凹入式弹簧垫圈流钻螺钉的制作方法

本公开大体上涉及紧固件，并且更具体地，涉及用于单侧进入的方式连接邻近工件的紧固件。

背景技术：

本节中的说明仅提供与本公开相关的背景信息，并且可以不构成现有技术。

被连接的各种结构通常需要单侧连接技术以便产生有效的装配。一种用于单侧连接的这种技术是流钻螺丝接合(flow-drillscrewing，fds)，其中螺纹紧固件旋入接头中，并且在插入过程中原位产生“螺母”。在厚的材料或异种材料中安装流钻螺钉时，可以使用间隙孔。另外，随着厚规格材料堆叠，或当顶层的金属板比调节尺寸厚(例如>2mm)时，可以在材料的顶层中使用间隙孔。

通常，粘合剂与流钻螺钉结合使用。当在接头中使用粘合剂时，会出现扭矩衰减的问题。当使用基于聚合物的材料时，扭矩衰减也是一个问题。在接头紧固到特定的扭矩之后扭矩可能松弛的情况下发生扭矩衰减。在经连接的部件经过涂漆工艺和粘合剂固化之后，可能存在接头中的扭矩已经改变的问题。

通过本公开来解决经连接的总成中的这种扭矩衰减问题以及其它机械连接问题。

技术实现要素：

在本公开的一种形式中，提供了一种螺钉，该螺钉包括头部、从头部延伸的外螺纹杆、设置在外螺纹杆的远端部处的流孔成型末端、以及设置在头部下方的凹入式弹簧垫圈。在一种形式中，凹入式弹簧垫圈限定足以防止扭矩衰减的弹簧刚度。

根据该螺钉的各种形式，凹入式弹簧垫圈与头部一体地形成，并且头部可以限定例如六边形的工具连接结构。凹入式弹簧垫圈也可以是与头部、外螺纹杆和流孔成型末端不同的材料。在另一种形式中，凹入式弹簧垫圈限定从螺钉的纵向轴线和近端部呈至少90°延伸的凸缘，并且还可以限定平坦的远端面。在另一种形式中，螺钉限定具有不同硬度的区域。

在另一种形式中，提供了一种螺钉，该螺钉包括头部、从头部延伸的外螺纹杆、设置在外螺纹杆的远端部处的流孔成型末端、和设置在头部下方的凹入式弹簧垫圈，凹入式弹簧垫圈限定从螺钉的纵向轴线和近端部呈至少90°延伸的凸缘，其中凹入式弹簧垫圈限定足以防止扭矩衰减的弹簧刚度。

在另一种形式中，提供了一种总成，该总成包括多个工件和设置在工件之间的螺钉。螺钉包括头部、从头部延伸的外螺纹杆、设置在外螺纹杆的远端部处的流孔成型末端、和设置在头部下方的凹入式弹簧垫圈。除了别的之外，工件可以是选自由铝、聚合物和聚合物复合材料组成的组的材料。

根据本文提供的说明书，其他适用范围将变得显而易见。应当理解，说明书和具体实施例仅仅是为了说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

为了本公开可以被很好地理解，现在将描述其各种形式，通过给出示例的方式参考附图，其中：

图1是根据本公开的原理构造的螺钉的透视图；

图2是图1的螺钉的横截面图；

图3a是由图1的螺钉连接的总成的横截面图；

图3b是由图1的螺钉连接的总成的横截面图，并且具有根据本公开教导的弹性变形的凹入式弹簧垫圈；

图4是根据本公开的教导的与工件配合的螺钉的凸缘的从图3b的细节a的详细视图；和

图5是根据本公开的教导构造的螺钉的替代形式的横截面图。

这里描述的附图仅用于说明的目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。

具体实施方式

以下说明书在本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。应当理解，在整个附图中，相应的附图标记表示相似或相应的部件和结构。

参考图1和图2，示出了根据本公开的原理的螺钉，并且该螺钉大体上由附图标记20表示。螺钉20包括头部22、从头部22延伸的外螺纹杆24、设置在外螺纹杆24的远端部28处的流孔成型末端26、和设置在头部22下方的凹入式弹簧垫圈30。凹入式弹簧垫圈30包括从头部22向下延伸到凸缘34的侧壁32，该凸缘34远离螺钉20的纵向轴线l延伸。此外，如图所示，凹部36大致设置在头部22的下方。

如下面更详细描述的，凹入式弹簧垫圈30大体上类似于“贝勒维尔弹簧(belleville)”垫圈，其中侧壁32和凸缘34配置为通过向头部22施加扭矩而弹性变形，并且因此用作弹簧以施加和保持对被连接的工件的载荷。优选地，凹入式弹簧垫圈30限定了足以防止在工件连接之后并且在接头的热膨胀和收缩期间的扭矩衰减的弹簧刚度。

如图所示，凹入式弹簧垫圈30可以与头部22一体地形成，或者可选地，凹入式弹簧垫圈30可以是单独的部分或部件。凹入式弹簧垫圈30也可以是与头部22、外螺纹杆24和/或流孔成型末端26不同的材料。

头部22限定了工具连接结构40，这种形式的连接结构40是六边形几何形状。除了别的之外也可以采用例如开槽、插口或内六角(内六角梅花螺钉)的其它工具连接结构。如图所示，工具连接结构40可以是外部的，或者工具连接结构40可以在头部22内部，同时保持在本公开的范围内的。

现在参考图3a和3b，螺钉20安装在工件10和15中，其中由流钻螺丝结合处理在工件10/15中一体形成螺纹17以形成接头19。当接头19膨胀和收缩时，凹入式弹簧垫圈30挠曲或弹性变形，并且继续对接头19施加夹紧载荷。图3a示出了当接头19膨胀时螺钉20继续施加夹紧载荷，以及图3b示出了当接头19收缩时螺钉20继续施加夹紧载荷。

现在参考图4，更详细地示出了与工件10配合的凸缘34的细节。这种形式的凸缘34从螺钉20的纵向轴线l和近端部呈至少90°延伸。如本文所使用的，术语“远侧”或“远端”应被解释为沿箭头x的方向，并且术语“近侧”或“近端”应被解释为沿箭头y的方向。

或者，如虚线所示，凸缘34可以呈大于90°延伸，并且因此凸缘34'将保持与工件10的上表面12良好的密封接触。在这些形式中，凸缘34/34'限定平坦的远端面33/33'，以便在凸缘34/34'和工件10之间保持改进的密封。当工件10/15在涂漆之前进行各种清洁/浸渍操作时，改进的密封界面是重要的，使得杂物不进入接头19并且不会提供腐蚀源或另一种形式的缺陷。

螺钉20可以是各种材料中的任何一种，并且在一种形式中是高强度钢，例如硼。在另一种形式中，螺钉是例如7000系列铝的铝材料。也可以采用能够与凹入式弹簧垫圈30一起工作并且经受各种加工条件的其它材料，同时保持在本公开的范围内。

工件10/15可以是各种材料中的任何一种，包括例如铝、聚合物和聚合物基质复合材料。复合材料中的增强物可以是碳纤维、玻璃纤维或另一种材料，并且可以是连续的或不连续的形式。应当理解，这些材料仅仅是示例性的，并且任何材料可以用于工件10/15，同时保持在本公开的范围内。

现在参考图5，示出了根据本公开的教导的替代形式的螺钉，并且该螺钉大体上由附图标记50表示。螺钉50包括凹入式弹簧垫圈52，其具有对于侧壁54而言略微不同的几何形状，即如图所示的弯曲/弓形形状。应当理解，该替代几何形状旨在说明，可以使用用于凹入式弹簧垫圈30/52的多个形状中的任何形状，只要弹簧垫圈30/52能够在接头19膨胀和收缩时施加夹紧载荷，并且优选地防止扭矩衰减。

如图5中进一步所示，螺钉50的硬度可以在不同的区域1、2和3中进行调整，其中区域1将在流孔成型末端56的区域中具有更高的硬度，以便更好地承受流钻过程。区域2可以具有较低的硬度，并且区域3甚至具有更低的硬度，以便为凹入式弹簧垫圈52提供必要的弹簧特性。

因此，本公开提供了一种在一侧/单侧进入并且用于抑制扭矩衰减的用于连接工件的创新的紧固件。当将复合材料连接到金属，并且更具体地，将碳纤维复合材料连接到铝时，本发明特别有用。使用本文所示和描述的紧固件的独特结构的流钻螺丝接合允许高体积的单侧连接，特别是对于包括复合材料和金属的接头。

本公开的说明书本质上仅仅是示例性的，并且因此不偏离本公开的实质的变化旨在在本公开的范围内。这中变化不被认为是偏离本公开的精神和范围。