專利名稱：具有塑料支撐件和塑料螺紋件的接合組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有由塑料形成的支撐件和由塑料形成的螺紋件 的接合組件。螺紋件被擰入到支撐件的安裝孔中，并且包括芯和外螺 紋，該外螺紋在擰入到支撐件的安裝孔中時在支撐件的安裝孔內(nèi)形成 了埋頭螺紋。此外，本發(fā)明涉及一種形成為這種接合組件的螺釘或者 螺紋套的螺紋件及一種制造接合組件的工具和方法。
背景技術(shù)：
例如在DE4227272A1、 DE4227274C2和DE2317736中公開了具 有塑料支撐件和塑料螺紋件的這種接合組件，其中該塑料支撐件和塑 料螺紋件形成為具有自攻絲外螺紋的螺釘或者螺紋套。這些接合組件 的螺紋件通常設(shè)置有特殊設(shè)計的螺紋輪廓，以使它們執(zhí)行自攻絲功能。例如，DE4227272A1公開了一種具有所謂圓形輪廓的螺紋件，其 中軸向橫截面中的螺紋是圓形輪廓，螺紋圏(revolution)沿著軸向相 互隔開一個較小的間隔。DE4227274C2公開了一種螺紋套，該螺紋套 具有外螺紋，該外螺紋的高度沿著螺紋方向從最小值增大到最大值， 從而在螺紋高度的最大值時提供臺階，該臺階用來起著脫開鎖的作用。 在這種情況下，該螺紋形成為"三角形螺紋"。DE3201846A1和DE9115162U1 y〉開了一種自攻絲螺紋件，該螺 紋件具有這樣輪廓的螺紋，該輪廓尤其設(shè)計來執(zhí)行自攻絲功能。但是， 這些螺紋件不是由塑料形成。DE2317736公開了 一種由塑料形成的自攻絲螺釘或者螺栓，該螺 釘或者螺栓具有縱向延伸的槽，從而在每個螺紋圏中提供一對沿徑向相反的切割刃，這些切割刃在螺紋工作中起作用，從而在螺釘或者螺 栓通過螺紋檸入到安裝孔中時把內(nèi)螺紋切割到支撐件的安裝孔中。在實(shí)踐中使用由塑料形成的自攻絲螺紋件時，希望進(jìn)一步進(jìn)行改 進(jìn)。由塑料形成的現(xiàn)有技術(shù)螺紋件的一個缺點(diǎn)是，它們通常只適合于 由一種具體塑料形成的支撐件，同時它們不適合于大量的其它塑料。 常常地，螺紋件的自攻絲質(zhì)量較差。在形成螺紋期間，由于開槽和/ 或夾緊作用，對螺紋件和接合組件的強(qiáng)度和負(fù)荷能力產(chǎn)生了不利影響。 此外，螺紋件的抗變形性和穩(wěn)定性不總是另人滿意的。最后，即使螺 紋扭矩較小，但是應(yīng)該確保最大安全性以防螺紋件意外地與支撐件的 安裝孔脫開。發(fā)明內(nèi)容現(xiàn)有技術(shù)的上面缺點(diǎn)和缺陷通過本發(fā)明可以得到克服。具體地說， 本發(fā)明的主要目的是提供一種接合組件、 一種形成為螺釘或者螺紋套 的螺紋件和一種制造這種接合組件的工具和方法，它們使得接合組件 和螺紋件的螺紋形成、機(jī)械強(qiáng)度、負(fù)荷能力、抗變形性和防止意外脫 開的安全性達(dá)到最佳化。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，螺紋件的外螺紋具有如權(quán)利要求1所述的特殊螺紋輪廓，同時這種輪廓的特殊實(shí)施例限定在權(quán)利要求2-6中。 如權(quán)利要求7和8所限定的，外螺紋部分可以形成為細(xì)紋或者多頭螺 紋。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，螺紋件的外螺紋具有如權(quán)利要求9所 限定的特殊切割幾何形狀。切割幾何形狀的具體實(shí)施例記栽在權(quán)利要 求10-14中。螺紋件的外螺紋的進(jìn)一步細(xì)節(jié)記載在權(quán)利要求15-17中。優(yōu)選的是，螺紋件具有自由端，該自由端設(shè)置有如權(quán)利要求18-22 所限定的特殊頂部區(qū)域。當(dāng)螺紋件是螺釘或者螺栓時，位于軸和其頭部之間的過渡區(qū)域以 如權(quán)利要求23-27所述的特殊方式進(jìn)行設(shè)計。作為替換方式，螺紋件可以是如權(quán)利要求28和29所限定的螺紋 套。如權(quán)利要求32和33所限定的特殊工具優(yōu)選地被用來把螺故套擰入到支撐件的安裝孔中。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，螺紋件和支撐件的塑料相互適合，并且如權(quán)利要求30和31所限定那樣進(jìn)行選擇。制造這種特殊設(shè)計的接合組件的方法記載在權(quán)利要求36和37中。 如上面不證自明的那樣，除了接合組件、工具及制造接合組件的方法之外，本發(fā)明還涉及一種螺紋件本身，該螺紋件可以是如權(quán)利要求34和35所限定的螺釘(螺栓)或者螺紋套。


在下面參照附圖來描述本發(fā)明的其它特征和細(xì)節(jié)。在這些附圖中 圖l是具有一半螺紋件(該螺紋件形成為螺釘)的接合組件的橫 部視圖；圖2是本發(fā)明螺釘?shù)木植拷亻_的側(cè)正視圖； 圖3是圖2的螺釘?shù)耐敢晥D； 圖4是圖2的螺釘?shù)亩艘晥D；圖5是與圖2相類似的、本發(fā)明螺釘?shù)牧硪粋€實(shí)施例的視圖；圖6是圖5的螺釘?shù)耐敢晥D；圖7是本發(fā)明螺紋套的局部截開的側(cè)正視圖；圖8是圖7的螺紋套的橫剖視圖；圖9是本發(fā)明螺紋套的另一個實(shí)施例的縱向橫剖視圖；圖10是圖9的螺紋套的橫剖視圖；圖ll是本發(fā)明螺紋套的另一個實(shí)施例的側(cè)正視圖；圖12是圖11的螺紋套的橫剖視圖；圖13是本發(fā)明螺紋件的螺紋輪廓的實(shí)施例A的剖視圖；圖14是圖13的螺紋輪廓的放大比例的剖視圖；圖15是與圖13相類似的、螺紋輪廓的另一個實(shí)施例B的剖視圖；圖16是與圖14相同類似、圖15的螺紋輪廓的剖視圖；圖17是本發(fā)明螺釘?shù)膶?shí)施例A的橫截面，它示出了切割幾何形狀；圖18是與圖17相類似的、本發(fā)明螺釘?shù)膶?shí)施例B的剖視圖；圖19是本發(fā)明螺釘?shù)膶?shí)施例A的頂部區(qū)域的局部剖開的側(cè)正視圖20是沿著圖19的箭頭I-I方向截取的橫剖視圖； 圖21是與圖19相類似的、本發(fā)明螺釘?shù)膶?shí)施例B的側(cè)正視圖； 圖22是位于軸和本發(fā)明螺釘?shù)念^部之間的過渡區(qū)域的縱向剖視圖；圖23是沿著圖22的箭頭II-II方向所截取的橫剖視圖； 圖24是用來制造螺紋套和支撐件的接合組件的工具的局部剖開 的側(cè)正^L圖；圖25是與圖24相類似的、用來制造螺紋套和支撐件的接合組件 的工具的另一個實(shí)施例的側(cè)正^L圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出了接合組件1，該組件包括由塑料形成的支撐件2和形 成為螺釘或者螺栓4的螺紋件，該螺紋件也由塑料形成。在所示出的 實(shí)施例中，接合組件l是螺紋接頭，其中螺釘或者螺栓4在支撐件2 和另一個結(jié)構(gòu)件3之間提供夾緊連接。但是，如果螺紋件是螺紋套6 (圖7-12)，那么接合組件只由螺紋套和支撐件2形成。螺釘或者螺栓4包括軸，它包括實(shí)芯8和外螺紋部分10，其中 外螺紋部分IO包括單頭螺紋ll;頭部12;過渡區(qū)域14，它位于軸和 頭部12之間；驅(qū)動裝置16;和頂部區(qū)域18，它位于遠(yuǎn)離頭部12的芯 8的端部上。圖1示出了在螺釘4通過螺紋擰入到支撐件2的安裝孔20之前位 于左手側(cè)上的接合組件和在螺釘4通過螺紋擰入到安裝孔20之后位于 右手側(cè)上的接合組件。如圖所示，在螺釘4通過螺紋擰入到其中之前， 安裝孔20是光滑的圓柱形。螺釘4的螺紋11如此設(shè)計，以致它進(jìn)行 自攻絲或者形成螺紋，因此當(dāng)螺釘4通過螺紋擰入到安裝孔20中時， 螺紋11在安裝孔20內(nèi)形成了內(nèi)部螺紋26，這些在下面將更加詳細(xì)地 進(jìn)行解釋。此外，如圖l所看到的一樣，支撐件2具有擴(kuò)孔22，該擴(kuò)孔22的直徑D2稍稍大于安裝孔20的直徑Dl，并且基本上與外螺紋11的 大直徑相類似。結(jié)構(gòu)件3具有穿孔24，該穿孔24的直徑D3稍稍大于 直徑Dl和D2。圖2-6所示出的螺釘4A和4B與圖1中的螺釘不同之處只在于它 們的頭部，對于螺釘4A和4B而言，它們的頭部是具有外部和內(nèi)部驅(qū) 動裝置16的多功能頭部。驅(qū)動裝置可以是任何類型和結(jié)構(gòu)。在所示出 的實(shí)施例中，外部驅(qū)動裝置是具有法蘭鄰接件的六角形，同時內(nèi)部驅(qū) 動裝置是內(nèi)部輻射(radiussed)的六角形；作為替換方式，例如它可 以是十字形槽。螺釘4A和4B的螺紋輪廓相互不相同，這些下面將更 加詳細(xì)地解釋。如上面已經(jīng)解釋的一樣，本發(fā)明涉及各種各樣的接合組件，它包 括螺紋輪廓、螺釘或者螺紋套的切割幾何形狀和頂部區(qū)域、位于軸和 螺釘?shù)念^部之間的過渡區(qū)域、螺釘或者螺紋套和支撐件的材料、用來 把螺紋套插入到支撐件中的工具、及用來制造該接合組件的方法。在 下面，更加詳細(xì)地解釋本發(fā)明的這些方面。應(yīng)該注意的是，除非進(jìn)行其它說明，下面說明涉及螺釘和螺紋套 這兩種。螺紋輪廓塑料螺釘和塑料螺紋套的螺紋輪廓根據(jù)本發(fā)明如此地設(shè)計，以致當(dāng)螺紋ll穿透到支撐件2的安裝孔20中時，它以最佳方式形成了內(nèi) 部螺紋或者埋頭螺紋26。內(nèi)部螺紋26借助下面方法來形成切割工 作(攻絲工作)，或者材料變形，或者這兩種工作的結(jié)合。發(fā)明人認(rèn)識到，螺紋件(該螺紋件用于由這樣材料所形成的支撐 件，該材料實(shí)際上需要切割工作來形成埋頭螺紋)的螺紋輪廓的幾何 形狀應(yīng)該稍稍不同于螺紋件(該螺紋件用于由這樣材料所形成的支撐 件，該材料實(shí)際上需要進(jìn)行材料變形來形成埋頭螺紋)的螺紋輪廓。 因此，在圖13-21所示的本發(fā)明螺紋輪廓的優(yōu)選實(shí)施例中，示出了兩 個不同實(shí)施例A和B。實(shí)施例A尤其用于硬的、剛性的材料中，該材 料主要需要切割工作來使螺紋穿透到支撐件的材料中，同時實(shí)施例B用于高度延伸的、抗沖擊的材料，而該材料主要需要進(jìn)行材料變形來 形成埋頭螺紋。然而，螺紋輪廓的基本形狀與實(shí)施例A和B的相同如圖13-16所示一樣，外螺紋部分10A和10B中的每一個包括單 頭螺紋ll，該單頭螺紋各自繞著芯8A和8B延伸若干圏(轉(zhuǎn)數(shù))。 如軸向橫截面所示一樣，螺紋ll具有對稱的輪廓，該輪廓借助一對直 螺紋面30來限定出，這些螺紋面30相對于徑向線對稱地布置。螺紋 的螺紋面30借助半徑為！^的優(yōu)選圓形彎曲的圓形牙頂31來接合。芯8A和8B中的每一個在螺紋11的轉(zhuǎn)數(shù)之間設(shè)置有圓柱形外表 面32。借助優(yōu)選為圓形彎曲的圓的拐角33，使每個圓柱形外表面32 接合到螺紋ll的螺紋面30中。位于螺紋11的團(tuán)之間的軸向空間如此 選擇，以致位于螺紋ll的圏之間的螺旋間隙的容積大于螺紋的體積。螺紋11的螺紋面30相互傾斜一個輪廓角度a，該輪廓角度出于 下面將解釋的原因而被選擇成相對較小。輪廓角度a的范圍應(yīng)該為30度到50度，優(yōu)選為大約40度。目前為止所描述的螺紋輪廓與實(shí)施例A和B的相類似。圓形牙頂 31和圓形拐角33的間距P、螺紋高度Z和半徑R1和R2不同。就螺紋輪廓的實(shí)施例A而言，下面值范圍是優(yōu)選的P = ( 0.16-0.9 ) DAZ = ( 0.15-0.5 ) PRl = ( 0.4-0.7 ) ZR2 = ( 0.5-0.5 ) Za = 30度到50度在這里，P是螺紋的間距，Z是螺紋高度，Rl是牙頂31的彎曲 半徑，R2是位于芯8的圓柱形外表面32和螺紋11的螺紋面30之間 的圓形拐角33的彎曲半徑，及Da是螺紋II的大直徑，如圖13-16所 示。就實(shí)施例A (圖13、 14)的螺紋輪廓而言，下面值是優(yōu)選的 P = 0.25DAZ = 0.38P Rl = 0.6Z R2 = 035Z a-40度就實(shí)施例B的螺紋輪廓而言，下面范圍是優(yōu)選的P = ( 0.25-0.9 ) DAZ = ( 0.35-0.65 ) PRl = ( 0.25-0.5 ) ZR2 = ( 0.25-0.5 ) Za= 30度到50度就實(shí)施例B (圖15、 16)的螺紋輪廓而言，下面值是優(yōu)選的P = 0.33DAZ = 0.5PRl = 0.3ZR2 = 0.3Za-40度使用相對較小的輪廓角度a可以提供以下優(yōu)點(diǎn)在通過螺紋擰入 到支撐件2的安裝孔20中時，螺紋11施加相對較大的軸向力Faxial， 但是在支撐件2的材料上只有較小的徑向力FRadial。當(dāng)螺紋11形成埋 頭螺紋26時，尤其在沒有任何有害開槽和夾緊作用的情況下，這個-與相對較大的牙頂31的半徑Rl相結(jié)合-可以使支撐件2的材料以最佳 方式穿透到位于螺紋ll的圏之間的間隙中。實(shí)際上，位于螺紋ll的 圏之間的間隙容積基本上大于螺紋11的容積，可以防止支撐件2的材 料分別與芯8A和8B的圓柱形外表面30接合，這在其它情況下可以 導(dǎo)致有害的夾緊作用。間隙和螺紋的容積之間的這種尺寸大小關(guān)系的 另一個優(yōu)點(diǎn)是，在假想的、限制出螺紋牙頂?shù)膱A柱形的區(qū)域內(nèi)具有相 對較多量的材料。當(dāng)軸向張緊力施加在接合組件l (參見圖1)上時， 支撐件在假想的、限定出圓柱形內(nèi)的材料受到剪切負(fù)荷。與塑料螺紋 件的材料相比，在剪切區(qū)域內(nèi)的支撐件材料的增大容積和有利的開槽J素，可以對支撐件的材料的強(qiáng)度減小進(jìn)行一些補(bǔ)償?？偨Y(jié)如下a) 相對較小的徑向力Fradw和相對較大的半徑Rl可以確保塑料螺紋件以最小的開槽作用在沒有任何有害夾緊作用的情況下通過螺紋擰入到支撐件2的安裝孔20中。b) 位于螺紋11的圏之間的相對較大間隙和有利的開槽因素可以 提供接合組件l的最佳軸向拔出阻力。圖13-16所示的、具有上述優(yōu)選值的螺紋輪廓也可以用在細(xì)紋(未 示出)中。為此，它只需要提高大直徑Da，同時保持所示出的上述螺 紋輪廓的其它優(yōu)選值，因此間距直徑比P/DA相應(yīng)地減小了。圖13-16所示的螺紋輪廓只具有單頭螺紋。但是，應(yīng)該注意的是， 借助使間距P提高到位于優(yōu)選值范圍上端處的值(達(dá)到0.9.DA)，外 螺紋部分10A和10B中的每一個可以形成為多頭螺紋。即使間距具有 這種較大的值，但是外螺紋部分10A和IOB的間距角度(導(dǎo)程角)仍 然小于螺紋件和支撐件的兩種材料的自鎖角度。多頭螺紋提供了這樣 的優(yōu)點(diǎn)只借助一些圏，就可以使與快速連接革(closure)相類似的 螺紋件插入到支撐件的安裝孔中。螺紋件在釋放時容易重新裝配；因 為具有自鎖作用，因此螺釘或者螺紋套可以牢靠地接合和保持在安裝 孔內(nèi)。螺紋輪廓的切割幾何形狀根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，實(shí)施例A和B的螺紋輪廓使它們的邊 緣設(shè)置有切割刃36和間隙角p，從而有利于螺紋件穿透到支撐件的材 料中。螺紋輪廓的切割幾何形狀示出在圖17和18中。為了提供這種切割幾何形狀，塑料螺釘(或者螺紋套)由若干角 度區(qū)來形成；在圖17和18的實(shí)施例A和B中，設(shè)置有兩個角度區(qū) 34a和34b。角度區(qū)34a和34b使它們的螺紋11和它們的芯8A和8B 的每一個設(shè)置有圓弧形的邊緣，其中彎曲部分Ma、 Mb的中心沿著相 反的徑向各自相對于芯8A和8B的中心軸線M偏離一個量X。其結(jié) 果是，角度區(qū)34a、34b使芯和螺紋的邊緣相對于相互以臺階方式偏離，從而提供了相應(yīng)的切割刃36。如圖18和19的箭頭所示，切割刃36 如此布置，以致它們沿著螺紋方向是有效的，從而有利于螺紋穿透到 支撐件的材料中。此外，角度區(qū)34a和34b的徑向偏離量，沿著螺紋ll的邊緣和在 切割刃36附近在螺紋的外邊緣和用虛線所示出的、假想限定的圓K 之間產(chǎn)生了間隙角p。間隙角p保證了鐮刀形間隙，該鐮刀形間隙沿 著螺紋方向從相應(yīng)的切割刃36開始逐漸增大。徑向偏離量X的優(yōu)選值如下X = 0.10mm， DNennS8mmX = (K15mm， DNcnn > 8mm — DNcnn ￡ 12mmX = 0.20mm ， DNenn > 12mm區(qū)34a和34b的>^稱直徑Dnenn是螺紋11的弓形邊緣的半徑R 的兩倍。上面的X值保證了 l度的間隙角p。但是，其它間隙角的值也是 可以的；優(yōu)選的是，間隙角P的范圍為0.5度到5度，優(yōu)選的是，為 0.5度到2度。對于螺紋輪廓的兩個實(shí)施例A和B而言，可以使用相同的X和p 值。但是，不同之處在于，形成埋頭螺紋基本上需要切割工作的實(shí)施 例A(圖17)包括薄片槽38，該槽繞著螺紋件的總長度進(jìn)行延伸，并 且設(shè)置成鄰近切割刃36，因此它相應(yīng)地使切割刃36拉長。形成埋頭 螺紋主要需要進(jìn)行材料變形的實(shí)施例B(圖18)不包括相應(yīng)的薄片槽。在圖17和18所示的切割幾何形狀的實(shí)施例中，螺紋件由兩個徑 向偏離的角度區(qū)來形成。但是，應(yīng)該注意的是，可以設(shè)置兩個以上的 角度區(qū)，尤其對于直徑增大的螺紋件而言更是如此。例如，圖11所示 的螺紋套6b由四個角度區(qū)來形成，這些角度區(qū)具有四個切割刃36和 四個薄片(chip)槽38。螺紋輪廓的上述幾何形狀、尤其是上述切割幾何形狀一方面保證 了通過螺紋把螺紋件擰入到安裝孔中所需要的相對較小的扭矩，另一 方面保證了使螺紋件由于不注意而通過與螺紋方向相反的旋轉(zhuǎn)來釋放的危險最小化。為了提供上述小扭矩的需要，由角度區(qū)34a和34b的徑向偏離量 所產(chǎn)生的切割刃36最有幫助。在圖17和18所示的實(shí)施例A和B中， 切割刃36設(shè)置在軸向平面上，當(dāng)螺紋件由注模形成時，該軸向平面是 注模半部的分隔平面。這確保能夠提供銳利的切割刃。接合組件1由于不注意而被釋放的上述最小危險由若干因素來產(chǎn)生與通過螺釘?shù)膹埦o和表面壓力來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)螺釘?shù)谋３窒啾?，由?料形成的螺紋件的螺釘保持由下面這些來產(chǎn)生繞著螺紋輪廓沿徑向 向內(nèi)的方向來松開支撐件的塑料。特別重要的是角度區(qū)34a和34b的 上述徑向偏離量和產(chǎn)生于那里的間隙角P。當(dāng)螺紋件通過螺紋擰入到 支撐件的安裝孔中時，支撐件塑料的松開使支撐件的材料流入到位于 螺紋ll的邊緣和假想的限定圓K之間的間隙中，而圓K產(chǎn)生于間隙 角p。這可以防止螺紋件與螺紋方向相反地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，因此提供了防 止接合組件1進(jìn)行無意釋放的最大安全性。如實(shí)驗(yàn)所表明的，接合組 件1的釋放扭矩基本上大于使螺紋件擰入到安裝孔中所需要的扭矩。有助于防止接合組件l被無意釋放的另一個方法是自鎖作用，而 這種自鎖作用是由于上述間距(螺距)值及螺紋件和支撐件的塑料的 摩擦系數(shù)值所產(chǎn)生的。對于實(shí)施例A的螺紋輪廓而言，上面這些值產(chǎn) 生大約4.5度的間距角度，而對于實(shí)施例B的螺紋輪廓而言，產(chǎn)生大 約6度的間距角度。這些間距角度明顯小于螺紋件和支撐件的塑料的 自鎖角度的極限。這里，應(yīng)該注意的是，由于支撐件的材料具有切割和變形特性， 因此使支撐件2 (圖1)的安裝孔20的直徑Dl適合于螺紋輪廓，以 致芯8a和8b的外表面32 (圖13-16)保持沒有任何材料變形，而這 種材料變形由螺紋件通過螺紋擰入到安裝孔中來產(chǎn)生。設(shè)置在支撐件 2 (參見圖1)的入口區(qū)域中的埋頭孔22的直徑D2等于螺釘4的螺紋 11的大直徑(誤差為+0.5mm)，而埋頭孔22的深度T等于間距P, 并且用來減輕螺紋入口區(qū)域中的任何張緊力。頂部區(qū)域如圖19-21所示一樣，螺釘4在遠(yuǎn)離螺釘頭部的軸向端部具有錐 形頂部區(qū)域18，該錐形頂部區(qū)域具有預(yù)定斜面角度y的斜面40和最 小的直徑Df。此外，在這個區(qū)域中，螺紋輪廓的實(shí)施例a和B具有 不同設(shè)計的頂部區(qū)域。在實(shí)施例a中，頂部區(qū)域40的斜面角度y優(yōu)選為大約20度，最 小直徑Dp大約為0.7倍的螺紋大直徑DA。在實(shí)施例B中，斜面角度 y優(yōu)選為大約30度，最小直徑Dp優(yōu)選為大約0.5DA。在實(shí)施例a中，頂部區(qū)域18優(yōu)選地包括薄片凹口 42,該凹口的 高度為2P (圖19)，并且它的深度是3Z (圖20)，及在圖20的橫 截面中它具有半徑為Rs的圓形拐角。在用于形成埋頭螺紋所需要進(jìn) 行的材料變形的實(shí)施例B中(參見圖21)，不需要薄片凹口。頂部區(qū)域18初始時接合支撐件的材料，因此初始時承受負(fù)荷，該 負(fù)荷是在形成埋頭螺紋時由于切割作用或者變形作用而產(chǎn)生的。當(dāng)頂 部區(qū)域產(chǎn)生阻力和穩(wěn)定性(即切割刃"變鈍")時，具有上面切割幾何接受切割和變形作用。位于軸和螺釘頭部之間的過渡區(qū)域參照圖22和23,描述位于軸10和塑料螺釘6的頭部12之間的 過渡區(qū)域14的優(yōu)選設(shè)計。如這些附圖所示，借助具有彎曲半徑為Ra 和Rb的圓形端的錐形表面44，使軸10的芯8的外部表面32接合到 頭部12的底側(cè)上。圓形端Rb之后是短的圓柱形部分，借助彎曲半徑 為Rc的圓形部分使該圓柱形部分合并到頭部12的底側(cè)中。錐形表面 44相對于螺釘?shù)闹行妮S線M傾斜一個大約為30度的角度d。過渡區(qū)域14的這種大體錐形設(shè)計可以確保張緊力的分布，而在借 助拉緊螺釘使接合組件1張緊時，這種張緊力存在于過渡區(qū)域14中。 這有助于避免張緊力最大值處于過渡區(qū)域14中。此外，過渡區(qū)域14是這樣的設(shè)計，以致位于軸10的芯8和頭部 12之間的壁的厚度W大于0.5倍芯8的外表面32的直徑。這可以確保塑料在螺釘進(jìn)行注模時迅速地、平穩(wěn)地流入到頭部區(qū)域中。此外， 在接合組件處于張緊力作用時，過渡區(qū)域的這種設(shè)計即相對較大的壁厚W確保了負(fù)荷分布，從而減少了在過渡區(qū)域14中產(chǎn)生破裂的危險。 如在圖22、尤其在圖23中所看到的，設(shè)置在軸向平面中的對中 肋46設(shè)置在過渡區(qū)域14的外表面上。對中肋46的外邊緣相對于中心 軸線M傾斜一個角度e，例如該角度為20度。對中肋46的最大直徑 D2等于結(jié)構(gòu)件3 (圖1)的通孔24的直徑D3+0.5mm。其結(jié)果是，當(dāng) 支撐件2接合到另一個結(jié)構(gòu)件3中時(參見圖1)，對中肋46接合結(jié) 構(gòu)件23的通孔24的邊緣壁。當(dāng)螺釘4通過螺紋擰入到安裝孔20中時， 對中肋46執(zhí)行對中作用和支撐作用從而承受橫向負(fù)荷。如圖l和22所示，頭部22具有凹形底表面，以致頭部12沿著基 本上是圓形的線接觸區(qū)咸48來接合結(jié)構(gòu)件3的上表面。當(dāng)螺釘4受到 軸向負(fù)荷時，圓形的線接觸區(qū)域48可以穿透到結(jié)構(gòu)件3的更軟材料中， 和/或頭部12由于其材料彈性而可以進(jìn)行變形，從而減少張緊力峰值， 而該張緊力峰值在其它情況下由螺釘?shù)妮S向偏壓力、軸向負(fù)荷或者熱 產(chǎn)生的變形來產(chǎn)生。 螺紋件的材料螺紋件(螺釘或者螺紋套)由高性能塑料形成，該塑料具有較大 的熱阻、較大的硬度和較大的強(qiáng)度，并且可以防水。至于這些性能的 值，它們應(yīng)該基本上與支撐件的塑料的這些值不同，從而在用來形成 埋頭螺紋的切割或者變形工作期間，確保螺紋輪廓的理想穩(wěn)定性和切 割幾何形狀。螺紋件的優(yōu)選高性能塑料是聚醚苯二酰胺-GF (PPA-GF)、以聚 醚苯二酰胺-GF為基礎(chǔ)的共聚酰胺、聚醚亞胺-GF ( PEI-GF )、聚醚 醚酮-GF ( PEEK-GF )。也可以使用下面材料玻璃纖維加強(qiáng)的聚酰胺、碳纖維加強(qiáng)的聚 醚苯二酰胺、碳纖維加強(qiáng)的和玻璃纖維加強(qiáng)的聚醚苯二酰胺、以碳纖 維加強(qiáng)的聚醚苯二酰胺為基礎(chǔ)的共聚酰胺、以碳纖維加強(qiáng)的和玻璃纖 維加強(qiáng)的聚醚苯二酰胺為基礎(chǔ)的共聚酰胺、熱固性(duromeric )塑料。應(yīng)該知道，這些僅僅是螺紋件材料的優(yōu)選例子，也可以使用其它 熱高性能的塑料。 螺紋套如已經(jīng)所提到的，相對于具有切割幾何形狀和頂部區(qū)域的螺紋輪廓的上面描述和解釋不僅涉及螺釘4，而且涉及螺紋套6。 螺紋套6的例子示出在圖7-12中。在圖7、 8的實(shí)施例中，螺紋套6具有內(nèi)螺紋50，該內(nèi)螺紋沿著 螺紋套6的整個軸向長度進(jìn)行延伸。因此，用來把螺紋套6擰入到支 撐件的安裝孔中的工具一定得接合內(nèi)螺紋50，這些在下面將更加詳細(xì) 地解釋。在圖9、 IO的實(shí)施例中，除了內(nèi)螺紋50之外，螺紋套6a還具有 內(nèi)部驅(qū)動裝置52，該驅(qū)動裝置52在所示出的例子中是內(nèi)部圓形的六 角形，該六角形只設(shè)置在螺紋套6a的一個軸向端上。作為替換方式， 內(nèi)部多邊形可以設(shè)置在螺紋套6a的內(nèi)部螺紋50內(nèi)。圖11和12示出了具有外部螺紋部分10A的螺紋套6b，該外部螺 紋部分10A形成為細(xì)紋。如上面結(jié)合螺紋輪廓所解釋的一樣，細(xì)紋10A 由下面方法來形成使用實(shí)施例A或者B的優(yōu)選螺紋輪廓，并且相應(yīng) 地增大大直徑D"如上面所提到的，圖11、 12的螺紋套6b包括四個徑向偏離的角 度區(qū)，從而提供了四個切割刃36。在所示出的實(shí)施例中，切割刃36 連接到四個薄片槽38中。大量的切割刃36可以改善切割力的圓周分 布并且改善螺紋套在安裝孔內(nèi)的對準(zhǔn)度。螺紋套被插入到支撐件的圓柱形(模制或者機(jī)加工)安裝孔中， 該支撐件可以是強(qiáng)度較小的塑料形成件。當(dāng)塑料形成件借助注模來形 成時，不需要復(fù)雜的工作來從模子中除去螺紋。因此，由高性能塑料 形成的螺紋套由于螺紋阻力較大而提高了塑料形成件的功能性能和特 征。螺紋套6或者6a或者6b的內(nèi)螺紋50尤其可以設(shè)計成確保螺紋保 持效果，例如借助使用間距偏移量、直徑改變，或者借助局部無螺紋的區(qū)域，來確保螺紋保持效果，從而把螺釘(未示出)夾緊在螺紋套 的內(nèi)螺紋中。組合工具圖24所示的工具適合把圖7和8所示的螺紋套6插入到支撐件 2a的安裝孔20中，該支撐件2a是塑料形成件。該工具包括驅(qū)動地 旋轉(zhuǎn)的工具主體54，它包括軸向延伸的心軸56;直徑增大的鄰近鄰接 部分58;及鄰近驅(qū)動部分60。心軸56是軸銷，它包括相對較短的 螺紋部分62,它鄰近該鄰接部分58;及鄰近圓柱形支撐部分64。螺 紋部分62的螺紋相對于螺紋套6的內(nèi)螺紋50配合地形成，同時圓柱 形支撐部分64的直徑等于內(nèi)螺紋50的小直徑。在裝配期間，螺紋套6通過螺紋擰在較短的螺紋部分62上，直到 螺紋套6接合該鄰接部分58為止。然后借助工具主體54使螺紋套6 進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而通過螺紋擰入到安裝孔20中。在工作期間，心軸56 的圓柱形部分64從內(nèi)部支撐螺紋套6。當(dāng)鄰接部分58接合支撐件1 時，裝配工作就完成了。現(xiàn)在借助使工具主體54沿著相反的方向進(jìn)行 旋轉(zhuǎn)來移開心軸56。由于螺紋部分62的長度較短，因此可以很快地 進(jìn)行插入工作和拆下工作。圖25所示的工具適合裝配圖9和10所示的螺紋套6a，并且設(shè)置 有內(nèi)部驅(qū)動裝置52。又，該工具包括驅(qū)動地旋轉(zhuǎn)的工具主體54a, 它包括心軸56a;鄰接部分58;及驅(qū)動部分60。但是，在這種情況下， 心軸56a是銷，該銷沒有任何螺紋，并且包括圓柱形部分66和驅(qū)動部 分，該驅(qū)動部分包括驅(qū)動裝置68，該驅(qū)動裝置68相對于螺紋套6a的 內(nèi)部驅(qū)動裝置52配合地成形。這種工具使得裝配工作得到簡化，因?yàn)槁菁y套6a在裝配工作開始 時僅僅沿著軸向在心軸56a上進(jìn)行滑動，并且在裝配工作結(jié)束時剛好 從螺紋套6a中沿著軸向移開心軸56a。圖25的工具的另一個優(yōu)點(diǎn)是，在裝配工作之后，它可以使螺紋套 6a沿著軸向在安裝孔內(nèi)進(jìn)行移動。因此，螺紋套6a的軸向位置可以 得到精確的調(diào)整，以致螺紋套6a可以設(shè)置成從安裝孔20中軸向地伸出一個預(yù)定量，從而接合相對表面(未示出)。 借助摩擦焊接來制造非釋放接合組件的方法如上面所解釋的，借助簡單的檸入工作，可以使螺紋件(螺釘或 者螺紋套)插入到支撐件的圃柱形安裝孔中。可以產(chǎn)生一種這樣的接合組件l:借助"松脫"工作，使它能夠從安裝孔中拆下螺紋件。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，塑料螺紋件以下面方式插入到支撐件 的安裝孔中在螺紋件和支撐件之間產(chǎn)生非釋放的、不泄漏氣體和液 體的接合。為此，螺紋件(塑料螺釘或者塑料螺紋套)通過螺紋以這樣高的 速度擰入到支撐件的圓柱形安裝孔中，以致支撐件的塑料(它是高性 能的玻璃纖維加強(qiáng)的熱塑材料)借助摩擦熱量來得到塑煉。螺紋件的 外螺紋使塑煉過的、支撐件的塑料沿著與螺紋方向相反的方向進(jìn)行移 動。塑煉過的塑料在固化時包圍螺紋件的外螺紋。在螺紋工作結(jié)束時， 工具的速度突然減小到0。在其它情況下，螺紋件的包圍結(jié)構(gòu)可以被 損壞，因此外殼不是液密的。由于螺紋件和支撐件的塑料性能不同， 例如熔點(diǎn)不同，因此螺紋件不會被損壞。這種"旋轉(zhuǎn)摩擦焊接"使得裝 配時間小于2秒。
權(quán)利要求
1.一種接合組件，它包括支撐件(2)，它由塑料形成；所述支撐件具有安裝孔(20)，該安裝孔由孔壁限定；及螺紋件(4；6)，它由塑料形成，并且具有中心軸線(M)，所述螺紋件包括芯(8)和外螺紋部分(10)，在螺紋件擰入到支撐件(2)的所述安裝孔(20)的壁中時，該外螺紋部分在所述安裝孔(20)內(nèi)通過切割和/或變形操作形成內(nèi)螺紋部分(26)；所述螺紋件(4；6)包括若干角度區(qū)(34a，34b)，這些角度區(qū)在徑向平面上具有弧形外周，這些弧形外周使彎曲中心(Ma、Mb)相對于所述中心軸線(M)進(jìn)行徑向偏移，以致鄰近的角度區(qū)在它們的外周上借助臺階來偏離，從而提供切割刃(36)，以在所述螺紋件通過螺紋擰入到支撐件的安裝孔中時執(zhí)行切割操作。
2. 如權(quán)利要求1所述的接合組件，其特征在于，角度區(qū)(34a、 34b) 的螺紋(11)的所述弧形外周和在螺紋件的中心軸線(M)上具有中 心的假想限定圓(K)包括間隙角(p)。
3. 如權(quán)利要求2所述的接合組件，其特征在于，所述間隙角(p) 是0.5度到5度。
4. 如權(quán)利要求1所述的接合組件，其特征在于，角度區(qū)(34a、 34b) 的弧形外周的彎曲中心(Ma、 Mb)沿著相反的徑向偏向螺紋件(4; 6)的中心軸線(M) —個量X， X量如下X = 0.10mm, DNenn^8mmX = 0.15mm， DNenn> 8mm和DNennS 12mmX = 0.20mm, DNenn> 12mm其中，Dn,是角度區(qū)(34a、 34b)的螺紋(ll)的孤形外周的彎 曲半徑(R)的兩倍。
5. 如權(quán)利要求1所述的接合組件，該組件用于支撐件(2)，該支 撐件的材料主要需要切割操作來形成所述內(nèi)螺紋部分(26)，其特征在于，角度區(qū)(34a、 34b)的螺紋(ll)的每一個設(shè)置有薄片槽(38)， 該槽沿著螺紋件(4; 6)的長度進(jìn)行延伸，并且布置成拉長相關(guān)的一 個所述切割刃(36)。
6. 如權(quán)利要求1所述的接合組件，該組件用于支撐件(2)，該支 撐件的材料主要需要變形操作來形成所述內(nèi)螺紋部分(26)，其特征 在于，角度區(qū)(34a、 34b)的螺紋(11)不包括任何薄片槽。
7. 如權(quán)利要求1所述的接合組件，其特征在于，支撐件(2)的安 裝孔(20)具有埋頭孔(22)，該埋頭孔的直徑(D2)至少與螺紋件(4; 6)的螺紋(11)的大直徑(Da) —樣大。
8. 如權(quán)利要求1所述的接合組件，其特征在于，螺紋件(4; 6) 的螺紋(ll)具有引導(dǎo)角，該引導(dǎo)角小于螺紋件(4; 6)和支撐件(2) 的所述塑料的自鎖角度。
9. 如權(quán)利要求1所述的接合組件，其特征在于，支撐件(2)的安 裝孔(20)具有的直徑(Dl)適合于螺紋件(4; 6)的螺紋(11)， 因此在形成所述內(nèi)螺紋部分(26)時，螺紋件(4; 6)的芯(8)的所 述外表面(32)不會承受任何變形作用。
10. 如權(quán)利要求1所述的接合組件，其特征在于，螺紋件(4; 6) 具有軸向自由端，該自由端設(shè)置有錐形頂部區(qū)域(18),該頂部區(qū)域 具有切割斜面(40)，該切割斜面具有預(yù)定的斜面角度(Y)和預(yù)定切 割直徑(DF)。
11. 如權(quán)利要求10所述的接合組件，該組件用于支撐件(2)，該 支撐件的材料主要需要切割操作來形成所述內(nèi)螺紋部分(26)，其特 征在于，切割斜面(40)的所述斜面角度(Y)大約為20度，所述切 割直徑(Df)大約是0.7倍的螺紋(10)的大直徑(Da)。
12. 如權(quán)利要求11所述的接合組件，其特征在于，所述頂部區(qū)域 (18)設(shè)置有薄片凹口 (42),該凹口的高度大約為螺紋(10A)的間距(P)的兩倍，該凹口的深度基本上是螺紋(10A)的輪廓高度(Z) 的三倍。
13. 如權(quán)利要求10所述的接合組件，該組件用于支撐件(2)，該支撐件的材料主要需要變形操作來形成所述內(nèi)螺紋部分，其特征在于，所述切割斜面(40)的所述斜面角度(Y)大約為30度，所述切割直 徑(DF)大約是0.5倍的螺紋(10B)的大直徑(DA)。
14. 如權(quán)利要求13所述的接合組件，其特征在于，所述頂部區(qū)域 (18)不具有任何薄片凹口。
15. 如權(quán)利要求1所述的接合組件，其特征在于，所述螺紋件是具 有軸和頭部(12)的螺釘(4)。
16. 如權(quán)利要求15所述的接合組件，其特征在于，螺紋件的芯(8) 的所述外表面(32)借助過渡區(qū)域(14)接合到所述頭部(12)上， 該過渡區(qū)域具有錐形外表面(44)，該錐形外表面具有圓形端部分(Ra、 Rb)。
17. 如權(quán)利要求6所述的接合組件，其特征在于，位于螺紋件的芯 (8)和頭部(12)之間的所述過渡區(qū)域(14)的壁厚(W)大于芯(8)的所述外表面(32)的直徑的一半。
18. 如權(quán)利要求16所述的接合組件，其特征在于，所述過渡區(qū)域 (14)在所述軸和所述頭部(12)之間具有外表面，該外表面設(shè)置有對中肋(46)，這些肋設(shè)置在軸向平面上，并且在所述支撐件(2)借 助所述螺紋件接合到所述另一個零件(3)上時，這些肋接合另一個零 件(3)的通孔(24)的壁。
19. 如權(quán)利要求16所述的接合組件，其特征在于，所述螺釘?shù)乃?述頭部(12)具有凹形底表面，該底表面具有這樣的形狀，以致所述 頭部確保在其徑向外部區(qū)域中具有基本上是圓形的線接觸(48)。
20，如權(quán)利要求1所述的接合組件，其特征在于，所述螺紋件是具 有內(nèi)螺紋(50)的螺紋套(6; 6a)。
21. 如權(quán)利要求20所述的接合組件，其特征在于，除了所述內(nèi)螺 紋(50)之外，所述螺紋套(6a)還設(shè)置有內(nèi)部驅(qū)動裝置(52)。
22. 如權(quán)利要求1所述的接合組件，其特征在于，所述螺紋件(4; 6)由高度穩(wěn)定的塑料形成，該塑料的主要熱阻、硬度和強(qiáng)度基本上大 于支撐件(2)的塑料的熱阻、硬度和強(qiáng)度。
23. 如權(quán)利要求12所述的接合組件，其特征在于，所述高度穩(wěn)定 的塑料是聚醚苯二酰胺-GF (PPA-GF)、以聚醚苯二酰胺-GF為基礎(chǔ) 的共聚酰胺或者聚醚亞胺-GF ( PEI-GF )或者聚醚醚酮-GF(PEEK-GF)、或者纖維玻璃加強(qiáng)的聚酰胺、或者碳纖維加強(qiáng)的聚醚 苯二酰胺、或者碳纖維加強(qiáng)的和玻璃纖維加強(qiáng)的聚醚苯二酰胺、以碳 纖維加強(qiáng)的聚醚苯二酰胺為基礎(chǔ)的共聚酰胺、或者以碳纖維加強(qiáng)的和 玻璃纖維加強(qiáng)的聚醚苯二酰胺為基礎(chǔ)的共聚酰胺、或者熱固性塑料。
24. —種塑性材料的螺紋件，包括螺釘或螺紋套，用于如權(quán)利要求 l所述的接合組件，所述螺紋件包括具有中心軸線(M)的孔(8)， 和外螺紋部分(10)，所述外螺紋部分(10)在螺紋件擰入所述支撐 元件(2)的接收孔(20)的光滑壁上時在所述支撐元件(2)的接收 孔(20)上通過切割和/或變形操作形成內(nèi)螺紋部分(26)，所述螺紋 件(4; 6)包括多個角度區(qū)(34a; 34b)，所述角度區(qū)在徑向平面中 是具有相對于所述中心軸線(M)徑向偏移的彎曲(Ma， Mb)中心 的弧形外周，從而相鄰角度區(qū)在它們的外周處借助臺階偏離，以提供 切割邊緣(36)，用于在所述螺紋件被擰入所述支撐元件的接收孔中 時執(zhí)行切割操作。
全文摘要
一種由塑料形成的、接合組件的螺紋件，包括唯一形成的螺紋輪廓，該輪廓具有較小的輪廓角度，該角度為30度到50度；及圓形牙頂，它具有相對較大的彎曲半徑。位于螺紋圈之間的間隙的容積大于螺紋的體積。為了提供螺紋輪廓的特殊切割幾何形狀，因此螺紋件包括若干角度區(qū)，這些角度區(qū)相對于相互沿著徑向偏離，以致鄰近的角度區(qū)提供了切割刃。此外，本發(fā)明公開了用來制造這種接合組件的工具和方法。
文檔編號F16B35/00GK101216062SQ20071018168
公開日2008年7月9日 申請日期2005年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月30日
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