专利名称：单面紧固件的制作方法
技术领域：
本发明涉及单面紧固件，并且更具体地涉及其中在紧固件安装在工件中时引起紧固件膨凸的单面紧固件。
背景技术：
单面紧固件(即可通过从工件的仅一侧接入来安装的紧固件)是众所周知的。
通常，单面紧固件包括管状的主体和柄部，主体具有细长杆部以及在主体的一端 (头端)处预先形成的径向扩大的主体头部，柄部在其一端处具有径向扩大的柄部头部，其中，柄部延伸通过主体的芯部，使得柄部头部处于主体的与头端远离的尾端，并且柄部的端部从主体的头端突出。紧固件插入穿过在包括将要固定在一起的多个工件组件的工件中的对齐的孔，使得主体头部抵靠工件的靠近面并且主体杆部的尾端部分突出超过工件的远离面(盲面)。然后使用安装工具对柄部的突出部分相对于主体施加增大的拉力，通过主体头部提供反作用力，使得柄部头部使主体杆部的尾端部分径向向外地且轴向朝向主体头部地发生变形，以形成抵靠工件的盲面的盲膨凸部。工件组件因此在主体头部和盲膨凸部之间夹紧在一起。通常，接着在沿着柄部的适当的位置的易断部沟槽处，将柄部与主体头部齐平地或者稍微在主体头部的内部地折断。易断部断裂载荷比完全形成盲膨凸部所需载荷大。
提供高水平的静态和动态连接强度的单面紧固件需要在主体头部和盲膨凸部之间的工件上形成高夹持压力。因此理想地具有相对较大的预先形成的主体头部，并且还具有在盲膨凸部和工件的盲侧之间的相对较大的接触区域。盲膨凸部和工件的盲侧之间的接触区域被称为盲侧受力区。
诸如在商标STAVEX或者Masterfix K-Lock下可获得的那些紧固件之类的紧固件也是已知的，这些紧固件在安装到工件中时形成多个盲膨凸部，因此使紧固件覆盖较大的夹距范围，即能够将具有不同的‘夹距’(即不同的工件组件总厚度)的工件固定在一起。
然而，在安装多膨凸紧固件期间，各个膨凸部将在安装的特定时点处，S卩，在紧固件已经被相对于栓套拉过特定量时形成。在多膨凸紧固件的夹距范围内的某些厚度处，与被紧固的工件的背面接触的膨凸部的横截面积将会很小，并且对于某些“中间”工件厚度， 将会有“分离”(stand-off)，由此很小的受力区或者没有受力区在工件的盲侧上产生，这是因为安装动作在特定的膨凸部完全形成之前已经结束。这导致由已安装紧固件提供的紧固强度的显著减小。
上述情形在图1中图示，其中紧固件2的安装已在特定阶段完成，其中膨凸部10 已经形成但是其中没有受力区在工件14的盲侧6上形成，其中2具有主体4和柄部6，柄部 6具有柄部头部8。
理想的紧固件会在工件的盲侧上产生单个膨凸部，以避免上述“分离”情形，并且会在较大的夹距范围上始终如此。
诸如在商标AVIBULB和AVINOX下可获得的那些紧固件之类的某些已知紧固件，采用双锥形紧固件主体形式(其在工件的盲侧上形成单个膨凸部)来实现较宽的夹距范围。如图2中所图示，这样的相对的锥形可以比作“鼓形”(barrel shape)。将锥形滚压到图2 的紧固件2'的主体4'上使得主体4'的最小内径约等于紧固件柄部6’的外径。然后通过压配合将主体4'组装到柄部6'上。
在图2中可以看出，上述设计的结果是在主体4'和柄部6'之间存在相当大的间隙(由12指出)。主体4'和柄部6'之间的间隙并不是想要的，因为其可导致柄部6和在紧固件安装到工件中时形成的膨凸部的倾斜。
如AVIBULB和AVINOX紧固件这样的多膨凸紧固件的又一缺点是，柄部必须标定尺寸使得其外径不大于已滚压主体的最小内径以便于组装主体和柄部。从而安装紧固件的拉力受到柄部6的最大允许直径的限制，并且由已安装紧固件提供的剪切强度因此受到限制。
此外，在紧固件的紧固件组装期间和在安装到工件中期间，受限的紧固件柄部外径还导致失败的危险(即安装期间柄部在易断部以外的位置处断裂)、安装工具的夹具的有限的接触面积(其可能导致夹具滑动)、以及对弯曲力的有限抵抗力。
本发明的目标是克服或者至少减轻上述问题，并且提供在较宽的夹距范围上始终产生单个膨凸部、具有较大的盲侧受力区的改进的单面紧固件。
发明内容
因此，在一个方面中，本发明提供了根据所附权利要求的权利要求1的单面紧固件。
由本发明的单面紧固件的安装产生的膨凸部在较大的夹距范围上提供单个盲侧膨凸部。在本发明中，柄部的直径在安装之前没有受到主体的最小内部尺寸的限制，因此安装紧固件所需的拉力不受限制。由于可使用具有更大直径的柄部，因此降低了柄部在柄部折断槽以外的位置处折断的可能性，降低了安装工具夹具滑动的危险，并且增大了对紧固件组装和安装到工件中期间的弯曲力的抵抗力。
因此本发明提供了这样的紧固件，其可以在较大的夹距范围上可靠地被安装以形成具有较高剪切强度的紧固。
在将主体压接以使得主体杆部的材料进入第一和第二腰部区域之后，由主体栓部形成鼓形，从而确保在紧固件安装到工件中时膨凸部以受控的并且可预测的方式形成。由于腰部区域容许主体栓部变形为直径减小而柄部的剩余部分保持在比腰部区域大的直径， 因此本发明的由主体栓部形成的鼓形优于现有技术实施例的鼓形。
设置了连接到腰部区域中的至少一个的锥形部分。锥形部分优选地设置在易断部沟槽和第二腰部区域之间，并且具有减小主体芯部的内表面和柄部外表面之间的间隙的作用。减小主体和柄部之间的间隙的好处是，降低柄部倾斜、或者紧固件安装到工件中的期间形成的膨凸部倾斜的可能性。
第一腰部区域可设置成与柄部头部相邻并且第二腰部区域设置为进一步远离柄部头部，使得易断部沟槽在第一腰部区域和第二腰部区域之间。
可在第一腰部区域和易断部沟槽之间设置台阶部分，该台阶部分具有介于第一腰部区域的最小直径和柄部头部直径中间的直径。台阶部分提供对从已安装紧固件去除柄部的阻力的增大。
6 可在柄部上在第一腰部区域处设置一个或多个径向突出部。径向突出部可具有非对称三角形截面形状和/或倒圆末端。径向突出部提供对已安装紧固件从其已被安装到的工件中去除进行抵抗的阻力的增大。
紧固件的主体可包括环形的头部下侧凹部，使得更容易去除工件中的孔的边缘周围的毛刺，并且提高已安装紧固件的疲劳强度。
第一腰部区域可包括多个台阶部分，从而提供对已安装紧固件从其已被安装到的工件中去除进行抵抗的阻力的增大。
紧固件的柄部还可设置有环形的头部下侧凹部，由此，在紧固件安装到工件中时， 促使主体的材料进入到凹部中，从而避免“柄部头部进入”失效，在“柄部头部进入”失效中， 主体的尾端让柄部头部下方区域拔出。
柄部还包括与凹部相邻的柄部材料突出脊部。凹部和突出脊部的组合在头部下方区域中轴向地将主体锁止于柄部。
在又一方面中，本发明还提供了根据所附权利要求的权利要求14的制造单面紧固件的方法。制造单面紧固件的方法包括在柄部中形成第一腰部区域和第二腰部区域使得在使主体发生变形的步骤之后主体包括鼓形，从而减小主体和柄部之间的间隙，并且从而降低柄部和/或已安装紧固件的膨凸部倾斜。
形成第一腰部区域和第二腰部区域的步骤可包括滚压，并且使主体发生变形的步骤可包括压接。
该方法可还包括在腰部区域处在柄部上形成一个或多个径向突出部，其中使主体发生变形的步骤引起至少一个径向突出部嵌入到主体中。
可将第一腰部区域形成为多个台阶部分。
制造紧固件的方法还包括形成头部下侧凹部的步骤。可在冷墩步骤中形成该凹部，并且可通过滚压形成脊部，其中在滚压期间从第一腰部区域移位的材料形成与凹部相邻的柄部材料突出脊部。
下面将以示例的方式并且参考附图描述本发明的实施例，其中 图1是已安装在工件中的根据现有技术的多膨凸紧固件的截面图； 图2是在安装在工件中之前的根据现有技术的双锥形紧固件的截面图； 图3是在将主体压接之前并且在紧固件安装在工件中之前，根据本发明的紧固件的侧视图(主体以截面示出)； 图如是图3的紧固件的柄部的截面图； 图4b是图如的柄部在D处的头部下方详细视图； 图如是图如的柄部的拉槽的详细视图； 图fe是图3的紧固件的主体的纵向截面图； 图恥是图fe的主体的头端的正视图； 图5c是图fe的主体的头部下方详细视图； 图6是在将主体压接到柄部上之后并且在安装在工件中之前，图3的紧固件的截面图； 图7是在夹距范围的最小端的情况下安装到工件中期间的图3的紧固件截面图； 图8是完全安装在工件中的图7的紧固件的截面图； 图9是从工件盲侧观察图8的已安装紧固件的等距视图； 图10是在夹距范围的最大端的情况下安装到工件中期间的图3的紧固件的截面图； 图11是完全安装在工件中的图10的紧固件的截面图； 图12是从工件的盲侧观察图11的已安装紧固件的等距视图； 图13是在将主体压接之前并且在紧固件安装在工件中之前，根据本发明的紧固件的可选实施例的侧视图(主体以截面示出)； 图14a是图13的紧固件的柄部的侧视图； 图14b是图13a的柄部在D'处的头部下方详细视图； 图15是已安装在工件中的图13的紧固件的截面图； 图16是在将主体压接之前并且在紧固件安装在工件中之前，根据本发明的紧固件的可选实施例的侧视图(主体以截面示出)； 图17是在将主体压接之后并且在紧固件安装在工件中之前，图16的紧固件的局部截面图； 图18a是图16的紧固件的柄部的侧视图； 图18b是图18a的柄部在D'处的详细视图； 图18c是图18a的柄部沿着线C-C的局部截面图；并且 图19是已安装在工件中的图16的紧固件的截面图。
具体实施例方式参考图3，紧固件20包括主体22和柄部26。柄部沈(图4a)设置有轴部60、非对称易断部沟槽44、具有锥形端部形状的柄部头部28、以及多个拉槽64。主体22 (图5a) 设置有芯部30、头端32和远离头端32的尾端36、以及在头端32处的径向扩大的主体头部 34。主体22设置有环形头部下侧凹部46，在图恥中详细示出。
紧固件20的制造包括将第一腰部区域38和第二腰部区域40滚压到柄部沈上。 腰部区域38、40具有比柄部沈的剩余部分小的直径。第一腰部区域38设置为与柄部头部 28相邻，并且第二腰部区域40设置为隔着不均勻易断部沟槽44、进一步远离柄部头部观， 即，使易断部沟槽44在第一腰部区域38和第二腰部区域40之间。
在形成腰部区域38、40时，还在柄部沈中形成锥形部分70，其在易断部沟槽44侧上连接到第二腰部区域40。在第一腰部区域38之内还形成有径向突出部58以及在第一腰部区域38和柄部头部观之间的台阶部分66。台阶34的直径介于第一腰部区域38的直径和柄部头部观的直径中间。
在如上所述已形成柄部沈之后，通过压配合(由于柄部沈的直径441和442)将柄部沈插入到主体22的芯部30中。如图3和图fe所示，主体22的杆部M最初具有直圆柱形式，即沿着杆部M的长度是等外直径的。在主体22组装到柄部沈上之后，如图3中由“A”所指出的，主体22覆盖柄部沈的一部分。可以看出，对于A的长度的大部分来说， 除了由图3中的“B”所指出的直接围绕着柄部沈的第一腰部区域38、40的区域之外，在主体22的界定了芯部30的内表面72和柄部沈的外表面74之间的间隙48是很小的。
主体杆部M通过双锥形压接发生变形。压接在图3中的区域B处(即直接围绕着柄部沈的第一腰部区域38和第二腰部区域40的区域处)在主体杆部M上进行。因此， 第一腰部区域38和第二腰部区域40容纳主体杆部M的由于压接而发生变形的材料。
由于主体杆部M的材料进入第一腰部区域38和第二腰部区域40，结果主体杆部 24的一部分形成“鼓形”，即包括两个由图6中由“b”指出的具有减小了直径的部分、以及图6中由C指出的在两个减小了直径的部分b之间的具有较大直径的部分。作为鼓形的结果，在主体杆部M压接之后，在主体杆部M的界定了芯部30的内表面72与柄部沈的外表面74之间有非常小的间隙68或者没有间隙。锥形部分70使得，主体杆部M的内表面 72与柄部沈的外表面74之间的、在第二腰部区域40处的间隙进一步减小。
如图6所示，同样由于压接，导致径向突出部58嵌入到主体杆部M的压接到第一腰部区域38中的材料中。
将紧固件20安装到包括多个工件组件5254的工件50中以与关于现有技术实施例的前序中所描述的方式相同的方式来实现。
安装时，主体杆部M的鼓形确保了膨凸部42 (图7、图8、图10和图11)以受控并且可预测的方式变形。增大相对于主体22对柄部沈施加的力，并且膨凸部42在预定拉力的情况下开始形成。
在较小的夹距值(即工件具有较小的总厚度)的情况下，锥形部分70和直径442 通过将与工件50的盲侧最靠近的被压接的主体材料逐渐打开，来帮助形成抵着后方工件组件M的膨凸部42。因此，避免了如在前序中所述的“分离”情形。在图7和图8中图示了在最小夹距值情况下的膨凸部42的形成。在最小夹距值情况下的盲侧受力区56在图9 中图示。
当紧固件20已安装到工件50中时，柄部沈的第一腰部区域38与头部之间的台阶部分66提供对于从已安装紧固件的主体22去除柄部沈的阻力的增大。
环形头下凹部46使得已安装紧固件疲劳强度增加并且更容易去除毛刺。
图10和图11图示了在最大夹距值情况下的膨凸部42的形成，并且图12图示了在最大夹距值情况下的盲侧受力区56。
在可选实施例中，可在第一腰部区域38内设置多个径向突出部58'。该可选紧固件20'在图12至图15中图示。在将主体22'压接到柄部沈‘上时，使得多个径向突出部 58'以与上述实施例的单个突出部58相同的方式嵌入到主体22'中。
在又一可选实施例中，该径向突出部58或者各个径向突出部58'可具有诸如非对称三角形状、或者有倒圆末端形状、或者两种形式的组合等的可选横截面形式。
图16至图19图示了紧固件20"的可选实施例，其中柄部沈”的第一腰部区域 38〃包括台阶100、102和104。如在18b和图18c中详细图示的，该实施例还包括在第一腰部区域38"中的脊部106和在柄部头部观下方的凹部108。脊部106和凹部108在制造柄部沈期间制成。该凹部在冷墩处理阶段形成，并且脊部106是滚压第一腰部区域观的副产品，即由柄部26"的在滚压期间从台阶104移位的材料形成。
如图17中所图示，与前面的实施例的突出部58、58'不同，在主体22的压接期间没有使脊部106嵌入到主体22的材料中。仅仅在将紧固件20"安装到工件50中期间，主体22的材料被促使围绕脊部106，并且进入到凹部108中。如图19中所图示，主体22的材料已在安装期间被促使进入18中从而避免“柄部头部进入”，并且还处于凹部108和脊部 106之间，从而在头部下方区域中将主体轴向地锁止于柄部。
权利要求
1.一种用于安装在工件中的单面紧固件，所述紧固件包括主体和柄部；所述主体包括芯部、在所述主体的头端处的头部、远离所述头端的尾端、以及在所述头端和所述尾端之间的可径向膨胀部分；所述柄部包括轴、径向扩大头部以及易断部沟槽；由此，当所述主体插入到所述工件中的适合的孔中并且对所述主体施加力以将所述主体的所述尾端朝向所述工件推动时，通过所述主体的所述头端提供反作用力，并且从而使得所述主体的所述径向可膨胀部分径向向外地并且轴向朝向所述主体头部地发生变形，以形成与所述工件的盲面抵靠的盲膨凸部并且形成盲侧受力区；其中，在所述柄部的外壁中设置有至少第一腰部区域和第二腰部区域，所述第一腰部区域和所述第二腰部区域具有的最小直径比所述柄部轴的最小直径小，由此，在组装所述紧固件时，所述主体发生变形使得所述主体的材料进入所述腰部区域从而导致所述主体包括鼓形。
2.如权利要求1所述的单面紧固件，其中所述第一腰部区域设置为与所述柄部头部相邻，并且所述第二腰部区域进一步远离所述柄部头部，所述第二腰部区域布置为使得所述易断部沟槽位于所述第一腰部区域和所述第二腰部区域之间。
3.如权利要求1或2所述的单面紧固件，其中所述柄部还包括连接到所述第一腰部区域和所述第二腰部区域中的至少一者的锥形部分。
4.如权利要求3所述的单面紧固件，其中所述锥形部分位于所述易断部沟槽和所述第二腰部区域之间。
5.如权利要求1至4中任一项所述的单面紧固件，其中所述柄部还包括位于所述第一腰部区域和所述柄部头部之间的台阶部分，所述台阶部分具有介于所述第一腰部区域的所述最小直径和所述柄部头部的直径中间的直径。
6.如权利要求1至5中任一项所述的单面紧固件，其中在柄部上、在腰部区域处设置有一个或多个径向突出部。
7.如权利要求6所述的单面紧固件，其中所述一个径向突出部或各个径向突出部具有非对称三角形的横截面形状。
8.如权利要求6或7所述的单面紧固件，其中所述一个径向突出部或各个径向突出部具有倒圆末端。
9.如权利要求1至8中任一项所述的单面紧固件，其中所述主体还包括环形的头部下侧凹部。
10.如权利要求1至9中任一项所述的单面紧固件，其中所述第一腰部区域包括多个台阶部分。
11.如权利要求1至10中任一项所述的单面紧固件，其中所述柄部还包括环形的头部下侧凹部。
12.如权利要求11所述的单面紧固件，其中所述第一腰部区域还包括与所述凹部相邻的柄部材料突出脊部。
13.—种制造单面紧固件的方法，其中所述紧固件包括主体和柄部；所述主体包括芯部、头端、远离所述头端的尾端、以及在所述头端和所述尾端之间的可径向膨胀部分；所述方法包括以下步骤在所述柄部的外壁中形成第一腰部区域和第二腰部区域；将所述主体组装到所述柄部上；以及使所述主体发生变形以使材料从所述主体进入所述第一腰部区域和所述第二腰部区域，使得在所述主体发生变形之后所述主体包括鼓形。
14.如权利要求13所述的方法，其中通过滚压形成所述第一腰部区域和所述第二腰部区域。
15.如权利要求13或14所述的方法，其中使所述主体发生变形的步骤包括压接。
16.如权利要求13至15中任一项所述的方法，还包括以下步骤在所述柄部上、在腰部区域处形成一个或多个径向突出部，使得使所述主体发生变形的步骤引起至少一个所述径向突出部嵌入到所述主体中。
17.如权利要求13至16中任一项所述的方法，其中将所述第一腰部区域形成为多个台阶部分。
18.如权利要求13至17中的任一项所述的方法，还包括在所述柄部中形成头部下侧凹部的步骤。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述形成头部下侧凹部的步骤包括冷墩处理。
20.如权利要求18所述的方法，还包括形成与所述凹部相邻的柄部材料突出脊部的步骤。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述形成所述突出脊部的步骤包括滚压，其中在滚压期间从所述第一腰部区域移位的材料形成与所述凹部相邻的柄部材料突出脊部。
22.一种用于安装在工件中的单面紧固件，所述紧固件包括主体和柄部；所述主体包括芯部、在所述主体的头端处的头部、远离所述头端的尾端、以及在所述头端和所述尾端之间的可径向膨胀部分；所述柄部包括轴、径向扩大头部以及易断部沟槽；由此，当所述主体插入到所述工件中的适合的孔中并且对所述主体施加力以将所述主体的所述尾端朝向所述工件推动时，通过所述主体的所述头端提供反作用力，并且从而使得所述主体的所述径向可膨胀部分径向向外地并且轴向朝向所述主体头部地发生变形，以形成与所述工件的盲面抵靠的盲膨凸部并且形成盲侧受力区；其中在所述柄部头部下方设置头部下侧凹部，并且与所述凹部相邻设置柄部材料突出脊部，使得在将所述紧固件安装到工件中时，所述主体的材料被促使进入所述脊部和所述凹部之间并且进入所述头部下侧凹部。
23.如权利要求21或22所述的单面紧固件，其中所述柄部材料突出脊部形成在所述柄部的腰部区域中。
24.一种制造单面紧固件的方法，所述紧固件包括主体和柄部；所述主体包括芯部、头端、远离所述头端的尾端、以及在所述头端和所述尾端之间的可径向膨胀部分；所述方法包括以下步骤在所述柄部上滚压出头部下侧凹部；从而使得从所述凹部移位的材料形成与所述凹部相邻的柄部材料突出脊部。
25.—种基本如上所述并且参考附图的紧固件。
26.—种基本如上所述并且参考附图的制造紧固件的方法。
全文摘要
一种包括主体(22)和柄部(26)的单面紧固件，其中所述紧固件通过对主体施加拉力导致在主体的可膨胀部分形成膨凸部而被安装在工件中，所述紧固件的柄部包括减小了直径的两个腰部区域(38，40)，使得当所述紧固件的主体在与柄部组装之后而被压接时，使主体形成鼓形，由此减小主体和柄部之间的间隙。
文档编号F16B19/10GK102187104SQ200980141739
公开日2011年9月14日 申请日期2009年7月10日 优先权日2008年10月20日
发明者乔纳森·布鲁尔, 卡尔·赫塞特 申请人:阿弗德尔英国有限公司