CN1802233A - 用于安装盲孔螺纹紧固件的工具 - Google Patents

Abstract

一种用于安装盲孔螺纹***件的工具，具有一扩张芯轴以与所要安装的***件的螺纹配合。扩张芯轴是一外螺纹组件，具有多个由轴向延伸的径向槽分开的可活动区段。槽宽可以选择，以当芯轴处于收合状态时，芯轴的外径通过***件内螺纹的较小直径。区段在芯轴区段处于其最小直径的最内位置的收合状态和芯轴区段向外移至其最大直径的位置的扩张状态之间径向可活动。本发明的芯轴也可轴向延伸和收回以加压从而安装可变形的***件。

Description

用于安装盲孔螺纹紧固件的工具

相关申请

本发明涉及2003年4月30日提出的名称为“用于安装盲孔螺纹紧固件的工具”的临时申请第60/466,465号，并且要求该申请的优先权。

技术领域

本发明涉及用于安装盲孔螺纹紧固件的工具。具体地，本发明涉及一种工具，具有径向扩张轴以抓住其所操作的零件。

背景技术

盲孔螺纹紧固件，无论是内螺纹还是外螺纹的，都是先安装到一面板上的孔中，该孔仅通到面板的一侧，因此称为“盲孔”。大部分此类紧固件都包括三个基本构件：头部，杆的中间可收合的薄壁埋头孔部分，以及在端部的内螺纹区。一般地，螺纹区和杆的一部分先安装在孔中，然后在支撑着头部情况下拉拔螺纹区而对杆施加压缩力。此压缩作用使杆向外变形，在与头部相对的那侧板材上形成一所谓“鼓泡”。然后，拆走用于压缩杆的螺纹工具，紧固件则永久地抓在面板上，并且由头部在一个方向以及由鼓泡在相反方向上约束。

现有的用来施加压力(缩锻力)以使杆变形的工具可以分成两大类，即旋转-旋转型和旋转-拉拔型。两类工具都采用砧，也称为顶端，芯轴从其上伸出。其功能是在芯轴回收或旋转以将***件向砧压迫时支撑紧固件的头部。旋转-旋转工具通过对旋入紧固件的芯轴施以足够的扭矩以产生所需的载荷而对杆施加压力载荷。旋转-旋转工具较便宜且轻便、易于安装和使用，因而通常是优选的。然而，由于所产生的缩锻力是有限的，一般不能用来安装壁较厚的零件。旋转-拉拔工具使相配的螺纹件旋转到位，然后通过芯轴的收回而施加一轴向拉拔力。然后反方向旋转芯轴可拆出芯轴。旋转-拉拔工具比较复杂，因此较昂贵且比旋转-旋转工具笨重。而且它们安装也较困难并且要求更多的维护。尽管有这些缺点，对于需要较高的压力载荷以形成鼓泡的厚壁零件来说，旋转-拉拔工具仍是最佳的可用选择。

现有技术的旋转-旋转工具都是由气动或电动可逆马达驱动的相当简单的装置。其一般采用传动装置以减小速度和增加扭矩。传动输出连接到一螺纹芯轴上。芯轴由一止推轴承轴向支撑并且径向紧配合在顶端中。当施加压力载荷时，顶端支撑***件的头部。当芯轴被拧紧时，在顶端端部施加锯齿件以防止***件转动。

旋转-旋转工具的操作如下。先将一***件拧在芯轴上。这可以手动或者在往前方向转动地向前推工具。无论是手动拧上***件还是采用工具动力，都必须安装到使头部刚好与带齿的砧接触。下一步是将紧固件的本体安装到其所要安装的面板的孔中。必须完全安装，这样头部的底部与面板外表面紧密接触。然后，工具在往前方向被启动，并且当工具转动时，产生一压力载荷以使紧固件在工件的背面形成一鼓泡直至工具安装完成。工具安装状态下的扭矩由一在安装过程中被调节的参数来控制。当扭矩已适当设定时，可以引起足够的载荷而在紧固件上形成鼓泡，但又不鼓泡至于大到损坏紧固件。在相反方向作用制动器以使芯轴从已安装的***件上旋出，即完成一次操作。

现有技术的旋转-拉拔工具具有两大部件，它们可产生旋转作用并且可产生拉拔作用。旋转作用由一可逆气动或电动马达提供。由于所需的扭矩较小，除非要用于产生拉拔力，这些马达一般小于旋转-旋转工具所用的。

旋转-拉拔工具的操作如下。先将工具芯轴拧入***件中。在***件已配合到芯轴中之后，***件的本体安装在其所要安装的面板的孔中。必须完全安装以使头部的底部与面板外表面紧密接触。在***件安装之后，操作者压挤一板机而启动工具的拉拔运动。根据工具的设计，持续拉拔运动直至达到预定的距离或预定力。拉拔运动将使紧固件完全形成鼓泡。在拉拔运动完成后，在相反方向上旋转芯轴使之旋出紧固件。根据工具的类型，此反向转动可以由操作者挤压一板机启动或者由工具感应拉拔运动完成而启动。在芯轴旋出已安装的***件之后，工具准备以下一次操作。

现有技术的两种工具类型采用了一传统的螺纹芯轴与***件的螺纹配合。此部件需要被启动，必然意味着其螺旋需要与***件螺纹的螺旋对齐。此螺纹对齐是较复杂的，因为大部分内螺纹的***件都具有两个单独的螺旋槽。一个是实际的螺纹，即需要与芯轴螺纹对齐的那一个。第二个尺寸较小，是实际螺纹半圈，并且在较小直径处形成，这是在形成攻丝过程中***件材料流动而形成的。为了使螺纹强度比切削螺纹高，许多内螺纹的盲孔***件都是成形攻丝的。如果芯轴螺纹开始进入较小直径处的较小直径螺旋中，在非常短的转动之后就会粘结。即使芯轴正常启动，也需要时间将芯轴旋入，然后在操作结束时旋出。假定转速为1500RPM并且有10个螺纹配合，总的开始至结束时间是0.8秒加上马达加速到规定速度的时间。估计两次加速的时间为0.2秒，总的时间就是1.0秒。在大数量的应用情况下，使用者预期的时间是总的操作时间为5.0秒，其中非生产性的螺纹旋入和旋出时间约占总时间的20％。

所以，本发明的一个目的是提供一种用于盲孔螺纹***件的安装工具，具有足够或大于现有旋转-拉拔工具的力量，且比现有的旋转-旋转工具安装简单和使用方便。本发明的另一个目的在于避免横向螺合和芯轴磨损的缺陷，并且减少工具的螺纹件旋入和旋出***件螺纹所需的时间。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述缺陷，一扩张芯轴代替传统的实心螺纹件以与被安装的***件螺纹配合。扩张芯轴是一外螺纹组件，具有由轴向延伸的径向槽分开的多个活动区段。这些区段在芯轴区段处于最小直径的最里位置的收合状态和芯轴区段向外移动到其最大直径的扩张状态之间可径向活动。槽的宽度可选择成当芯轴处于收合状态时，芯轴外径可穿过***件内螺纹的较小直径。象一旋转-拉拔工具一样，本发明的芯轴也轴向延伸和收回，延伸位置是芯轴从***件头部支撑部件或砧的表面伸出的最大程度时的位置，收回状态是芯轴从砧表面伸出最小程度的位置。

本发明装置是一用于安装盲孔螺纹紧固件的工具，包括以下基本部件。

1)具有螺纹状槽的芯轴杆，包括多个区段，这些区段在两个位置，即收合和扩张位置各自有特定的设计要求。在收合位置，组件的有效外径略小于相应尺寸内螺纹的最小的较小直径。在扩张位置，组件的外表面基本上在外螺纹所需尺寸的尺寸范围内。

2)用于抵制径向向内运动并且进一步将芯轴杆锁定在扩张位置的装置。

3)使芯轴杆在收合状态和扩张状态之间运动的装置。

4)用于在安装过程中支撑紧固件头部的装置。

5)使芯轴杆相对砧轴向向前和向后移动的装置。

6)用于当芯轴处于完全伸出位置，相对芯轴调节砧轴向位置的装置。

根据本发明的手动工具的操作由处于径向收合和轴向伸出状态的芯轴开始。操作者先将芯轴***该***件，启动工具以使芯轴区段扩张以抵着***件的内螺纹，从而将***件安装到芯轴上。然后，将***件和工具置于工件安装孔中。接着，由操作者启动工具将芯轴拉入顶端，从而将***件在受压状态下抵着顶端砧并且使之形成鼓泡，从而将***件抓在工件上。芯轴然后恢复到其收合状态，操作者从已安装的***件上收回工具芯轴。最后，操作工具驱使芯轴恢复到其延伸状态，从而完成操作过程。

本发明比现有的此类工具具有至少三个优点。第一，由于不需要象现有工具那样将芯轴螺合到零件上以及从零件上旋出而缩短了操作时间。第二，可以使紧固件自动进给到芯轴上而不需要将芯轴螺合到零件上。其次，由于芯轴不需要转动地旋入零件，所以避免了横向螺合潜在的缺陷。通过以下结合较佳实施例所做的详细描述和附图，本领域技术人员可以了解本发明的其它目的和优点。

附图说明

图1是本发明的局部剖示图，图中所示是操作位置，面板和紧固件刚安装完成；

图2是处于径向收合状态的芯轴局部截面图；

图3是处于径向收合状态的芯轴端视图；

图4是处于径向扩张状态的芯轴局部截面图；

图5是处于径向扩张状态的芯轴端视图；

图6是芯轴和顶端处于伸至***件预定抓固长度的完全伸出位置的局部截面图；

图7是芯轴和顶端处于伸至与图6所示相比更长的抓固长度的完全伸出位置的局部截面图；

图8是工具的局部截面图，芯轴处于与***件轴向配合的收合且完全伸出状态；

图9是工具的局部截面图，芯轴处于与***件轴向和径向配合的扩张且完全伸出状态；

图10是工具的局部截面图，芯轴处于伸出状态并且轴向在终止点，紧固件处于完全成鼓泡状态；

图11是工具的局部截面图，芯轴处于与***件螺纹脱离螺合的收合、收回状态。

具体实施方式

参见图1，图中所示是本发明的安装工具的整体图，位于面板上且一***件与准备安装的扩张芯轴配合。虽然本发明适于与机器人设备一起使用，但本实施例是以手动工具的形式描述的，具有一本体30、一手柄31以及摇杆式开/关开关32。如下文将详细描述的，此新颖的扩张芯轴包括一由液压缸29驱动的扩展销39。气缸33提供推压***件36的拉拔力。此工具包括一向前延伸的顶端34，此顶端具有一***件头部支撑砧35，该砧在安装过程中贴着***件36的头部。在此图中，***件刚安装好并且一鼓泡37已形成在***件上并靠着面板38背面。

扩张芯轴结构的细节可参见图2至图5。芯轴槽宽度41可以选择成在图3所示的收合位置42时最大有效直径刚好在内螺纹最小的较小直径之下。芯轴区段的最弱横截面处于螺纹区域中。芯轴无螺纹部分设计成，无螺纹区域中的壁厚43总是大于螺纹区域中的，以保持芯轴区段的最大拉伸强度。扩展销的最小直径44也需考虑以使之不会在受压时损坏。

头部支撑砧和用于调节其相对扩张芯轴组件轴向位置的装置具体请见图6和图7。图6所示的***件45用于较短的抓固，所以具有一比图7所示***件46短的埋头孔。为了螺纹完全配合，扩张芯轴因此需要从用于***件46的头部的支撑砧5的表面伸得更远，***件46的埋头孔的长度比图6所示的***件45大。这一目的可通过提供具有一螺纹调节装置47和卡止螺母48的砧而达到。请注意图6中间隙49和图7中间隙50的差别。

在图8所示的较佳实施例以及下文中，采用一双作用气缸1施加拉拔力，该气缸具有一空心缸杆2。一次液压缸3安装在空心缸杆2的一端。扩张芯轴组件4安装到空心缸杆2的另一端。头部支撑砧5可调节地安装到双作用气缸1的本体上。次液压缸3的杆6连接到一扩展销7上，扩展销7用于使扩张芯轴的区段8扩张。该销包括一圆柱部分和一在前端的大致锥形楔表面。当扩展销7拆走时，夹紧组件9将扩张芯轴的区段8压入收合状态。

较佳实施例的操作步骤是由在径向收合且处于完全伸出状态的芯轴开始的，如图8所示。***件10处于规定的轴向位置，但还没有与收合的芯轴接触。为了将芯轴保持在收合位置，在开口11上加液压并且从开口12泄压。所需的第一个动作是芯轴的扩张以与***件10的螺纹15配合，这是在开口12上加液压并且从开口11泄压而实现的。此加压操作使扩展销7轴向向前移动，扩展销的锥形末端楔入芯轴区段8而使之向外扩展至扩张状态，这样芯轴区段16的螺纹状部分与***件螺纹15配合。图9中示出所完成的位置。应当注意，通过与区段内壁表面平行的扩展销的圆柱部分而达到锁定位置，从而使相对的区段之间的直接阻挡而将其锁定在扩张状态，而在轴向没有力反馈在销上。

由于芯轴现已与***件配合，当工具移动时***件将与之一起移动。下一步动作是将工具移动到工件上并且将***件本体17***工件19的孔18中。在***件完全安装之后，头部20的底部与工件19的外表面21紧密接触，通过对开口14施加气压并从开口13泄压，可启动拉拔动作。此加压使空心缸杆2拉动扩张芯轴组件4，以对着工具顶端的头部支撑砧23移动***件头部22，使***件24的埋头孔区域受压。

如图10所示，压力载荷使薄壁埋头孔区域向外弯曲形成一鼓泡25，该鼓泡将***件抓在工件上。继续拉，直至工具控制程序使之结束，此程序可以根据不同的因素而定。拉-击工具拉动直至达到预定的冲击。拉-压工具拉直至达到预定的力。采用其它控制设计的工具拉直至控制逻辑产生一停止信号。当完成拉时，液压从开口14和13泄压，使芯轴无论在工具被如何控制下都保持在位。

接下来的操作动作是使芯轴从已安装的***件上脱离。这可在两个步骤中实现，随着芯轴组件4的轴向运动使芯轴区段8径向运动。通过在开口11施加液压并在开口12泄压而启动径向运动。此加压使扩展销7轴向向后移动并且从芯轴区段8之间收回，使夹紧组件9迫使芯轴区段达到绕着销的较小直径圆柱部分周围的收合状态。这可使区段从***件螺纹15上脱离。工具现可从已安装的***件27上轴向拆除。最终形成的位置如图11所示。

在选择扩张芯轴的尺寸时，必须要采用螺纹的较小直径作为面积计算的外径。这不同于一般所采用的拉伸应力区直径，其较大，约等于中径。必须采用较小直径是因为芯轴成槽时是沿着螺纹螺旋切割的，从而螺旋没有任何额外强度。区段的槽宽和数量必须安装成当芯轴处于完全收合位置时，其可越过内螺纹的最小的较小直径。由于区段的数量增加，所有部分的结合面积和由此所获得的组件强度增加，然而，实验表明，从四个区段开始，再增加区段则增加的强度会明显降低，超过八个区段，增量就可忽略不计了。所以，较佳实施例是采用四个区段。

如上所述的较佳实施例同样可以应用于手握工具或一自动工具。本发明的范围内其它实施例也是可能的并且是可以预见的。尤其是，可制造采用不同装置使芯轴在扩张、锁定和收合状态之间变换，同样也可以制造采用不同装置以使芯轴在完全延伸状态和终止点之间变换的实施例。所以，本领域技术人员可以了解，由本文启示还可以有许多其它实施例。然而，应当理解，本发明的实质精神和范围仅由所附权利要求书和其等同内容限定。

Claims (13)

1.一种盲孔螺纹***件安装工具，包括：

一具有顶端的本体；

所述顶端包括一***件头部支撑砧，所述砧具有一从其上向前伸出的可扩张芯轴组件以与具有内螺纹孔的紧固***件配合；

所述可扩张芯轴组件包括一细长的芯轴杆，所述芯轴杆具有一内轴孔和沿其外表面上的螺纹，以及用于使所述芯轴杆径向从一收合状态移动到一扩张状态的装置；以及

用于使所述芯轴杆组件从所述砧向前伸出和向后收回的装置，以用于使所述芯轴杆移动到完全伸出位置。

2.如权利要求1所述的工具，其特征在于，所述芯轴杆是径向分段的，包括多个径向可移动区段。

3.如权利要求2所述的工具，其特征在于，所述用于使所述芯轴杆从收合状态移动到所述扩张状态的装置位于所述芯轴杆的轴孔中。

4.如权利要求3所述的工具，其特征在于，所述用于使所述芯轴杆在所述收合和扩张状态之间移动的装置是一轴向可移动的扩展销，包括一与所述芯轴杆诸区段内壁配合的大致锥形楔表面。

5.如权利要求4所述的工具，其特征在于，还包括用于使所述芯轴杆诸区段向所述收合状态弹性偏置的装置。

6.如权利要求5所述的工具，其特征在于，用于使所述芯轴杆从所述砧延伸和收回的所述装置是一气缸。

7.如权利要求6所述的工具，其特征在于，所述芯轴杆区段的数量是四个。

8.如权利要求5所述的工具，其特征在于，使所述区段向所述收合状态弹性偏置的所述装置是一夹紧组件。

9.如权利要求8所述的工具，其特征在于，用于使所述扩展销轴向移动的所述装置是液压缸。

10.如权利要求4所述的工具，其特征在于，还包括用于使所述扩展销向前和向后移动的启动装置。

11.如权利要求2所述的工具，其特征在于，还包括多个在所述各芯轴区段之间的轴向延伸的径向槽。

12.如权利要求9所述的工具，其特征在于，所述扩展销包括一圆柱壁部，以将所述销锁定在所述扩张状态，从而作用于所述芯轴杆诸区段上的向内径向力不会在所述扩展销上产生轴向力。

13.如权利要求1所述的工具，其特征在于，还包括当所述芯轴杆处于完全伸出位置时，用于相对所述芯轴杆调节所述砧的轴向位置的装置。

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