技术领域
[0001] 本
发明涉及用于紧固
工件构件的铆钉(更准确地说，铆钉组件)。具体而言，本发明涉及抽芯铆钉(blind rivets)。更具体而言，本发明涉及断芯型(break-stem type)的抽芯铆钉。根据本发明的铆钉能够提供
锁定紧固，即这样类型的紧固：通过该紧固，铆钉的各部分被锁定在一起，以独立地减少或消除这些部分之间的相对移动，或者除了由于紧固本身所引起的相互作用之外还减少或消除这些部分之间的相对移动。
背景技术
[0002] 本
申请所述类型的抽芯铆钉组件(以下称为“铆钉(rivets)”)用于将工件构件紧固在一起。工件构件可以例如为材料片或互连部件(诸如管状部件)的形式，这些工件构件需要被紧固在一起，从而限制或防止它们的相对移动。
[0003] 为了将工件构件紧固在一起，将抽芯铆钉穿过工件构件中的相应孔，然后使用对铆钉的钉芯部件/部分(以下称为“钉芯(stem)”)施加拉
力的工具将抽芯铆钉设置就位。施加到钉芯的拉力使铆钉的在
紧固件的“盲(blind)”侧(即在工件的与工具所在侧相反的一侧)的
铆体部件/部分(以下称为“铆体”)
变形。铆体的变形通常导致铆体的变形部分与工件的盲侧
接触，同时铆体的头部与工件的另一侧接触。工件构件因此被紧固在铆体的变形部分和铆体的头部之间(即，被保持或夹紧在一起)。
[0004] 如果一旦铆钉已经被设置，铆体和钉芯能够相对于彼此移动，则这种紧固的强度和已设置铆钉继续限制工件构件的相对移动的能力可能受到损害。例如，如果铆钉是断芯铆钉(其中，在设置操作期间钉芯的一部分断裂，使得钉芯从铆体头部突出较少或根本不突出)，则钉芯留在铆体中的部分可能会在铆体内朝向工件的盲侧
反冲(recoil)和移动。通过工件构件的振动或施加在接头(joint)上的持续
应力，也可能造成钉芯在铆体内移动。甚至钉芯相对于铆体的小移动也会降低紧固的有效性。在某些情况下，钉芯可能完全脱离铆体。这可以额外显着降低紧固件的剪切强度(shear strength)，即降低紧固件限制或防止工件构件在与紧固件的纵轴线大致垂直的方向上的移动的能力。
[0005] 已知可以减轻铆钉中的上述问题并且具有多种不同构造的锁定特征部。
[0006] 一些铆钉包括铆体孔中的肩部，该肩部冲击钉芯上的配合肩部，以迫使材料局部地径向向内变形到钉芯肩部正下方的钉芯锁定凹槽中而形成锁定。这种锁定的强度只足以抵抗小铆钉的反冲。
[0007] 其他类型的内部锁定涉及形成在头部孔中的锁定“唇缘”。当铆钉被设置时，锁定唇缘位移到形成在钉芯中的锁定凹槽内。然而，这些锁定难以形成，并且强度也有限。
[0008] 其他锁定可以包括在钉芯上的折叠裙部，该折叠裙部通过放置工具的特殊唇状端头帽展开并且锁定在铆体头部的顶部中的沉孔(counterbore)中。然而，这些设计不能应用于高硬度的钉芯，因为折叠裙部会变脆并容易磨损工具端头帽的相应唇缘。
[0009] 在至少一些
实施例中，本发明旨在通过某种方式来解决或者至少减轻上述问题。
[0010] 在至少一些实施例中，本发明旨在提供与
现有技术相比更简单的锁定式抽芯铆钉设计。
[0011] 在至少一些实施例中，本发明旨在提供适用于相对较大工件构件的牢固锁定，该相对较大工件构件可能需要相对较大的孔和包括具有高拉伸强度(因此特别容易反冲)的钉芯的铆钉。
发明内容
[0012] 在本发明的一个实施例中，公开了一种用于紧固工件构件的铆钉，所述铆钉包括：铆体，其包括沿第一纵向方向延伸的柄部和沿第二基本横向方向延伸的头部，所述柄部和所述头部限定有穿过所述柄部和所述头部的孔；以及钉芯，其包括扩大部分和布置成用于插入所述孔中的主纵向部分，所述扩大部分布置成用于当其受迫进入所述孔中以紧固所述工件构件时径向扩展所述柄部；所述铆钉构造成用于插入形成在所述工件构件中的相应孔中；并且所述铆钉还构造成这样：当所述工件构件被紧固时，所述铆钉的所述铆体的所述头部相对于所述柄部发生位移以与所述钉芯接合，从而将所述钉芯相对于所述铆体和/或所述工件构件锁定就位。
[0013] 在优选的实施例中，所述钉芯的所述主纵向部分包括至少一个钉芯锁定特征部，以促进所述铆钉的所述铆体的所述头部与所述钉芯的接合。所述至少一个钉芯锁定特征部例如可以包括钉芯肩部和/或钉芯凹槽。
[0014] 在优选的实施例中，所述铆钉的所述铆体的所述头部包括至少一个铆体锁定特征部，以促进所述铆钉的所述铆体的所述头部与所述钉芯的接合。所述至少一个铆体锁定特征部可以包括诸如内部铆体肩部和/或内部铆体凹槽。
[0015] 在一些实施例中，所述头部具有外部弯曲轮廓或外部穹顶状轮廓，并且，所述头部可选地具有平坦或弯曲的下方接触面，所述下方接触面用于抵靠所述工件构件中的一个的相应平坦或弯曲的表面。
[0016] 优选地，所述位移包括所述头部的至少一部分围绕所述头部的被限制在所述工件构件中的一个的表面和用于设置所述铆钉的工具的外部边缘之间的区域的枢转。所述头部的至少大部分经受屈服，以使所述位移能够将所述钉芯相对于所述铆体和/或所述工件构件锁定就位。
[0017] 可选地，所述铆体形成为
单体件和/或由
钢制成，可选地，所述钢处于
退火状态。类似地，所述钉芯形成为单体件和/或由钢制成，可选地，所述钢处于硬化状态。
[0018] 所述铆体的所述柄部具有普通筒状外轮廓或者是
花键式的。可选地，所述铆体的所述柄部包括空隙部分。
[0019] 优选地，所述钉芯的所述扩大部分包括锥形部分，所述锥形部分布置为便于所述铆体的所述柄部的至少一部分的径向扩展。
[0020] 可选地，所述工件包括用于与所述铆钉的所述铆体的所述头部邻接的弯曲表面。
[0021] 根据本发明的另一实施例，公开了一种使用铆钉紧固工件构件的方法，所述铆钉包括：铆体，其具有沿第一纵向方向延伸的柄部和沿第二基本横向方向延伸的头部，所述铆体的所述柄部和所述头部限定有穿过所述柄部和所述头部的孔；以及钉芯，其具有布置成用于插入所述孔中的主纵向部分和布置成用于径向扩展所述柄部的扩大部分，所述方法包括：将所述铆钉插入形成在所述工件构件中的相应孔中；迫使所述扩大部分进入所述孔中以紧固所述工件构件；以及使所述铆钉的所述铆体的所述头部相对于所述柄部位移以与所述钉芯接合，从而将所述钉芯相对于所述铆体和/或所述工件构件锁定就位。
[0022] 优选地，紧接着迫使所述扩大部分进入所述孔中以紧固所述工件构件的步骤，并且可选地，因为该行动继续进行的结果的责任，执行使所述铆体的所述头部相对于所述柄部位移以与所述钉芯接合从而将所述钉芯相对于所述铆体和/或所述工件构件锁定就位的步骤。
附图说明
[0023] 现在将通过非限制性实例来描述本发明的具体实施例，其中：
[0024] 图1示出了根据本发明实施例的铆钉组件的横截面；
[0025] 图2示出了在被安装在工具中且插入穿过工件中的孔之后并且处于设置操作开始时的图1的紧固件的横截面。在该图和图3至图7中，为了清楚起见，省略了工具的拉爪(pulling jaws)和一些其他部件；
[0026] 图3示出了进行了一部分设置操作的图1和图2的紧固件的横截面；
[0027] 图4示出了处于设置操作的后续阶段的图1至图3的紧固件的横截面；
[0028] 图5示出了进行了进一步的设置操作的图1至图4的紧固件的横截面；
[0029] 图6示出了进行了更进一步的设置操作的图1至图5的紧固件的横截面；
[0030] 图7示出了当设置操作完成时的图1至图6的紧固件的横截面；
[0031] 图8示出了在被安装在工具中且插入穿过不同形状工件中的孔之后并且处于设置操作开始时的根据本发明实施例的铆钉组件的横截面。在该图和图9至图13中，包括了工具的拉爪；
[0032] 图9示出了进行了一部分设置操作的图8的紧固件的横截面；
[0033] 图10示出了处于设置操作的后续阶段的图8和图9的紧固件的横截面；
[0034] 图11示出了进行了进一步的设置操作的图8至图10的紧固件的横截面；
[0035] 图12示出了进行了更进一步的设置操作的图8至图11的紧固件的横截面；以及[0036] 图13示出了当设置操作完成时的图8至图12的紧固件的横截面。
具体实施方式
[0037] 本实施例代表了
申请人当前已知的将本发明付诸实施的最佳方式，但是它们并不是实现本发明的唯一方式。它们被示出，并且现在将仅以举例的方式描述它们。
[0038] 在图1中示出了盲断芯铆钉组件(blind breakstem rivetassembly)11。紧固件11包括铆体13和钉芯15。铆体13限定了沿其长度的轴向孔，钉芯15被接纳和
定位在该轴向孔内。铆体13包括铆体柄部17和径向扩大的铆体头部21。
[0039] 铆体柄部17基本上在第一方向上延伸，大致平行于紧固件11的轴线，即大致平行于铆体13的纵轴线并且大致平行于钉芯15的纵轴线。在将紧固件11设置在工件中之前(即，当紧固件11处于图1所示的状态时)，铆体头部21被布置为使得铆体头部21的下方接触面(underhead contact surface)22(其用于接触诸如图2至图7所示的工件19或者图8至图13所示的工件119等工件的外表面)基本位于一个平面内，即近似平坦。该平面大致垂直于第一方向，即大致垂直于铆体13的纵轴线和钉芯15的纵轴线。在所示实例中，铆体头部21具有穹顶状外表面，在紧固件11的设置过程中，安装工具将被推动抵靠在该外表面上(参见图2至图7和图8至图13)。在其他实例中，铆体头部21可以具有不同的外表面轮廓，诸如平坦的或者阶梯状的轮廓。
[0040] 在所述实施例中，铆体13还包括铆体锁定特征部23。如本领域技术人员将认识到的，铆钉的该锁定机构是除主紧固机构以外的机构。在所示实例中，铆体锁定特征部23是铆体13内部中的肩部23，即在限定铆体13的轴向孔的内壁上的肩部23。肩部23位于铆体13的头端(即，铆体13的头部21所在的端部)处的孔径减小的区域29和更靠近铆体13的尾端(即，铆体13的与头端相反的端部)的更大孔径的区域31之间的过渡部处。
[0041] 在其他实例中，锁定特征部23可以采用不同的形式。锁定特征部23例如可以是从铆体13的内壁(即，限定铆体13的轴向孔的壁)径向向内突出并且沿铆体13的轴线仅延伸短距离的突起。突起可以围绕铆体13的孔的整个外周(circumference)延伸，从而在与紧固件11的纵轴线大致垂直的平面中形成连续的环形突起，或者突起可以仅围绕铆体13的孔部分地延伸。如果突起仅围绕铆体13的孔部分地延伸，则可以存在围绕铆体13的孔的外周间隔开的几个突起。
[0042] 铆体锁定特征部23构造成(例如，尺寸设计成和成形为)使得其大致对应于钉芯锁定特征部25。在所示实例中，钉芯锁定特征部25包括在钉芯15的外表面中的肩部26和凹槽28。肩部26围绕钉芯15的外周延伸，从而在与钉芯15的纵轴线大致垂直的平面中形成连续的环形肩部。类似地，凹槽28围绕钉芯15的外周延伸，从而在与钉芯15的纵轴线大致垂直的平面中形成连续的环形凹槽。肩部26位于较大钉芯直径的区域33与较窄钉芯直径的区域35之间的过渡部处。凹槽28位于较窄钉芯直径的区域35中，并且凹槽28的直径比钉芯15的在轴向上紧挨凹槽28的两侧的部分窄。
[0043] 在其他实例中，钉芯锁定特征部25可以采用不同的形式。在一些实例中，肩部和/或凹槽可以不是连续的，即，肩部和/或凹槽可以围绕钉芯15的外周仅部分地延伸。在这种情况下，围绕钉芯15的外周可以存在几个分隔开的独立肩部和/或凹槽。独立的肩部和/或凹槽可以使钉芯锁定特征部25具有城堡形外观。
[0044] 钉芯15包括钉芯扩大部分27。在将紧固件11安装在工件19(参见图2至图7和图8至图13)中期间，通过位于钉芯15的与扩大部分27相反的端部处的安装工具51对钉芯15施加拉力。拉力将钉芯15朝向铆体13的头端(朝向图1至图7和图8至图13的实例中的左侧)拉动穿过铆体13。如图2至图7和图8至图13所示，当扩大部分27穿过铆体13的柄部17时，钉芯扩大部分27使柄部17径向向外变形。这导致在工件19的盲侧(即，工件19的与安装工具51所在侧相反的一侧)形成径向扩大的隆起部。在附图所示的实例中，工件19的右侧是形成扩大的隆起部的盲侧。
[0045] 图2示出了在插入到包括两个工件构件191和192的工件19中之后的图1的紧固件11。工具51被推动抵靠在铆体头部21上，并且将被用于通过对钉芯15施加拉力将紧固件11设置在工件19中。本领域技术人员将认识到，根据具体应用，本发明可以同时应用于两个以及两个以上的工件构件。
[0046] 图3至图7示出了在设置操作期间铆体13、钉芯15和工件19的移动。在图3中，钉芯扩大部分27已被拉入铆体13的柄部17中，从而使上述柄部17径向向外移动。在所示实例中，钉芯锁定特征部25的肩部26接近形成为铆体锁定特征部23的肩部23。
[0047] 当钉芯15已被充分拉动穿过铆体13时，钉芯锁定特征部25和铆体锁定特征部23将彼此接触。在所示实例中，钉芯15的肩部26将与铆体13的肩部23接触。图4示出了设置操作的该阶段。
[0048] 当钉芯15被进一步拉动穿过铆体13时，力经由钉芯锁定特征部25被施加到铆体锁定特征部23上。施加到铆体锁定特征部23的力促使铆体13的至少一部分位移/变形。在这种情况下，动词“位移”和“变形”(及其派生词)意味着任何“形状或形式或构造的变化”，并且旨在包括(但不限于)铆体13的形状或构造通过铆体13的一个或多个部分相对于铆体的其他部分的旋转或枢转而变化；以及铆体13的一个或多个部分例如通过材料从铆体13的一部分流到铆体13的另一部分而伸长或收缩。如下面将更详细描述的，铆体13的位移/变形引起铆体13和钉芯15之间的锁定连接。
[0049] 在所示实例中，当钉芯15被安装工具拉动时，钉芯15的肩部26对铆体13的肩部23施加力。该力使铆体头部21变形/移位。
[0050] 图5示出了在铆体锁定特征部23和钉芯锁定特征部25已经彼此接触并且铆体头部21已经开始变形/移位之后处于设置过程的后续阶段的紧固件11。由钉芯15施加到铆体13的力使铆体头部21围绕径向扩大的头部21和铆体柄部17连接的点枢转。头部21已经枢转，使得头部21的径向最外部分37仍与工件19接触，但是已经形成了下方凹部39，从而在工件
19和铆体头部21的下方接触面22的位于径向最外部分37径向内侧的一部分之间留有间隙。
下方接触面22不再基本位于一个平面内，即不再是大致平坦的。
[0051] 柄部17的一部分已被拉动穿过工件19中的孔并被拉出到工件19的工具侧。这可能是由于以下原因：整个柄部17进一步朝向工件19的工具侧移动，或者柄部17的一部分通过伸长而变形，这取决于柄部17的尾端通过轴向收缩和/或径向扩展的变形程度。
[0052] 当紧固件11已经达到图5所示的安装阶段时，铆体锁定特征部23(在所示实例中为肩部23)是头部21的径向最内部分41。肩部23已经围绕头部21和柄部17连接的点枢转。肩部23仍与钉芯锁定特征部25(所示实例中的肩部26)接触。
[0053] 当头部21相对于铆体柄部17充分枢转时，如将在下面更详细描述的，安装工具51将防止头部21进一步枢转。此后，通过安装工具51继续或增大施加到钉芯15的力可能导致头部21的其他类型的变形(即，与头部21的枢转不同)。具体而言，可以使铆体锁定特征部23(肩部23)进一步位移/变形到钉芯15上的凹槽28中(如果可能的话)，并且与铆体锁定特征部23相邻的头部和/或柄部材料的相应变形能够使铆体锁定特征部23变形。该变形是由于工具51对头部21施加接触力而产生的，其中接触力具有径向向内作用的分量。图6示出了肩部23占据凹槽28的更多部分的这种变形。
[0054] 将会有这样的时刻：在该时刻，施加到钉芯15的进一步的力将使钉芯15在断裂槽43处断裂。在钉芯15断裂之后，部分钉芯15留在铆体13内，而部分钉芯15被工具移除。图7示出了钉芯15的在断裂槽43处的断裂。钉芯15的断裂完成了紧固件安装过程。
[0055] 在设置紧固件11期间，铆体13的变形(包括头部21的枢转)导致铆体锁定特征部23和钉芯锁定特征部25的锁定接合。具体而言，头部21的变形使肩部23进入钉芯15的外表面中的凹槽28。
[0056] 铆体锁定特征23和钉芯锁定特征25的接合限制铆体13和钉芯15的相对移动。具体而言，肩部23已经进入凹槽28的事实限制了钉芯15可以在铆体13的孔内轴向滑动的程度。因此，铆体锁定特征部23和钉芯锁定特征部25的接合有助于当钉芯15在断裂槽43处断裂时防止钉芯15反冲到铆体13外面，和/或有助于防止钉芯15在安装过程之后由于工件19的振动而从铆体13中松动。
[0057] 由于形成钉芯15的材料的强度，因此以这种方式将钉芯15保持在铆体13内可以提高紧固件11的剪切强度，例如，可以提高紧固件限制一个工件构件相对于另一个工件构件在与紧固件11的纵轴线大致垂直的方向上滑动的能力。
[0058] 将钉芯15保持在铆体13内可选地或附加地提高紧固件的拉伸强度，例如，提高紧固件11防止工件构件在与紧固件11的纵轴线大致平行的方向上分离的能力。
[0059] 如图2至图7和图8至图13所示，用于安装紧固件11的工具51具有接触面53(参见例如图2或图8)。在所示实例中，接触面53是凹形接触面。接触面53的近似
曲率半径小于铆体头部21的外表面的近似
曲率半径。当工具51的接触面53首先压靠铆体头部21时，接触面53仅在接触面53的径向最外部分附近的第一接触环55上与铆体头部21接触。如图2至图4和图8至图11所示，在接触面53的径向向内部分与铆体头部21的径向向内部分之间存在间隙。
[0060] 当工具51拉动钉芯15以将紧固件11设置就位时，如前所述，铆体头部21枢转。随着铆体头部21枢转，穹顶状铆体头部21的近似曲率半径整体减小，并且铆体头部21的径向向内部分接近接触面53的径向向内部分，从而缩小接触面53的径向向内部分和铆体头部21的径向向内部分之间的间隙。铆体头部21最终枢转到使得头部21不能在该方向上进一步枢转的程度。这是因为：如图5和图12所示，头部21的径向向内部分在第二接触环57上与接触面53的径向向内部分接触。
[0061] 当铆体头部21在第二接触环57上与接触面53接触并且钉芯15被进一步拉动时，铆体头部21不能如先前那样枢转。第二接触环57施加在铆体头部21的表面上的反作用力克服了趋于使头部21枢转的力。该反作用力具有径向向内的分量。施加到铆体头部21的径向向内的力有助于促使肩部23进入凹槽28中的变形(例如，伸长和/或形成圆
角)。这样，由工具51施加到钉芯15的轴向力产生施加到铆体头部21的径向向内的力。径向向内的力促使铆体锁定特征部23进入钉芯锁定特征部25中的变形，从而有助于限制铆体13和钉芯15的相对移动。
[0062] 工具51可以布置成使得第二接触环57位于或靠近接触面53的最径向向内部分54。有利地，这可以减少由于将工具51应用于紧固件11而造成的铆体头部21的印痕。接触面53可以包括位于最径向向内部分54处的大致平坦部分，以进一步最小化由接触面53造成的铆体头部21的印痕。对于一个给定的紧固件11，接触面53可以布置成使得其内部半径近似等于穿过铆体13的孔的半径。
[0063] 除了提高紧固强度之外，通过铆体头部21的变形而实现的铆体锁定特征部23和钉芯锁定特征部25的接合有助于使安装的紧固件更加防破坏(tamper-proof)。
[0064] 如上所述，在将紧固件11设置在工件中期间，穹顶状铆体头部21围绕其与柄部17连接的点枢转。随着头部21枢转，头部21的近似曲率半径整体减小，并且铆体头部21的外表面的径向向内部分接近接触面53的径向向内部分，从而缩小接触面53的径向向内部分和铆体头部21的径向向内部分之间的间隙。铆体头部21的这种变形/位移允许头部21的径向最外部分37保持与工件接触，从而保持铆体头部21相对于工件更好的密封。当紧固件11与弯曲的工件一起使用时，这种效果特别有利，因为头部21的径向最外部分37会枢转并且保持与工件的弯曲表面接触。
[0065] 在图8至图13中，示出了根据本发明实施例的紧固件11被设置在平坦工件119中，而不是设置在如图2至图7所示的弯曲工件19中。实际上，紧固件11可以与各种形状的工件一起使用，并不旨在限于与弯曲工件或平坦工件一起使用。
[0066] 图8至图13所示的设置过程的步骤基本上对应于图2至图7所示的步骤。在图8至图13中，示出了形成安装工具51的一部分的爪59。出于说明的目的，在图8至图13中示出了爪
59(其在图2至图7中被省略)。爪59用于夹持钉芯15的牵拉部分并施加上文讨论的拉力。
[0067] 如上所述，虽然在所示实例中，铆体头部21具有穹顶状的外表面，但是在其他实例中，铆体头部可以具有不同的轮廓，例如平坦的顶部。类似地，尽管安装工具51的所示接触面53是凹形接触面，但是在其他实例中，接触面可以采用不同形式，只要在铆体头部21的径向向内部分与接触面的径向向内部分之间存在间隙以允许发生锁定所需的位移/变形即可。该表面可以例如采取锥形或截头圆锥形表面或阶梯状表面的形式。
[0068] 在一些实施例中，铆体13的柄部17可以包括空隙部分(voided section)，该空隙部分可以在安装紧固件11时促进工件构件中的孔的填充。
[0069] 可以选择铆体13和钉芯15的材料，以便在设置操作期间促进铆体头部21的变形，并且抵抗钉芯15的变形。铆体13可以例如包括相对较软的钢或其他合适的材料，而钉芯15可以包括较硬的钢或其他合适的材料。
