专利名称：盲铆钉及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种盲铆钉(blind rivet)。盲铆钉是一种可以插入将要被铆接的有孔元件并通过靠近有孔元件的仅一侧而设置的铆钉。
具体地说，本发明涉及一种抽芯铆钉(a self plugging blind rivet)，包括在一端具有预制的径向头部的圆筒形套管及延伸通过套管的芯柱，芯柱在靠近套管的尾端具有芯柱头部。在使用中，铆钉插入被铆接元件的孔中(套管尾端首先插入)，直到套管头部接触较近的元件并且套管尾端从较远元件伸出为止。为了固定铆钉，套管头部由支座支撑，芯柱随后推入，使得芯柱头部将套管压靠在支座上并使套管轴向收缩且至少一部分径向扩张而形成堵死的头部(blind head)，该堵死的头部与预制头部一起将元件夹住。至少靠近芯柱头部的芯柱部分保持在套管中以在铆钉被固定后填塞套管。芯柱的其余部分(如远离头部的尾端)最好被打掉以避免其从套管头中伸出。这通常是通过在芯柱体的合适位置处设置易断颈部来实现。
这种类型的铆钉在WO98/23872中进行了描述，在该申请中描述了对于这种铆钉的性能很重要的一些特征。该申请还描述了铆钉是如何构成的，其中铆钉芯柱的一部分在完全插入铆钉孔后保持在铆钉中，并且在各种片材厚度的加工条件下断开芯柱以与铆钉头部平齐。为此，柱尾(pintail)的直径较芯柱体小并且在芯柱体和柱尾的连接处形成易断颈部。
在本发明的第一方面提供一种抽芯盲铆钉，用于将有孔元件紧固在一起，铆钉包括在一端具有尾部端面而在另一端具有预制的径向扩大的头部的圆筒形套管；延伸通过套管的芯柱，芯柱具有靠近套管尾部端面的芯柱头部和远离芯柱头部的易断颈部，其中，在易断颈部的芯柱头部一侧的芯柱体部分上具有多个在其中形成并延伸到易断颈部的凹槽，在靠近芯柱头部的区域，套管的对应部分基本上填满凹槽而朝着易断颈部填充程度逐渐减少，因此，在使用中及在套管的轴向压缩载荷下，套管优先在远离开孔头部的元件附近的区域变弯而形成与所述元件接触的堵死的头部，从而将有孔元件夹紧在一起。
凹槽优选为轴向槽，但也可以是螺旋形的甚至是环形的。特别是在凹槽是轴向或螺旋形的情况下，芯柱体和套管设置有相互协作的机构以将两者锁定在一起。该相互协作的机构包括环形槽，环形槽绕芯柱体形成，优选紧接在芯柱头部之下，该槽内含有套管材料以将芯柱保持在套管中，从而在安置前，芯柱和套管的组件锁定在一起，并且在安置后保持在套管中的芯柱部分仍锁定在套管中。环形槽的轴向长度约为其直径的一半。
优选的是，在其中形成有凹槽的芯柱体部分的主直径通常大于远离易断颈部的部分的直径，因此，靠近易断颈部的端部包括一个或多个径向伸出的肩部，在使用安置工具时肩部与安置工具的突出端配合，从而在被铆接元件的厚度工作范围内，芯柱的被夹持部分基本上与铆钉头部平齐地断开。
优选的是，靠近芯柱头部区域中芯柱的截面积和强度基本上与芯柱圆柱部分的相同。根据制造方法，轴向凹槽的数量可以变化，最少为四个凹槽。横跨凹槽开口的距离优选小于凹槽之间接合面区的圆周宽度。
凹槽优选通过成形过程形成，使得从凹槽移出的材料包含在凹槽之间的接合面(lands)中，导致直径增大。
根据本发明的另一方面，提供一种装配铆钉的方法，铆钉包括在一端具有预制的径向扩大的头部的圆筒形铆钉套管；包括头部和带有远离头部的易断颈部的芯柱体的芯柱，芯柱头部和易断颈部之间的部分形成有多个延伸到易断颈部的凹槽，该方法包括将套管插入模具中，模具的第一部分紧密地配合套管的外径，第二部分形成为锥形并且直径逐渐增大，直到与模具的第三部分相交，套管的尾端伸入模具的第三部分；用支座支撑套管的头部；将具有紧密配合铆钉套管孔的第一直径和紧密配合模具第三部分的孔的第二直径的冲头插入；在冲头和支座之间施加压缩力，从而压缩铆钉套管而填充模具的锥形部分和较大直径部分；除去支座和冲头；插入芯柱并经由模具挤出装配好的套管和芯柱，在挤出过程中，套管的材料被强制压入芯柱的凹槽，以在套管的尾端基本上填充凹槽，而朝着易断颈部填充程度逐渐减小。
在装配好的铆钉中，套管的外径最好等于芯柱头部的直径。为此，第一模具孔应具有与芯柱头部相同的直径，但这在实践中也许很难配置。因此，优选的是，在铆钉装配前芯柱头部的略大于第一模具孔，从而在挤出组件时，芯柱头部尺寸等于第一模具孔的直径，故等于套管的直径。
作为使用单独的冲头来将铆钉套管形成模具形状另一种方法，还可以采用下述方法达到近似的效果使用芯柱代替冲头将套管压在支座上，因此基本上填满模具；撤去支座并经由模具挤出装配好的芯柱和套管。
下面结合附图示例性地描述本发明的实施例，其中
图1为装配前铆钉套管的纵向剖面图；图2为装配前铆钉芯柱的侧视图；图3为沿图2中A-A’线的剖面图；图4为装配过程的第一阶段开始前装有铆钉体的模具的剖面图；图5为与图4相似的剖面图，示出了装配过程的第一阶段完成后的情况；图6为图5类似的剖面图，示出了插入铆钉的芯柱；图7为完成的装配过程及从模具中推出的装配好的铆钉；图8和图9示出了分别位于最小和最大厚度片材中的铆钉的截面。
首先参照图1，套管17包括具有同心孔12的圆筒形本体11，位于一端的径向扩大头部13，头部13带有埋头孔15。套管的尾端16是平的并与套管轴线成直角。
图2所示的芯柱21是细长的，并大致成圆柱形。在其一端为一体的径向扩大头部22，头部22具有朝向远离芯柱体25方向的凸面23和朝向芯柱体方向的基本上平的环形面24。芯柱头的直径大于套管本体的直径。与芯柱头部间隔开的是槽27，其构成了易断颈部，其确定了铆钉就位时芯柱断开的位置。易断颈部27具有朝向芯柱头部的锥形面30和朝向柱尾29并垂直于芯柱轴线的表面31。芯柱在易断颈部27和芯柱头部23之间带有轴向凹槽32，凹槽的端部与芯柱头部离开一段距离而形成平滑的圆柱部分33，其长度大约为芯柱直径的一半而直径与柱尾29基本上相同。由成型过程形成凹槽32，使得来自凹槽的材料在凹槽之间形成接合面34，如图3所示(图3为图2中芯柱沿A-A’线的剖面图)。因此，在凹槽区域芯柱的截面积及其长度基本上没有变化。接合面34设置成位于直径尽可能接近铆钉套管的孔12的圆上。此外，接合面34的直径较芯柱不带凹槽的部分(即平滑圆柱部分33和柱尾29)大。在该示例中，凹槽的开口的宽度略小于接合面34的宽度。将该芯柱与WO98/23872所示的芯柱相比，很显然本申请的芯柱可以由均匀直径的芯柱体形成，而在先申请的芯柱要求柱尾的直径较平滑部分的直径小，这一点只能通过在加工过程中挤压柱尾或其它附加的操作来实现。
图4示出位于模具40中的铆钉套管17。模具40具有紧密配合铆钉套管外径的小孔41，铆钉18的尾部伸入较大孔42。孔41和孔42由模具43的锥形部分连接。
铆钉13的头部由与其紧密贴合并具有中心孔45的元件44支撑。冲头46插入较大孔42，使得冲头的较小直径47进入铆钉套管的孔12而成紧密配合。冲头的较大直径48进入模具的较大孔42，也成紧密配合。
图5示出了装配的第一阶段完成后的情况。冲头46压向支撑元件44，铆钉体受压，使得其完全填充模具的较大孔42和锥形部分43。
在装配的第二阶段，冲头46退回，元件44撤去，模具40与形成的铆钉套管17一起移动到第二装配点(图6)。在此处插入芯柱21。模具40由元件50支撑。此时通过冲头51施加压缩力，在将铆钉的锥形部分43挤压进入芯柱的凹槽32的过程中将铆钉组件52推出模具，在该过程中，随着锥形部分的直径减小，芯柱的凹槽被逐渐填充，在锥形部分的最窄端基本上完全填满。
如上情形在图7中示出。此外，芯柱头部22的尺寸被加工成成品组件的精确直径58。铆钉套管截面积的逐渐增加导致套管强度的相应增大，使得当铆钉被安置时，铆钉的尾部总是靠近要铆接的元件形成。这一效果可以通过向着铆钉的尾端进行硬化时增加的功而得以加强。图7还示出在芯柱头部22和接合面34的增大直径之间形成凹入部的芯柱平滑圆柱部分33是如何被套管材料填充并将芯柱和套管锁在一起的。
图8示出了固定在最小厚度片材59中的铆钉而图9示出了固定在最大厚度片材60中的铆钉。铆钉插入对应孔61和62，并用合适的牵拉工具固定，该牵拉工具具有抵靠头部的环形砧座63和夹持铆钉芯柱29的突出部分的夹爪。操作固定工具相对于砧座撤回夹爪。这种固定工具在盲铆接(blindrivetting)领域中是公知的。砧座63的孔紧密配合在柱尾29上，带有轴向凹槽的芯柱部分具有足够大的直径，使得其不能超过砧座的孔。因此，在安置过程中，芯柱总是在砧座处折断。砧座63带有直径略小于铆钉头部的埋头孔15的凸起65。故芯柱在接触凸起时折断，确保断裂点总是位于铆钉头部表面之下。图8和图9还示出了由于铆钉截面朝着铆钉尾部逐渐增大，总是在靠近后部片材形成鼓包的情况。此外，由于在折断之前无论片材厚度如何而总是将芯柱牵拉相同的距离，尾部的芯柱变化很小的量。且已安置铆钉的尾部66实际上不变形，因此芯柱和套管保持锁定在一起。
权利要求
1.一种抽芯盲铆钉，用于将有孔元件紧固在一起，所述铆钉包括在一端具有尾部端面而在另一端具有预制的径向扩大的头部的套管；延伸通过套管的芯柱，所述芯柱具有靠近套管尾部端面的芯柱头部和远离芯柱头部的易断颈部，其中，在易断颈部的芯柱头部一侧的芯柱体部分具有多个在其中形成并延伸到易断颈部的凹槽，在靠近芯柱头部的区域，套管的对应部分基本上填满凹槽而朝着易断颈部填充程度逐渐减少，因此，在使用中及在套管的轴向压缩载荷下，套管优先在远离预制头部之元件的附近区域中变弯而形成与所述元件接触的堵死的头部，以便将有孔元件夹紧在一起。
2.如权利要求1所述的盲铆钉，其特征在于，所述铆钉套管从尾部到头部具有硬度梯度，尾部比头部更硬。
3.如权利要求1或2所述的盲铆钉，其特征在于，在其中形成有凹槽的芯柱体部分的直径通常较远离易断颈部的芯柱体部分的直径大，因此，靠近易断颈部的端部包括一个或多个径向伸出的肩部，在使用中肩部与安置工具的突出部接合，从而在被铆接元件的厚度的整个工作范围内，芯柱的被夹持部分基本上与铆钉头部平齐地断开。
4.如前述权利要求中的任一项所述的盲铆钉，其特征在于，凹槽是轴向槽。
5.如权利要求1至3中任一项所述的盲铆钉，其特征在于，凹槽是螺旋形的。
6.如权利要求1至5中任一项所述的盲铆钉，其特征在于，芯柱体和套管设置有相互协作的机构以将两者锁定在一起。
7.如权利要求6所述的盲铆钉，其特征在于，相互协作的机构包括环形槽。
8.如权利要求7所述的盲铆钉，其特征在于，所述环形槽绕所述芯柱体形成。
9.如权利要求7或8所述的盲铆钉，其特征在于，所述环形槽紧接在芯柱头部之下。
10.如权利要求7至9中任一项所述的盲铆钉，其特征在于，所述环形槽内含套管材料以将芯柱保持在套管中。
11.如权利要求7至10中任一项所述的盲铆钉，其特征在于，所述环形槽的轴向长度约为其直径的一半。
12.如前述权利要求中的任一项所述的盲铆钉，其特征在于，靠近芯柱头部区域的芯柱的截面积和强度基本上与芯柱圆柱部分的相同。
13.如前述权利要求中的任一项所述的盲铆钉，其特征在于，芯柱体包括至少四个凹槽。
14.如前述权利要求中的任一项所述的盲铆钉，其特征在于，横跨凹槽开口的距离小于凹槽之间的接合面的圆周宽度。
15.如前述权利要求中的任一项所述的盲铆钉，其特征在于，凹槽的形成使得从凹槽移出的材料被包含在凹槽之间的接合面中。
16.如前述权利要求中的任一项所述的盲铆钉，其特征在于，装配好的套管的外径等于芯柱头部的直径。
17.一种装配铆钉的方法，所述铆钉包括在一端具有预制的径向扩大的头部的圆筒形铆钉体；包括头部和带有远离头部的易断颈部的芯柱体的芯柱，芯柱头部和易断颈部之间的部分形成有多个延伸到易断颈部的凹槽，该方法包括将套管插入模具中，模具的第一部分紧密地配合套管的外径，第二部分形成为锥形并且直径逐渐增大，直到与模具的第三部分相交，套管的尾端伸入所述模具的第三部分；用支座支撑套管的头部；将具有紧密配合铆钉套管孔的第一直径和紧密配合模具第三部分的孔的第二直径的冲头插入；在冲头和支座之间施加压缩力，从而压缩铆钉套管而填充模具的锥形部分和较大直径部分；除去支座和冲头；插入芯柱并经由模具挤出装配好的套管和芯柱，由此在挤出过程中，套管的材料被强制压入芯柱的凹槽，以至少在套管的尾端基本上填充凹槽，而朝着易断颈部填充程度逐渐减小。
18.如权利要求17所述的装配铆钉的方法，其特征在于，挤出过程在套管体中尾部端和头部端之间形成硬度梯度，尾部端的硬度较头部端大。
19.一种基本上如附图所示和参照附图所描述的盲铆钉。
20.一种制造盲铆钉的方法，该方法基本上如附图所示和参照附图所描述的那样。
21.一种根据基本上如附图所示和参照附图所描述的方法制造的铆钉。
全文摘要
一种抽芯盲铆钉(17),用于将有孔元件紧固在一起,所述铆钉包括:在一端具有尾部端面(16)而在另一端具有预制的径向扩大的头部(13)的圆筒形套管(11);延伸通过套管(11)的芯柱(21),所述芯柱具有靠近套管尾部端面的芯柱头部(22)和远离芯柱头部(22)的易断颈部(27),其中,在易断颈部(27)的芯柱头部(22)一侧的芯柱体(25)的部分中具有多个在其中形成的凹槽(32),在靠近芯柱头部的区域,套管(11)的对应部分基本上填满凹槽(32)而朝着易断颈部(27)填充程度逐渐减少,因此,在使用中及在套管(11)的轴向压缩载荷下,套管(11)优先在远离开孔头部(13)的元件附近的区域变弯而形成与所述元件接触的堵死的头部,以便将有孔元件夹紧在一起。
文档编号B21K1/60GK1320197SQ99811389
公开日2001年10月31日 申请日期1999年9月8日 优先权日1998年9月25日
发明者弗里德里克·A·萨默林 申请人:米拉戴尔有限公司