制造中空螺钉的方法技术

本发明专利技术涉及制造中空螺钉的方法，其包括以下步骤：从大致平坦的金属材料形成浅杯，浅杯在其一端具有径向向外延伸的粗切凸缘；从浅杯挤出长形中空本体；将大致径向向外延伸的粗切凸缘夹持并弄平成螺钉头部的所需的尺寸和形状；退火以软化至少长形中空本体；将多个螺纹滚压至软化的长形中空本体的外部的至少一部分，由此将长形中空本体形成为大致平滑的杆部分和螺纹部分；和硬化中空螺钉。

【技术实现步骤摘要】
制造中空螺钉的方法本申请是名称为“中空金属螺钉及其制造方法”、国际申请日为2015年7月7日、国际申请号为PCT/US2015/039447、国家申请号为201580044487.6的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术总体上涉及一种特别用于航空航天应用的轻质中空金属不锈钢螺钉设计以及制造中空金属螺钉的相关方法。中空金属螺钉通过在一个或多个步骤中从大致圆形的金属片盘冲压而制成，以形成具有厚度为0.2至0.7毫米的壁的中空管状头部和螺钉杆。然后将螺钉杆退火以软化螺钉杆以进行螺纹滚压，此后中空金属螺钉被充分硬化以满足比类似尺寸的实心螺钉更轻的螺钉中的航空航天螺纹强度要求，并因此有助于飞行器燃料经济性。
技术介绍
螺钉在本领域中通常是已知的，并且倾向于包括实心芯杆，在该芯杆上滚动以形成具有规定节距和长度的一组螺纹。一般来说，高强度耐腐蚀钢(CRES)材料优选作为螺钉材料，这是因为硬化CRES的螺纹可以重复地重新安装到螺纹孔插座中而没有螺纹损坏。然而，CRES构成较重的金属材料，并且因此无助于飞行器燃料经济性，特别是当典型的飞行器包括几千个这样的螺钉时。使用较轻重量金属的尝试，例如实心芯铝或钛螺钉，在机械师重复安装和移除相同螺钉而不会由于螺纹磨损而损坏螺纹的能力方面受到限制。在过去，螺纹螺钉包括实心芯或由塑料等的芯插入件支撑的中空螺钉。不幸的是，塑料芯插入件至少有一些重量添加，由此螺钉仍然限制其对飞行器燃料经济性的贡献。本专利技术包括改进的中空耐腐蚀金属螺钉，其中螺钉由选择的耐腐蚀金属材料的大体圆形盘冲压以提供0.2至0.7毫米的杆壁厚度，随后退火以软化金属材料，随后继而通过螺纹滚压然后通过硬化步骤以提供具有足以承受大多数航空航天应用的螺纹强度的中空金属螺钉，并且通过提供具有耐腐蚀金属螺纹的中空螺钉来有助于飞行器燃料经济性，其中中空螺钉是由相同材料制成的实心芯螺钉重量的大约50％。本专利技术满足这些需要并提供了进一步的优点。
技术实现思路
本文所公开的中空螺钉的一个实施例包括头部和从其整体延伸并由金属材料的扁平坯料形成的长形中空轴。长形中空轴包括杆部分和在其上具有多个螺纹的螺纹部分。旋转驱动机构可以由金属材料的扁平坯料一体地形成，并且与头部或长形中空轴联接，并且构造成便于通过螺纹紧固中空螺钉。在一个实施例中，旋转驱动机构是由金属材料的扁平坯料形成的多边形形状，其中多边形形状可以包括外部多边形形状(例如，六边形)。或者，旋转驱动机构可包括由头部形成的内部凹部(例如，花键或十字形凹部)。这种凹部可以形成为平头或圆头。在该实施例的另一方面，整体垫圈可以由金属材料的扁平坯料形成并从头部向外延伸。防松垫圈(captivewasher)可以以允许防松垫圈相对于整体垫圈，头部和长形中空轴自由旋转的方式至少部分地形成在整体垫圈周围。更具体地，防松垫圈的外边缘可以向上并且围绕整体垫圈的外周边，以围绕整体垫圈相邻地附接防松垫圈，用于将整体垫圈夹在其中。在一个实施例中，防松垫圈可以包括导电材料并且具有大约0.15至0.30毫米的厚度。在该实施例的其他方面，中空螺钉可以包括具有恒定直径的长形中空本体。在该实施例中，螺纹的外径大于较平滑的杆部分的外径。这里，当在滚压螺纹之前添加时，自由浮动垫圈可以沿着杆部分滑动并且捕获在整体垫圈和螺纹部分之间。或者，长形中空本体可由具有第一直径的杆部分形成，该第一直径相对大于具有第二较小直径的重拉部分，其中在滚压步骤期间将螺纹赋予重拉部分。在一个实施例中，所得的中空螺钉可由包括耐腐蚀金属材料(例如A286钢)的金属材料的平坦原料制成，其中长形中空轴包括约0.2至约0.7毫米的壁厚，而螺纹具有约1200MPa至1400MPa的强度，并且中空螺钉的重量为具有相似尺寸和形状的实心螺钉的重量的约1/2。此外，鼻部可以形成在长形中空轴的与头部相对的一端。在另一方面，长形中空轴还可以在与头部相对的一端上包括帽，帽构造成防止流体流过中空螺钉的本体。在另一个实施例中，如本文所公开的中空螺钉可包括由金属材料的扁平坯料形成的头部和由金属材料的扁平坯料形成并从头部一体地延伸的长形中空轴。在一个实施例中，长形中空轴可包括杆部分和在其上具有多个螺纹的螺纹部分。优选地，螺纹具有约1200MPa至1400MPa的强度。螺纹部分可以比杆部分长，并且螺纹的大直径大于杆部分的直径。另外，整体垫圈也可以由金属材料的扁平坯料形成，并且具有从头部径向向外延伸的增大的水平表面区域。防松垫圈可以定位在增大的水平表面区域下方，并且(可选地)具有大致围绕整体垫圈的外周弯曲的外缘，至少部分地将整体垫圈夹在其中。在该实施例的另一方面，波形垫圈可以被夹在防松垫圈和整体垫圈的增大的水平表面区域之间。在任一实施例中，防松垫圈可相对于整体垫圈自由旋转。为此，由金属材料的扁平坯料一体形成并且与头部或长形中空轴连接的旋转驱动机构可以被构造成便于通过螺纹和围绕防松垫圈紧固中空螺钉。在一个实施例中，长形中空轴的杆部分和螺纹部分具有在约0.2至约0.7毫米之间的壁厚，并且防松垫圈由具有约0.15至0.30毫米厚度的导电材料制成。在另一个实施例中，旋转驱动机构可以包括从金属材料的扁平坯料形成在头部中的外部多边形形状或内部凹部，其中外部多边形形状是六边形并且内部凹部是花键凹部。或者，旋转驱动机构可包括冲压到长形中空轴的底部中以及从金属材料的扁平坯料冲压的内凹部。在该实施例中，可以在该端形成鼻部，特别是当头部是圆头或平头部时。这里，长形中空轴具有帽以防止流过中空螺钉的本体。优选地，金属材料的平坦原料是耐腐蚀金属材料，例如A286钢。在另一个实施例中，如本文所公开的中空螺钉可包括由耐腐蚀的平坦原料金属材料例如A286钢形成的头部。具有约0.2至约0.7毫米的壁厚的长形中空轴也可由耐腐蚀的扁平原材金属材料形成并从头部延伸。长形中空轴优选地包括杆部分和在其上具有多个螺纹的螺纹部分，其中螺纹具有在约1200MPa至1400MPa之间的强度。中空螺钉还可以包括旋转接合机构，例如由头部或长形中空轴形成的多边形形状或凹部，并且构造成允许通过螺纹紧固中空螺钉。优选地，旋转接合机构也由耐腐蚀的平坦原料金属材料形成，并且可以包括六角形头部或花键凹部。在该实施例的另一方面，中空螺钉还可包括由头部形成的整体垫圈，并且具有从头部径向向外延伸的放大的水平和大致圆形的表面区域。然后将防松垫圈定位在邻近增大的水平表面区域，其中外缘大致围绕整体垫圈的外周边弯曲，以至少部分地将整体垫圈夹在其中。防松垫圈能够相对于整体垫圈和螺钉体自由旋转。在一个实施例中，防松垫圈可以具有0.15至0.30毫米的厚度并且由导电材料制成。此外，长形中空轴可以包括带帽和锥形的鼻部，其中具有花键凹部，并且定位在与头部相对的端部。在该方面中，头部优选地包括圆头，平头或锥形头，而不是与上述六边形头类似的多边形头。一种用于制造如本文所公开的中空螺钉的方法包括用于形成浅杯的步骤，所述浅杯在其一端具有径向向外延伸的粗切削凸缘，所述浅杯由大致平坦的金属材料形成，例如由如A286钢的耐腐蚀材料的扁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造中空螺钉的方法，其包括以下步骤：/n从大致平坦的金属材料形成浅杯，浅杯在其一端具有径向向外延伸的粗切凸缘；/n从浅杯挤出长形中空本体；/n将大致径向向外延伸的粗切凸缘夹持并弄平成螺钉头部的所需的尺寸和形状；/n退火以软化至少长形中空本体；/n将多个螺纹滚压至软化的长形中空本体的外部的至少一部分，由此将长形中空本体形成为大致平滑的杆部分和螺纹部分；和/n硬化中空螺钉。/n

【技术特征摘要】
20140707 US 62/021,6231.一种制造中空螺钉的方法，其包括以下步骤：
从大致平坦的金属材料形成浅杯，浅杯在其一端具有径向向外延伸的粗切凸缘；
从浅杯挤出长形中空本体；
将大致径向向外延伸的粗切凸缘夹持并弄平成螺钉头部的所需的尺寸和形状；
退火以软化至少长形中空本体；
将多个螺纹滚压至软化的长形中空本体的外部的至少一部分，由此将长形中空本体形成为大致平滑的杆部分和螺纹部分；和
硬化中空螺钉。


2.根据权利要求1所述的方法，包括从包括耐腐蚀A286钢的平坦金属材料卷料冲压大致圆形坯件的步骤。


3.根据权利要求1所述的方法，包括将长形中空本体重拉成杆部分和重拉部分的步骤，重拉部分的外径相对比杆部分的外径窄。


4.根据权利要求1所述的方法，包括给螺钉头部施加内花键或十字凹部的步骤。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述退火步骤包括：在约950-980摄氏度的高温下加热该中空螺钉约1小时的步骤，其中，所述中空螺钉在退火步骤后包括约79洛氏硬度B的硬度。


6.根据权利要求1所述的方法，包括在滚压步骤期间将稳定销插入长形中空本体的步骤，所述稳定销的外径大致为长形中空本体的螺纹部分的内径的尺寸，稳定销支撑其周边壁，以防止在滚压步骤期间塌陷。


7.根据权利要求1所述的方法，其中，硬化步骤包括通过在约690-720摄氏度的温度下沉淀硬化约16小时而热处理中空螺钉的步骤。


8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中空螺钉包括约42洛氏硬度C的硬度，并且所述螺纹包括在硬化步骤之后约1200-1400MPa的强度。


9.根据权利要求1所述的方法，包括从长形中空本体的一个端部形成圆形鼻部的步骤。


10.根据权利要求1所述的方法，包括将底部形成的凹部键入到长形中空本体的封闭端的步骤。


11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中空螺钉的重量为足够螺纹强度的实心螺钉的重量的大约1/2。


12.一种制造中空螺钉的方法，其包括以下步骤：
从大致平坦的金属材料形成具有约0.2至约0.7毫米的壁厚的长形中空本体；
将长形中空本体的一个端部夹持和弄平成螺钉头部的所需的尺寸和形状；
在约950-980摄氏度的高温下退火约1小时，以软化长形和中空本体和螺钉头部；
将多个螺纹滚压至软化的长形中空本体的外部的至少一部分；和
将中空螺钉硬化到42洛氏硬度C的硬度，其中所述螺纹包括约1200-1400MPa的强度。


13.根据权利要求12所述的方法，包括从包括耐腐蚀材料A286钢的平坦金属材料卷料冲压大致圆形坯件的步骤。


14.根据权利要求12所述的方法，包括将长形中空本体重拉成杆部分和重拉部分的步骤，重拉部分的外径相对比杆部分的外径窄。


15.根据权利要求12所述的方法，包括在滚压步骤期间将稳定销插入长形中空本体的步骤，稳定销的外径大致为长形中空本体的螺纹部分的内径的尺寸，稳定销支撑周壁，以防止在滚压步骤期间塌陷。


16.根据权利要求12所述的方法，包括形成从长形中空本体的一个端部形成圆形的鼻部和将底部形成的凹部键入鼻部的步骤。


17.一种制造中空螺钉的方法，其包括以下步骤：
从大致圆形的平坦金属材料形成浅杯和径向向外延伸的粗切凸缘；
从浅杯挤出长形中空本体；
将大致径向向外延伸的粗切凸缘夹持和弄平成螺钉头部的所需的尺寸和形状；
将螺钉头部翻转成具有向外延伸的裙部的中心弯曲圆顶；
将中心弯曲圆顶重构成多边形形状；
将裙部冲压成整体垫圈；
退火以软化至少长形中空本体；
将稳定销插入长形中空本体，稳定销的外径大致为长形中空本体的内径的尺寸，稳定销在其中支撑周壁；
将多个螺纹滚压至软化的长形中空本体的外部的至少一部分；
将花键凹部冲压至螺钉头部；和
硬化中空螺钉。


18.根据权利要求17所述的方法，包括将长形中空本体重拉成杆部分和重拉部分的步骤，重拉部分的外径相对比杆部分的外径窄。


19.根据权利要求17所述的方法，包括以下步骤：
从包括A286钢的耐腐蚀材料的平坦卷料冲压大致圆形的坯件，其中，所述长形中空本体包括约0.2至约0.7毫米的壁厚；
在约950-980摄氏度的高温下加热中空螺钉约1小时；和
在约690-72...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·G·哈特，
申请(专利权)人：物理系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US