专利名称：轻型螺纹紧固件以及螺纹滚轧模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轻型螺纹紧固件，包括一个销或螺栓以及一个螺母件，其中紧固件通常用于航空领域，本发明还涉及一种在销或螺栓上滚轧形成最佳螺纹形状的模具。
在航空工业中，大量的紧固件如螺栓螺母、锻压制紧固件如锁紧螺栓、铆钉等用于飞机的制造中。这些紧固件增大了飞机的整体重量。因此希望减小紧固件的重量同时仍可以提供所需的必要强度和其他紧固特性。
在航空领域中，这样一种螺纹紧固件包括螺栓或销，具有一个从螺栓头部延伸的大直径的光滑圆柱形杆部和一个在有螺纹的相对端的小直径部。一个通常为锥形和/或弧形的过渡部将大直径圆柱形杆部连接到小直径螺纹杆部上。小直径杆部上的螺纹通常由滚轧形成。大直径光滑杆部适于位于要夹紧在一起的工件开口中，并有意做成光滑或均匀的圆柱形，以增大抗剪强度或具体应用所需要的其他目的。小直径杆部上的螺纹形成有牙顶，其直径通常小于大直径杆部，以便于穿过工件开口。这在大直径杆部的尺寸做成可以提供与工件开口干涉配合或公差很小的配合时更是如此。紧固件还包括一个适于用配合的螺纹形式螺纹安装到螺栓上的螺母件。
应该理解术语“销”和“栓”在航空紧固件领域对于螺纹紧固件可以互换，因此在此一个术语的用途可以用于另一个术语。在螺栓上的滚轧形成的螺纹被认为相对于机加工或磨削的螺纹相比具有很高的疲劳特性。滚轧形成螺栓螺纹是一个在螺纹紧固件领域公知的步骤。一个常规的螺纹滚轧模具在其大部分模具面上具有均匀的螺纹形成棱边和槽。但是，模具的外边通常进行倒角和/或倒圆，以去除尖锐的翼边而改善抗磨性能并增加模具寿命。倒角和/或倒圆会在其上形成滚轧的螺纹的小直径杆部上形成带有一个退刀段的螺纹。在这种退刀段中，螺纹的牙根深度和牙顶高度向螺纹端部减小。这种退刀段的轴向长度通常从完整形成的具有完整牙根深度和完整牙顶高度的螺纹相邻的牙根中心到退刀部端部牙根中心而测出。
因此在通常的退刀段中螺纹比前面完整形成螺纹的螺栓螺纹部要窄。同样，在退刀段中包括支承拉紧载荷的侧面的螺纹牙顶就不能完整形成。同时，用于螺栓的螺母件具有配合螺纹，当螺纹正常形成时在其导向端具有一个旋入部。在旋入部中螺母螺纹不能完整形成，其中内径增大导致旋入部螺纹的深度减小。这种螺栓螺纹退刀部和螺母螺纹旋入部的形状和程度以及其有效配合和/或交迭的程度会对销和螺母的整体长度以及由这些区部产生的整体的抗拉强度的量产生影响。
在航空工业中，由于最好退刀段和旋入段的配合对紧固件整体抗拉强度的作用很小，因此希望限制螺栓螺纹退刀段的长度。为此一个影响因素在于对于螺纹退刀部和螺母旋入部的螺纹形式通常在交迭时具有干涉，并且避免这种交迭则需要很长的螺栓和螺母来补偿，这在以下描述。但是对此仍希望尽可能具有螺母旋入部与螺栓退刀部交迭而不干涉。同时还希望减小从大直径到小直径的过渡部的轴向长度。这样是为了减小螺栓螺母的整体长度和重量。螺栓螺纹的过渡段和相邻的过渡部区段的组合轴向长度称为“过渡区”。以前过渡区通常在约2.0P的范围中-其中“P”是螺纹螺距。在这些情况中螺栓上的退刀段的轴向长度通常在约1.0P至约1.5P之间。同时，螺母螺纹的常规旋入段延伸约0.5P的长度。
从实际和经济的角度，通常对于一个用于夹紧整体厚度变化的工件的单紧固件，其中最大整体厚度称为工件的“夹紧”或“最大夹紧”，而最小整体厚度为“最小夹紧”。当紧固件螺栓具有一个平头时，“夹紧”或“最大夹紧”从平头的外端到均匀杆部的端部或到与轻型螺栓或销的最大夹紧一致的过渡部中的一个预定点而测得。对于其他头部形式，例如一个凸头部，“夹紧”或“最大夹紧”从圆柱形光滑杆部的始端到对于平头所述的上述相同的位置测量出。对应于要由螺栓固定的工件最大厚度的平面也称为“最大夹紧”或“最大夹紧平面”。同时对应于要夹紧的最小整体厚度的平面也称为“最小夹紧”或“最小夹紧平面”。在航空领域中，为了提供合理范围的夹紧能力并减小过度的重量，对于一个单紧固件“最大夹紧”和“最小夹紧”之间的差通常限定为1/16英寸(0.1588cm)。例如，在航空领域中，当一个单紧固件的整体或最大工件厚度为1/4英寸(0.635cm)时，紧固件的最小夹紧为小于最大夹紧1/16英寸(0.1588cm)。
这样当工件的整体厚度处于最大夹紧时，过渡部至少从预定点局部伸出或突出工件的外表面。当工件的整体厚度小于最大夹紧时，光滑圆柱形杆部的外端和整个过渡部会伸过或突出工件外表面。这样用于这种航空紧固件的螺母通常在一端具有一个与通过螺母的螺纹孔同心的大直径沉头孔。沉头孔的尺寸做成可以承接光滑杆部的突出端以及过渡部而不会在从最大夹紧至最小夹紧的所有夹紧状态中产生干涉。因此在常规的螺母中沉头孔的轴向长度或深度做成当包括螺母旋入段的螺母螺纹部完全旋紧在螺栓上时，螺母的螺纹部不会完全伸入螺栓退刀段中。对于这种常规紧固件，如果包括旋入段的螺母螺纹伸入并完全交迭在退刀段上，则会在完整形成的螺母螺纹和不完全形成的大直径螺栓退刀部螺纹窄牙根之间会产生螺纹干涉。这在某种程度上是因为0.5P的螺母旋入部的长度小于螺栓退刀部，并且完全形成的螺母螺纹的轮廓不与螺栓螺纹退刀部配合或兼容。这种干涉会妨碍螺母合适地拧紧而将紧固的部件夹紧和/或在螺栓和/或螺母上产生不希望的应力。可以看出这基本可以由本发明的紧固件改善。对此应该注意通常要制造的螺母和螺栓的完全形成的螺纹在其各自的螺纹形式及牙根和牙顶之间有一个小间隙；因此此间隙使包括旋入段的螺母螺纹和相邻的完整形成的螺母螺纹可以更深地伸入螺栓螺纹退刀段中而不会干涉。
在一个常规航空紧固件中，螺母沉头孔的深度是螺栓的最大夹紧和最小夹紧之间的差加上2.0P，用于容纳退刀部以及其他尺寸公差变化。对这种常规紧固件即为如此，这样当螺母用于夹紧具有最小夹紧的工件时，螺母螺纹旋入部的轴向内端或终端处于螺栓退刀部的轴向外端或始端上，这在所示的例子中是距离接近圆柱形杆部的端部的螺栓最大夹紧平面或螺栓最大夹紧平面的约2.0P的一个距离。当螺母用有夹紧最大夹紧的工件时，在螺母旋入部的内端或始端上的螺纹大约停止在最大和最小夹紧之间的“差”加上距螺栓螺纹退刀部的外端或始端2.0P的长度处。
这样可以看出，如果减小螺栓螺纹退刀区的长度，则可以相应减小螺母上的沉头孔的长度。这样可以减小螺母的整体长度并还可以相应缩短螺栓的长度。由于在一个航空器上使用许多紧固件，通过单独或共同减小螺母和螺栓的长度甚至很小的量，也可以显著地减小每个飞机很大的整体重量。
一种减小螺栓螺母退刀段长度的方法是形成一个螺栓毛坯，毛坯带有一个在从大直径光滑杆部至其上要滚轧螺纹的小直径部的过渡部之间的区段中的缓冲槽。槽基本形成为要产生的螺纹的内径。在此在滚轧螺纹之间切割的槽则滚轧，以通过避免由机加工产生的刀具印记而增大其强度。然后滚轧螺纹，其中成为一个形成的螺纹的螺纹退刀部伸入槽中。这导致了一个比现有常规的带有一滚轧螺纹的紧固件更短的实际的螺纹退刀段。这种类型的螺栓和螺纹通常在1984年12月4日以及1980年9月18日授于Hatter的美国专利No.4,485,510和No.4,957,401“具有减小的长度和重量的螺纹紧固件及其加工方法”中示出。但是可以理解，在滚轧和切割槽中的这些过多的步骤对没有形成这样一种缓冲槽的简单滚轧的螺纹的螺栓会增大成本。对后一种螺栓可以理解，距最大夹紧平面缓冲槽在1.0P之内、但是一个带有一完整牙顶的完整螺纹在1.5P之内。
相反，另一个研制出的用于轻型紧固件螺栓的形式具有一个带有一个只有1.0P的有效过渡区的滚轧螺纹，其中牙顶和牙根都完全形成。在此使用一个特殊的滚轧模具，并不是在退刀段中螺纹的牙根深度逐渐减小，相反滚轧模具形成一个在最大夹紧平面中完整的深度在1.0P中的螺纹。退刀段通常形成在过渡部的一个区段中，过渡部连接大直径杆部和其上完全形成滚轧螺纹的小直径杆部，而且螺纹的最大长度通常为中径处的周长的1/4或更小。在过渡部中螺纹的牙根除了在退刀部的端部外基本为完整的深度，在端部螺纹突然增大到过渡部的大直径。这样可以比常规的非轻型紧固件减小约1.0P的螺母和螺栓的整体长度。这种螺栓通常在1998年4月5日授予Rath的美国专利No.4,785,537“螺栓滚轧和紧固件”中示出和描述。在此常规螺母螺纹的旋入部与在大直径杆部螺栓螺纹的小的突变的退刀部不配合。在一个常见的紧固件中，退刀部形成在小直径杆部上并在端部急剧但不是突然增大。但是，这种突变的退刀部可以由螺母沉头孔和螺母螺纹的公称间隙容纳，从而带有常规螺母螺纹的旋入部的相同的螺母仍然可以在此使用并用于前述的带有缓冲槽的螺栓上，从而两种结构的螺栓可以与一个公共的螺母件互换使用。
另外，还有许多其他的专利针对带有一个在大直径的光滑圆柱形杆部和完全形成的螺纹部之间具有各种形状和长度的螺纹退刀部的螺栓。例如参见于1989年6月27日授予Wheeler等人的美国专利No.4,842,466“轻型紧固件”，其中螺栓设有一个在1.6P至2.0P之间的螺纹退刀区，此退刀区落入一个基本为三角形包迹中；螺母螺纹特殊形成以具有一个配合的圆锥旋入部。另外参见于1990年4月10日授予Wheeler等人的美国专利No.4,915,559“轻型紧固件”，其中螺栓螺纹退刀区在1.58P至1.8P之间并遵循一个凹形弧线，其中螺母螺纹特殊形成以具有一个配合的凸弧形旋入部。另外参见于1991年8月13日授予Rath等人的美国专利No.5,039,265“轻型紧固件”，其中螺栓螺纹退刀区在1.4P至2.3P之间并且遵循一个带有一个凹部的S形弧线，而螺母螺纹牙顶截头以与其配合。对于后面的紧固件，可以看出一个带有常规螺纹旋入部的螺母不是很合适，而且需要带有特殊采用的旋入部的不同的螺母件。同样，可以看出这些不同的螺母件不能用于具有上述类型的退刀槽或突变的退刀部的螺栓，因此当需要使用一种设计的螺母件时，带有退刀槽或突变退刀部的螺栓就不能与上述专利′466,′559以及′265中的螺栓互换使用。
美国专利No.5,788,441针对一种带有一个滚轧螺纹的螺栓，其中退刀段中的螺纹螺旋延伸，螺纹从完整的螺纹深度向无螺纹深度在在其中径处滚轧螺纹1/3的周长范围内减小。但是，在此并如专利′265中所述，螺纹退刀部形成在一个直径与一端上的大直径光滑杆部以及另一端上带有完整形成的螺纹的小直径杆部都不同的单独的过渡杆部上。′441专利中的螺栓可以适于与带有退刀槽或突变退刀部的螺栓一样用于相同的螺母件。
在本发明中，提供了一个螺纹紧固件，其中在一个螺栓毛坯的均匀的小直径杆部上滚轧形成螺纹。同时只在同一个小直径杆部上形成一个均匀的螺纹退刀段，而且退刀段具有从螺纹退刀段的始端轴向延伸的很小的整体长度，即不大于1/4P。对此，螺纹退刀段轴向延伸不大于一个螺距周长的1/3至1/2之间。在此牙根深度和牙顶高度向一个在退刀段端部上的相对光滑的弧形终端逐渐减小。但是，整个螺纹和退刀部螺纹都有利地形成在均匀的小直径杆部上。同时，退刀段具有一种独特的结构，即具有一个平行并紧邻通常为锥形或弧形的过渡部延伸的端壁，过渡部将大直径光滑杆部和小直径螺纹杆部连接起来。另外本发明可以减小过渡部的轴向长度。根据上述本发明的紧固件，可以减小前面限定的退刀区，以使完整形成的螺纹处于距离最大夹紧平面的最大轴向距离不大于1.0P。由受限制的退刀段形成的很小的退刀区和弧形、锥形过渡部以及过渡部整体减小的轴向长度提供了一个尺寸和重量很小的螺栓。尽管退刀段受到限制，但它可以允许使用一个具有常规螺纹旋入部和一个深度很小的沉头孔的螺母。这样使得由一个螺栓和一个螺母组成的紧固件组件的整体轴向长度和重量减小。这还使本发明的紧固件螺栓可以与前述带有缓冲槽的螺栓、带有不连贯的退刀部的螺栓以及带有通过一个带有常规旋入部的公共螺母件的单独的过渡部上的锥形退刀部的螺栓进行互换。
在本发明中，一个独特构成的滚轧模具用于滚轧形成带有此所需的退刀部的螺栓或销螺纹。在本发明的螺纹滚轧模具中，在模具的上或外边上在多个阶梯形的斜面上形成棱段，而且上侧面在一端逐渐变小，以提供一个渐变的退刀部，从而避免形成一个类似不连贯端壁的退刀部。同时，本发明螺纹滚轧模具上的上棱段在其离开模具的边上时不会到达一个形成螺纹内端的翼边。上棱段上的退刀段延伸很短的距离，其中内侧面平行于相对的模具棱边的相对的侧面。而且，通过在同一个小直径杆部上形成退刀部，模具的寿命不会受影响，而且可以改善。而这在现有结构中是常见的，其中退刀段伸入与形成完整的螺纹的部分具有不同直径的一部分毛坯中，在此不同直径的部分中要产生叠纹、皱折和其他不希望的特征。这种不需要的特征在本发明中可以避免，其中退刀段完全形成在具有完整螺纹的小直径部上。
这样本发明的一个目的是提供一个包括一个螺栓的轻型螺纹紧固件，螺栓具有一个螺纹杆部，在最大夹紧平面的一个螺距1.0P中，螺纹杆部具有一个独特渐变的长度很小的退刀部以及一个完全形成的螺纹牙顶和牙根。
本发明的还一个目的是提供这样一个轻型紧固件，其中螺栓螺纹的退刀段轴向逐渐延伸不大于约1/4P并且周向延伸不大于在中径处周长的约1/3至1/2。
本发明的另一个目的是提供一个轻型螺纹紧固件，其中螺栓的螺纹退刀段具有独特的长度很短的形式，而且可以与一个具有一个配合螺纹的螺母一起使用，螺母带有一个常规的约0.5P的旋入部。
本发明的另一个目的是提供一种包括一个螺栓的轻型螺纹紧固件，其中螺纹退刀部完全形成在同一个小直径的螺纹杆部上，从而可以减少叠纹、皱折和其他不希望的特征。
本发明的另一个目的是提供一种轻型螺纹紧固件，其中一个螺栓具有一个大直径光滑杆部，由一个长度很小并带有螺纹的光滑过渡部连接到一个小直径杆部上，过渡部包括一个独特的短退刀段，并基本只形成在小直径杆部上。
本发明的另一个目的是提供一种轻型螺纹紧固件，其中一个螺栓具有一个大直径光滑杆部，由一个长度很小并带有螺纹的光滑过渡部连接到一个小直径杆部上，过渡部包括一个独特的短退刀段，并基本只形成在小直径杆部上，而且轴向延伸不大于约1/4P并紧邻过渡部，以提供一个从约2/3P至不大于1.0P的很小的轴向长度。
本发明的另一个目的是提供一种轻型螺纹紧固件，其中一个螺栓具有一个大直径光滑杆部，由一个长度很小并带有螺纹的光滑过渡部连接到一个小直径杆部上，过渡部包括一个独特的短退刀段，并基本只形成在小直径杆部上，而且轴向延伸不大于约1/4P而周向延伸约为在中径处的约1/3至约0.5的周长，并且可以与一个具有能够与螺栓退刀部配合和/或兼容的约0.5P的常规旋入部的螺母一起使用。
本发明的另一个目的是提供一种轻型螺纹紧固件，其中一个螺栓具有一个大直径光滑杆部，由一个长度很小并带有螺纹的光滑过渡部连接到一个小直径杆部上，过渡部包括一个独特的短退刀段，并基本只形成在小直径杆部上，而且退刀段具有一个平行并紧邻过渡部延伸的端壁，从而可以减小退刀区的轴向长度。
本发明的还一个目的是提供一种具有独特结构的滚轧模具，可以在一个具有上述很小长度的独特渐变的退刀部的螺栓的一个杆部上滚轧形成螺纹，而且完整的螺纹和螺纹退刀部形成在至基本均匀的一个公共杆部上。
结合附图从以下的说明书和权利要求书中可以理解本发明的其他目的、特征和优点。
图1是根据本发明制成的一个螺栓的纵向剖视图；图2是一个局部放大图，示出包括图1螺栓的螺纹退刀段并且基本在图1中的圆圈2中的螺栓螺纹内端；图2A是一系列放大剖视图，示出沿图2中的2A-2A和2A′-2A′线所做的退刀段螺纹的轮廓，其中这些区段沿一个近似的直线而非螺旋形或圆周形在一个平面中覆盖，并且示出退刀部螺纹深度和宽度的逐渐减小；图2B是沿图2中2B-2B线所做的一个放大剖视图，示出在退刀部端段端和弧形过渡部；图3是用于图1螺栓的一个螺母件的纵向剖视图4是包括处于组装状态下的图1-3的一个螺栓螺母紧固件的视图，其中螺母以剖视图的形式示出并定位成以最大的整体厚度或以最大的夹紧将工件安装在一起；图5是同图4相似的一个视图，示出处于组装状态的螺栓和螺母将工件以最小的厚度或最小夹紧安装在一起；图6是在通过滚轧形成螺纹之前用于一个螺栓的毛坯的正视图；图7是一个用于在图6的螺栓毛坯上滚轧形成图1和2的螺栓螺纹的本发明的一个滚轧模具的正视图；图8是一个图7的螺纹滚轧模具上边的一个部分的局部放大立体图；图9是沿图7中箭头9-9的方向中所做的图7的滚轧模具的一个放大局部后视图；图10是图7和8形式的螺纹滚轧模具的一个立体图，其中图6的螺纹毛坯处于螺纹滚轧操作的位置中。
下面参见图1-5，示出一个轻型螺纹紧固件10，紧固件10是一个包括一个螺纹销或螺栓12和一个螺纹衬套或螺母14的组件。紧固件10可以用于将具有从一个预定的最大整体厚度到一个预定的最小整体厚度变化的整体厚度的工件安装在一起。图4中示出紧固件10紧固具有最大整体厚度的工件16和18，而图5中示出紧固件紧固具有最小整体厚度的工件16′和18′。
参见图1和2，螺栓12包括一个平头20和一个螺杆21。尽管图中示出并且以下的描述是针对平头型螺栓，但应该理解本发明同样可以应用于具有其他头部形状的螺栓，例如一个凸头。螺杆21包括一个直径较大的均匀圆柱形光滑杆部24，由一个圆角段24将其连接到头部20上。杆部21还包括一个弧形突起的并成锥形的相对短的过渡部26，过渡部26将直径较大的光滑杆部22连接到其上形成螺纹的一个小直径的轴向外杆部28。杆部28的外末端有一个倒角段31。在将工件16，18或16′，18′紧固到一起时，螺杆21位于开口17，19或17′，19′中，其中平头20位于一个配合的沉头孔部48或48′中。
参见图2，过渡部26包括一个半径较大的第一弧段25，弧段25从大直径杆部22的相邻端逐渐向具有较小半径的第二小弧段27向内径向延伸，第二弧段27将第一弧段25光滑连接到一个基本为直的锥段23上，而直锥段23又由常规的圆角连接到小直径的杆部28的原始或未滚轧的根径的一个无螺纹段28′上。从图中可见，具有相对大的平均直径的过渡部26具有很小的长度Lt，从而减小了螺栓12的重量。
过渡部26不仅提供了从大直径的杆部22向小直径的杆部28的光滑的逐渐连接，而且对区段25提供弧面，这样可以有助于在与工件开口例如17，19或17′，19′很小的公差或干涉配合的场合将螺栓12插入工件开口中。
螺栓12的整体或最大夹紧长度GL是从平头20的外表面经过过渡部26的始端至其上一个预定点的距离。与最大夹紧平面GP一致的过渡部26上的预定点略微经过大直径杆部22的端部一个工业上可接受的量，这个量随螺栓12的尺寸变化。这样当紧固件10用于最大夹紧状态中例如图4的工件16和18时，就限定了紧固件的最大夹紧平面GP。螺纹杆部28具有预定的长度，以便可以在图4的最大夹紧状态和图5的最小夹紧平面为GP′的最小夹紧状态中都能与螺母件14进行充分的配合。这样最大夹紧平面GP与工件18的外表面44对齐，而最小夹紧平面GP′与工件18′的外表面44′对齐。于是紧固件10的螺栓12的夹紧范围就是最大夹紧状态的夹紧长度GL(见图4)与最小夹紧状态的夹紧长度GL′(见图5)之间的差。螺纹29的螺距P是在螺纹中径DP上从一个完整螺纹的侧面到下一个完整螺纹的相应的侧面的轴向距离(见图2)。对于一个常规的螺纹形式，中径DP大约等于在滚轧形成螺纹29之前小直径螺栓杆部28的初始直径或根径，例如图中所示的非螺纹段28′。每个完全形成的螺纹具有一个牙顶30和一个牙根32。大直径杆部具有一个均匀的直径DS。牙顶30具有一个直径DC而牙根32具有一个直径DR。牙顶30的直径DC通常小于大直径杆部的直径DS。这样在大直径杆部的直径DS和工件孔17，19(17′，19′)之间具有很接近的公差或干涉配合的场合下，牙顶30的直径DC会与工件孔17，19(17′，19′)存有间隙。
杆部28上的螺纹29具有一个退刀段34，其中牙根32′的深度逐渐减小而牙顶30′的高度逐渐减小。在此，螺纹29的退刀部从其完全成型的尺寸向其具有减小或中径DP的初始毛坯弧形延伸的一个端段36逐渐减小。在本发明的一个形式中，退刀段34轴向延伸约1/4P而周向延伸完全形成的一个螺纹在中径DP处周长的约1/3至1/2。这意味着从过渡部26的端壁35至退刀段34的始端的退刀段34的轴向长度Lr基本减小到约1/4P。(见图2)。这还意味着在对应于约2/3P至最大1.0P的距离最大夹紧平面GP的一个纵向或轴向距离Ltr处，螺纹29具有其完整的尺寸。从图2中可见，距离Lr和Ltr从第一个完全形成的螺纹中心测量，此螺纹具有一个深度完整的牙根32和一个高度完整的并带有完全形成的侧面的牙顶30，并且长度Ltr限定退刀部。
应该注意，在本发明中，随着长度的减小螺纹的退刀段34渐变。从图2A和2B中可见，退刀段螺纹的深度从相邻的完整螺纹的完整深度d和完整宽度W逐渐和均匀地减小，并减小到在端段36处的一个最小深度d1和一个最小宽度W1。端段36的端部具有一个小的但通常为多个圆角的弧形过渡区R，过渡区R具有一个基本为泪滴形的形状，过渡区的一个凹端半径与一个最终的凸端半径结合，这样可以消除在凹端半径和小直径杆部28周围的未滚轧的表面段28′之间的任何拐角。在端段36处从凹端半径始端的弧形过渡区R向小直径杆部28或具有最小深度d1的中径DP的未滚轧段28′的表面向外径向延伸。这样退刀部牙根32′的轮廓很光滑；即退刀部的减小均匀渐进而且不会间断，并且以均匀弧形过渡区R终止于端段36，从而提供一个光滑的混合而不会产生突变。
螺栓12上的螺纹牙顶30是完整的，并且侧面和深度完整的牙根的有效表面在所有从相邻的深度完整的牙根中心至最大的夹紧平面GP之间大于约2/3P至最大1.0P的距离处完全形成。这限定了长度很小的一个退刀区并且确保螺栓12具有最大的承载能力和最轻的重量。对此可以注意到在倒角段31上没有形成完整的螺纹牙顶30。
从图中并且从以下对螺纹滚轧模具和滚轧工艺的描述中可以看出，螺纹29和退刀段34完全在小直径的杆部28上滚轧。这样没有退刀段34的螺纹伸入将大直径杆部22与小直径杆部28组合在一起的过渡部26，即未滚轧段28′。这同前面提到的一些其他螺纹不同，在那些螺纹中螺纹退刀部形成在将大和小直径杆部组合在一起的过渡部中或伸入一个缓冲槽中。参见上述′265和′441以及′510和′401的专利。可以相信这对所述的滚轧模具的寿命大大改进，并且减小了退刀部中叠纹、皱折和其他不希望的特征。由于本发明的结构，过渡部26的轴向长度Lt是足以逐渐连接和组合大直径光滑杆部22和小直径螺纹杆部28的区段28′的最小长度。退刀段34设有一个端壁表面35，此表面沿一个垂直于螺栓12的中心线X并平行于过渡部26的相邻端的直线成圆周而非螺旋状地延伸。相对的壁表面35′沿一个与前面的完整的螺纹类似的一个螺旋线延伸，并向非螺旋形的端壁表面35逐渐螺旋移动。这在图2中可见，其中深度减小的端壁35在一个直线中圆周移动，而相对壁35′向端壁35逐渐螺旋延伸。端壁表面35的圆形平行基本在退刀段34的整个周长上连续接近相对的螺旋端壁表面35′，直到它们到达弧形过渡部R，在此壁表面35和35′略微向彼此弯曲，以在退刀部的端部满足泪滴形(见图2，2A和2B)。这样可以从退刀段34的始端到变窄的宽度W1使整个螺纹槽的宽度W大大减小，以向退刀段34提供一个完整的轮廓，从而便于减小其周向和轴向长度，并提供与要描述的螺母螺纹的旋入端的紧密配合。对此可以看出退刀部螺纹32′的侧面轮廓在整个退刀段34上保持基本相同。在图2A和2B中可以容易地看出通过使用环形而非螺旋形的端壁35和相对的螺旋端壁35′而形成的退刀部的均匀轮廓减小了退刀段34的周向和轴向长度。还可以看出端壁35只位于与弧形过渡部R的中心相距一个很小的距离。
这样可以看出，如果端壁35螺旋延伸甚至一部分退刀段34的圆形而非螺旋形的长度，则退刀段34的轴向长度就会增大。在这种情况下，为了取得完整形成的螺纹，退刀部的周向和轴向长度会大大增加。沿着此直线，退刀段34的环形、非螺旋形的端壁35使退刀段34可以只与过渡部26的内端间隔一个很短的轴向距离Lo。这与退刀段34的很短的轴向长度Lr一起使小直径螺杆部28可以具有最小的长度。同时，可以看出，大直径过渡部26的长度和尺寸得到减小。这样使过渡部26的组合长度Lt、退刀段34的长度Lo和长度Lr的整个长度Ltr可以最小。这些特征还导致减小螺栓12的长度和重量。可以看出，这还有助于对螺栓12使用一个尺寸小和重量轻的螺母件14。
在图3中示出一个典型的螺母件14，而且螺母件具有一个螺孔38，螺孔带有螺纹39以及一个光滑的大直径沉头孔40，沉头孔40位于螺纹孔38的内端上并位于一个大直径凸台部42中。螺母件14可以在其径向外表面例如外表面41上在轴向外端具有不规则形成的扳手面，以便由一个常规的扳手或工具卡紧。
螺母螺纹39通常具有一个完整形成的内径43和牙顶45以及一个旋入段47，旋入段47具有一个带有较大的内径的不完全形成的螺纹49以及一个具有较大的内径43a和小径向高度。螺母旋入段47则从沉头孔40的轴向内端伸入螺母螺纹39的完整形成的螺纹中。这样在一个具有一种典型螺纹形式的螺母件14中，旋入段47从沉头孔40的内端向较小内径的螺母螺纹39伸入螺纹孔38中，距离Lri约为0.5P(见图3)。
沉头孔40的尺寸做成可以以轴向和径向的间隙容接光滑的螺栓杆部22和过渡部26。这样当工件例如图5的工件16′和18′具有小于最大夹紧厚度GL的整体厚度GL′时，大直径杆部22和过渡部26突出工件18′的外表面44′，但以间隙配合在螺母件14的沉头孔40中。
这样沉头孔40延伸一个轴向深度Lc，Lc基本等于紧固件10的螺栓件12的夹紧即GL-GL′加上1.0P，以容纳伸过最大夹紧平面的过渡部26的区段和螺栓12的退刀段34的组合轴向长度Ltr以及螺母件14的旋入段47的长度Lri。过渡部26的最小轴向长度Lt和在退刀段34中的退刀部螺纹的内端表面35的邻近的轴向间距Lo减小了退刀区的长度Ltr，并使螺母件14的沉头孔40的长度Lc可以减小，从而减小了螺母件14的重量。当然，结果紧固件12的总重量减轻了。可以看出，本发明的螺栓件12的独特结构使其可以和一个具有一个甚至更短深度Lc即小于1.0P加上夹紧的沉头孔40的螺母件一起使用。对此可以看出，减小的螺栓退刀段34的独特形式使得螺母旋入段47的螺纹形式可以基本完全与退刀段34重叠。可以理解，在螺栓12和螺母14之间可以设置一个占主导地位的扭矩或锁紧结构。例如螺栓14的轴向外端可以局部扭转，从而在此位置的螺纹孔38可以成椭圆形，以在螺栓螺纹29和配合的螺母螺纹39之间提供干涉，从而可以避免由于振动而松动。
如图1和2所示，一个根据本发明制成的尺寸选定的销或螺栓12是一个带有螺纹的10-32UNJF紧固件，紧固件具有螺纹29，其中螺纹的侧面处于60°的牙型角A(见图2)。完全滚轧形成的螺纹符合应用标准，例如AS8879(MIL-S-8879)。10-32UNJF螺纹紧固件是一个螺栓12，其公称直径DS为3/16英寸(0.4763cm)，而且螺纹29具有一个0.03125英寸(0.0749cm)的螺距P。
3/16英寸(0.4763cm)的螺栓12的螺母件14的优选的沉头孔40具有约0.084英寸(0.2134cm)(0.03125英寸(0.0794cm)加上1/16英寸(0.1588cm)减去标准螺纹间隙约1/3P)的深度Lc。螺母旋入段47伸入螺母螺纹39一个长度Lri为0.5P或0.01563英寸(0.0397cm)。在本发明的一个形式中，对于大直径杆部22的直径DS约为3/16(0.190)英寸(0.4763cm)的螺栓件12，完全形成的螺纹具有0.16855英寸(0.4281cm)的中径DP，全牙顶或外径DC为0.1840英寸(0.4673cm)，全牙根或内径DR为0.1518英寸(0.3856cm)；从中径DP的牙根深度d为0.0161英寸(0.0409cm)，而在中径DP处测量的宽度W为0.01563英寸(0.0397cm)。在退刀段34中，退刀段34周向延伸在中径DP处的周长的1/3至1/2的周向距离，它们在端区36在组合或弧形过渡部R逐渐均匀减小至一个最小深度d1以及最小宽度W1，最小深度d1以及最小宽度W1又逐渐径向与未滚轧的表面段28′结合。对此在端区36处在弧形过渡部R的终点凹部半径提供了光滑的径向结合。过渡部26的第一弧段25的半径为0.075英寸(0.1905cm)，而第二小弧段27的半径为0.006英寸(0.0152cm)。同时，过渡部26的轴向长度Lt约为0.0186英寸(0.0472cm)或约为0.6P，而且退刀段34的平行延伸的轴向内端壁35至过渡部26的间隙距离约为0.0023英寸(0.0058cm)。从最大夹紧平面GP至过渡部26端部的距离Lm为0.0143英寸(0.0363cm)。锥段23相对于垂直于螺栓12的轴向的一条直线延伸一个倾斜角At。这有助于减小过渡部26的整体长度。对于以上3/16英寸(0.4736cm)螺栓件12的例子，角度At为30°。但是，角度At可以在25°至35°之间。在某些情况下，可以采用在25°至55°之间的一个角度At；但是，角度At太大则会导致过渡部26的轴向长度Lt太长。除了以下描述的螺母旋入段47外，螺母件14上的螺纹39以常规方式与螺栓螺母29啮合。
如上所述，可以通过减小螺母14中沉头孔40的深度Lc而减小凸台部42的长度，这样可以减小整个螺母14的长度，从而减小螺栓12的长度。常规的航空螺母具有一个1/16英寸(0.1588cm)加2.0P的沉头孔深度Lc，这样当螺母在最小的夹紧状态中时常规螺栓的退刀区完全由螺母穿过。
在本发明的一个形式中，沉头孔40的深度Lc最好为1/16英寸(0.1588cm)(即最大夹紧和最小夹紧之间的差距)加上约1.0P减去标准的螺纹间隙约1/3P。在这样一个实施例中，当在最小夹紧状态下旋在螺栓12上时，螺母螺纹39的旋入段47的外端与最大夹紧平面GP间隔最小。
本发明的一个特征在于，在最小夹紧状态中，当螺母14旋在螺栓12上时，螺母旋入段47中的不完整的螺纹可以基本在退刀段34中与不完整的螺栓螺纹重叠和配合。同时螺母14上的旋入部的不完整的螺纹内径可以通过螺栓12的退刀部中的不完整的螺纹牙根。这样，至少一部分螺栓的退刀部螺纹的侧面与螺母旋入部中的不完整的螺纹侧面配合，从而增强了在最小夹紧状态下紧固件10的抗拉强度。
这样，当螺母14紧靠在最小夹紧工件16′，18′上时，还可以通过使旋入段47中的不完整的螺母螺纹与退刀段34中的螺栓上的不完整螺纹配合而增强抗拉强度。但是更重要的是本发明螺栓退刀段34的独特结构可以与螺母螺纹旋入段47基本交叠。可以看出，当配合时对完全形成的螺栓螺纹29和完全形成的螺母件螺纹39提供相互之间螺纹即牙顶和牙根的略微间隙是常见的。这与退刀段34的独特形状和位置一起使得在处于最小夹紧状态中螺母旋入段47的小螺母螺纹形状可以与小直径的杆部28的没有螺纹的区段28′螺为交叠。这还使得相对于工件16′，18′的厚度螺栓12和螺母14有较大的夹紧能力。
如图6中所示，通过在一个预先形成的螺栓毛坯12a上滚轧而形成小直径杆部28上的螺纹29。在对螺栓毛坯12a的描述中，对应于完全形成的螺栓12上的类似区域的毛坯12a上的区域，使用相同的附图标记，只是加上后缀“a”，而且除非指出，否则结构完全相同。
参见图6，可以看出除了小直径杆部28a和由要描述的滚轧形成的包括退刀段34中螺纹退刀部的螺栓螺纹29外，螺栓毛坯12a基本与螺栓12相同。这样螺栓毛坯12a包括平头20a，杆部21a从平头延伸，其中大直径的圆柱形光滑杆部22a由圆角段24a连接到头部20a上。小直径轴向外杆部28a的直径为经过一个主要的均匀直径段33的DPa，并在其外端终止于倒角段31a，而倒角段31a又以一个斜锥段37连接到均匀直径段33上。斜过渡段37的倒角小于倒角段31a，以便对于均匀段33提供逐渐的过渡，从而便于在滚轧过程中形成螺纹。段过渡部26a将大直径光滑杆部22a连接到其上要形成螺纹29的小直径轴向外杆部28a上。外杆部28a的区段33的均匀直径Dpa基本对应于完全形成的螺纹29的中径DP(见图2)。
螺栓毛坯12a通常通过从金属线材或杆材上截取而形成，并且可以包括其他需要形成所需几何形状的机加工方式。
螺栓毛坯12a的杆部28a上的螺纹由一对基本相同的螺纹滚轧模具46和46′形成，如图7-10所示。一个模具46是固定的，而另一个模具46′是可动的。尽管模具46，46′通常是矩形而且是平的，但可以理解根据本发明的特征可以有其他结构的模具，例如圆柱形或圆形的。模具46，46′用于在小直径外杆部28a的均匀区段33上以及斜过渡段37上并在毛坯12a的倒角段31a中滚轧形成包括退刀部螺纹的螺纹29。
螺纹29由多个贯穿模具46，46′的前面54延伸的棱边56滚轧形成。可以看出，退刀段34中的螺纹轮廓通过修整滚轧模具46，46′的上棱边57系列的上边形状而形成。模具46，46′的上棱边57的边形成为一种与退刀段34中的螺纹轮廓互补的形状，这在以下描述并在图2中示出。
由于固定和可动的模具46，46′基本相同，则只在图7和8中详细示出固定模具46，并且以下只详细描述模具46。可以理解可动模具46′有利地比固定模具46长。但是可以理解固定模具例如模具46通常具有弧形或锥形的入口和出口端，以便于螺栓毛坯的进入和离开。为了简化的目的没有示出这种常规结构。模具46包括垂直于前面54的平的平行纵向延伸的上、下表面50和52。可以看出，一系列用于产生螺纹的平行棱边56形成在前面54上。但是有选择地还可以在模具46的相对面上形成棱边56。棱边56的轮廓与要产生的螺纹互补，因此在端视图中基本为V形。根据实践标准，这些棱边56包括上和下侧面58和60，在其之间有一个夹角Ad(见图9)。棱边56纵向相对于上和下表面50和52为一个锐角，这样当在模具46和46′之间滚轧外杆部28a的毛坯段33时适于产生一个螺纹螺旋。
在模具46的上表面50和前面之间有一系列渐进的斜面62，每个斜面包括一系列上模具棱段57中的一个，棱段57限定模具前面54的上模具边。
在模具46的长度方向，棱边端部64间隔开一段距离Lb，Lb基本等于要加工的螺纹在其中径DP处的周长。这包括一些对精确的周长距离的变化。例如，对于要加工一个由钛制成的紧固件销的模具46，距离Lb可以位于约π×0.8×螺纹的中径DP到π×1.0×螺纹的中径DP的范围内。这是因为实际上不可能精确地在每个位置使每个端部65都与毛坯12a配合。因此，棱边端部65的高度逐渐减小可以确保每个连续的棱边端部65在略微超过前面的棱边端部65已经配合的位置与毛坯12a配合。这种逐渐渐进的配合还可以防止模具46，46′断裂。
随后，上棱段57之间的间距做成从螺纹滚轧开始的模具入口端70向滚轧停止而且滚轧的毛坯排出的相对的出口端72一个一个地高度增加。如图7和8所示，在模具出口端72上棱段57距模具顶面50的距离d3比前面的上棱段57距模具顶面50的距离d4更接近上棱段57。相邻的棱段57的相同的高度差或间隔(d4-d3以及d2-d1)在模具46的整个长度上施加。
在本发明的模具46，46′的结构中，每个斜面62，62b和62c具有沿斜锥段64从前面54向后延伸的端壁66。这样斜面62，62b和62c、其相连的端壁66以及带有弧端65的上棱段57彼此并在从螺栓毛坯12a首先进入出口端72的模具46，46′的入口端70的一个方向中从模具下表面52向上垂直间隔或节进。
由于在用于常规螺纹滚轧设备的标准长度的模具中斜面62居中，在模具面54的入口和出口端70和72处斜面62b和62c具有较短的长度。每个斜面62，62b和62c设有一个锥形的前端段64，前端段64向与其相交的棱段57的上侧面58逐渐延伸。可以看出，锥段64提供了沿锥面的纵向长度棱段57的宽度和深度逐渐减小，以限定外导向边57′。这种减小终止于带有弧形导向端65的棱段57的导向边57′处。
这些斜面62的主要或非锥形区段62′具有一个相对于水平顶面50为15°或在10°-30°的范围中的角度，并沿棱边56的纵向角度平行。斜面62的锥段64相对于纵向顶面50具有一个25°或10°-30°范围中的角度并纵向平行于顶面。
由斜面62的锥形端段64限定的上棱段57的外导向边57′可以具有弧形端部65，弧形端部65最好为凸圆形并结合在导向边57′中。结果，上棱段57在接近其终止的一个位置沿锥形端段64从导向边57′具有锥形横截面尺寸，导向边结合到在其纵轴任何一侧上都对称的完整的横截面尺寸。这样由上棱段57形成的退刀部由锥形端段64的导向边57′提供。这些锥形端段64和导向边57′延伸在其中径DP处的螺纹的周长为约1/3。
对此，如此形成的锥形端段64的导向边57′从模具前面54向内逐渐均匀延伸。这将导致相关的侧面例如侧面58和60的深度和宽度逐渐减小。这样通过在退刀部螺纹中提供深度和宽度逐渐减小而使导向边57′与退刀段34成镜像。但是，相关的下侧面60的倾斜并未改变，而且下侧面沿模具前面54并在其下平行于相对的上侧面58倾斜延伸。
从弧形端部65向斜面62的主段62′延伸的上棱段57的锥形端段64从端壁66向主段62″光滑延伸，主段62′也向模具46的上面50向后延伸。这样导致斜面62，62b，62c的阶梯形结构并将其分成区段，每个区段连接到一个上棱段57的侧面58上。端壁66相对于斜面62和上棱段57在一个基本垂直于上表面50向上延伸的平面中向后和向上延伸。在模具46的一个形式中，端壁66相对于一个相邻的上棱段57的纵向延伸的外端以一个Ab为60°的角度延伸。但是，可以看出角度Ab也可以在45°-70°之间(见图7和8)。
在模具46的长度方向上，上棱段57间隔一个长度Lb，此长度Lb略小于要加工的螺纹在其中径DP处的周长。这样，可以包括一些来自精确的整个周长距离的变化。锥形端段64限定一个基本平行于上平面50的平面。这样在滚轧过程中此平面基本垂直于螺栓毛坯12a的轴线Xa，而且可以提供端面35，以限定一个沿一个竖线平行于过渡部26的端部延伸的壁。这样沿锥形端段64上棱段57的边57′的轮廓与退刀段34的轮廓成镜像或倒转。于是上棱段57的每个边57′都在锥形端段64的一端具有一个完整的宽度W，此宽度在锥形端段64的相对的弧形端部65上逐渐减小为宽度W1。同时，弧形端部65在退刀段34的端段36上提供弧形过渡部R。
这样，锥形端段64完全限定包括在其至具有半径R的端段36的长度上宽度的逐渐减小的退刀段34中螺纹的轮廓。本发明的此模具作为常规的模具操作，其中可动模具46′相对于固定模具46纵向移动。如图10所示，在滚轧螺纹之前使螺栓毛坯12a定位，其位置邻近模具46，46′的入口端70，而且其轴线Xa垂直于模具的上表面50。小直径毛坯段33位于模具46和46′之间，其中过渡部26a略微位于上棱段57之上，从而弧形端部65不与过渡部26a配合。这样毛坯12a在模具46，46′之间的初始位置就定位成可以容纳由于滚轧毛坯12a的延伸，并可以确保螺纹退刀段34只形成在小直径毛坯段33上。因此，当模具46，46′致动时产生的螺栓螺纹的退刀段34由上棱段57的锥形端段64和弧形端部65形成，从而如前所述在小直径杆部33上完全形成相对短但是在退刀段34逐渐终止的螺纹。同时，螺栓螺纹29局部形成在锥形倒角过渡段37上，其中一个外螺纹退刀部略微终止于倒角段31a中。
尽管很显然以上公开的本发明的优选实施例可以实现上述目的，但可以理解在不脱离本发明的范围或意义的前提下，可以对本发明进行修改、变化和改动。
权利要求
1.一种用于在一螺杆毛坯上滚轧形成一个螺纹的螺纹滚轧模具，包括一个具有一前面和一基本横向延伸的上表面的模具件，所述前面具有多个在所述前面上以一个锐角纵向向所述上表面延伸的间隔开的平行棱边，所述模具件在所述前面的一侧上具有一个用于容接螺杆毛坯以开始滚轧的入口端以及在所述前面的相对一侧上具有一个用于在滚轧后排出螺杆毛坯的出口端，所述棱边与要产生的一个螺纹互补，而且每个棱边具有限定一个预定的宽度和横向深度的一个上侧面和一个下侧面，多个斜面从所述上表面向所述前面倾斜延伸并在终端有多个棱段，每个棱段具有一个从最接近模具入口端的出口导向端向一个相邻的尾段纵向延伸的前边段，所述斜面限定一个从所述导向端向所述上表面横向延伸的壁，所述前边段的所述导向端从所述模具件的所述入口端向所述出口端逐渐接近所述上表面；每个所述斜面包括一个从所述导向端段并与其共同横向延伸的所述斜面一预定部分的锥面部，从而所述棱段的上侧面和下侧面的宽度从在所述尾段完整的预定宽度向在所述导向端段的所述外端的一个减小的小宽度逐渐减小，所述棱段的所述上侧面和下侧面的深度从在所述尾段完整预定深度向在所述导向端段的所述出口端的一个减小的小深度逐渐减小，所述前边段的所述上侧面与所述平面部的交叉段基本在一个直线的非倾斜的方向中贯穿所述前面延伸，从而从所述导向端段向所述尾段中的完全宽度和深度提供所述上侧面和下侧面的小宽度和深度的一个相对光滑的过渡部，用于向由所述模具件的所述导向端段产生的一个螺纹提供一个相对渐变的退刀部，而且所述直线方向提供一个向螺杆毛坯的轴线横向延伸的退刀部的端壁。
2.根据权利要求1所述的用于形成一个完整螺纹的螺纹滚轧模具，其特征在于，具有一个预定的螺距P，而且所述导向端段使退刀部轴向延伸约1/4P。
3.根据权利要求1所述的用于形成一个完整螺纹的螺纹滚轧模具，其特征在于，具有一个预定的螺距P和中径，而且所述导向端段对退刀部提供轴向延伸约1/4P和周向延伸在中径处为一个完整形成的螺纹周长的约1/3至约1/2。
4.一种用于在一个螺杆毛坯上形成一个螺纹的螺纹滚轧模具，螺杆毛坯具有一个大直径杆部和一个小直径杆部，小直径杆部由一个过渡部从大直径光滑连接至小直径，所述螺纹滚轧模具包括一个具有一前面和一基本横向延伸的上表面的模具件，所述前面具有多个在所述前面上以一个锐角纵向向所述上表面延伸的间隔开的平行棱边，所述模具件在所述前面的一侧上具有一个用于容接螺杆毛坯以开始滚轧的入口端以及在所述前面的相对一侧上具有一个用于在滚轧后排出螺杆毛坯的出口端，所述棱边与要产生的一个螺纹互补，而且每个棱边具有限定一个预定的宽度和横向深度的一个上侧面和一个下侧面，多个斜面从所述上表面向所述前面倾斜延伸并在终端有多个棱段，每个棱段具有一个从最接近模具入口端的出口导向端向一个相邻的尾段纵向延伸的前边段，所述斜面限定一个从所述导向端向所述上表面横向延伸的壁，所述前边段的所述导向端从所述模具件的所述入口端向所述出口端逐渐接近所述上表面；每个所述斜面包括一个从所述导向端段并与其共同横向延伸的所述斜面一预定部分的锥面部，从而所述棱段的上侧面和下侧面的宽度从在所述尾段完整的预定宽度向在所述导向端段的所述外端的一个减小的小宽度逐渐减小，所述棱段的所述上侧面和下侧面的深度从在所述尾段完整预定深度向在所述导向端段的所述出口端的一个减小的小深度逐渐减小，所述前边段的所述上侧面与所述平面部的交叉段基本在一个直线的非倾斜的方向中贯穿所述前面延伸，从而从所述导向端段向所述尾段中的完全宽度和深度在所述上侧面和下侧面的小宽度和深度提供一个相对光滑的过渡部，用于向由所述模具件的所述导向端段产生的一个螺纹提供一个相对渐变的退刀部，而且所述直线方向提供一个向螺杆毛坯的轴线横向延伸的退刀部的端壁，所述模具件的所述前面适于使所述棱边和棱段与小直径杆部配合，其中所述前边段与紧邻过渡部的小直径杆部配合，从而紧邻过渡部在小直径部的一段上形成螺纹退刀部。
5.根据权利要求4所述的用于形成一个完整螺纹的螺纹滚轧模具，其特征在于，具有一个预定的螺距P，而且所述导向端段提供轴向延伸约1/4P的螺纹退刀部，而最终形成的螺栓退刀区轴向延伸2/3P至不大于1.0P。
6.根据权利要求4所述的用于形成一个完整螺纹的螺纹滚轧模具，其特征在于，具有一个预定的螺距P和中径，而且所述前端段提供轴向延伸约1/4P而周向延伸约为在中径处一个完整形成区的周长约1/3至约1/2的退刀部，并且最终形成的螺栓退刀区轴向延伸2/3P至不大于1.0P。
7.一种用于一个轻型紧固件组件的螺栓型紧固件，包括一个在一端具有一头部以及一个从所述头部突出的杆部的部件，所述杆部包括一个具有大直径以及与所述头部相邻的预定长度的基本光滑的圆柱形第一杆部，一个在其外端具有预定长度的第二杆部，第二杆部具有一个端段，其根径小于所述大直径，而且一个过渡部通常成弧形地逐渐减小，用于使所述第一杆部的所述大直径与所述第二杆部的所述端段的所述根径相互连接，并轴向延伸一预定长度而且从所述第一杆部的所述大直径向所述第二杆部的所述端段的所述根径直径逐渐减小，所述第二杆部在其上具有一个滚轧的完全形成的螺纹，第二杆部具有基本均匀的轮廓，在具有所述根径的第二杆部上通常滚轧形成具有完整高度的牙顶和具有完整深度的牙根，并且第二杆部的螺纹具有预定的螺距P，所述滚轧的螺纹在所述第二杆部的长度中终止在一个退刀段中，退刀段带有一个具有非均匀轮廓的螺纹形状的退刀部螺纹，所述退刀部螺纹延伸约1/4P，所述退刀部螺纹逐渐从所述完全形成的螺纹宽度和深度逐渐减小，所述退刀部螺纹包括一个基本垂直于所述杆部纵轴延伸的端壁表面，所述退刀部螺纹具有与所述端壁表面轴向相对的壁表面，壁表面螺旋状延伸以逐渐在一个端区接近所述端壁表面，从而退刀部螺纹向一个过渡部深度和宽度逐渐减小，过渡部在所述第二杆部的所述端段光滑结合所述端区和所述根径，所述端壁表面轴向紧邻所述过渡部。
8.根据权利要求7所述的螺栓型紧固件，其特征在于，所述过渡部具有一个约0.6P的轴向长度。
9.一种用于一个轻型紧固件组件的螺栓型紧固件，包括一个在一端具有一头部以及一个从所述头部突出的杆部的部件，所述杆部包括一个具有大直径以及与所述头部相邻的预定长度的基本光滑的圆柱形第一杆部，一个在其外端具有预定长度的第二杆部，第二杆部具有一个端段，其根径小于所述大直径，而且一个过渡部通常成弧形地逐渐减小，用于使所述第一杆部的所述大直径与所述第二杆部的所述端段的所述根径相互连接，并轴向延伸一预定长度而且从所述第一杆部的所述大直径向所述第二杆部的所述端段的所述根径直径逐渐减小，所述第二杆部在其上具有一个滚轧的完全形成的螺纹，第二杆部具有基本均匀的轮廓，在具有所述根径的第二杆部上滚轧形成具有完整高度的牙顶和具有完整深度的牙根，并且第二杆部的螺纹具有预定的螺距P，所述滚轧的螺纹在所述第二杆部的长度中终止在一个退刀段中，退刀段带有一个具有非均匀轮廓的螺纹形状的退刀部螺纹，所述退刀部螺纹延伸约1/4P，并且周向延伸完全形成的并在其中径处的所述滚轧螺纹的约1/3至1/2的周长，以对所述退刀部螺纹提供从所述完全形成的螺纹的逐渐减小的宽度和深度，所述退刀部螺纹包括一个基本垂直于所述杆部的纵轴延伸的端壁表面，所述退刀部螺纹具有与所述端壁表面轴向相对的壁表面，壁表面螺旋状延伸以逐渐在一个端区接近所述端壁表面，从而退刀部螺纹向一个过渡部深度和宽度逐渐减小，过渡部在所述第二杆部的所述端段光滑组合所述端区和所述基径，所述端壁表面位于轴向紧邻所述过渡部。
10.根据权利要求9所述的螺栓型紧固件，其特征在于，所述过渡部具有一个约0.6P的轴向长度。
11.在一个用于连接整体厚度从一个预定的最小整体厚度至一个最大整体厚度变化的工件的轻型紧固组件中，其中具有最大整体厚度的工件外表面限定一个最大的夹紧平面，而且紧固组件包括一个螺栓型紧固件，紧固件具有一个杆部，杆部带有一个适于经过外表面和最大夹紧面位于工件之外的螺纹，而且螺纹带有一个基本均匀的轮廓并终止在非均匀轮廓的一个退刀部螺纹中，而且一个退刀区是从最大夹紧平面至在退刀部螺纹始端处具有一个完整形成的螺纹的螺杆上的位置之间的轴向距离，所述螺柱型紧固件包括一个在一端具有一头部以及一个从所述头部突出的杆部的部件，所述杆部包括一个具有大直径以及与所述头部相邻的预定长度的基本光滑的圆柱形第一杆部，一个在其外端具有预定长度的第二杆部，第二杆部具有一个端段，其根径小于所述大直径，而且一个过渡部通常成弧形地逐渐减小，用于使所述第一杆部的所述大直径与所述第二杆部的所述端段的所述根径相互连接，并轴向延伸一预定长度而且从所述第一杆部的所述大直径向所述第二杆部的所述端段的所述根径直径逐渐减小，所述第二杆部在其上具有一个滚轧的完全形成的螺纹，第二杆部具有基本均匀的轮廓，在具有所述根径的第二杆部上通常滚轧形成具有完整高度的牙顶和具有完整深度的牙根，并且第二杆部的螺纹具有预定的螺距P，所述滚轧的螺纹在所述第二杆部的长度中终止在一个退刀段中，退刀段带有一个具有非均匀轮廓的螺纹形状的退刀部螺纹，所述退刀部螺纹延伸约1/4P，所述退刀部螺纹逐渐从所述完全形成的螺纹宽度和深度逐渐减小，所述退刀部螺纹包括一个基本垂直于所述杆部纵轴延伸的端壁表面，所述退刀部螺纹具有与所述端壁表面轴向相对的壁表面，壁表面螺旋状延伸以逐渐在一个端区接近所述端壁表面，从而退刀部螺纹向一个过渡部深度和宽度逐渐减小，过渡部在所述第二杆部的所述端段光滑结合所述端区和所述根径，所述端壁表面轴向紧邻所述过渡部，当所述螺栓型紧固件安装到具有最大整体厚度的工件上时所述第二杆部伸过所述最大夹紧平面，并且所述螺栓紧固件具有一个从约2/3P至不大于1.0P的最小退刀区。
12.根据权利要求11所述的螺栓型紧固件，其特征在于，所述过渡部具有一个约0.6P的轴向长度。
13.在一个用于连接整体厚度从一个预定的最小整体厚度至一个最大整体厚度变化的工件的轻型紧固组件中，其中具有最大整体厚度的工件外表面限定一个最大的夹紧平面，而且紧固组件包括一个螺栓型紧固件，紧固件具有一个杆部，杆部带有一个适于经过外表面和最大夹紧面位于工件之外的螺纹，而且螺纹带有一个基本均匀的轮廓并终止在非均匀轮廓的一个退刀部螺纹中，而且一个退刀区是从最大夹紧平面至在退刀部螺纹始端处具有一个完整形成的螺纹的螺杆上的位置之间的轴向距离，所述用于一轻型紧固件组件的螺栓型紧固件包括一个在一端具有一头部以及一个从所述头部突出的杆部的部件，所述杆部包括一个具有大直径以及与所述头部相邻的预定长度的基本光滑的圆柱形第一杆部，一个在其外端具有预定长度的第二杆部，第二杆部具有一个端段，其根径小于所述大直径，而且一个过渡部通常成弧形地逐渐减小用于使所述第一杆部的所述大直径与所述第二杆部的所述端段的所述根径相互连接，并轴向延伸一预定长度而且从所述第一杆部的所述大直径向所述第二杆部的所述端段的所述根径直径逐渐减小，所述第二杆部在其上具有一个滚轧的完全形成的螺纹，第二杆部具有基本均匀的轮廓，在具有所述根径的第二杆部上滚轧形成具有完整高度的牙顶和具有完整深度的牙根，并且第二杆部的螺纹具有预定的螺距P，所述滚轧的螺纹在所述第二杆部的长度中终止在一个退刀段中，退刀段带有一个具有非均匀轮廓的螺纹形状的退刀部螺纹，所述退刀部螺纹延伸约1/4P，而且周向延伸完全形成的并在其中径处的所述滚轧螺纹的约1/3至1/2的周长，以对所述退刀部提供从所述完全形成的螺纹的逐渐减小的宽度和深度，所述退刀部螺纹包括一个基本垂直于所述杆部纵轴延伸的端壁表面，所述退刀部螺纹具有与所述端壁表面轴向相对的壁表面，壁表面螺旋状延伸以逐渐在一个端区接近所述端壁表面，从而退刀部螺纹向一个过渡部深度和宽度逐渐减小，过渡部在所述第二杆部的所述端段光滑结合所述端区和所述根径，所述端壁表面位于轴向紧邻所述过渡部，当所述螺栓型紧固件安装到具有最大整体厚度的工件上时所述第二杆部延伸所述最大夹紧平面，并且所述螺栓紧固件具有一个从约2/3P至不大于1.0P的最小退刀区。
14.根据权利要求13所述的螺栓型紧固件，其特征在于，所述过渡部具有一个约0.6P的轴向长度。
15.一种生产用于紧固工件的轻型螺栓型紧固件的方法，其中工件的厚度从一个最小整体厚度向一个最大整体厚度变化，而且整体最大厚度是螺栓型紧固件的夹紧长度，所述螺栓型紧固件具有一个头部和一个从所述头部伸出的杆部，所述杆部包括一个具有第一大直径并与所述头部相邻的第一无螺纹的杆部，所述第一杆部具有一个第一预定长度并与所述头部一起限定所述螺栓型紧固件的夹紧长度，在所述杆部的外端有一个第二杆部，第二杆部具第二较小的直径以及第二预定长度，所述第二杆部在其上具有一个滚轧的螺纹，螺纹具有预定的螺距P，而且在第二杆部基本全长上牙顶和牙根的深度和宽度基本恒定，一个具有很小长度的过渡杆部相互连接第一和第二杆部，所述螺纹终止于在与所述过渡杆部相邻的所述第二杆部上的一个退刀段宽度和深度逐渐减小的一个退刀部中，所述方法包括以下步骤提供一个毛坯，毛坯具有一个头部以及一个从所述毛坯的所述头部延伸的杆部，所述毛坯的所述杆部具有一个具有所述第一直径和所述长度并与所述毛坯的所述头部相邻的第一毛坯杆部、一个在其外端上具有小于所述第一直径的第二毛坯直径和一第二预定长度的第二毛坯杆部，以及一个相互连接所述第一和第二毛坯杆部并轴向延伸一个预定长度而且直径与所述第一和第二毛坯杆部不同的过渡杆部，在所述第二毛坯杆部上滚轧形成一个螺纹，以便所述螺纹具有所述预定螺距以及在所述第二毛坯杆部的大部分长度具有基本恒定的尺寸，并同时在与所述过渡杆部相邻的所述第二杆部上的所述螺纹的一个内端上在所述退刀段上滚轧宽度和深度逐渐减小的退刀部螺纹，以在所述退刀段提供所述螺纹的一个渐进端，所述退刀部螺纹设有一个基本垂直于所述杆部的纵轴延伸的端壁表面，所述退刀部螺纹形成有轴向与所述端壁表面相对并螺旋状延伸以逐渐在一个端区接近所述端壁表面的壁表面，从而退刀部螺纹向一个过渡部深度和宽度逐渐减小，过渡部在所述第二毛坯杆部中的所述退刀段光滑连接所述端区和所述第二毛坯直径，所述退刀部螺纹形成为可以轴向延伸约1/4P。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述退刀部螺纹形成为可以周向延伸不大于在完整形成的螺纹中径处周长的约1/3至1/2。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述过渡部形成为具有约0.6P的轴向长度。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述退刀部螺纹形成为可以周向延伸不大于在完整形成的螺纹中径处周长的约1/3至1/2，而所述过渡部形成为具有约0.6P的轴向长度，从而所述螺栓型紧固件的退刀区约为2/3P至不大于1.0P。
19.一种根据权利要求15所述的方法制成的轻型螺栓型紧固件。
20.一种根据权利要求18所述的方法制成的轻型螺栓型紧固件。
21.一种使用一个螺纹滚轧模具用于滚轧包括所述退刀段上的所述退刀部螺纹的所述螺纹而产生一个轻型螺栓型紧固件的方法，所述螺纹滚轧模具包括；一个具有一前面和一基本横向延伸的上表面的模具件，所述前面具有多个在所述前面上以一个锐角纵向向所述上表面延伸的间隔开的平行棱边，所述模具件在所述前面的一侧上具有一个用于容接螺杆毛坯以开始滚轧的入口端以及在所述前面的相对一侧上具有一个用于在滚轧后排出螺杆毛坯的出口端，所述棱边与要产生的一个螺纹互补，而且每个棱边具有限定一个预定的宽度和横向深度的一个上侧面和一个下侧面，多个斜面从所述上表面向所述前面倾斜延伸并在终端有多个棱段，每个棱段具有一个从最接近模具入口端的出口导向端向一个相邻的尾段纵向延伸的前边段，所述斜面限定一个从所述导向端向所述上表面横向延伸的壁，所述前边段的所述导向端从所述模具件的所述入口端向所述出口端逐渐接近所述上表面；每个所述斜面包括一个从所述导向端段并与其共同横向延伸的所述斜面一预定部分的锥面部，从而所述棱段的上侧面和下侧面的宽度从在所述尾段完整的预定宽度向在所述导向端段的所述外端的一个减小的小宽度逐渐减小，所述棱段的所述上侧面和下侧面的深度从在所述尾段完整预定深度向在所述导向端段的所述出口端的一个减小的小深度逐渐减小，所述前边段的所述上侧面与所述平面部的交叉段基本在一个直线的非倾斜的方向中贯穿所述前面延伸，从而从所述导向端段向所述尾段中的完全宽度和深度提供所述上侧面和下侧面的小宽度和深度的一个相对光滑的过渡部，用于向由所述模具件的所述导向端段产生的一个螺纹提供一个相对渐变的退刀部，而且所述直线方向提供一个向螺杆毛坯的轴线横向延伸的退刀部的端壁。
22.一种包括一个螺栓型紧固件和一个配合螺母的螺纹轻型紧固件组件，所述螺栓型紧固件包括一个在一端具有一头部以及一个从所述头部突出的杆部的部件，所述杆部包括一个具有大直径以及与所述头部相邻的预定长度的基本光滑的圆柱形第一杆部，一个在其外端具有预定长度的第二杆部，第二杆部具有一个端段，其根径小于所述大直径，而且一个过渡部通常成弧形地逐渐减小，用于使所述第一杆部的所述大直径与所述第二杆部的所述端段的所述根径相互连接，并轴向延伸一预定长度而且从所述第一杆部的所述大直径向所述第二杆部的所述端段的所述根径直径逐渐减小，所述第二杆部在其上具有一个滚轧的完全形成的螺纹，第二杆部具有基本均匀的轮廓，从所述根径通常形成具有完整高度的牙顶和具有完整深度的牙根，所述滚轧的螺纹在所述第二杆部的长度中终止在一个退刀段中，退刀段带有一个具有非均匀轮廓的螺纹形状的退刀部螺纹，所述退刀段延伸完全形成的并在其中径处的所述滚轧螺纹不大于约1/2的周长，以对所述退刀部提供从所述完全形成的螺纹的逐渐减小的宽度和深度，所述退刀部螺纹包括一个基本垂直于所述杆部的纵轴延伸的端壁表面，所述退刀部螺纹具有与所述端壁表面轴向相对的壁表面，壁表面螺旋状延伸以逐渐在一个端区接近所述端壁表面，从而退刀部螺纹向一个弧形过渡部深度和宽度逐渐减小，过渡部在所述第二杆部的所述端段光滑结合所述端区和所述根径，所述杆部的所述过渡部具有一个不超过所述螺纹一个螺距的轴向长度，所述螺母具有一个通孔，其中在一端上一个螺纹孔部连接到在其相对端上的一个扩大的沉头孔部上，所述螺纹孔部具有一个第一段，其中一个完全形成的螺母螺纹可以与所述螺杆的所述第二杆部上的所述完全形成的螺纹配合，所述螺纹孔部具有一第二段，其中一个旋入部螺纹在所述沉头孔终止，旋入部螺纹具有不完整形成的螺母旋入部螺纹，其中内径向所述沉头孔端部逐渐减小，所述螺母旋入段延伸约0.5P，而所述螺栓退刀部螺纹可以与所述旋入部螺纹的所述螺母交迭而不会干涉。
23.根据权利要求22所述的轻型紧固件组件，其特征在于，在所述沉头孔端部的所述螺母旋入部螺纹具有的一个内径使所述螺母可以旋在所述螺栓型紧固件上，所述螺母旋入部螺纹在所述端部上与所述第二杆部以间隙交迭而略微伸过所述螺栓退刀部螺纹的端部。
24.在一种用于连接工件的轻型紧固组件中，其中工件的整体厚度从一个预定的最小整体厚度向一个最大整体厚度变化，具有最大整体厚度的工件的外表面限定一个最大夹紧平面，紧固组件包括一个螺栓型紧固件和一个互配的螺母，所述螺栓型紧固件具有一个带有螺纹的杆部，螺纹杆部适于穿过外表面和最大夹紧平面位于工件外侧，而且螺纹具有基本均匀的轮廓并终止在非均匀轮廓的一个退刀部螺纹中，一个退刀区是从最大夹紧平面到在退刀部螺纹始端上一个完全形成的螺纹的螺杆位置的轴向间距，所述螺栓型紧固件包括一个在一端具有一头部以及一个从所述头部突出的杆部的部件，所述杆部包括一个具有大直径以及与所述头部相邻的预定长度的基本光滑的圆柱形第一杆部，一个在其外端具有预定长度的第二杆部，第二杆部具有一个端段，其根径小于所述大直径，而且一个过渡部通常成弧形地逐渐减小用于使所述第一杆部的所述大直径与所述第二杆部的所述端段的所述根径相互连接，并轴向延伸一预定长度而且从所述第一杆部的所述大直径向所述第二杆部的所述端段的所述根径直径逐渐减小，所述第二杆部在其上具有一个滚轧的完全形成的螺纹，第二杆部具有基本均匀的轮廓，从所述基径通常形成具有完整高度的牙顶和具有完整深度的牙根，所述滚轧的螺纹在所述第二杆部的长度中终止在一个退刀段中，退刀段带有一个具有非均匀轮廓的螺纹形状的退刀部螺纹，所述退刀段延伸完全形成的并在其中径处的所述滚轧螺纹不大于约1/3的周长，以对所述退刀部提供从所述完全形成的螺纹的逐渐减小的宽度和深度，所述螺母具有一个通孔，其中在一端上一个螺纹孔部连接到在其相对端上的一个扩大的沉头孔部上，所述螺纹孔部具有一个第一段，其中一个完全形成的螺母螺纹可以与所述螺杆的所述第二杆部上的所述完全形成的螺纹配合，所述螺纹孔部具有一第二段，其中一个旋入部螺纹在所述沉头孔终止，旋入部螺纹具有不完整形成的螺母旋入部螺纹，其中内径向所述沉头孔端部逐渐减小，所述螺母旋入段延伸约0.5P，而所述螺栓退刀部螺纹可以与所述旋入部螺纹的所述螺母交迭而不会干涉，当所述螺栓型紧固件组装到具有最大整体厚度的工件上时所述第二杆部和至少一部分所述过渡部伸过所述最大夹紧平面，所述螺栓型紧固件具有一个从约2/3P至不大于1.0P的小退刀区，所述过渡部和一段所述第一杆部伸出具有最小整体厚度的所述工件的外表面一个等于最大和最小整体厚度之间差距的长度，所述螺母的所述沉头孔的尺寸和深度可以容纳此伸出部分而不干涉，所述旋入部螺纹与所述退刀部螺纹交迭。
25.根据权利要求24所述的轻型紧固件，其特征在于，在所述沉头孔端部的所述螺母旋入部螺纹具有的一个内径使所述螺母可以旋在所述螺栓型紧固件上，所述螺母旋入部螺纹在所述端部上与所述第二杆部以间隙交迭而略微伸过所述螺栓退刀部螺纹的端部。
全文摘要
本发明涉及一种轻型螺栓型紧固件(12)，具有一个杆部(21)，杆部(21)具有一个大直径部(22)和一小直径部(28)，它们由一个过渡部(26)连接；一个螺纹滚轧形成在小直径部(28)上并终止于一个退刀段(34)中，其中螺纹的牙根深度和宽度逐渐减小，而且退刀段具有很小的轴向长度并且紧邻过渡部(26)，以产生一个轴向长度很小的退刀区。本发明还涉及一种用于形成具有很小螺纹退刀部的螺纹(29)的滚轧模具(46，46′)，具有带有锥形端面(64)的棱段(57)，用于对退刀部螺纹提供平行于过渡部(26)的一个端壁(35)。另外本发明还涉及一个加工螺栓型紧固件的方法。
文档编号B21H3/00GK1398325SQ99812743
公开日2003年2月19日 申请日期1999年10月5日 优先权日1998年10月29日
发明者迈克尔·U·马奇 申请人:赫克国际公司