形尖端的邻近处存在三种不同凸半径的结合。参见图3和3A，为了建立用于设计本螺纹牙形28’的基础，已经显示出被叠加在典 型非对称螺纹牙形上的以虚线52显示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺纹成型紧固件，用于拧入柔韧材料制成的螺母锚定件中，其中，在驱动所述紧固件的过程中产生力的组合，其促使所述螺母锚定件材料平滑流动并在所述螺母锚定件中形成配合螺纹，所述配合螺纹使得在其形成时的应力裂纹和径向周应力最小，所述紧固件包括驱动头和从所述驱动头延伸并具有纵向轴线的杆，所述杆包括杆芯和形成在所述杆芯上的螺旋螺纹，所述螺纹具有选定的轴向螺距、选定的螺纹高度和牙形，所述牙形在轴向截面中包括：导面、从面和尖端，所述导面包括具有第一半径的第一径向内凹部分，所述第一径向内凹部分平滑过渡到具有第二半径的第二径向外凸部分，所述过渡出现在所述各部分的公切线上的一点处，所述从面包括第三径向内线性部分，所述第三径向内线性部分在选定的过渡位置处过渡到具有第三半径的第四径向外凸部分，所述牙形还包括第五凸形融合部分，所述第五凸形融合部分具有第四半径并在邻近所述尖端处使所述径向外凸导面部分和所述径向外凸从面部分融合到一起，由此，所述螺纹牙形在与所述螺母锚定件组装的过程中产生力矢量，从而提供了增强的配合螺纹强度，提高了螺母锚定件螺纹的防损能力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A普里查德，
申请(专利权)人：研究工程及制造公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]