螺纹滚压已被承认为制造外螺纹紧固件的优质螺纹的方法。但是滚压螺纹有一个令人遗憾的特点,就是在螺纹的内端有一个相当长的尾端,其螺纹形状不完全。在螺纹滚压过程中,把紧固件坯料放在两个相对压模中滚压,压模的螺脊,和待制造的螺纹比配。这些螺脊在压模的一个边缘上终止,也就是在制成的螺纹的内端位置上,因为螺脊和压模边缘之间有一个小锐角,便在螺脊上产生一个薄边,易于破坏。因为这个缘故,在接近压模边缘处,压模螺脊呈锥形,为了在压模的这部分上提供足够的强度,边缘外的螺脊变为更浅。结果,在内端上的两圈或两圈以上的螺纹常常不是完全的,比其余的螺纹有较不充分的截面尺寸。不完全螺纹不能承受荷载,因此不提高紧固件的性能。然而紧固件的杆部必须有足够的长度,留作内端的螺纹尾部,和承受荷载的螺纹部分。在典型上,螺纹尾部所在的过渡段,中螺杆的轴向长度,相当于螺纹齿距的两倍。 许多紧固件有一个螺母或螺圈,其中有埋头孔容纳有不完全尾部螺纹的螺栓的许多过渡区。螺母或螺圈的埋头孔必须有足够的长度,容纳尾部螺纹。所以,螺栓和螺母的长度,都必须服从螺栓螺纹部分内端的不完全螺纹的要求。
已经了解到减短不过逾螺纹过渡区,可以减短螺栓,结果可以减轻重量,这在航空和宇航领域中有相当大的意义,在其他的以减轻重量为关键的领域中也是一样。然而,用传统的螺纹滚压方法不能做到这点。
减短螺纹尾部的一个方法,是首先在过渡区中形成一条槽,约达到待制造的螺纹的内径。为做到这一点,在滚压螺纹前,先切削成要求的几何形状,或切削到最大尺寸以下,然后通过冷压产生要求深度的槽。继而滚压螺纹,使尾部伸入有槽部分中。其结果,螺纹尾部过渡区短于传统的滚压螺纹紧固件。这方法的缺点,是螺纹滚压作业前,增加螺杆槽形成工序,而增加了费用。
本发明提出了一种有相当短的螺纹尾部过渡的紧固件,而在螺纹滚压作业前,不需要在坯料上作槽。螺栓上的螺纹在内端有相当突然的起点,比传统螺纹坟技术迅速很多达到的剖面尺寸。螺纹的内端终止于一个壁部,壁部最好有凹入的圆面,大致在螺纹的纵向轴线上对称。端壁相当短,在螺纹的纵向上伸展,最好不大于中径处螺纹圆周的四分之一。这样便使螺纹内端的过渡区,在螺杆轴向上的伸展距离,不大于螺距的长度。也就是过渡苉为传统滚压螺纹紧固件的过渡区长度的一半。于是使螺母埋头孔减短,因为仅需容纳较短的螺栓过渡区。所以螺母和螺栓的重量都可以节省。
当尾端在滚压模边缘终止形成螺纹内端的边缘时,本发明螺纹滚压模的螺纹不会产生薄边。相反,尾端比较突然终止,一般在螺纹纵向轴线上对称,而不似传统螺纹滚压模的长而极不对称。压模螺脊端壁有圆凸面,产生螺纹的圆面内端。
如从前视图可见,向着滚压模边缘的尾部螺脊的各端壁,从坯料的进模端到出模端,有微小的升高。这是为了保证每一个螺脊的端部,达到在坯料上制造的螺槽的内端。高度的略微增加,使坯料在滚压模中旋转时,每一个模端和坯料接触时略微超过螺纹模端。这是因为坯料在滚压模之间旋转时,不可能保证每个螺脊端,都准确地接触坯料的同一地点。所以,每一螺脊端接触坯料时,使它在螺纹槽中逐步向前移,以保证正确制造螺纹槽的内端。保持在螺槽端上累加的接触有较小的增量,可以避免把模损坏。
即使减低重量要性不大的时候,本发明提出的紧固件也是有利益的,这是因为减小螺纹尾部的长度可以增加螺栓夹持段的长度。作用是螺栓可以扩大被紧固物件的厚度范围,而提高了螺栓的多用性。这样,在满足全部范围内的紧固要求的同时,可以减小需用的尺寸规格,从而减小螺栓的备货。
附图内容简介如下:
图1为有滚压螺纹的紧固件纵向剖视;
图2为按本发明制造的紧固件纵向剖视;
图3为图2中紧固件螺栓内端部分,图为其分解放大前视;
图4为进行螺纹滚压作业的模具透视;
图5为一个螺纹滚压模具的分解放大透视;
图6为一个螺纹滚压模和处于螺纹滚压操作位置上的螺丝坯料前视图;
图7为沿图6中7-7线的分解放大剖视;
图8为一个螺纹滚压模一部分的分解放大前视;
图9为一个分解放大视图,表示模具螺纹形成螺脊端部孤典型形状。
图1示出一种先有技艺领域的剪力紧固件10,一用于飞机工业,此图示紧固镶板11及12。紧固件10中有一个螺栓13,上面有一个平头14,在上面伸出有三个段的杆部。杆部的第一段和头部相邻,有一个直径相对大的平直圆柱形外表面。杆部的外端部16有滚压的螺纹,外径小于段15的直径。杆部的内端部和外端部之间,有较短的过渡15,这里的杆部从无螺纹段15,向直径较小的外端部16逐渐减小直径。螺栓13上可以容放镶板或其他工件,其总厚度不超过夹紧段长度G, 这长度是螺栓头14的外平面和杆段15端部孤横向夹持平面P之间的距离。
螺纹在杆部外端部16的全部长度上伸展,包括内端18上的徐缓的尾部,伸进杆部的过渡段17。按照传统的操作,尾部18的螺纹不完全,在这区里的截面没有达到最大尺寸。因此,螺纹尾部占据的螺栓13的部分,上面没有荷载,使用时不能作任何有用功。有不完全螺纹的过渡段的长度T1,典型约为螺纹距的两倍,以容许螺纹的尾部部分18。
和螺栓13连接的是一个螺圈20,有一个中间内螺纹部分21,和螺栓外端16上的螺纹啮合螺母20的基部22贴靠镶板12,有喇叭口,并有埋头孔23,尺寸适合容纳螺栓的过渡段17。螺圈20的另一端无螺纹,外端有板手旋转面24,其内侧有一个外圆周槽25。这槽形成一个易断部分,当把螺圈和镶板拧紧时,加预定的扭力,便可以把螺母从易断部分折断。
图2所示是与图1所示类型相同的紧固件27,但按本发明制造。本发明的紧固件27有一个螺栓28和一个螺圈29,用于把镶板30及31紧固,其厚度与镶板11及12相同,螺栓28有一个螺栓头32,上面伸出一个邻近螺 头的直径相对大的无螺纹部分33,有一个过渡段34,以及一个直径减小,上面有滚压螺纹的外端部35。紧固件螺栓28的夹持段G, 是从螺栓头32到过渡段34开始处的夹持平面P之间的无螺纹杆部33的长度,与紧固件螺栓13的夹持段G长度相同。有螺纹的外端部分35,长度也和螺栓13的螺纹端16相等。
螺栓28上的螺纹在内端上,有属于杆端16螺纹典型特征的传统不完全截面螺纹尾部。相反,螺纹内端部分36几乎一直到未端有最大的尺寸。这样可使过渡段34短于传统紧固件螺栓13的过渡段17,因为没有要接合一个长螺纹尾部。过渡段34的长度T2可以约等于杆端35上螺纹的螺距。这和传统紧固件过渡段17长渡等于螺距两是一个对照,于是,虽然紧固件螺栓的夹持段长度和以前相等,螺纹段的长度等于传统紧固件,但螺栓的总长度减短了一个螺距的长度。也就是从夹持平面P到约相当于一个螺距的纵向贵处,螺纹即已达到其最大的量度。
螺圈29也短于传统紧固件的螺圈20。螺圈29的大部分和螺圈20相似,包括一个喇叭口形的基端38,一个中间内螺纹部39,和一个外端上的扳手旋转面40。还有一个断裂缝外圆槽41。但是螺圈29的埋头孔42短于螺圈20的埋头孔。这是因为螺栓过渡段34的长度减短,用一个较短的埋头便可把它放下。紧固件的两个组件相应减短,便可减少相当大的重量。
虽然螺纹的内端突然开始,但在螺纹的末端最好避免平坦内端,而用有复合弧线的内凹圆面壁43。作成的横向端壁一般在螺纹的纵向轴线上对称,作成的横向端壁一般在螺纹的纵向轴线上对称,使螺纹内端稍呈锥形。这样可以提高螺纹滚压模的寿命。并防止完成的紧固件的尖锐棱角产生的应力集中因数。最后的尾部最好长度不大于螺栓中径处圆周的四分之一,而常常小于四分之一。
螺栓28上的螺纹用图4中所示的一对螺纹滚压模46及47制造。其中一个,即模具46可活动,而模具47静止。这些模具平直,但也可以制成圆柱形模,实施本发明的原理。如图所示,用模具46及47,在制造完全的紧固件螺栓28的坯料49上,滚压杆部端部48上的螺纹。坯料49的杆部有一个邻近螺栓头51的直径较大的部分50,在端部48和部分50之间,有一个圆锥形短过渡表面52(图6中较清晰)。
图5,6及7示放大细节的活动模46,结构形式与静止模47完全相似。模46有平坦的平行上、下纵向边缘53及54,和垂直面55,用于产生螺纹。在垂直面55上,形成一系列平行的螺脊,和准备制造的螺纹比配,因而其端视大致为V形。根据标准操作,螺脊的螺纹面57及58的夹觹为60°。螺脊56和上、下边缘53与54为锐角倾斜,适合于坯料49在模具中滚矸时产生螺旋线。
在模具的上缘表面53和面55之间,有阶梯形的倾斜表面59,形成模具上缘的一部分。这斜表面和上缘表面53倾斜25°。因此,阶梯表面59和表面59尽头处的螺脊56向上的螺纹面的倾斜,只有50的差另。在实践中,使表面59和与之交接的螺纹面57用融合连接。表面5°的垂直量度,至少应等于准备制造的螺纹的螺距两倍,以保证制螺纹的有适当的间隙。
和阶梯形表面59交接的螺脊56,有相对突然终止的端部60,最好是有复合弧线的凸圆面。其结果螺脊56在终端附近处有最大的截面尺寸,在纵向轴线的两侧对称。螺脊的仅有的尾部由圆角横向端部60形成,一般在螺脊轴线上对称。这尾部长度最好不超过准备制造的螺纹中径处圆周的四分之一。
伸到表面59的螺脊56圆角端面60,平滑融入到横具上缘53表面的窄平表面61中。这样便形成了倾斜表面59的阶梯结构形状,把斜表面分成各扇面形,各和一条螺脊56的螺纹面57连接。表面61和螺脊56垂直,垂直于螺脊的纵向轴线。
在模具的纵向上,螺脊端60的相互间距E,约等于准备制造的螺纹中径处中圆周长度。这里面包含精确圆周距离上的差异。例如,制造钛质紧固螺栓模具的距离E,可能大约在π×0.8×螺纹中径,至π×1.0×螺纹中径的范围内。
在螺脊端60的间隔安排方面,从螺纹滚压开始处的横具端62,螺脊端的高度在向着相对的横具端63的方向上逐个增高。这个效果在图8中示出,从图6及7也可以盾出。从图8中可见,右侧(即朝向横具端63)的螺脊端60,离开模具上缘表面,比左侧的离开上缘表面近一个小距离D。在横具的全部长度中,相邻的螺脊端都有相同的高度差D。
本发明的横具的运转和传统的横具相同,一个横具46在纵向上相对于另一模具47上活动。如图4及6所示,在螺纹制造作业开始前,把产入在模46的端部62附近,和模具上缘表面53垂直。因此,当把模具起动制造螺丝时,螺丝的内端43由螺脊56的圆角端60形。结果便使螺纹的内端相对突然地停止,如上文所述。
螺脊56的端部60之所以从模具端62向模具端63逐渐升高,为的是肯定每一个端部60,都在为形成螺纹而产生的槽的内端上接触坯料。这是因为从实际而言,不可能使每一个端部60,都准确地在同一地点接触螺丝坯料。所以,螺脊端60的逐渐升高,可保证每一个后继的螺脊,在一个稍为超过前一螺脊端的位置上,接触坯料。同时,一个螺脊比上一个升高的高度很小,因而螺丝坯料上只有一个很小的增量被模具螺脊端接触。这样便可以避免模具螺脊端的损坏。
倾斜表面59有利于在制造的螺纹内端提供间隙,并且也能防止横具螺脊的损坏。
如所表明,每一个螺脊56的端面60,都在螺脊的纵向轴线上对称,从而产生螺纹的对称内端43。在实际操作中,假如螺脊端用手工精磨,制造弧形端壁60,则不能取得精确的几何对称,因为螺纹面57处的螺脊暴露侧,一般可能被比螺面58处一侧多除去少量。在本文中,“一般对称”一词所指,就螺脊端和螺纹端面言,包括这种误差。
虽然本文所述有关有三个杆段的紧固件,但本发明可应用于直径不变化的杆部。于是滚压的螺纹内端突然停止,和上述的实施方案相同,但是在平直的杆段中结束而非在圆锥形过渡区中结束。
对上面对细节的叙述应该明确理解为仅解释和举例,而本发明的精神和范围应仅受限于文后的权利要求书。