专利名称：三件单面紧固件的制作方法
技术领域：
本发明涉及这样一种类型的管状单面紧固件(tubular blindfastener)，它可以插入到工件的预制孔中，并可以通过在这种工件的一侧所进行的紧固操作而固定在孔中。更具体地说，本发明涉及这样的单面紧固件，它使用牵引心轴来进行紧固操作，通过对紧固件管状主体的挤压和变形来挤压位于主体的已变形部分和一径向延伸凸缘之间的这种工件。这种类型的单面紧固件有许多变型，通常已知形式中例如盲铆钉，其中的一个实例是例如由本申请人以注册商标POP进行销售的盲铆钉。
背景技术：
标准尺寸的这种盲铆钉(blind rivet)被广泛地应用于许多的工作场合，并且被极大批量地制造，因此需要降低制造成本以及经济合理地投资于用来制造这种铆钉所需的昂贵设备。
这种类型的单面紧固件提供了一种非常有效和有用的紧固元件，尤其是当其操作受限制或只限于在该工件的一侧进行时，能够将其连接于或者紧固于两个或多个工件上。这一理想的特性并不限于通常尺寸的盲铆钉，而是同样适用在具有很大长度或直径的特殊的单面紧固件。此外，一些特殊应用场合下的这种单面紧固件要求紧固件采用具有高性能和难加工性的材料制造，例如不锈钢。其他应用场合则要求紧固件用高强度材料制造，还要求其具有耐腐蚀性，因此推荐使用诸如镍/铜合金。在单面紧固件的制造中，(与通常使用的铝或钢不同)这些非标准的材料存在特殊的困难，选择材料时通常需要在可加工性、强度和耐腐蚀性等方面进行折衷考虑。此外，某些单面紧固件的生产，尤其是具有不同的特定长度范围的大直径紧固件，其制造的成本是很高和很耗时的，需要有昂贵的大型制造设备和昂贵的工具，这些成本通常难以补偿，这是因为这些专用的单面紧固件通常只需很小的产量。所需的产量相对于昂贵的生产设备来说不合算。尽管许多现有的生产设备具有适当的锻造承载能力，但较长的单面紧固件可能仍需要大型设备，这是因为单面紧固件的长度通常超出了具体设备的行程范围。此外，不同长度的铆钉对于每种长度需要多套工具。这进一步增加了制造设备的成本，因而也增加了生产成本。
此外，当铆钉需要高强度以及使用难加工材料例如不锈钢时，由这些材料生产铆钉就需要更坚固的和运行速度更慢的生产设备，速度的降低进一步增加了生产成本，而且所用材料的强度导致了相应加工刀具的预期使用寿命大大地降低。
更进一步，当所生产的铆钉在其材料选择上需要在可加工性和耐腐蚀性方面进行折衷考虑时，可能需要使铆钉体的材料不同于铆钉头的材料，这在传统的结构上是不可能实现的。这导致了发展一种非常特殊类型的单面紧固件，其环缘或者凸缘模锻在管状的铆钉体上。
这种模锻环缘型的单面紧固件主要包括一个管状的铆钉体，在其心轴上带有一个整体的模锻环缘。这种紧固件的制造成本极高。实际上，这种紧固件的使用要将紧固心轴的拉伸部分插入到传统安装工具的拉伸爪中，同时使安装工具的成形的端件贴靠于模锻环缘。随着拉伸爪的收缩，紧固件盲侧发生塑变，形成一个特定的盲侧延展部，因而当安装负荷进一步增加时，迫使模锻环缘进入铆钉体中，于是环缘的材料进入到紧固心轴的保持槽中。在安装操作完成时，安装负荷继续增加，直到心轴在预定位置处和预定载荷下断裂。
然而，由于模锻环缘和管状铆钉体是一体的，对这种紧固件所进行的任何热处理都同样作用于两部分，这就需要对其相应的功能加以折衷考虑。例如，环缘部分需要完全退火，从而可以用较小的负荷进行锻造；而铆钉体可能需要局部退火，从而使它不会过早地塑变和翻转，使其在模锻环缘变形之前有时间接合于心轴上的保持槽中。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种新型的单面紧固件及其制造方法，这种新型的紧固件具有多种形状和材料，其能够以简单的和经济有效的方式减轻上述的问题。
按照本发明，提供了一种三件单面紧固件，包括一心轴、一细长的管状主体部分、以及一径向延伸的环缘；其中圆柱形主体安装在细长的心轴杆上，从而围绕着该紧固件的中心轴线同轴地延伸；以及心轴具有与主体尾端操作接合的心轴头，用于在安装紧固件时向主体传递力；其特征在于，径向延伸的环缘在管状主体的前端处或者朝着管状主体的前端处，卷曲地保持与主体相接合，从而轴向远离尾端。这种紧固件将能再安装成一传统的单面紧固件，区别在于环缘将构成一个单独的部件并且机械地固定到铆钉主体上，而不是与其构成一体，使得能够以不同尺寸、形状和成分的材料来构成铆钉主体和铆钉环缘。
环缘最好被卷曲在管状主体的两个径向变形部分之间，这两个径向变形部分的外径大于主体的直径。至少其中的一个径向变形部分通常由卷曲型凸缘构成，而且最好是两个变形部分都构成为卷曲型凸缘。使用卷曲型凸缘在制造上提供了便利，只需挤压圆柱形主体即可成形，以便在预定位置处形成径向向外的变形部。
主体的两个径向变形部分中前面的一个，也就是紧靠着主体前端的一个，最好包括由主体前端变形后的卷曲型凸缘，其中该卷曲型凸缘轴向最外壁相对于紧固件的中心倾斜，其角度相对于该轴线最好是20°-70°，具体是在35°-50°范围。前面的卷曲型凸缘的外壁的这种倾斜，能够对其施加附加的压力，以便在这种类型的单面紧固件的传统安装过程中，当安装工具对其施加作用力时，能够将该环缘卷曲在主体的径向变形部分之间。
更优选的是，环缘包括一用来接纳管状主体的内孔，该孔具有至少两个径向相对和向内面对的侧缘，用于限制地接合在主体的两个径向变形部分之间。而这种孔应是任何形状的，只要它具有两个与变形部分相合作的侧缘即可。所述孔最好是圆形孔，其直径基本上等于圆柱形主体的直径，从而密切接合地最好是摩擦接合地将主体容纳在孔中。
所述的环缘通常是基本上管状的，具有位于沿其轴向长度中间部分的、向内延伸的圆周凸边，该凸边确定了所述孔的侧缘。该凸边通常远离环缘的轴向相反的两端设置，并且通常是由从环缘的每一相对表面形成的两个沉孔凹槽形成。
主体在邻近其尾端处最好具有一个预先成形的变形区，通常由管体中的薄弱部分构成，使在安装该紧固件时便于主体在预定位置处的变形。
由于环缘在其制造过程中连接于紧固件的主体，这就可以使用不同的材料来制造环缘和主体，使得具有不同特性的材料可被用于实现不同的功能。
进一步按照本发明，还提供了一种三件单面紧固件的制造方法，它的步骤包括在紧固件细长的圆柱形主体的外表面上成形径向延伸的第一凸缘；形成一个带有通孔的紧固件环缘，孔的直径基本上等于管体的外径，但小于第一凸缘的直径；然后将管体插入穿过环缘的孔，直到环缘的孔的边缘贴靠第一凸缘；然后对紧固件主体施压，以便在环缘孔的纵向相反的一侧上形成有规则延伸的卷曲型第二凸缘，从而将环缘挤压在第一和第二凸缘之间；然后将心轴插入穿过紧固件主体，使心轴的细长杆围绕主体的中心轴线同轴地延伸，并且使心轴头与主体的尾端相可操作的接合，该尾端纵向远离装好的环缘。该方法提供了一种简单的方式来制作三件单面紧固件，能够将不同材料、形状、尺寸的环缘安装到同一直径但不同长度的紧固件主体上。不同直径的紧固件主体，只简单地需要具有不同尺寸环缘孔的环缘即可。
尽管第一凸缘可以通过各种不同的方式成形，但第一凸缘的成形方式最好是对细长的圆柱形主体纵向施压，使在预定位置处发生塑变，以形成径向延伸的卷曲型第一凸缘。紧固件环缘中的孔最好是由管状环缘主体中的内圆周凸边所形成。该内圆周凸边通常是由在管状环缘的至少一个纵向端面一般是在其两个端面上制造的沉孔凹槽形成。
卷曲型第二凸缘的成形步骤最好包括使主体的外端变形为相对于管体的纵轴线以25°-70°的角度倾斜。
该方法最好使用两种不同的材料来分别形成环缘和紧固件管体。
下面将参照附图仅以举例的方式描述本发明的一个优选实施例，其中图1表示管状主体的横截面图；图2表示其上成形有卷曲型凸缘的图1所示主体的横截面图；图3表示用来与图2的凸缘主体合作接合的凸缘环缘的横截面图；图4表示装有图3所示环缘的、图2中的凸缘主体的横截面图；图5表示环缘已卷曲的图4中的凸缘主体的横截面图；图6表示结合了图5的凸缘主体和环缘的本发明的三件盲铆钉的横截面图；
图7表示图6的三件盲铆钉的外观；图8是具有最大夹持厚度的第一种构型中的图6的三件凸缘主体的横截面图；图9表示具有最小夹持厚度的第二种构型中的图6的三件式盲铆钉。
具体实施例方式
本发明涉及一种三件单面紧固件，作为举例涉及一种由铆钉主体、铆钉环缘和铆钉心轴组成的盲铆钉。
下面参照附图来描述这种三件铆钉的结构。首先参照图1，制造一个适当长度的圆柱形管以形成铆钉主体10。它可以由任何材料制成，只要这种材料所构成的铆钉在其使用和要进行的操作方面具备所需的材料特性即可。它通常是从预先成形的管子上切割一段所需的长度构成。参见图2，通过施加轴向的压力，轴向地挤压管子而减小铆钉主体10的长度，于是在管状主体的预定位置处，管子纵向塑变以形成卷曲型的第一凸缘12，它围绕着铆钉主体10的外周延伸并且处于一个基本上垂直于管子轴线A的平面内。卷曲型第一凸缘12的外径要大于管状主体10未变形部分的外径。
参见图3，在该截面图中显示单独的铆钉环缘部分14。该环缘部分14也基本上是一圆柱体，并且具有轴线B。该环缘部分14有均匀的内径和外径，还有一位于其纵向长度中央的、径向向内延伸的圆周凸边18。该凸边18是通过从该环缘部分14的每个端面20，21分别向内延伸加工出两个沉孔凹槽16而形成的。可以理解，在本发明的简单实施例中，该环缘本身也可以简单地包括一具有均匀中心孔的平的圆盘。
在环缘部分的孔中向内延伸的凸边18形成了环缘孔19，其预定的直径基本上等于并且通常等于管状主体10未变形部分的实际直径。
如图4中所示，然后将环缘部分14滑动地装到铆钉主体10的前端22，直到由环缘部分14的凸边18所形成的第一凸肩24与卷曲型第一凸缘12相接合。由于环缘孔19的直径尺寸与管状主体10的直径尺寸相匹配，两者间进行摩擦接合，于是摩擦保持力将环缘14保持在图4所示的位置。当环缘孔的直径不必与管体的尺寸相匹配以实现这种摩擦接合时，环缘孔直径就需要小于卷曲型第一凸缘12的外径，以使它保持在图4的位置。在这种状态时，环缘部分14的纵轴线B与铆钉主体10的纵轴线A相重合。
参见图5，通过在铆钉主体10上进行第二次的纵向施压操作，当管体在第二预定位置处发生塑变，形成卷曲型第二凸缘26时，这样就将环缘部分14固定在管状主体部分10上。同样，该卷曲型第二凸缘26也在一个基本上垂直于铆钉主体轴线A的平面中延伸，并且用于将环缘部分14的内部凸边18挤压在两个卷曲型凸缘12，26之间，以实现环缘部分14在铆钉体上的卷曲固定。在这种状态下，环缘部分14被固定，不能相对于铆钉主体10发生纵向移动。
在本发明的这个优选实施例中，该卷曲型第二凸缘26的最外侧的外壁、或者前壁28(由铆钉体的前端22所形成)只是局部地靠近卷曲型第二凸缘26的内壁部分30，因而其相对于铆钉主体的轴线A呈现一个大约30°的倾斜角α。该角度α的范围可以在20°-70°，但最好是35°-50°。卷曲型第二凸缘26的这个前端壁28产生倾斜的目的将在下文中叙述。
环缘部分14安装在铆钉主体10上形成操作地与传统的盲铆钉相似的铆钉主体，因而，用传统的方式将一传统的心轴40整体连接到铆钉体中。
如图6所示，如传统的那样，心轴40包括一细长的圆柱形心轴杆42，它沿着图6中箭头X所示的方向，纵向插入贯穿铆钉主体10，直到大直径的心轴头44贴靠于铆钉主体10的尾端面46。对于传统的盲铆钉，心轴头44具有位于其外径和心轴杆42的外径之间的凸肩部47，从而在安装该紧固件时能够向铆钉主体的尾端部46施加压力。
同样，作为标准的盲铆钉，心轴杆42设有断裂部或者颈部48，它具有比心轴杆42更小的直径，这提供了一个削弱区或者断裂区，在安装过程中心轴杆将在此处发生断裂。如同在图6中进一步看到的那样，心轴杆42还设有一系列凹槽以改善其安装工作。如图7所示，在靠近铆钉主体10前端22(28)的地方，心轴杆设有一系统圆周槽50，以便于铆钉安装工具(未示出)更好地夹持在心轴杆上。
在紧邻着心轴头44处形成一个环绕心轴杆42的附加心轴槽52(图6)，用于在安装过程中接纳铆钉主体10尾端部的材料。通过这种方式，一旦插入心轴体，铆钉主体10就可以卷曲，使一部分铆钉主体变形进入该槽52，以实现铆钉主体和心轴之间的可靠接合。心轴杆42上形成的另一个槽54成形在上述槽52和心轴颈部之间。
最后，再如图6和图7所示，铆钉主体10卷曲以产生两个外周槽60，62，因而使这两个槽之间的铆钉体的管状主体64略为伸展并形成铆钉主体的鼓状部分，在铆钉主体的预定位置处产生一个弯曲型凸起部。实际上，这些槽60，62和凸起部64提供一个变形区，以便于盲铆钉在安装过程中铆钉主体10预定部位处的变形。可以理解，为了实现这一目的的其他形式的变形区也是可行的，从而在安装过程中控制铆钉的这种变形，以满足预定的厚度安装要求。
在使用时，以传统的用于盲铆钉的方式来安装图6所示的单面紧固件。如图8和图9所示，铆钉主体的尾部46将穿过一个(或多个)工件71上的预制孔7，直到环缘部分14贴靠于该工件的前表面72。一铆钉安装工具(未示出)具有成形的端件，它与卷曲型第二凸缘26的倾斜外壁28相接合(实际上是接合铆钉主体10的前端)，以便向铆钉施加保持力，使环缘部分14保持与工件前表面72相接合。然后铆钉安装工具的拉爪夹住心轴杆42并沿着图6中箭头Y所示的方向向其施加安装力，通过心轴头44传递至铆钉主体10的尾端面46。因而在铆钉主体10上施加传统的安装力。由于安装力Y由心轴头44传递，因此(在图6中看去)趋向于沿向下移动铆钉主体10，这种向下的运动由于铆钉主体10(尤其是它的前端22/28)和铆钉安装工具的端件之间的接合而被阻止。这里就可以理解卷曲型第二凸缘26的前壁28倾斜的作用，由于倾斜角α用于将这种压力直接引向卷曲型第二凸缘26，因而使它保持与环缘部分14的挤压接合。
铆钉主体10然后以传统的方式变形，如图8和图9所示，(这两个附图分别表示了铆钉主体在不同的预定位置处发生变形，以根据环缘部分14和铆钉主体变形部之间的待紧固工件的不同厚度、而分别实现最小的或最大的夹持厚度)。随着铆钉盲侧的变形最终形成(如图8和图9所示)，心轴上的安装载荷增大，然后迫使卷曲型第二凸缘26的倾斜表面28进入心轴的断裂槽48，以阻止心轴进一步地移动。当载荷继续增大时，心轴在预定的位置处断裂，在该断裂颈部48处的载荷也如传统中的那样，通过这种方式，已经嵌入到断裂槽中的卷曲型第二凸缘26用于将心轴保持在安装好的盲铆钉中，同时也保持着两个卷曲型凸缘和铆钉环缘之间的夹持压力。此外，由于铆钉主体10(如前所述)已经压入到心轴槽52中，这进一步用来将心轴保持在安装好的所示盲铆钉中。
尽管本发明是结合传统的盲铆钉而进行描述的，但按照本发明的盲铆钉的设计、制造技术和结构也可以应用于任何类型的盲铆钉，其包括封闭端盲铆钉、拉花型盲铆钉、自攻盲铆钉等。一旦铆钉主体已经成形并且将单独的环缘部分连接其上，铆钉主体就可以连接适当的心轴，以构成任何一种已知类型的盲铆钉结构。
此外，尽管这些较佳实施例利用了卷曲型第一凸缘的形成来构成与环缘部分14相接合的第一凸缘，但可以理解，该凸缘12也可以通过其他制造技术等效地构成。例如，可以简单地在标准管状主体上焊接一个径向圆周突出。或者，该凸缘也可以设在圆柱主体上。此外，尽管所示的环缘部分14具有两个沉孔凹槽以形成内部凸边18，该心轴环缘(或称头部)14也可以简单地由一基本上平的盘所构成，它具有与凸边18的内径大致相同的内径，以及与环缘部分14的外径大致相同的外径。更进一步，还可以设想环缘部分更复杂的设计，它们设有一适当的限定环缘凸边的内部凸边18，用来在两个凸缘12，26之间合作卷曲接合。环缘部分可以是圆顶形，或者是用于与盲铆钉设计中的现有类型相匹配所要求的其它外部轮廓。还可以进一步改进该环缘部分14，使其具有其它的操作性能，例如在铆钉主体前端的上面设置突起，从而一旦在铆钉安装时提供一连接部。
由于铆钉主体10和环缘部分14可以彼此独立地制造，因而可以提供一种很经济的制造方法，以及铆钉的不同部分以不同材料相互组合的廉价产品。具体地说，铆钉主体10可以由符合铆钉主体所要求的内外尺寸的管材制造。以这种方式就可以节省将铆钉主体锻造到特定尺寸所需的费用。此外，根据所需的数量，对于各种直径和长度的铆钉都是通用设计的环缘部分，也可以通过车削或者在很短行程的锻造机上锻造而成，这也降低了昂贵的生产设备和刀具方面的成本。
由于铆钉主体的管状部分最初是一不同于环缘部分的不同元件，现在就可以使用与环缘部分材料不同的材料来制造铆钉主体。例如，可以用304号不锈钢来制造管状主体，以及使用316号不锈钢来制造头部。其具备的优点在于，根据其暴露于环境中的应用(即环缘)，为其提供了抗腐蚀的不同性能，而对于铆钉主体来说其材料保持具有高度的变形性能。而且还能够对铆钉头进行分离于铆钉主体的加工处理，这样就有机会为铆钉头提供更好的外观，因而能够针对特定的铆钉设计而采用更加灵活和经济的生产工艺。这可能涉及到对铆钉头进行不同于铆钉主体的热处理，也有机会提供较铆钉主体更加美观的环缘材料，这是因为在安装以后只能看到铆钉的环缘。
本发明的另一个优点在于，由于铆钉环缘可以采用不同的材料形成，因此能够用塑料或其他非金属材料制造铆钉环缘。
权利要求
1.一种三件单面紧固件，包括一心轴、一细长的管状主体部分、以及一径向延伸的环缘；其中所述圆柱形主体安装在细长的所述心轴杆上，从而围绕所述单面紧固件的中心轴线同轴地延伸；以及所述心轴具有与主体尾端操作接合的心轴头，用于在安装所述紧固件时向主体传递力；其特征在于，所述径向延伸的环缘在所述管状主体的前端处或者朝着所述管状主体的前端处，卷曲地保持与所述主体部分相接合，从而轴向远离所述尾端。
2.如权利要求1所述的单面紧固件，其中所述环缘被卷曲在所述管状主体的两个径向变形部分之间，其径向变形部分的外径大于主体的直径。
3.如权利要求2所述的单面紧固件，其中至少一个所述径向变形部分包括卷曲型凸缘。
4.如权利要求2或3所述的单面紧固件，其中所述主体的两个径向变形部分中邻近主体前端的前面的一个，包括由主体前端形成的卷曲型凸缘，其中所述卷曲型凸缘的轴向最外壁相对于紧固件的中心轴线倾斜。
5.如权利要求4所述的单面紧固件，其中所述最外壁相对于所述中心轴线的倾斜角为25°-70°。
6.如权利要求5所述的单面紧固件，其中所述最外壁相对于所述中心轴线的倾斜角为35°-50°。
7.如权利要求2至6中任一项所述的单面紧固件，其中所述环缘包括一用于接纳所述管状主体的内孔，该孔具有至少两个径向相对和向内面对的侧缘，用于在所述主体的两个径向变形部分之间限制接合。
8.如权利要求7所述的单面紧固件，其中所述孔是圆形孔。
9.如权利要求6或7所述的单面紧固件，其中所述孔的直径基本上等于被密切接合地容纳在孔中的所述圆柱形主体的直径。
10.如权利要求7或8所述的单面紧固件，其中所述环缘是管状的，具有沿其轴向长度中间部分设置的、向内延伸的圆周凸边，所述凸边确定所述孔的侧缘。
11.如权利要求10所述的单面紧固件，其中所述凸边远离所述环缘的轴向相反的两端设置。
12.如前面任一项权利要求所述的单面紧固件，其中所述主体在邻近所述尾端包括一预先成形的变形区，以在安装所述紧固件时便于所述主体在预定位置处的变形。
13.如前面任一项权利要求所述的单面紧固件，其中所述紧固件主体包括第一种材料，所述环缘包括第二种材料。
14.如前面任一项权利要求所述的单面紧固件，其中所述心轴包括至少一个槽，在安装操作中至少一部分主体可以移动到该槽中，以便在随后的安装操作中能够将所述心轴保持在所述单面紧固件的主体中。
15.一种制造三件单面紧固件的方法，其步骤包括在细长的圆柱形紧固件主体的外表面上成形径向延伸的第一凸缘；形成一个紧固件环缘，带有通孔，孔的直径基本上等于所述主体的外径，但小于所述第一凸缘的外径；将所述主体插入穿过所述环缘的孔，直到所述环缘的孔的边缘贴靠所述第一凸缘；对紧固件主体施压，以便在所述环缘孔的纵向相反的一侧上形成径向延伸的卷曲型第二凸缘，从而将所述环缘挤压在所述第一凸缘和第二凸缘之间；将心轴插入穿过所述紧固件主体，用于使所述心轴的细长杆围绕所述主体的中心轴线同轴地延伸，并且使心轴的头与所述主体的尾端可操作地接合，该尾端纵向远离所述安装的环缘。
16.如权利要求15所述的方法，其中包括通过纵向挤压所述细长的圆柱形主体来成形所述第一凸缘，以在预定位置处发生塑变，以形成径向延伸的卷曲型第一凸缘。
17.如权利要求14或15所述的方法，其中所述紧固件环缘中的所述孔形成为管状环缘主体上的内圆周凸边。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述的凸边是由在所述管状环缘的至少一个纵向端面上制造的沉孔凹槽形成。
19.如权利要求15至18中任一项所述的方法，其中卷曲型第二凸缘的成形步骤包括使所述管体的外端变形为相对于所述主体的纵轴线以25°-70°的角度倾斜。
20.如权利要求15至19中任一项所述的方法，包括制造第一种材料的所述主体；制造第二种材料的所述环缘。
21.一种基本上如说明书所描述的和/或如附图所表示的单面紧固件。
22.一种基本上如说明书所描述的和/或如附图所表示的单面紧固件的制造方法。
全文摘要
本发明涉及一种三件单面紧固件，包括心轴、管状主体部分、以及径向延伸的环缘；其中的圆柱形主体安装在细长的心轴杆上，从而它围绕着该紧固件的中心轴线同轴地延伸；心轴具有与主体尾端可操作接合的心轴头，用于在安装紧固件时向主体传递力；其中径向延伸的环缘是一独立于主体的单独部件，并且在管状主体的前端处或朝着管状主体的前端处，卷曲地保持与主体部分相接合，从而轴向远离主体的尾端。
文档编号F16B19/10GK1576616SQ20041006983
公开日2005年2月9日 申请日期2004年7月14日 优先权日2003年7月16日
发明者丹尼尔·R·史密斯 申请人:纽弗雷公司