TWI472689B - 夾緊銷扣件 - Google Patents

Description

夾緊銷扣件

本申請案係與2009年10月23日所申請之臨時專利申請案第61/254,467號案「夾緊銷扣件」相關者，其在此主張該臨時專利申請案之優先權。

本發明係關於一種扣件，其藉由環繞此扣件周圍之面板材料冷流而繫接至金屬面板。此類型之扣件通常被稱為一夾緊型扣件。

夾緊式扣件被保留在板件中，此扣件藉由其移位部特徵而被安裝在該板件內，而一底切則係直接位於此移位部下方。當被壓入一適當大小之孔內時，來自此孔邊緣之金屬會藉由移位部而被強迫流入底切內並環繞此扣件之外圍。在製造一鉗固或夾緊型短柱時，頭部及移位部通常被鍛造成一銷胚料。底切接著係以一第二操作中而被滾製成部件。通常，螺紋會同時被滾製在此銷之本體上。當不需螺紋時，底切仍需要此第二操作，而這將造成必須清理該部件之額外費用。因此，本業界亟需一種夾緊型扣件，其包括所有必要之操作特徵，但卻不需要一第二操作。

為滿足上述有關本藝中之亟需，本發明藉由在形成頭部與移位部之相同鍛造操作期間形成一底切而消除一夾緊型扣件之第二成型操作。與底切同時被形成於本扣件中之其他特徵係一錐狀端及一由位於幹體中之一曲線狀凸起所提供之切線干涉帶。根據本發明，這些元件之形狀對於直徑在1mm範圍中之緊固銷而言係最為重要的，因為非常小之夾緊特徵在移位部直徑與高度以及底切直徑與幹體直徑方面必須有一非常緊之公差以便可被固定。本文中所述之夾緊銷包括共同運作以將該部件導引通過一位於被附接板件中之非常小直徑孔的一切線干涉帶及一錐狀端，同時在該孔與該僅在干涉帶直徑處之扣件間形成一輕微干涉配合。此將在該板件中產生最小之應力，同時消除該孔之內壁與該夾緊銷之外徑間的任何公差。

更具體地，本申請人發明一種整體式金屬扣件，其包括：一最頂頭部，其係此扣件之最大直徑。一肩部自此頭部處軸向地向下延伸且緊接在此頭部下方，並包括一可將材料移位至安裝有此扣件之物件中之環狀底部移位表面。一桶狀幹體緊接在此移位部表面之下方，並形成一位於幹體與肩部的連接處之底切的上界限。幹體之頂部的一向外傾斜錐狀拱形表面自此底切處向下延伸。此桶狀幹體具有一沿著此幹體表面形成一干涉帶之中線凸起，且此帶係該幹體之最大直徑。自此干涉帶處向下延伸者係此幹體之一向下延伸至此扣件之底端處的內縮錐狀表面。

用於形成上述扣件之方法包括冷鍛一具有一頭部、一肩部及一經減小直徑之幹體的扣件胚料的步驟。此胚料在一頂模與一底模之間端對端地被壓迫，藉此使此胚料之軸向壓迫可造成幹體在其中線處形成一向外之凸起。此壓迫持續直到一底切被形成於該肩部之環狀表面與該凸起之間為止。該底模包括一具有一成30°之外擴側表面角度的圓錐形袋體，及一具有一居中向上伸展之伸出部的底部壓面。該扣件胚料幹體之長度係在一經選定之細長比範圍內，所以在成型時此扣件凸起，且在壓迫該扣件胚料之步驟期間不會挫曲。

在一實施例中，本發明被用以形成一由多個部件所構成之總成，其包括一面板，其具有一孔；及一板件，其係以與此面板成面對面之關係被安置。此板件具有一與此面板之孔相對準之板件孔。該扣件之幹體藉流入該底切內之板件材料冷流而被剛性地固定於板件上，而此係藉由在此扣件穿過面板孔並進入板件孔內時將肩部之該移位部表面抵在此板件所造成。

就此而論，凡熟習本藝之人士將可察覺，本發明所依據之概念可輕易地被利用作為設計其他可供實現本發明之多項目的用之結構、方法與系統的基礎。

現在參照第1圖，此夾緊銷係一經鍛製而成之金屬部件，其具有一頭部11、一移位肩部13、及一底切15，而此底切15則收納一來自被此部件所壓入之板件處的金屬冷流。此夾緊銷另包括一錐狀尖端16及一沿著其桶形幹體之最大直徑所設置的圓周干涉帶18。如將於下文中述及者，此銷之全部特徵係在一個成型操作中產生。通常，此部件被使用以將兩片材料固定在一起。一頂板可被鎖住於此銷之頭部下方，而此銷之本體則被夾緊於一底板內。

現在參照第2圖，此扣件係利用習知之冷鍛設備予以成型，而此冷鍛設備如圖所示地包括一頂模21及一底模23。頭部及移位部係在任何用於產生標準螺栓或螺絲之頭部成型操作中被首先形成。如本圖中所示，此扣件之本體接著便藉由在此銷之頭部與尖端間將其壓迫而形成。底模23包括一被用以形成幹體25之圓錐狀工具26。此工具另具有一30°之夾角，以便可輕易地釋放該部件。如顯示於此圖下方處，此成型工具壓在該部件之端部上，此導致其形成一位於此工具上方之凸起18。此銷之原始直徑在此銷與移位部之介面處將保持相當恒定，因此介面處變為具有較小之底切直徑。

在此成型操作期間，很緊要的是此銷之直徑與長度會造成此扣件在壓迫時之降伏而非挫曲。此條件係利用下列之細長比予以設計：

S=L_e /r

其中S係細長比，L_e 係幹體柱之有效長度，及r係旋轉半徑。對於一簡單之圓柱體而言：

r=D/4

其中D係此銷在鍛造之前的幹體直徑。

平頭銷成型工序可被模製成一具有固定頭端及銷狀自由端之柱體。對於此情況：

L_e =.707×L

其中L係此銷從頭部下方至端部處之實際長度。

臨界細長比被界定為：

S_cr =(2×π² ×E)/(σ_y )

其中S_cr 係臨界細長比，E係一給定材料的彈性模數，以及σ_y 係一給定材料之降伏應力。

此銷之長度被維持成使得其細長比「S」可小於臨界細長比「S_cr 」。此條件確保此銷將會在被成型時凸出，而不會在製程進行期間產生挫曲。

此銷之第二個設計變數係移位部的體積與底切的體積之比。為了最大之抗拔性能，最佳係完全地填滿此扣件之底切。為達此目的，此移位部之埋入部分的直徑與高度被調整以使得(移位部體積)/(底切體積)之體積比「VR」大於1。此移位部體積係一簡單圓柱體具有一孔於其中且因此其體積可容易地依下列公式計算：

V_disp =(π×h)×(r² -r_h ² )

其中r係移位部之半徑，r_h 係安裝孔之半徑，及h係移位部之埋入高度。底切之形狀可大致可估為一環狀三角形以利計算其體積，但一更精確之體積可利用圖形或電腦建模法而被導出。此構成方法尤其適於具有直徑在0.1mm範圍中之小夾緊銷。

現參照第3圖，當被完全成型時，此夾緊銷具有一頭部11、一移位部13、一底切15、一干涉帶18、及一錐狀尖端16。此頭部之目的在於將任何材料製之面板10保持在一金屬板件12上，亦即一釘子或一螺絲之頭部保持其所緊固之任何東西。如本圖中的「之後」側所示，此移位部係位於此扣件之正下方並由兩段所構成。如此圖中所示，此移位部之第一段包括位於頭部正下方且向下一直延伸到該板件被連接的地方。因此，有一部分之移位部並未被壓入此板件內。此部分之移位部保留在被連接之頂部面板10內，且具有幾乎與該頂部面板之厚度相同之高度。如本圖中的「之後」側所示，此移位部14之下部係被壓入板件12中之部分，並將材料移位至正位於其下方之該底切內。流入底切內之材料陷在此扣件之干涉帶18上方，以便可將此扣件保持於該板件中。

現參照第4圖所示之一特別應用，其中本發明之夾緊銷被用以連接三個元件：一頂部面板31、一中間板片33及一底部板件35。當此銷被夾緊於底部板件內時，中間板片33將被鉗夾於頂部面板與底部板件之間。此夾緊銷之適當安裝首先必須準備待被連接之面板、板片及板件。底部板件35必須具有一孔(本範例中係一盲孔)34，其係等於或略小於該扣件之干涉帶18的直徑。頂部面板31必須具有一孔，其係略大於移位部30之直徑，且此面板之厚度必須順應此移位部之高度。

此總成被產生如下。在妥當地準備面板、板片以及板件下，首先將底部板件35放置在一鐵砧上，然後將板片及頂部面板放置在底部板件上方，並使得諸安裝孔均被對齊。扣件36之錐狀尖端接著被安置穿過位於頂部面板中之孔，並部分地向下到達位於底部板件中之孔34。最後，一平衝頭38被用以壓抵住此扣件之頭部37，將其向下打入該孔內，直到此扣件之頭部的底側接觸到頂部面板31為止，如下方圖式所示。移位部30之高度被設定為使得底切41在頭部的底側接觸到頂部面板時可被來自下板件35處之材料冷流所填滿。在接觸後，抵住此頭部之額外力負載將進一步地緊固此接合。

因此，前述者被視為僅是本發明原理之例示。另外，因為對熟習本藝之人士而言許多之修改與變更將很容易達成，所以並不想將本發明限定在前所示及所述之確切結構與操作；因此，將可涵蓋所有落在本發明範圍內的所有適當之修改形式與均等物。

10．．．面板

11．．．頭部

12．．．板件

13．．．移位部

14．．．移位部

15．．．底切

16．．．端

18．．．干涉帶

21．．．頂模

23．．．底模

25．．．幹體

26．．．工具

30．．．移位部

31．．．頂部面板

33．．．中間板片

34．．．孔

35．．．底部板件

36．．．扣件

37．．．頭部

38．．．平衝頭

41．．．底切

第1圖係一顯示本發明之夾緊扣件的底部正等角視圖。

第2圖係一被利用以產生本發明之鍛造作業的兩部式視圖。

第3圖係一顯示本發明安裝順序執行前與後之狀態的兩部式側視剖視圖。

第4圖係一顯示本發明之一安裝順序的兩部式正面剖視圖。

11．．．頭部

13．．．移位部

15．．．底切

16．．．端

18．．．干涉帶

Claims (16)

1. 一種整體式金屬扣件，其包括：一最頂頭部，該頭部係該扣件之最大直徑；一肩部，係自該頭部處軸向地向下延伸且緊接在該頭部下方，該肩部包括一環狀底部移位部表面，用於將該扣件安裝處之材料移位進入該扣件內；一桶狀幹體，其縱向截面具有拱形側，緊接在該移位部表面之下方；及一底切，位於該桶狀幹體與該肩部之連接處，該底切之上方接壤該環狀移位部表面，而其下方則接壤該桶狀幹體之頂部的向外傾斜之錐狀拱形表面。
2. 如申請專利範圍第1項之扣件，其中該桶狀幹體另包括一位於該幹體之表面上的中線凸起，其具有一圓周干涉帶，而該帶係該幹體之最大直徑處。
3. 如申請專利範圍第2項之扣件，其中該幹體另包括一向內傾斜錐狀底部，其自該凸起處向下延伸至該扣件之底端。
4. 如申請專利範圍第3項之扣件，其中該干涉帶之直徑係小於該肩部之直徑。
5. 一種冷鍛金屬扣件之方法，其包括下列步驟：提供一扣件胚料，其具有依循頂至底順序而減小直徑之一頭部、一肩部及一幹體；在一頂模與一底模之間以端對端壓迫該扣件胚料，藉此該胚料之軸向壓迫可造成該幹體在其中線處形成一 向外之凸起；及持續該壓迫，直到一底切形成於該凸起與該肩部之間的鄰接處。
6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該凸起係一位於該幹體中間處之拱形表面。
7. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該底模包括一供收納該扣件胚料之圓錐形袋體。
8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該圓錐形袋體具有一成30°之外傾斜側表面角度。
9. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該扣件胚料幹體之長度係在一經選定之細長比範圍內，所以在成型時該扣件凸起，且在壓迫該扣件胚料期間不會挫曲。
10. 一種包括如申請專利範圍第2項的扣件之總成，其包括：一面板，具有一孔；及一板件，其與該面板成面對面之關係安置着，該板件具有一與該面板之該孔相對準之板件孔，其中該扣件之幹體係藉冷流板件材料進入該底切內，而被剛性地固定於該板件上，而此係藉由當該扣件穿過該面板孔並進入該板件孔內時，將該移位部表面壓抵在該板件所造成，藉此，該面板被夾在該扣件之頭部及板件之間。
11. 如申請專利範圍第10項之總成，其中該扣件幹體凸起提供與該板件之干涉配合。
12. 如申請專利範圍第10項之總成，其中該板件孔係一盲 孔。
13. 如申請專利範圍第11項之總成，其中該干涉配合係在該幹體凸起上之干涉帶與該板件孔之內壁間。
14. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該細長比係較小於√(2×π ² ×E)/(σ _y )，其中E係彈性模數及σ_y 係胚料材料之降伏應力。
15. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該底模袋體在其底部處包括：一圓形壓面；以及一向上伸展的伸出部，與該扣件胚料成同軸定向。
16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該扣件係一具有大約1.0mm直徑之夾緊銷。