中空金屬螺釘及其制造方法技術

提供了中空螺釘及其相關制作方法，其中中空螺釘從平坦卷料切割的大致圓形耐腐蝕不銹鋼盤形成。中空螺釘包括頭部和從其延伸的具有約0.2至約0.7毫米之間的壁厚的長形中空軸，該長形中空軸限定桿部分和具有多個螺紋的螺紋部分，旋轉驅動機構構造成便于通過螺紋進行緊固。這一方法涉及退火以軟化沖壓的中空螺釘，然后滾壓螺紋，然后時效硬化中空螺釘。這樣，所得的中空螺釘較輕，是由相同材料制成的具有足夠螺紋強度的實心螺釘質量的約50％，以滿足大多數航空航天應用，并有助于重要飛行器燃料經濟性。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】中空金屬螺釘及其制造方法
本專利技術總體上涉及一種特別用于航空航天應用的輕質中空金屬不銹鋼螺釘設計以及制造中空金屬螺釘的相關方法。中空金屬螺釘通過在一個或多個步驟中從大致圓形的金屬片盤沖壓而制成，以形成具有厚度為0.2至0.7毫米的壁的中空管狀頭部和螺釘桿。然后將螺釘桿退火以軟化螺釘桿以進行螺紋滾壓，此后中空金屬螺釘被充分硬化以滿足比類似尺寸的實心螺釘更輕的螺釘中的航空航天螺紋強度要求，并因此有助于飛行器燃料經濟性。
技術介紹
螺釘在本領域中通常是已知的，并且傾向于包括實心芯桿，在該芯桿上滾動以形成具有規定節距和長度的一組螺紋。一般來說，高強度耐腐蝕鋼(CRES)材料優選作為螺釘材料，這是因為硬化CRES的螺紋可以重復地重新安裝到螺紋孔插座中而沒有螺紋損壞。然而，CRES構成較重的金屬材料，并且因此無助于飛行器燃料經濟性，特別是當典型的飛行器包括幾千個這樣的螺釘時。使用較輕重量金屬的嘗試，例如實心芯鋁或鈦螺釘，在機械師重復安裝和移除相同螺釘而不會由于螺紋磨損而損壞螺紋的能力方面受到限制。在過去，螺紋螺釘包括實心芯或由塑料等的芯插入件支撐的中空螺釘。不幸的是，塑料芯插入件至少有一些重量添加，由此螺釘仍然限制其對飛行器燃料經濟性的貢獻。本專利技術包括改進的中空耐腐蝕金屬螺釘，其中螺釘由選擇的耐腐蝕金屬材料的大體圓形盤沖壓以提供0.2至0.7毫米的桿壁厚度，隨后退火以軟化金屬材料，隨后繼而通過螺紋滾壓然后通過硬化步驟以提供具有足以承受大多數航空航天應用的螺紋強度的中空金屬螺釘，并且通過提供具有耐腐蝕金屬螺紋的中空螺釘來有助于飛行器燃料經濟性，其中中空螺釘是由相同材料制成的實心芯螺釘重量的大約50％。本專利技術滿足這些需要并提供了進一步的優點。
技術實現思路
本文所公開的中空螺釘的一個實施例包括頭部和從其整體延伸并由金屬材料的扁平坯料形成的長形中空軸。長形中空軸包括桿部分和在其上具有多個螺紋的螺紋部分。旋轉驅動機構可以由金屬材料的扁平坯料一體地形成，并且與頭部或長形中空軸聯接，并且構造成便于通過螺紋緊固中空螺釘。在一個實施例中，旋轉驅動機構是由金屬材料的扁平坯料形成的多邊形形狀，其中多邊形形狀可以包括外部多邊形形狀(例如，六邊形)。或者，旋轉驅動機構可包括由頭部形成的內部凹部(例如，花鍵或十字形凹部)。這種凹部可以形成為平頭或圓頭。在該實施例的另一方面，整體墊圈可以由金屬材料的扁平坯料形成并從頭部向外延伸。防松墊圈(captivewasher)可以以允許防松墊圈相對于整體墊圈，頭部和長形中空軸自由旋轉的方式至少部分地形成在整體墊圈周圍。更具體地，防松墊圈的外邊緣可以向上并且圍繞整體墊圈的外周邊，以圍繞整體墊圈相鄰地附接防松墊圈，用于將整體墊圈夾在其中。在一個實施例中，防松墊圈可以包括導電材料并且具有大約0.15至0.30毫米的厚度。在該實施例的其他方面，中空螺釘可以包括具有恒定直徑的長形中空本體。在該實施例中，螺紋的外徑大于較平滑的桿部分的外徑。這里，當在滾壓螺紋之前添加時，自由浮動墊圈可以沿著桿部分滑動并且捕獲在整體墊圈和螺紋部分之間。或者，長形中空本體可由具有第一直徑的桿部分形成，該第一直徑相對大于具有第二較小直徑的重拉部分，其中在滾壓步驟期間將螺紋賦予重拉部分。在一個實施例中，所得的中空螺釘可由包括耐腐蝕金屬材料(例如A286鋼)的金屬材料的平坦原料制成，其中長形中空軸包括約0.2至約0.7毫米的壁厚，而螺紋具有約1200MPa至1400MPa的強度，并且中空螺釘的重量為具有相似尺寸和形狀的實心螺釘的重量的約1/2。此外，鼻部可以形成在長形中空軸的與頭部相對的一端。在另一方面，長形中空軸還可以在與頭部相對的一端上包括帽，帽構造成防止流體流過中空螺釘的本體。在另一個實施例中，如本文所公開的中空螺釘可包括由金屬材料的扁平坯料形成的頭部和由金屬材料的扁平坯料形成并從頭部一體地延伸的長形中空軸。在一個實施例中，長形中空軸可包括桿部分和在其上具有多個螺紋的螺紋部分。優選地，螺紋具有約1200MPa至1400MPa的強度。螺紋部分可以比桿部分長，并且螺紋的大直徑大于桿部分的直徑。另外，整體墊圈也可以由金屬材料的扁平坯料形成，并且具有從頭部徑向向外延伸的增大的水平表面區域。防松墊圈可以定位在增大的水平表面區域下方，并且(可選地)具有大致圍繞整體墊圈的外周彎曲的外緣，至少部分地將整體墊圈夾在其中。在該實施例的另一方面，波形墊圈可以被夾在防松墊圈和整體墊圈的增大的水平表面區域之間。在任一實施例中，防松墊圈可相對于整體墊圈自由旋轉。為此，由金屬材料的扁平坯料一體形成并且與頭部或長形中空軸連接的旋轉驅動機構可以被構造成便于通過螺紋和圍繞防松墊圈緊固中空螺釘。在一個實施例中，長形中空軸的桿部分和螺紋部分具有在約0.2至約0.7毫米之間的壁厚，并且防松墊圈由具有約0.15至0.30毫米厚度的導電材料制成。在另一個實施例中，旋轉驅動機構可以包括從金屬材料的扁平坯料形成在頭部中的外部多邊形形狀或內部凹部，其中外部多邊形形狀是六邊形并且內部凹部是花鍵凹部。或者，旋轉驅動機構可包括沖壓到長形中空軸的底部中以及從金屬材料的扁平坯料沖壓的內凹部。在該實施例中，可以在該端形成鼻部，特別是當頭部是圓頭或平頭部時。這里，長形中空軸具有帽以防止流過中空螺釘的本體。優選地，金屬材料的平坦原料是耐腐蝕金屬材料，例如A286鋼。在另一個實施例中，如本文所公開的中空螺釘可包括由耐腐蝕的平坦原料金屬材料例如A286鋼形成的頭部。具有約0.2至約0.7毫米的壁厚的長形中空軸也可由耐腐蝕的扁平原材金屬材料形成并從頭部延伸。長形中空軸優選地包括桿部分和在其上具有多個螺紋的螺紋部分，其中螺紋具有在約1200MPa至1400MPa之間的強度。中空螺釘還可以包括旋轉接合機構，例如由頭部或長形中空軸形成的多邊形形狀或凹部，并且構造成允許通過螺紋緊固中空螺釘。優選地，旋轉接合機構也由耐腐蝕的平坦原料金屬材料形成，并且可以包括六角形頭部或花鍵凹部。在該實施例的另一方面，中空螺釘還可包括由頭部形成的整體墊圈，并且具有從頭部徑向向外延伸的放大的水平和大致圓形的表面區域。然后將防松墊圈定位在鄰近增大的水平表面區域，其中外緣大致圍繞整體墊圈的外周邊彎曲，以至少部分地將整體墊圈夾在其中。防松墊圈能夠相對于整體墊圈和螺釘體自由旋轉。在一個實施例中，防松墊圈可以具有0.15至0.30毫米的厚度并且由導電材料制成。此外，長形中空軸可以包括帶帽和錐形的鼻部，其中具有花鍵凹部，并且定位在與頭部相對的端部。在該方面中，頭部優選地包括圓頭，平頭或錐形頭，而不是與上述六邊形頭類似的多邊形頭。一種用于制造如本文所公開的中空螺釘的方法包括用于形成淺杯的步驟，所述淺杯在其一端具有徑向向外延伸的粗切削凸緣，所述淺杯由大致平坦的金屬材料形成，例如由如A286鋼的耐腐蝕材料的扁平卷料沖壓出的大致圓形的坯料。可以從淺杯中擠出具有約0.2至約0.7毫米的壁厚的長形且中空的本體。然后，作為夾緊和壓平步驟的一部分，大體徑向向外延伸的粗切削凸緣可以被修整和壓平成螺釘頭(例如，平頭或圓頭)的期望尺寸和形狀。接下來，可以通過在約950-980攝氏度的高溫下加熱中空螺釘約1小時來對中空螺釘進行退火，以使至少長形的中空體軟化至約79本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種中空螺釘，其包括：從金屬材料的平坦原料形成的頭部；長形中空軸，其從金屬材料的平坦原料形成，并且從所述頭部整體延伸，該長形中空軸包括一桿部分和在其上具有多個螺紋的螺紋部分；和旋轉驅動機構，其從金屬材料的平坦原料整體地形成并與頭部或長形中空軸聯接，并且配置成便于通過螺紋擰緊中空螺釘。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.07.07 US 62/021,6231.一種中空螺釘，其包括：從金屬材料的平坦原料形成的頭部；長形中空軸，其從金屬材料的平坦原料形成，并且從所述頭部整體延伸，該長形中空軸包括一桿部分和在其上具有多個螺紋的螺紋部分；和旋轉驅動機構，其從金屬材料的平坦原料整體地形成并與頭部或長形中空軸聯接，并且配置成便于通過螺紋擰緊中空螺釘。2.根據權利要求1所述的中空螺釘，長形中空軸包括約0.2和0.7毫米之間的壁厚。3.根據權利要求1所述的中空螺釘，包括由金屬材料的平坦原料形成的整體墊圈，其從頭部向外延伸。4.根據權利要求3所述的中空螺釘，包括至少部分地圍繞整體墊圈形成的防松墊圈，使得允許防松墊圈相對于整體墊圈、頭部和長形中空軸自由旋轉。5.根據權利要求4所述的中空螺釘，其中，防松墊圈的外緣圍繞整體墊圈的外周向上翻轉，以將防松墊圈相鄰地聯接到整體墊圈。6.根據權利要求4所述的中空螺釘，其中，防松墊圈的厚度為約0.15至0.30毫米。7.根據權利要求4所述的中空螺釘，其中，防松墊圈包括導電材料。8.根據權利要求3所述的中空螺釘，包括自由浮動墊圈，其能沿著所述桿部分滑動并且被捕獲在整體墊圈和所述多個螺紋之間，所述螺紋部分的外徑比桿部分的外徑大。9.根據權利要求1所述的中空螺釘，其中，所述旋轉驅動機構包括從金屬材料的平坦原料形成的多邊形形狀。10.根據權利要求9所述的中空螺釘，其中，所述旋轉驅動機構包括所述多邊形形狀和從頭部形成的內凹部。11.根據權利要求10所述的中空螺釘，其中，所述多邊形形狀包括六邊形并且內凹部包括花鍵凹部。12.根據權利要求1所述的中空螺釘，其中，所述金屬材料的平坦原料包括防腐蝕金屬材料，包括A286鋼。13.根據權利要求1所述的中空螺釘，其中，所述螺紋包括約1200兆帕至1400兆帕的強度。14.根據權利要求1所述的中空螺釘，包括在與頭部相對的長形中空軸的一端形成的鼻部。15.根據權利要求1所述的中空螺釘，其中，所述頭部包括圓形頭部或平頭部。16.根據權利要求1所述的中空螺釘，其中，所述長形中空軸包括帽，防止流體流過中空螺釘的內部。17.根據權利要求1所述的中空螺釘，其中，所述中空螺釘的重量是相似尺寸和形狀的實心螺釘重量的大約1/2。18.一種中空螺釘，包括：從金屬材料的平坦原料形成的頭部；長形中空軸，其從金屬材料的平坦原料形成并且從頭部整體延伸，并且所述長形中空軸包括桿部分和在其上具有多個螺紋的螺紋部分；整體墊圈，其從金屬材料的平坦原料形成并且具有從頭部徑向向外延伸的放大的水平表面區域；防松墊圈，其位于放大的水平表面區域下方，并且具有大致繞整體墊圈的外周彎曲的外緣，在其中至少部分夾持整體墊圈，防松墊圈能夠相對于所述整體墊圈自由旋轉；和旋轉驅動機構，其從金屬材料的平坦原料整體地形成并與頭部或長形中空軸的至少一部分聯接，并配置成便于通過螺紋擰緊中空螺釘。19.根據權利要求18所述的中空螺釘，其中，所述桿部分和所述長形中空軸的螺紋部分包含約0.2至約0.7毫米之間的壁厚，并且防松墊圈包括厚度為約0.15至0.30毫米的導電材料。20.根據權利要求18所述的中空螺釘，其中，所述旋轉驅動機構包括從金屬材料的平坦原料形成到頭部中的外多邊形形狀。21.根據權利要求18所述的中空螺釘，其中，所述旋轉驅動機構包括從所述頭部形成的內凹部。22.根據權利要求21所述的中空螺釘，其中，內凹部包括花鍵凹部。23.根據權利要求18所述的中空螺釘，其中，所述旋轉驅動機構包括從金屬材料的平坦原料沖壓到頭部中的內凹部。24.根據權利要求18所述的中空螺釘，其中，金屬材料的平坦原料包括防腐蝕金屬材料，包括A286鋼。25.根據權利要求18所述的中空螺釘，其中，所述螺紋包括約1200兆帕至1400兆帕的強度。26.根據權利要求18所述的中空螺釘，包括在長形中空軸的一端形成的鼻部，其中所述頭包括圓形頭部或平頭部。27.根據權利要求18所述的中空螺釘，其中，所述長形中空軸包括配置成防止通過中空螺釘的流動的帽。28.根據權利要求18所述的中空螺釘，其中，所述螺紋部分比所述桿部分長，并且所述螺紋的大徑比桿部分的外徑大。29.根據權利要求18所述的中空螺釘，包括被防松墊圈和整體墊圈的放大的水平表面區域夾在中間的波形墊圈。30.一種中空螺釘，包括：由包括A286鋼的耐腐蝕平坦原料金屬材料形成的頭部；長形中空軸，其具有約0.2和約0.7毫米之間的壁厚，從耐腐蝕的平坦原料金屬材料形成，并且從頭部延伸，所述長形中空軸包括桿部分和在其上具有多個螺紋的螺紋部分，所述螺紋具有約1200兆帕至1400兆帕之間的強度；和旋轉接合機構，其包括多邊形形狀或從頭部或長形中空軸形成的凹部，并配置成允許通過螺紋緊固中空螺釘。31.根據權利要求30所述的中空螺釘，包括從頭部形成的整體墊圈，其具有沿徑向從所述頭部向外延伸的放大的水平和大致圓表面區域。32.根據權利要求31所述的中空螺釘，防松墊圈定位成與放大的水平和大致圓形的表面區域相鄰，并且具有大致繞整體墊圈的外周彎曲的外緣，將整體墊圈至少部分地夾持在其中，防松墊圈配置為能繞整體墊圈自由旋轉。33.根據權利要求32所述的中空螺釘，其中，所述防松墊圈的厚度為0.15至0.30毫米，并且包括導電材料。34.根據權利要求30所述的中空螺釘，其中，旋轉接合機構從耐腐蝕的平坦原料金屬材料形成，并且所述多邊形形狀包括六角頭部或所述凹部包括花鍵凹部。35.根據權利要求30所述的中空螺釘，其中，所述長形中空軸包括在與頭部相對的端部處具有花鍵凹部的帶帽的錐形鼻部，其中所述頭部包括圓形頭部、平頭部或錐形頭部。36.一種用于制造中空螺釘的方法，其包括以下步驟：從大致平坦的金屬材料形成淺杯，在其一端具有徑向向外延伸的粗切凸緣；從淺杯擠出長形中空本體；將大致徑向向外延伸的粗切凸緣壓夾持并弄平成螺釘頭部的所需的尺寸和形狀；退火...

【專利技術屬性】
技術研發人員：C·G·哈特，
申請(專利權)人：物理系統公司，
類型：發明
國別省市：美國,US