专利名称：紧固件安装工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及紧固件安装工具，并且更具体地说，涉及包括多件、模压类型紧固件及 其模压工具的紧固系统，该模压工具的紧固系统显示了低模压负载和高强度的最佳平衡。 本发明还涉及使用低模压负载紧固系统的简化安装方法。
背景技术：
在许多商业应用中，通常称作锁紧螺栓的两件的形成螺纹的或模压的紧固件 通常用于将多个工件固定在一起。例如参照美国专利No. 2，531，048 ；No. 3，215，024 ； No. 3，915，053 ；No. 4，472，096 ；和No. 5，090，852。根据其中将使用紧固件的商业应用，这些 紧固件的材料属性(例如，抗拉强度和硬度((不限于该Grade)))变化。为区分紧固件的 多种属性，紧固件典型地由等级(Grade)指示。紧固件的Grade表示其强度。工业标准建 立了紧固件的所需强度，以利用由紧固件螺栓或销的材料强度确定的特定紧固件的强度， 符合特定的Grade。例如，1/2英寸Grade 5紧固件具有1/2英寸直径的销或螺栓杆部，杆 部用于标称1/2英寸直径的工件开口中，并且根据SAE J429,Grade 5或ASTM A-325，这种 Grade 5紧固件必须具有120KSI的最小抗拉强度。通过比较，为了取得Grade 8紧固件的 质量，按照SAE J429, Grade 8或ASTM A-490，紧固件必须具有150KSI的最小抗拉强度。 Grade 5紧固件常常例如用于铁路(例如列车)应用。Grade 8紧固件通常用于商用运输 应用，例如在商用货车运输工业中以固定卡车部件。典型的模压类型紧固件包括销和轴环。多数这些紧固件是拉伸类型品种的，并包 括具有带有锁定槽的锁定部的销杆和具有拖拉槽的拖拉部。该拖拉槽适合通过配合具有模 压砧的安装工具的卡盘爪中的齿抓牢。该模压砧适合接合轴环，并将相对的轴向力施加于 销与轴环之间，以在轴环上方运动，并将其模压入锁定槽。该相对的轴向力包括由卡盘爪导 致的销上的张力负载与由模压砧导致的轴环上的压缩负载的组合。利用减小强度的断颈槽 (breakneck groove)，许多模压类型的紧固件的拖拉部被连接到锁定槽部。该断颈槽适合 在大于模压轴环所需的预先选择的轴向或张力大小时破裂。相应地，在完成模压后，拖拉部 或销尾将被切断和从销杆去除。然而，其它模压紧固件具有在完成安装后保留在销上的拖 拉部。例如参照美国专利No. 5，315，755 ；No. 5，548，889和No. 5，604，968 (公开了不从销切 断的螺纹拖拉部)。换言之，这些紧固件是无销尾的。例如参照美国专利'755的图1-8。在问题中，对于相当高强度(例如Grade 5和以上)的模压类型的紧固件，频繁出 现为了完全模压轴环所需的应用的张力负载的过大的大小。这导致安装工具的过早磨损， 尤其是拖拉机构，和在销上的拖拉槽的破坏。该高模压负载也通常使安装过程复杂化，尤其 是当使用手动操作安装工具的情况。为了试图克服这些缺点中的某些，已进行了多种不同 安装工具的修改。例如，通过参考并入这里，如同完全在这里提出的美国专利第4，299，519 号公开了一种橡子形状的销拖拉部和互补的形状的工具抓紧结构，该拖拉部和工具抓紧结 构期望提供工具的抓紧结构对拖拉部的所有拖拉槽的接合，并且从而抑制拖拉槽的破坏。 例如参照美国专利'519的图1-5。其它工具仅加入液压和/或气压活塞缸，以辅助施加所需的模压力。例如参照美国专利No. 4，597，2613和No. 4，878，372。然而，这增加了工具的 尺寸和重量，这会使工具难以处理或限制可到达性，从而可能危害其驱动紧固件的精确应 用，并且因此危害其最后安装的质量。因此，存在用于模压类型的紧固系统的安装工具和方 法的改进空间。高模压负载主要是使用紧固件轴环的结果，为取得特定的紧固件Grade (例如 Grade 5和Grade 8)的所需的强度，紧固件轴环具有增加的壁厚并且因此被构造为过度 充满或过度塞满锁定槽。例如参照上述美国专利第5，090，852号(公开了修改的销螺纹 形式以包括浅槽和流线型的根轮廓，且轴环带有增加的壁厚度，充分的材料过度塞满这种 浅槽，以取得所需的抗剪强度)；还参见上述'755专利和美国专利第5，548，889号和第 5，604，968号(公开了一种浅销槽结构和轴环杆，轴环杆的体积具有至少16%的材料过剩， 以过度塞满槽)。锁定槽的过度塞满是有问题的。它是上述不期望的过高模压负载的主要 来源。因此，已进行了多次尝试，通过模压类型紧固件设计的变化，以消除这些缺点，并且特 别是极高模压负载。例如，通过参考并入这里，如同在这里完全提出的美国专利第6，233，802号和第 6，497，024号公开了一种用于两件、模压类型紧固件的紧固系统，该紧固件具有宽、浅锁定 槽螺纹形式，槽螺纹形式设计以在安装时，允许紧固件以比类似Grade的传统模压类型的 紧固件更低模压负载安装，而保持基本上相同的物理属性(例如抗拉强度；夹持负载)。更 低模压负载允许有利地使用更小、更轻的安装工具。该系统描述为应用于具有销尾的紧固 件以及无销尾的紧固件。如在上述'755专利中，对于具有未被切断的螺纹拖拉部的拉伸 类型的模压紧固件，因为不需要破裂断颈所需的额外的力，因此该发明被阐述为有利于将 更少的螺纹接合在拖拉部上。这被认为(1)导致拖拉工具的匹配的螺纹套环或螺帽部件的 被接合螺纹上的更小的应力，从而延长了工具寿命；(2)因为需要更小的销突起以抓紧必 须抓紧的减小数目的拖拉槽，因此允许使用更短、更廉价的销；和(3)因为最后安装需要更 低的施加的负载，因此允许安装工具更小并且因此更轻和更廉价。该系统还有利于使用内 部驱动器。例如参见'755专利的图17和18 (显示了内部驱动器，内部驱动器包括可接合 在销杆端部中的螺纹孔的拖拉槽内的螺纹拖拉杆或主轴)。如在通过参考并入这里，如同在 这里完全提出的美国专利'755和第5，548，889号、第5，604，968号中描述的，使用这种内 部驱动器实现了相对于外部驱动器，突起的减小，这又实现了紧固件更有效的最后安装和 外观。然而，如在上述'024专利中公开的，为了实现上述优点，需要改变螺纹形式(例 如锁定槽结构)为更宽和更浅的结构。虽然修改螺纹形式是减小模压负载的可行选择，但 是在'024专利中公开的螺纹形式是一种极剧的变化，要求明显更大的间距或螺距和多个 不同的半径，在半径中具有相当急剧和不连续的过渡(例如从一种半径到另一种半径)。因 此，生产具有公开的螺纹形式的销很困难并且成本很高。另外，当紧固件被模压时，该螺纹 形式的半径中的不连续过渡阻止了由轴环槽对该螺纹形式的互补的接合的最小化。因此， 还存在销锁定槽的螺纹形式的进一步改进的空间。另外，由于太大的硬度导致极高的模压负载，并且太小的硬度具有不足的强 度，'802和'024专利中公开的类型的轴环具有极窄范围的可接受硬度。对于更高Grade 紧固件(例如，Grade 5和以上的Grade)，为满足工业抗拉强度要求需要螺栓和轴环的硬度均增加，这尤其有问题。因此，已知轴环必须进行热处理，以足够软以模压，并与修改的螺纹 形式相容，但又要足够坚固以符合工业Grade标准。这进一步增加了制造紧固件的成本和 复杂性。例如，两种这种热处理方法包括消除应力退火和淬火与回火；通过消除应力退火 取得一致的期望硬度很难实现并且淬火和回火很昂贵并且在对轴环表面不进行不期望的 渗碳或脱碳的情况下，难以实现。两种方法均耗时和成本较高，例如需要炉操作成本的附加 费用。因此，高度期望提供一种高强度、低模压负载的紧固系统，该紧固系统除了其它属 性之外还显示出上述专利'519，‘ 755，‘ 802，和'024中公开的低模压紧固件的所有 优点，但同时不需要例如成本高和耗时的轴环的热处理。因此，在高强度、低模压负载紧固系统的领域中存在改进的空间。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种模压类型的紧固件，其展示出减小的模压负载和 高强度的最佳平衡。本发明的另一目的在于提供一种使用如冷镦轴环的轴环的紧固件，其无需经热处 理(例如淬火和回火；消除应力退火)。本发明的另一目的在于提供一种具有减小壁厚度的高强度轴环，从而相应地减小 重量和模压负载，同时保持强度。本发明的另一个目的在于提供一种如冷镦轴环的轴环，该轴环具有充分的物理属 性(例如，硬度；强度)，以满足期望的紧固件Grade (例如，Grade 5 ；Grade 8)。本发明的另一个目的在于提供一种轴环，其可与现有紧固件及其螺纹形式一起使 用，同时展现出期望Grade的所需强度(例如Grade 5 ；Grade 8 (不限于该Grade))。本发明的另一目的在于减小设置紧固件所需的模压负载，从而减小安装工具部件 的磨损(例如模压砧；套环；半壳(不限于上述部件))并增加工具奉命。本发明的另一目的在于提供一种紧固件，其消除了紧固件轴环的昂贵的热处理工 序(例如，消除应力退火；淬火和回火)。本发明的另一目的在于提供一种轴环，其可用于各种模压类型的紧固件，明显包 括但不局限于具有销尾和无销尾的紧固件，该紧固件为新的紧固件或轴环可翻新的现有存 货的部分。本发明的另一目的在于增加轴环的硬度，以通过不过度塞满紧固件销的锁定槽， 保持或提高轴环的强度级，但减小模压负载。本发明的另一个目的在于提供一种改进的紧固件锁定槽螺纹形式，该形式设计用 于克服已知浅或波形螺纹形式的缺点。本发明的另一个目的在于提供一种锁定槽螺纹形式，锁定槽螺纹形式被构造用于 减小模压负载，同时较容易并且从而经济地制造。本发明的另一个目的在于提供互补拖拉槽和工具抓紧结构配置，除了其它优点 外，该装置还提供下述一种或多种优点提高拖拉槽与抓紧结构之间的接合；例如通过减 小销拖拉断面的直径和增加套环横断面从而增加拖拉螺纹的厚度和强度，延长抓紧结构 (例如套环)的疲劳寿命；和销的拖拉部的较小突出长度。
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因此，本发明的总的目的在于提供一种改进的、高强度、模压类型的紧固件及其如 冷镦轴环的轴环，紧固件及轴环能够利用现有工具，以减小的模压负载安装，并且展示期望 紧固件Grade的最佳材料属性(例如硬度；强度)；和本发明的总的目的还在于提供一种低 模压负载紧固系统，包括如冷镦轴环的轴环，改进的销拖拉部和安装工具结构，和优良的 紧固件螺纹形式中的一个或多个。利用提供低模压紧固系统和方法的本发明满足这些目的和其它目的。在本发明的一个实施例中，该系统的紧固件可包括轴环，具有适合避免过度塞满 锁定槽的增加的硬度和减小的轴环壁厚度。当与类似Grade的已知紧固件相比时，该轴环 生产非常经济并且更容易模压。这是因为本发明的轴环如冷镦轴环地使用，从而消除了热 处理(例如，淬火和回火；消除应力退火)的成本高的要求。该轴环也不需要对销锁定槽螺 纹形式进行修改。因此，它可容易与现有销和具有各种不同锁定槽螺纹形式的安装工具一 起使用，并且有助于其薄壁的减小的模压负载延细长了安装工具的寿命和/或允许更轻重 量的工具。本发明的紧固件及其轴环展示出所有前述优点，同时还提供了足以满足Grade 5 和Grade 8工业紧固件标准的出众和意想不到的高强度能力。因此，低模压负载紧固系统用于模压类型紧固件，该紧固件被构造用于将多个工 件固定在一起。该模压类型紧固件包括销部件，销部件具有适合位于工件中的对准开口中 的细长销杆。该销部件的一端终止于适合接合工件一侧的表面的扩大头部，并且在相反端 终止于适合延伸超过工件的相对侧的相对表面的开槽部。该销的开槽部包括锁定部，锁定 部具有由圆周延伸的销槽确定的多个锁定槽和终止于销牙顶的相关销肩。该紧固件可从包括销尾紧固件和无销尾紧固件组成的组中选择。紧固件的销的 开槽部可以是无销尾的，并且包括内部螺纹孔，其中安装工具包括构造为在紧固件模压期 间，以螺纹方式接合内部孔的内部驱动器。在本发明的另一实施例中，低模压负载紧固系统包括销，具有基本上直的拖拉 部，拖拉部从销的第二端延伸并包括多个拖拉槽。该拖拉部的外径小于销的锁定部的外径。 相关安装工具具有夹头，夹头具有用于互补地接合拖拉部的拖拉槽的拖拉部件。拖拉部自 销的端部的突起长度较短。因此，拖拉部可在模压后保持在销上，或可通过将其剃去或可选 地设置在销上的断颈槽的断裂被去除。该拖拉部的减小直径允许安装工具更厚和强度更 大。拖拉部的直特性提供了由安装工具的优良的接合性。安装工具的拖拉部件的第一齿可具有比工具的剩余齿更大的直径，这延长了工具 寿命。该工具可以进一步被改进，并且通过包括较小的模压负载，模压负载得到进一步的减在低模压负载紧固系统的另一实施例中，该紧固销可包括由多个混合半径确定的 螺纹形式，在螺纹形式的槽的每个半径之间具有基本上平滑的过渡。从而改进了当它模压 时，由轴环对槽的接合。这种螺纹形式消除了用于滚螺纹的滚丝模的复杂性。在本发明的披露内容的另一个方面中，提出一种构造以将多个工件固定在一起的 模压类型紧固件用的低模压负载紧固系统。该模压类型紧固件包括销部件，销部件具有适 合位于工件中的对准开口中的细长销杆。该销部件的一端终止于适合接合工件一侧的表面 的扩大头部，并且相反端终止于适合延伸超过工件的相对侧的相对表面的开槽部。该开槽部包括锁定部，锁定部具有由圆周延伸的销槽确定的多个锁定槽和终止于销牙顶的相关销肩。安装工具包括具有模压腔的砧(anvil)部件。提供一种如冷镦轴环的轴环，包括 大体直的轴环杆，轴环杆适合响应由所述安装工具在所述销部件与所述如冷镦轴环的轴环 之间施加的相对轴向力或模压负载，被模压进入所述销部件上的所述锁定槽中。紧固在一起的工件上的期望幅度的夹紧负载确定紧固的接合。该安装工具的模压 腔被构造以接合所述轴环杆并径向向内模压所述轴环杆。该如冷镦轴环的轴环当模压时， 具有轴环槽和肩，轴环槽和肩与所述销槽和肩互锁。该销部件和所述如冷镦轴环的轴环采 用具有不同幅度的极限抗剪切应力强度的不同材料，以便在将所述轴环模压到所述销部件 时，基本上避免所述销部件的屈服。该夹头具有从所述夹头的突起，突起沿向着轴环的方向延伸拖拉部件的长度，从 而增加与所述砧的接触面积。该如冷镦轴环的轴环不需要热处理，并且如冷镦轴环的轴环的大体直的轴环杆具 有相对薄的壁厚，从而减小了对所述如冷镦轴环的轴环需要的模压负载。该突起在夹头的前端螺纹前和附近形成平坦的圆形表面，并且然后是在平坦表面 前形成圆形向前成角度的表面，并且形成第二平坦表面和倾斜的平坦表面，第二平坦表面 和倾斜的平坦表面向后到与夹头的外径的交叉线。该拖拉部件的端部并不压合到与槽的底部成一直线的直径位置，从而增加拖拉部 件的端部拖拉牙顶的剪切强度。在本发明的不同方面中，拖拉部件的最后拖拉牙顶具有与夹头的最后齿的扩大拖 拉器半径相符或一致的轮廓。所有前述低模压负载机构可以单独使用或以任何适合的组合使用。还公开了一种 模压类型紧固件，和使用前述低模压负载系统将多个工件固定在一起的方法。
当结合附图通过阅读对优选实施例的下述描述，可以完全理解本发明，其中图1是当使用在具有包括活动销尾的销的模压类型的紧固件上时，根据本发明实 施例的低模压负载紧固系统极其如冷镦轴环的轴环的部分横断面视图，其中紧固件显示 为在由安装工具模压前，穿过两个工件中的对准孔被插入；图2是当使用在无销尾的模压类型的紧固件上时，低模压负载紧固系统和图1的 如冷镦轴环的轴环的横断面视图，其中显示了在由安装工具模压后以将两个工件固定在 一起的紧固件；图3是根据本发明的另一实施例，在由具有内部驱动器的安装工具模压前，当使 用在无销尾的模压类型的紧固件上时，低模压负载紧固系统和图1的如冷镦轴环的轴环的 横断面视图；图4是模压类型的紧固件用的现有技术轴环的俯视图，其中轴环的内孔由虚线 显不；图5是根据本发明实施例的具有减小壁厚的图1-3的如冷镦轴环的轴环的等距视 图，其中为了说明简单，一部分轴环被切除；图6A，6B和6C分别是具有波形、深和混合锁定槽螺纹形式的模压紧固件的横断面
8范例视图；图7是根据本发明实施例的改进紧固件销拖拉部和安装工具结构，和使用改进的 销拖拉部用于模压紧固件轴环的四个连续安装工序的横断面视图；图8是用于图7的安装工具的夹头的端部的横断面视图；图9是图7的砧部件的断面视图。图10是根据本发明实施例的改进紧固件销拖拉部和安装工具结构，和使用不同 的夹头采用改进的销拖拉部用于模压紧固件轴环的四个连续安装工序的横断面视图；以及图11是用于图10的安装工具的不同夹头的端部的横断面视图。
具体实施例方式在这里使用的诸如上、下、前、后等的方向短语涉及图中所示的元件的方位并且不 是限制权利要求。如这里所使用术语“数目”指一个或超过一个(例如，多个)。如在这里所使用，术语“如冷镦轴环(as-headed) ”指例如从冷加工，经应变硬化的 轴环，而不是使用热加工(例如，淬火和回火；消除应力退火)改变硬度。本发明的轴环显 示出高强度(例如Grade 5或8的强度)，而不要求热处理。如在这里使用的，短语“低模压负载”用于比较的目的，以描述与类似Grade的已 知紧固件比较，本发明的紧固系统的特征(例如，如冷镦轴环的轴环；减小直径销尾拖拉 部；修改的螺纹形式)提供的所需模压负载的减小。这种低的或减小的模压负载的典型实 例在表中和相应的公开中确定数量。类似地，如这里使用的，短语“减小的壁厚度”用于比较的目的，以描述与类似 Grade的已知紧固件的轴环相比，本发明的轴环的更薄的壁结构。例如，典型轴环的壁厚度 具有减小的厚度，具有更少的材料量，从而被构造为不过度塞满锁定槽，这不同于许多已知 的紧固件。如这里使用的，术语“拖拉部”指紧固件销的典型销拖拉部和用于接合销拖拉部的 互补安装工具拖拉部件。如将在这里讨论的，典型的拖拉部结构包括基本上直的、减小直径 的、平行侧拖拉部，拖拉部与例如加入这里的美国专利第4，299，519的渐缩、橡子形状拖拉 部和互补工具部件相比，从销的锁定槽部的端部突出更少距离。如这里使用的，短语“螺纹形式”指本发明的典型改进销锁定槽螺纹形式。该新颖 螺纹形式是一种混合，因为除了其它新特征外，螺纹形式部分地是多种螺纹形式的一些特 征的混合。然而，应该认识到开发典型的混合螺纹形式以实现可归因于此的相关优点，需 要进行大量试验和实验。虽然本发明的紧固件的实例以特定具体尺寸进行了描述，即标称直径，本发明的 构思能够容易地延伸到宽范围尺寸(例如，直径；长度)的紧固件。如图1-3和7所示，本发明涉及多部件(例如，销和轴环)模压类型的紧固件，诸 如例如通过参考并入这里的在前面的专利'024中描述和显示的紧固件。在图1-3，6B，6C 和7中，在每个图中，类似的紧固件部件的编号相同，但包括字母“a” (图2)，“b”(图3)， “c”(图6B)和“d”(图6C和7)的区别指示，并且除非另外描述，类似的紧固件部件能够被 认为基本上相同。典型低模压负载紧固系统50的第一特征，如冷镦轴环的轴环14分别显示使用在图1，2和3，6B，6C和7的紧固件10，10a，10b，IOc和IOd的每个上。图1显示了本发明的紧固件10，紧固件10包括具有销尾41的销部件12和如冷镦 轴环的、低模压负载轴环14。该销部件12具有细长杆15，细长杆15分别延伸经过将被固 定在一起的一对工件18，20中的对准开口或孔16和17。在杆15的一端处的放大、突出头 22接合工件18的背面23。该杆14具有接近头22的直的、平滑圆柱杆部24，杆部24适合 以间隙配合容纳在对准的孔16和17中。然而，应该认识到在一些装置中，直杆部24能够 被确定尺寸以提供与一个或两个孔16和17的精密公差或过盈配合。锁定杆部25邻近直 杆部24并与直杆部24成整体，并具有多个圆周延伸、环形锁定槽26。如前面所述，图1的紧固件10包括销尾或拖拉杆部41，销尾或拖拉杆部41具有 接着是多个环形拖拉槽44的直环形区42。具有减小根直径的断颈槽40位于锁定部25与 拖拉部41的环形区42之间，并确定了销轴杆15上的最弱部分。相对于锁定部25的锁定 槽26的牙顶71的直径Db，包括区42和拖拉槽44的拖拉部41具有减小的直径Da。直径 Db也与直杆部24的直径相同。然而，应该认识到在涉及与孔16和17的精密公差(紧公 差)或轻微过盈配合(未显示)的应用中，锁定槽26的牙顶71将具有比直杆部24的直径 更小的直径(未显示)。该拖拉槽44适合由在上述的'024专利显示和描述的方式用于设 置紧固件10的安装工具100抓紧。安装(例如模压)轴环14所需的工具100能够大体以本领域已知方式构造，并且 因此为简单的目的，仅部分地显示。总之，工具100具有头部组件102，头部组件102带有适 合抓紧拖拉杆部41的拖拉槽44的多个圆周上间隔的爪104。爪104位于可滑动地支撑在 砧外壳108中的管状夹头组件106中，砧外壳108 —端终止于具有模压空腔112的模压砧 部件110中。利用爪随动组件116 (在图1中部分地显示)，该爪104通常在圆锥轨道114 中被弹性轴向向前推动到所示的径向闭合位置。然而，也将认识到如这里讨论的，利用典 型的低模压负载紧固系统50可以设计出关于图1-3显示和描述的结构和方法以外的其它 适合的安装结构(例如参见图7-9的减小直径的销尾拖拉部177)和方法。图2和3分别显示了用在两种典型变型的无销尾紧固件10a，IOb上的典型轴环 14。该图还显示了典型轴环14可容易利用广泛的已知安装工具使用的方式。例如，图2显 示了安装工具200，安装工具200包括具有内螺纹孔204和感应杆206的外部驱动器202。 这种安装工具200也在并入这里的'024专利中进行了详细描述。简而言之，外部驱动器 202接合槽26a，并驱动模压砧210或在模压砧210上施加相对轴向力，以便它在模压腔212 内容纳轴环14，并随着工件18a和20a被紧固在一起，模压轴环14。图3显示了与另一种类型的无销尾紧固件IOb —起使用的典型轴环14。该销杆 15b包括适合与安装工具300 —起使用的内螺纹孔77，该安装工具300包括具有驱动杆302 的内部驱动器306，驱动杆302具有对应于内部孔77的螺纹的螺纹304。这种安装工具也 在'024专利中进行了显示和描述。总之，安装工具300的内部驱动器306接合销杆15b 的内孔77，并将模压砧310拉向轴环14，以便它在模压空腔312内容纳和模压。相应地，应该认识到本发明的如冷镦轴环的低模压负载轴环14可与各种紧固件 及其工具一起使用，包括销尾和无销尾类型的紧固件，该紧固件具有传统的环形或螺旋锁 定槽螺纹形式，与结合上述'024专利的发明描述和在图2-3中显示的修改螺纹形式相比， 该锁定槽螺纹形式具有更深和更窄的槽或减小的间距或螺距。这是明显的改进，如将简要
10讨论，虽然'024专利的紧固件的结构导致所需的模压负载减小到易处理的幅度，但是为 了如此做，它需要大大改变螺纹形式，并且需要轴环经热处理(例如，淬火和回火；消除应 力退火)以取得所需的材料属性(例如强度)。虽然本发明的轴环14利用前述修改的螺纹 形式的紧固件可适用，但是本发明的轴环14(例如参见图2-3)也可容易地与具有更窄和更 深锁定槽的更传统的或常规的螺纹形式的紧固件一起使用。参见'024专利中的图7和7A 和伴随的公开。如这里将讨论的，典型的如冷镦轴环的轴环14也可容易与本发明的典型紧 固系统50的改进混合螺纹形式26d(图6) —起使用。参考图4和5，已知现有技术轴环(例如14)与本发明的典型轴环14进行了比较。 该轴环14'包括具有圆柱杆61'的放大可选直径凸缘59'和通孔65'。该轴环杆61'具 有大体均勻壁厚t'的大体均勻圆柱结构。该轴环14'具有直杆部69'，直杆部69'外端 终止于径向向外展开的杆部67'，也大体具有厚度t'。类似本发明的典型轴环14(图1_3，5和7)，在被模压前，轴环14'适合设置在销 杆15(例如参见图1)上，并且在工件18，20(图1)拉在一起的情况下，轴环14'将具有与 锁定槽26径向对准的轴环杆61'(图1)。同时，凸缘59'将与工件20的外部表面73接 合。工件18和20具有组合厚度tl (图1)，组合厚度tl确定了紧固件(例如10)的标称铆 接厚度或固定厚度。然而，应该认识到紧固件10能够在预定的铆接厚度或固定厚度范围 使用，从具有小于tl (未显示)的最小总厚度的工件变化到大于tl (未显示)的最大总厚 度。如通过参考并入这里的'024专利中讨论的，通过减小均勻直径的直轴环孔部 69'与锁定槽26的牙顶71 (例如参见图1)之间的间隙，使模压轴环杆61所需的相对轴 向负载最小。在'024专利的发明中，这种径向间隙被明显地径向减小到传统锁定螺栓的 径向间隙的约一半。例如参见'024专利的图7(显示了典型模压类型的紧固件的螺纹形 式)。因为由最小内径ID'提供的紧密径向间隙，外径OD'能够被减小到提供期望的体积 所需的厚度t'。因此，如在'024专利中讨论的，内径ID'和外径OD'被选择以提供轴环 杆61'的期望壁厚t'，导致模压用的轴环材料的所需体积和锁定槽填充的期望量，同时 提供模压负载的期望减小。然而，如丨024专利的图4A，7A，8A和9A所示，和在伴随的公开中讨论的，这种紧 固件及其轴环14'需要改进的螺纹形式以包括锁定槽26，锁定槽26更宽并且大体更浅 (将'024专利的图4A，8A和9A中所示的改进的槽结构与图7A的现有技术紧固件相比)。 另外，虽然改进的紧固件螺纹形式有助于克服上述高模压负载，但是它也需要成本高的轴 环14'的热处理，以保持所需的材料属性(例如强度)。相应地，考虑到改进模压类型紧固件设计的前述已知试图，很容易意识到紧固 件领域内存在对提供显示低模压负载和高强度之间的最佳平衡的经济、高Grade紧固件的 长期期望。虽然上述紧固件基本上满足了减小模压负载的目的，但是它们迄今仅能够通过 使用成本高的轴环热处理并对螺纹形式修改做到。在本发明的低模压紧固系统50克服 这些缺点的方式中，通过提供上述改进的轴环14实现，轴环14可容易地与多种现有紧固 件及其螺纹形式一起使用的，并且可如冷镦轴环地使用，不要求热处理，同时仍展示了高 Grade (例如Grade 5和Grade 8)材料属性(例如，强度(非限制性的))。因此，该轴环14 可作为改进的独立部件或可选地与典型紧固系统50的其它低模压特征组合，追溯地与现有紧固件一起使用，。图5显示了典型如冷镦轴环的r、低模压负载轴环14的更详细的等距视图，轴环 14显示为分别与图1-3和7中的紧固件10，10a, 10b, 10c, IOd 一起使用。一部分轴环14被 切除以显示轴环14的典型的减小壁厚t (例如与图4的轴环14'的厚度t'比较)。因此， 对于类似Grade的紧固件，本发明的轴环14将具有基本上等于或相当于锁定槽牙顶71的 外径Db的内径ID(图1)，类似于图4的轴环14'的ID'。然而，典型的轴环14的外径OD 小于现有技术轴环14'的OD'，从而导致轴环杆61的典型的减小壁厚t。如将在这里更 详细地讨论，减小壁厚t导致更少量的材料被模压入锁定槽(例如分别为图1_3，6B，6C和 7的26，26a, 26b，26c, 26d)。结合典型轴环14的增加硬度，这导致锁定槽(例如26，26a, 26b，26c，26d)不被过度塞满，这与许多现有技术轴环设计直接相反。此外，通过减小轴环 ID，在模压以接合锁定槽期间，存在更小的轴环行进距离。因为轴环具有与现有技术的牙顶 的外径的更小间隙，因此在将本发明的轴环模压进入锁定槽中花费更小的模压负载。在现 有技术锁定螺栓系统中，更大的间隙提供在轴环与牙顶的外径之间，使得更大模压负载施 加于轴环，以在被模压进入锁定槽前，使其模压穿过空气。该减小的壁厚t，未过度塞满锁定 层26，26a，26b，26c和26d，并且轴环与锁定螺栓的牙顶的外径之间减小的间隙减小了模压 典型轴环14所需的相对轴向负载。相应地，本发明采用比已知现有技术更经济、改进方式实现了减小模压负载的类 似目的。应该意识到例如与轴环14'的壁厚度t'相比，典型轴环14的壁厚度t的准确 的差别或减小量将部分取决于讨论中的特定紧固件的尺寸(例如1/2英寸，5/8英寸，3/4 英寸(非限制性地))。例如，具有类似的Grade的一对3/4英寸紧固件之间，轴环壁厚度 的差别将可能比例如类似Grade的一对1/4英寸紧固件之间轴环壁厚度的差别更大。本发 明的轴环杆61的减小厚度t的效果的实例以及这种厚度的典型数目，将通过下述实例的讨 论进一步说明和认识。实例说明了和讨论了进行的多个实验的结果，为了评估减小轴环轴 61的壁厚t对如冷镦轴环的、高强度14和紧固件(例如，10，10a, 10b, IOc和IOd)的效果。 下述实例提供用于进一步说明改进并非限制本发明。实例1第一实验的目的在于确定制造为HS5CF-R12尺寸的轴环是否能够被用如冷镦 轴环地使用以满足Grade 8值。HS5CF-R12紧固件是由美国得克萨斯州韦科市的Huck International, Inc.制造的商业可得到的Grade 5模压类型的紧固件。实验涉及测试标准淬火和回火Grade 8轴环的外径(OD)、硬度、模压负载、抗拉强 度和预载荷，并与如冷镦轴环的Grade 5轴环比较。该结果如下面表1表示数量。表1 :Grade 5如冷镦轴环的轴环
权利要求
一种紧固件安装工具，包括具有模压腔的砧部件；和夹头，所述夹头具有带有紧固件接合端和多个齿的拖拉部件，其中所述多个齿包括邻近所述紧固件接合端定位的第一齿，其中所述多个齿的所述第一齿具有第一内径，所述多个齿的剩余齿中的每一个齿都具有第二内径，其中所述第一齿的第一内径比所述多个齿的剩余齿中的每一个齿的第二内径更大。
2.根据权利要求1所述紧固件安装工具，其中所述夹头的多个齿包括第四齿。
3.根据权利要求1所述紧固件安装工具，其中所述砧部件具有第一端、与第一端相对 的第二端、入口部分，所述入口部分位于第一端、模压段，所述模压段与所述入口部分相邻 并具有第一内径、和具有第二内径的内孔，其中所述模压段被构成为提供径向向内的模压 负载，其中所述模压段相对窄。
4.根据权利要求3所述紧固件安装工具，其中所述内孔的第二内径大于所述模压段的 所述第一内径。
5.根据权利要求3所述紧固件安装工具，其中所述砧部件的入口部分成圆角。
6.根据权利要求3所述紧固件安装工具，其中所述夹头是单个分裂式抓紧夹头。
7.根据权利要求6所述紧固件安装工具，其中所述夹头包括自所述夹头延伸的突起， 从而延伸所述夹头的拖拉部件的长度并增加与所述砧部件的接触面积。
8.根据权利要求7所述紧固件安装工具，其中使突起形成在夹头的前端螺纹前和与夹 头的前端螺纹相邻的平坦的圆形表面，并且然后形成在该平坦表面前的圆形向前成角度或 倾斜的表面，和第二平坦表面以及向后到与夹头的外径的交叉线的成角度或倾斜的平坦表
9.一种用于紧固件安装工具的夹头，所述夹头包括拖拉部件，所述拖拉部件具有紧固件接合端和多个齿，其中所述多个齿包括邻近所述紧固件接合端定位的第一齿，其中所述多个齿的所述第一齿具有第一内径，所述多个齿的剩余齿中的每一个齿都具 有第二内径，其中所述第一齿的第一内径比所述多个齿中的剩余齿中的每一个齿的第二 内径更大。
10.根据权利要求9所述的夹头，其中所述多个齿包括第四齿。
11.根据权利要求9所述的夹头，其中所述夹头具有横断面厚度，其中所述夹头适合 与销部件接合，所述销部件具有锁定部和从所述锁定部延伸的拖拉部，所述销部件的锁定 部具有第一外径，所述销部件的拖拉部具有小于所述销部件的锁定部的第一外径的第二外 径，其中所述销部件的所述锁定部的第一外径和所述销部件的所述拖拉部的第二外径之间 的差的增加允许所述夹头的所述横断面厚度的对应增加，从而延长所述安装工具的疲劳寿 命。
12.根据权利要求9所述的夹头，其中所述夹头时单个分裂式抓紧夹头。
13.根据权利要求9所述的夹头，其中所述拖拉部件包括自所述夹头延伸的突起，从而 延伸所述夹头的所述拖拉部件的长度。
14.根据权利要求13所述的夹头，其中使突起形成在夹头的前端螺纹前和与夹头的前端螺纹相邻的平坦的圆形表面，并且然后形成在该平坦表面前的圆形向前成角度或倾斜的 表面，和第二平坦表面以及向后到与夹头的外径的交叉线的成角度或倾斜的平坦表面。
15.一种用于紧固件安装工具的砧部件，所述砧部件包括 第一端和与第一端相对的第二端；在第一端和第二端之间延伸的模压腔； 位于所述第一端的入口部分；模压段，所述模压段与所述入口部分相邻定位并具有第一内径；和 内孔，所述内孔具有第二内径， 其中所述模压段被构成为提供径向向内的模压负载， 其中所述模压段相对窄。
16.根据权利要求15所述的砧部件，其中所述内孔的所述第二内径大于所述模压段 的所述第一内径。
全文摘要
一种紧固件安装工具，包括具有模压腔的砧部件；和夹头，所述夹头具有带有紧固件接合端和多个齿的拖拉部件，其中所述多个齿包括邻近所述紧固件接合端定位的第一齿，其中所述多个齿的所述第一齿具有第一内径，所述多个齿的剩余齿中的每一个齿都具有第二内径，其中所述第一齿的第一内径比所述多个齿的剩余齿中的每一个齿的第二内径更大。
文档编号B21J15/00GK101947627SQ20101024209
公开日2011年1月19日 申请日期2006年11月3日 优先权日2006年11月3日
发明者拉里·D·默瑟, 罗伯特·J·克贝特 申请人:胡克国际公司