制造无跟部钉子的装置和方法

专利名称：制造无跟部钉子的装置和方法
制造无跟部钉子的装置和方法
背景技术：
本发明涉及钉子。更具体地说，本发明涉及径向偏置的全圆头钉子和制造这种钉 子的方法。钉子通常在动力驱动工具中使用以快速且高效地紧固例如木头等的物体。通常， 钉子具有头部和细长的柄，并且钉子线性地排列在具有或不具有纸基材的塑料制成的粘合 带中，其中钉子柄定位为平行关系。当动力驱动工具的驱动刃单独撞击每一个钉子头部时， 钉子被连续地射出来。因此，带中的钉子分隔开以使得在射击钉子的过程中，以使头部不相 互干扰。结果，由于全圆形头部的尺寸和构造，只有有限数量的全圆头钉子可被包括在一条 单独的带中。为了增加分配在一条带中钉子的数量，制造商已开发出偏置的钉子，在该偏置的 钉子中，柄的纵轴被定位为径向偏离头部中心。偏置的头部一般具有趾部和跟部。该趾部 是指没有被柄支撑的偏置头部的较大部分，其在柄径向偏移的相反方向上。该跟部是指头 部的没有被柄支撑的部分，其在柄从头部中心径向偏移的方向上。偏置的钉子使得钉子的间距，即柄之间的距离，相互更近，这使得与类似带中的传 统钉子相比，每一条带中都可包括额外的钉子。因此，动力驱动工具需要再次装载的次数减 少，节省了时间。通常这些偏置的钉子也被重新设计为具有细长或者非圆形的头部，因为非 圆形头部的钉子比全圆形头部的钉子更加容易制造。然而，在建筑标准在特定的紧固应用 中定义了钉子的头部的情况下，偏置的全圆形头部的钉子很容易被等同为同心的圆头钉。 圆头钉具有完整的360度边缘(对照180度或者其他形状的头部构造)，这使得当钉子被驱 动入射钉媒介中时产生极佳的夹紧或者，可以说“抑制”。然而，当击打偏置的全圆头钉的头部时，它经历了与非圆头钉相类似的变形。由于 在排列的带中钉子的构造，偏置的钉子在没有被柄支撑的趾部位置处被击打。如果头部没 有被合适地支撑或者头部太薄，驱动刃施加的力量能使头部的趾部弯曲。另外，如果驱动刃 的击打力形成的负载没有被合适地通过柄分配，柄也可能弯曲。此外，头部和柄之间的连接 部可能没有连接牢固，从而，在射钉过程中导致破损并且导致动力驱动工具堵塞或者不能 成功射钉。为了弥补这些缺陷，偏置的全圆头钉制造成具有加厚的头部。此外，这些钉子被制 成使得柄稍微偏离中心以利用带中能结合更多钉子的性能，但是这些钉子不是完全偏离头 部中心，而是留下小的跟部，从而存在较少的趾部。但是，这些方案需要使用额外的材料来 使头部更厚，并且由于头部上跟部的存在使得每一条带中的钉子的数量不能最大化。因此，需要能够被排列以最大化带中的钉子数量的具有全圆形头部的偏置的钉 子。此外，需要这样的钉子来经受大的力量而不弯曲或变形而不需要增加材料，并且更需要 地是，使用比已知的偏置的全圆头钉更少的材料。

发明内容
具有与柄整体连接的偏置头部的全圆头钉子，其被设置为具有在偏置头部的底面和柄的较高部分之间一体形成的角撑板。与已知的偏置的全圆头钉子相比，所述钉子的头 部相对较薄，并且柄径向偏离圆形头部的中心被定位以使得在与头部和柄都正切的点处不 形成跟部。卵形或者梨形角撑板是从零跟部(zero heel)处的圆形朝向趾部处的锥形径向逐 渐变尖的向后倾斜(lofted)的形状，并且从沿着头部的底面朝向柄的较高部分的表面向 下逐渐变细。角撑板加强了柄和头部的连接部，并同时对头部的趾部，也就是头部的没有被 柄支撑的部分，提供了支撑。角撑板还通过柄的纵轴分配头部上的负载的力。负载的分配 防止趾部弯曲或变形，并且防止柄由于施加的负载的应力而变形。使用单次击打撞击钉子式锻压机或者使用冷辊压工艺机来制造钉子。对于后者， 线材被插入形成为与钉子形状互补的模具中。冷辊压工艺使用第一辊子使模具中的线材预 弯曲，然后使用第二压辊压缩模具内的线材以形成钉子头部和在头部下方的角撑板。当材 料在第二传动辊的压缩负载下自然流动时，卵形或者梨形形状角撑板的几何结构与夹持在 预弯曲状态的材料的量相结合共同形成圆形头部。形成偏置的全圆头钉的模具由两个夹具做成。夹具具有与钉子的柄和角撑板互补 的腔体。模具(夹具)的互补角撑板部分便于金属线材的流动来制造全圆形头部。


在看过以下详细说明和附图之后，本发明的好处和优点对本领域的技术人员来 说，将更加显而易见。图1是本发明的具有支撑角撑板的偏置的圆头钉的立体图；图2是本发明钉子的侧视图；图3是本发明钉子的仰视图；图4是本发明钉子头部的底面的立体图；图5是本发明钉子的侧视图；图6是本发明钉子的立体图，其示出了本发明钉子经受的变形应力；图7是用于夹紧本发明的钉子柄的模具的立体图；图8是本发明模具的两个夹具中的第一个夹具的立体图；图9是本发明模具的两个夹具中的第二个夹具的立体图；图10是本发明模具的俯视图；图11-14显示用于制造本发明钉子的全圆形头部的本发明方法中的模具的侧视 图。
具体实施例方式本发明可以有各种形式的实施例，附图中显示的和将在下文中描述的为目前优选 的实施例，应当理解，本发明公开的内容应当被认为是本发明的示例，而不意在将本发明限 制于所述的具体实施例。应当进一步理解的是本发明这部分的标题，即“本发明的详细描述”，涉及到美国 专利局的要求，并不意味着，也不应当推断为对文中公开的主题的限定。本发明具体涉及偏置的具有角撑板的全圆头钉、制造所述偏置的具有角撑板的全圆头钉(以下称“无跟部钉子”)的方法、以及用于形成所述无跟部钉子的模具。本发明的 无跟部钉子由纯的或者镀锌的钢材、铝、铜、不锈钢或者其他金属或者非金属材料的线材制 成。本发明的无跟部钉子可以具有平滑的、带槽的或者变形的(带螺纹的)柄，且几个无 跟部钉子能被排列在带上以在动力驱动工具中使用。本发明的无跟部钉子具有头部(“头 部”)、钉子柄(“柄”)，和与头部和柄一体连接的角撑板。柄被定位为径向偏离头部中心， 并且内接在头部的圆周内且与其正切。在一个实施例中，该角撑板是卵形或者梨形形状的 圆锥形支持物，其对头部的趾部和柄的上部提供精确和集中的支撑。该角撑板为头部和柄 的连接部提供加强的强度，并且通过柄的纵轴分散来自头部的负载。所述无跟部钉子通过单次击打钉子式锻压机或者使用冷辊压处理机来制造。对于 后者，钉子线材坯料被插入到模具中且一部分线材被暴露在外。通过在模具上方的第一辊 子的精确的成角度的辊压形成预弯曲的形状。使用第二压辊形成无跟部钉子的圆形头部和 角撑板。所述夹紧模具或者“夹具”被加工为具有与所述偏置的全圆头钉的角撑板互补的 几何形状，但不具有圆形头部的圆形轮廓的型腔。因此，精确的预弯曲形状与精确的卵形角 撑板形状相结合，对制造无跟部钉子的圆形头部的圆形轮廓是必需的。与角撑板互补的模 具部分便于金属线材的流动以形成圆形头部。换句话说，角撑板不仅加强了头部和柄连接 部的完整性，并且重新分配了施加的负载，与角撑板互补的模具部分还便于圆形头部所需 的圆形轮廓的形成。现在参考附图，特别是图1和图2，其显示了本发明的一个实施例。图示的无跟部 钉子10具有全圆形头部12和柄14。该头部12具有圆形轮廓，该圆形轮廓具有上表面沈 和底面24。柄14定位在头部12的圆周观之内并且大致与头部12的圆周观正切。头部 12的未通过柄14支撑的部分是趾部16。头部12具有厚度、。角撑板18包围柄14和头 部12之间的连接部22。图3-5显示本发明钉子10的仰视图和侧视图。其示了出头部12的底面M，头部 12具有圆周观。角撑板18是卵形或者梨形的向后倾斜(lofted)的构造，其在趾部16的 方向上逐渐变细42并具有圆形底部44。在本实施例中，角撑板18为具有与柄14的圆周弧 线近似一致的圆形部分44的卵形形状，由此形成具有连续侧面S的钉子10。该角撑板18 还具有在趾部16方向上径向拉长的锥形部分42。该角撑板18从角撑板的冠部32到角撑 板的底座；34向后倾斜。该角撑板18包围柄14和头部12的连接部且与柄14和头部12的 连接部成一体地连接。该角撑板18、柄14和头部12在T处相互之间共线，从而使得在20 处没有跟部形成。图6模拟了由动力驱动工具在本发明钉子的一个实施例上产生的负载或者力F。 在这个实施例中，头部12具有35/1000英寸的厚度。相比较，典型的圆头偏置的钉子具有 50/1000英寸的厚度。图6中所示的模型图显示了本发明钉子的实施例，其头部厚度比目 前使用的钉子的头部厚度更薄，但能承受与较厚头部的钉子能承受的力相同的力而不会变 形。柄14显示几乎没有来自头部12的趾部16上的力F的应力。角撑板18起到支撑头部 12的趾部16的作用，并且通过钉子10的柄14重新分配由趾部16承担的应力。由于支撑 角撑板18，较薄的头部12能承受的力至少与已知的具有较厚头部的偏置的钉子承受的力 相等。图7-10示出用于形成本发明无跟部钉子10的模具200。模具200包括用于接收形成图1的无跟部钉子10的线材的开口 201。本实施例的模具200包括两个夹具202和 204。在图8中，夹具202包括分别形成与本发明无跟部钉子10的柄的一部分、跟部的一部 分和角撑板的一部分互补的形状的模具腔214，216和218。与角撑板冠部互补的模具的一 部分232，233限定了图3的角撑板18的周边。夹具202，204还具有槽250用来容纳夹具 中的线材并形成无跟部钉子10的柄14上的互补隆起部。图9显示具有与柄的第二部分、头部的第二部分和角撑板的第二部分的形状互补 的模具腔215，219和220的夹具204。所示的与角撑板冠部233互补的部分具有在220处 共线的腔体219和215。图10示出了由两个夹具202，204形成的模具200的俯视图。当两个夹具202，204 放置在一起的时候，存在开口 201。角撑板冠部232，233的整个周边呈现卵形或者是梨形形 状。头部12与由模具部分232，233形成的角撑板冠部32—体形成。开口 201还限定了柄 14的周边或者圆周。无跟部钉子通过单次击打钉子式锻压机或者使用冷辊压处理机制造。对于单次击打钉子式锻压构造，如图11-14中所示，通过锤子式部件310使用设计 为在从模具300突出的线材段P的部分中形成圆形头部的单次击打来击打线材段W。如图 11中所示，使用锤子式工具310以将线材段压锻成偏置的圆头构造。与角撑板互补的模具 部分便于金属线材的流动以形成圆形头部。对于冷辊压处理，钉子线材段被插入模具中，其中一部分线材被暴露在外。通过模 具上方的第一辊子的精准的成角度的辊压形成预弯曲形状。然后，使用第二压辊形成无跟 部钉子的圆形头部和角撑板。夹紧模具，或者“夹具”，被加工为具有与偏置的全圆头钉的角撑板互补的几何形 状，但不具有圆形头部的圆形轮廓的型腔。因此，精准的预弯曲形状与精准的卵形角撑板形 状相结合对制造无跟部钉子的圆形头部的圆形轮廓是必需的。与角撑板的互补的模具部分 便于金属线材的流动以形成圆形头部。在模具中不存在作为圆形头部的铸模或者模型的腔 体；在发生意外的溢装的情况下，这样的腔体可能导致模具破裂。换句话说，角撑板不仅加 强了头部和柄的连接部的完整性，且重新分配了施加的负载，与角撑板互补的模具部分还 便于圆形头部所需的圆形轮廓的成形。本发明的互补角撑板部分帮助头部圆形轮廓的形成。互补的角撑板部分与预弯曲 坯料的精确的偏位角(attitude)和立方体形体积相结合，促进金属线材段流动以形成头 部的圆形轮廓。不需要额外的线材或者材料来制成无跟部带有角撑板的钉子。本发明的模具形成 如图2中所示的具有厚度、的头部，而不是形成与目前可得到的无跟部钉子的厚度相类似 的头部厚度。本发明分配线材段材料使得能形成角撑板18，且同时形成具有小于目前可得 到的无跟部钉子的厚度的厚度、的头部12，而不减少头部12的完整性或强度。由无跟部钉子的角撑板提供的独特的钉子几何形状带来了很多好处。无跟部的钉 子允许在排列的带中的无跟部钉子之间更近的间隔，由此，需要较少的排列带。紧密的钉子 间隔在钉子最终从动力驱动工具中射出时还改善了钉子支撑物，因此在操作中提供了更好 的控制和改善的钉带刚性。此外，较薄的头部不损害钉子的强度；虽然使用相同量或者更 少量的材料，但以独特方式分配材料保持或增加了目前可得到的偏置的钉子的完整性和强
7度。此外，角撑板提高了头部和柄的连接部的强度和完整性，以防止钉子的破损或弯曲。而 且，使用公开的方法和模具能容易地形成所需的钉子的圆形头部。文中涉及的所有专利都通过引用结合在文中，无论在本发明文本中是否明确这么 做。在本发明中，词语“一个”被用作包括单数和复数。反过来，任何对复数对象的提 及将适当地包括单数。从前述内容可以看到，能实现许多修改和变化而不脱离本发明新颖性的范围和实 质精神。应当理解的是对于所示实施例不应有或者不应当推断有限制。本发明意在通过附 加的权利要求书覆盖所有落入权利要求范围内的修改。
权利要求
1.一种无跟部钉子，所述无跟部钉子包括 全圆形头部；柄，所述柄偏离所述头部的中心被定位，从而没有跟部呈现；以及 角撑板，所述角撑板与所述头部和所述柄构成一体，所述角撑板构造为支撑没有被所 述柄支撑的所述头部的一部分。
2.根据权利要求1所述的无跟部钉子，其中所述角撑板设置在所述柄和所述全圆形头 部的连接部。
3.根据权利要求1所述的无跟部钉子，其中所述柄的圆周内接于所述头部的圆周内， 且所述柄的圆周大致正切于所述头部的圆周。
4.根据权利要求1的所述无跟部钉子，其中所述角撑板是在趾部方向上逐渐变尖的卵 形的向后倾斜的构造，所述角撑板具有与所述柄的圆周近似一致的圆形部分，以形成所述 无跟部钉子的连续的侧面。
5.根据权利要求1所述的无跟部钉子，其中所述角撑板从角撑板冠部朝向角撑板的底 座向后倾斜。
6.根据权利要求1所述的无跟部钉子，其中所述柄与所述角撑板在所述无跟部钉子的一侧共线。
7.根据权利要求1所述的无跟部钉子，其中所述角撑板被构造为支撑所述头部的趾部 并且构造为通过所述无跟部钉子的所述柄分配由所述趾部承担的负载。
8.—种制造无跟部钉子的方法，所述方法包括以下步骤提供配置为冷成形的模具，所述模具具有第一和第二夹具，所述第一夹具构造为具有 与所述钉子柄的一部分互补的第一腔体和与所述钉子角撑板的一部分互补的第一腔体，所 述第二夹具构造为具有与所述钉子柄的第二部分互补的第二腔体和与所述钉子角撑板的 第二部分互补的第二腔体，其中与所述钉子角撑板的第二部分互补的所述第二腔体和与所 述钉子柄的第二部分互补的所述第二腔体具有共线的区域； 在所述模具中插入线材，所述线材具有暴露的端部； 使所述线材预弯曲，以形成精确的预弯曲形状；以及 使用第二压辊来形成所述钉子角撑板和圆形的钉子头部。
9.一种制造无跟部钉子的模具，所述无跟部钉子具有全圆形头部、柄和角撑板，所述模 具包括第一夹具，所述第一夹具构造为具有与所述钉子柄的第一部分互补的第一腔体和与所 述钉子角撑板的第一部分互补的第一腔体；以及第二夹具，所述第二夹具构造为具有与所述钉子柄的第二部分互补的第二腔体和与所 述钉子角撑板的第二部分互补的第二腔体，其中与所述钉子角撑板的第二部分互补的所述 第二腔体和与所述钉子柄的第二部分互补的所述第二腔体具有共线的区域，其中所述第一夹具和第二夹具布置为互相邻接，以使得在第一和第二夹具之间形成接 收线材的开口，以及其中与所述钉子角撑板的第一和第二部分互补的所述第一和第二腔体被构造为便于 所述无跟部钉子的全圆形头部的形成。
10.根据权利要求11所述的制造无跟部钉子的模具，其中与所述角撑板的第一部分互补的所述第一腔体和与所述角撑板的第二部分互补的所述第二腔体形成卵形形状的腔体。
11.一种制造无跟部钉子的方法，所述无跟部钉子具有全圆形头部、柄和角撑板，所述 方法包括在模具中插入线材段；利用对所述线材段的单次击打形成所述全圆形头部。
12.一种制造无跟部钉子的方法，所述无跟部钉子具有全圆形头部、柄和角撑板，所述 方法包括 在模具中放置线材段，其中所述线材段的一部分放置在所述模具外部； 使用预弯曲辊子使线材段形成为坯料，所述线材段包括需要形成所述角撑板和所述头 部的精确的立方体形材料体积；使用压辊压缩模具中的线材段以形成所述全圆形头部和所述角撑板。
全文摘要
具有偏置头部的全圆头钉，其被设置为具有在偏置头部的底面和柄的较高部分之间一体形成的角撑板。该钉子的头部相对较薄，并且所述柄定位为径向偏离圆形头部的中心，以使得在同时与头部和柄相切的点处不形成跟部。角撑板具有从零跟部处的圆形朝向趾部处的锥形逐渐变尖的向后倾斜的表面。角撑板加强了柄和头部的连接部，支撑头部的趾部，并且通过柄的纵轴分配头部上负载的力，以防止趾部弯曲或变形，并且防止柄由于施加的负载的应力而弯曲。
文档编号B43M15/00GK102099202SQ200980128961
公开日2011年6月15日 申请日期2009年5月26日 优先权日2008年7月18日
发明者丹尼尔·P.·麦克唐纳德, 唐纳德·E.·伯格斯特龙, 威廉·L.·盖博, 扎弗拉·I.·阿里, 詹姆斯·W.·鲁宾逊, 阿尔·H.·维费雷尔 申请人:伊利诺斯工具制品有限公司