技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于在諸如鎂、鋁合金等的低延展性材料中形成內(nèi) 螺紋的螺紋成型螺釘(thread?forming?screw，滾壓成型螺釘)和制 造該螺釘?shù)穆菁y的相應(yīng)螺紋滾壓模具(thread?roll?die)。

背景技術(shù)

制造消費(fèi)品的設(shè)計(jì)人員一直努力減輕產(chǎn)品重量、尋找高度可再 生材料、環(huán)保并節(jié)能的解決方法。就材料特征、特性和使用可行性 而論，這導(dǎo)致了鋁合金、鎂合金以及為特殊應(yīng)用而選擇的其他延展 性材料的使用。

近年來(lái)，在諸如個(gè)人電腦、移動(dòng)電話、家庭用具、智能運(yùn)輸系 統(tǒng)以及汽車(chē)零件的部件中，鎂合金的應(yīng)用一直在增加。

鋼質(zhì)量的四分之一和鋁質(zhì)量的三分之二的鎂，滿足了工業(yè)中近 來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的要求。由于鎂具有良好的疲勞強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性、聲 音和振動(dòng)衰減特性對(duì)變化的產(chǎn)品應(yīng)用非常有用，因此鎂的特性是有 利的。可以用鎂制造成具有可重復(fù)的一致性的各種形狀、形式。

然而，當(dāng)與標(biāo)準(zhǔn)的螺栓或螺紋切削緊固件配合時(shí)，鎂壓鑄件 (die-cast)的低延展性和可變形性可導(dǎo)致輥痕、層噴發(fā)(layer eruption)、螺紋缺損和破裂。這些緊固件的拆卸和再插入會(huì)弱化、 甚至毀壞螺紋，產(chǎn)生鎂粉、碎屑以及污染物。如果鎂壓鑄件應(yīng)用需 要可拆卸的緊固件以允許維護(hù)，需要一種特殊的螺紋，以使材料變 形而形成可靠的連接，并且要求其構(gòu)成以及其中采用的緊固系統(tǒng)均 無(wú)缺陷。

然而，對(duì)于在產(chǎn)品裝配和應(yīng)用時(shí)某些關(guān)鍵的質(zhì)量和功能要求， 目前的普通螺紋在性能方面受到限制。這導(dǎo)致改進(jìn)螺紋設(shè)計(jì)的嘗 試，使之具有增加的可靠性和如下性能：例如，在低延展性材料上 的盲孔(且為導(dǎo)向孔)中螺紋成型能力、鎖緊作用、無(wú)螺紋和/或凸 臺(tái)(boss)損壞、大擰緊力、大剝離扭矩、裝配效率、無(wú)裂紋、產(chǎn) 生碎屑最少、可再用性(重復(fù)地拆卸和插入)、大破壞扭矩、高抗 扭強(qiáng)度、抗振動(dòng)松弛以及剛性材料接合(positive?material engagement)。通常，在把普通的螺釘擰入材料(其在孔側(cè)面中形成 用于與螺釘接合的螺紋或槽)之前，螺釘需要攻絲。在孔的側(cè)面中 形成這種攻絲孔和槽導(dǎo)致延展性材料破裂和其他損傷，這導(dǎo)致了緊 固件在延展性材料中緊固和接合的弱化。然而，正如所述，普通螺 紋不能充分滿足所有或部分上述的關(guān)鍵功能要求，這削弱了連接的 整體性。例如，一些已經(jīng)公開(kāi)的以前的螺紋，包括美國(guó)第7,195,437 號(hào)專(zhuān)利、美國(guó)第5,061,135號(hào)專(zhuān)利以及美國(guó)第5,340,254號(hào)專(zhuān)利。

這些以前的螺紋在諸如鎂和鋁合金的延展性材料上的少數(shù)應(yīng) 用中已經(jīng)采用，并試圖通過(guò)其設(shè)計(jì)提供可靠的插入，然而在一些應(yīng) 用中沒(méi)有取得最佳結(jié)果，諸如在直接影響設(shè)計(jì)方案和連接整體性的 產(chǎn)品小型化中的剛性接合、破壞扭矩、抗扭強(qiáng)度、裝配效率以及柔 性方面。圖1A-1B中示出了與現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的局限性和一些問(wèn)題。 具體地，圖1A-1B示出了普通螺紋的顯微照相剖面圖，該螺紋與鎂 制凸臺(tái)/板80接合，該鎂制凸臺(tái)/板的材料中具有預(yù)先形成的孔50， 在這里可觀察到材料破裂54、不足的材料變形52以及螺釘?shù)穆菁y 牙頂20之間的牙側(cè)接合(flank?engagement)。

因此，需要一種解決與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)問(wèn)題的螺紋成型螺釘?shù)穆? 紋和相應(yīng)的螺紋滾壓模具。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種螺紋成型螺釘式螺紋緊固 件(thread?forming?screw?thread?fastener)，用于緊固至由延展性材料 構(gòu)成的工件中形成的孔內(nèi)，該緊固件包括：頭部，具有將與推進(jìn)工 具(driver?bit，螺絲刀)接合的推進(jìn)部；和桿部(shank)，該桿部 具有螺紋，螺紋具有小徑和大徑，大徑限定螺釘?shù)穆菁y牙頂，小徑 限定螺紋牙根，相鄰螺紋牙頂之間的螺紋表面形成螺紋牙側(cè)(thread flank)，該螺紋牙側(cè)具有恒定半徑。