封闭铆钉及其制造方法 本发明涉及一种封闭铆钉。封闭铆钉是只需接近要被铆接在一起的带孔构件一侧就能插入和固定的铆钉。
尤其是，本发明涉及一种自堵塞封闭铆钉，它包括一根管状套管以及一根心柱，所述套管具有一个在一端的预成形径向头部，而所述心柱延伸穿过管状套管并具有一个与套管尾端邻接的心柱头部。在使用中，先插入铆钉，套管尾端首先穿过被铆接构件的孔直到套管头部接触较接近构件并且套管尾端伸出超过较远构件为止。为了固定铆钉，用一个支座支承住套管头部，然后拉拔心柱，因而心柱头部压缩紧靠支座的套管，造成套管的至少一部分轴向缩短和径向胀大，从而形成一个与预成形头部共同将构件夹紧在一起的封闭头部。心柱的至少邻接其头部的部分被保留在套管内部以便在铆钉被固定之后堵塞住套管。心柱的保留部分(即远离其头部的尾端)最好被断开，以避免从套管头部伸出。
这样的自堵塞封闭铆钉是众所周知并且被广泛应用的。实际上固定后的铆钉显示出许多不同地领先特征，例如：宽广的夹紧范围(用多个同样铆钉满意地完成夹紧的构件总厚度范围)；良好的夹紧特性(把原先分离的构件拉在一起的能力)；良好的孔充填(充填被铆构件孔的能力)；高剪切强度；良好的心柱保持；固定后铆钉在整个夹紧范围内的高拉伸强度；以及心柱保留部分不从固定后铆钉的预成形头部伸出；因而能很好地符合要求。
这些特征包含着不同的设计特色，其中一些是互相矛盾的。本发明力图提供一种铆钉，它汇合这些特征并且简单、易于制造。为了获得宽广的夹紧范围，铆钉必需在最小夹紧情况下在与后薄板接触的位置形成一个令人满意的封闭头部，并且在直到最大夹紧范围的较厚薄板情况下也能提供令人满意的封闭头部。一个好的封闭头的本质在于是否能获得高拉伸强度。良好的心柱保持需要靠心柱和套管可靠的相互锁紧来完成，它不仅防止心柱掉出和损坏孔洞，而且还有助于形成接缝水密性。孔充填能通过保证铆钉柄比较软的方法达到，以致于在固定期间铆钉柄缩短并胀大从而充填孔洞。这一效果也提供良好的夹紧特性。如果要保持高剪切强度，在已固定铆钉内的心柱剩余部分必需位于被铆接构件内部并穿过构件的可劈开或者说接触平面。而如果在此同时心柱剩余部分没有伸出超过预成形套管头部，铆钉的总长度必然在整个夹紧范围内稍有变化。
EP-A-0398512披露一种包括一个管状套管柄的自堵塞封闭铆钉，所述套管柄具有一个在一端的预成形径向加大头部，以及一个在尾端与心柱头部邻接的直径和硬度加大区域。该铆钉采用在一个具有尾端区域加大孔直径部分的铆头模中压缩心柱和平坦的圆筒形套管的方法做成，借此套管胀大成加大孔部分并获得由此产生的加工硬化。在使用中，与头部邻接的柄的相对较软区域在轴向压缩力作用下优先弯曲并形成一个将工件夹紧在一起的封闭头部。
EP-A-0398512披露的铆钉需要使用劈开铆头模，以便能取走铆钉。劈开铆头模使用起来麻烦并且易受磨损。此外，柄主要部分的直径减小使提供孔充填更加困难。
这些问题的一种解决办法是：使用具有一个圆周沟槽的心柱，所述沟槽位于紧接头部下方的心柱柄上，为了形成该铆钉，采用在一个坚硬的铆头模中轴向压缩心柱和平坦圆筒形套管的方法，因而套管材料被迫进入圆周沟槽之中，以便提供硬度增大的加厚套管壁。这种结构的铆钉在GB 2233059B中可以看到。如同在EP-A-0398512中的情况一样，在使用中，邻接头部的柄相对较软区域在轴向压缩力作用下优先弯曲，并且形成一个把工件夹紧在一起的封闭头部。
在心柱头部下方提供一个圆周沟槽降低了心柱在此点的强度，因而必需相应地降低确定安装铆钉时心柱断裂位置的断颈的强度。这种效果限制了心柱柄直径和套管壁厚的可工作范围，因而有损于铆钉性能。
此外，除非断颈具有最小长度，填充心柱头部下方沟槽所需的轴向载荷也充填断颈，这会影响铆钉的功能，因为在设置铆钉期间必需剪断被迫进入断颈的材料。
本发明的第一方面是提供一种将有孔的构件紧固在一起的自堵塞封闭铆钉，所述铆钉包括一个管状套管和心柱，所述套管具有一个在一端的尾端面以及一个在另一端的预成形径向加大头部，而所述心柱延伸穿过套管并具有一个邻近套管尾端面的心柱头部，而且其中与心柱头部邻近的区域具有相对心柱柄其余部分的加大直径并其有多个在其内形成的轴向凹槽，套管的相应区域被设置填充心柱的轴向凹槽并比在邻近径向加大头部区域内的套管材料硬，由此，在使用中以及在套管的轴向压缩加载期间，套管在邻近远离预成形头部的构件的区域内弯曲，以便形成一个与所述构件接触的封闭头部，从而把所述有孔构件夹紧在一起。
最好是，在邻近心柱头部区域内的心柱横截面积和强度基本上等于心柱圆柱部分的横截面积和强度。横过凹槽口的距离可在突起区域圆周宽度的25％至75％之间变化，所述突起区域位于凹槽之间并限定该凹槽，而且其最好是在45％到55％之间，例如为50％。根据本发明的第二方面，提供一种组装铆钉的方法，所述铆钉包括一个管状铆钉套管和心柱，所述套管在一端具有一个预成形径向加大头部，而所述心柱包括一个头部和一个具有用多个邻近头部的轴向凹槽形成的直径加大区域的柄，所述方法包括：将套管插入具有一个孔的铆头模中，所述孔的第一部分与套管外直径紧配合，套管的尾端伸入所述孔的直径较大的第二部分，由一个支座支承住套管的头部，插入一个具有第一直径、第二直径和第三直径的冲头，所述第一直径与铆钉套管孔紧配合，第二直径等于在心柱头部之下的被加大直径，而第三直径等于铆头模的较大孔；在冲头和支座之间施加压力，从而把套管的尾端的孔扩大到等于在心柱头部之下的被加大直径，然后压缩套管的尾端从而增加其壁厚；移去支座和冲头，插入一根心柱；从铆头模中顶出被组装在一起的心柱和套管。在组装期间套管的材料被迫进入心柱的纵向凹槽，最好在被组装铆钉尾端提供一个加工硬化区域。
最好是，在组装后的铆钉中套管外径等于心柱头部直径。为此，第一铆头模孔应具有与心柱头部相同的直径，尽管这对于实际安排来说可能有困难。因此最好是，心柱头部在铆钉组装之前稍大于第一铆头模孔，以致于当该组件被顶出时，心柱头部被精压到第一孔的直径尺寸。因而被精压到套管的直径尺寸。
根据本发明的又一个方面，提供一种封闭铆钉，其中，心柱包括一个第一心柱部分以及一个销尾，一个断开颈被设置在第一心柱部分和销尾之间，而且第一心柱部分位于断开颈的心柱头部侧，全部的第一心柱部分被保留在铆钉内部并具有比销尾大的直径，以致于当铆钉被装入时，第一心柱部的较大直径不能穿过安装工具鼻部的孔并且销尾在铆钉头部处断开。
现在参照附图，以举例的方式介绍本发明的一些实施例，其中：
图1是组装前的铆钉套管的纵向割视图；
图2是组装前的铆钉心柱的侧视图；
图3是一种心柱替换形式的侧视图；
图4是沿着图2和图3的A-A线所取的剖视图；
图5是一个铆头模的剖视图，该铆头模含有在组装工序第一阶段开始前的铆钉体；
图6与图5类似，但显示组装工序第一阶段完成后的状态；
图7与图6类似，但显示已被插入铆钉中的心柱；
图8表示组装工序结束并且组装后的铆钉已从铆头模顶出；
图9、10和11分别是在最大、中等和最小厚度薄板的情况下，使用图2心柱的铆钉的剖视图；
图12表示使用图3心柱的铆钉如何总是保证与铆钉头部齐平地断开。
首先参见图1，套管17包括一个管状本体11，本体11具有一个同心圆柱孔12以及一个在一端的径向加大的头部13。套管尾端16是平的，且与套管轴线成直角。
图2所示的心柱是伸长的并且通常呈圆柱状。在其一端具有一个整体的径向加大头部22，头部22又具有一个朝远离心柱柄25方向凸出的凸面23以及一个朝向心柱柄25的平坦环形面24。心柱头部直径大于套管本体11的直径。心柱柄在紧邻杆头部处具有多个轴向凹槽26。这些凹槽用一种成形工序制成，以便凹槽的心柱材料形成位于凹槽之间的突起28，而且在这个区域内的横截面积和它的强度相应都基本不变。
图4是通过一个典型心柱的截面。在这个实例中，横过凹槽26口部的宽度是突起28圆周宽度的一半。
沟槽27与心柱头部较远地间隔，它构成一个断开颈，该断开颈确定设置铆钉时心柱断开位置。
销尾29的直径等于心柱柄25的直径。
图3表示一个图2心柱的替代物并且这样设置，在被组装到铆钉套管以及固定铆钉时，心柱总是与铆钉套管头部齐平地断开。为此销尾30相对于心柱柄25具有一个较小的直径，并且断开颈在心柱柄25和销尾30的连接处形成。在其他方面图3心柱与图2心柱是相同的。
图5表示一个放置在铆头模40中的铆钉套管17。铆头模40具有一个与铆钉套管外径紧密地配合的小孔41，而铆钉套管的尾部18伸入一个稍大的孔42。铆钉头部13由一个与铆钉头部接近一致并具有一个中心孔44的支座43支承着。冲头45插入铆头模的大孔42中，以使铆头模的最小直径46进入铆钉套管孔12呈紧配合状态。冲头45还具有一个直径基本等于心柱头部下方心柱较大直径的部分47。冲头最大直径48被紧配合在铆头模较大孔42之中。
图6表示组装第一阶段结束时的状态。冲头45朝支座43推进。冲头45的中间直径47已经进入铆钉尾部18，从而膨胀后者以便与心柱26头部下方较大直径匹配，随后铆钉套管尾部18被压缩以便充满铆头模的较大直径42，结果产生一个加大的尾部49。
为了实施组装的第二阶段，抽出冲头45，撤回支座43，把铆头模40连同成形后的铆钉套管17移到一个第二组装位置(图7)。在此处插入心柱21。现在铆头模40由零件50支承。现在通过冲头51施加压力，把铆钉48从铆头模中顶出，所用的方法是：如图8所示，将加大的铆钉尾部49挤入纵向凹槽26，并使铆钉尾部加工硬化。此外，心柱头部22被精压到完成组装的精确直径58。
因为在被加大尾部中的过剩材料被挤出以形成与凹槽邻近的铆钉柄的一部分，将铆钉尾端49挤入纵向凹槽26不仅使紧邻凹槽的铆钉尾部增加强度和加工硬化，而且还使相对铆钉头一段距离内的铆钉柄加工硬化，这种加工硬化的程度取决于被加大尾部和纵向凹槽的相关体积。
图9、图10和图11画出分别安装在标号为52、53和54的最大厚度薄板、中等厚度薄板和最小厚度薄板中的铆钉。这些铆钉被插在各自的孔55、56和57中，并用一种适当的拉拔工具固定，所述拉拔工具具有一个贴近头部的环形砧座以及夹住铆钉心柱伸出部分的夹钳。操作该固定工具能使夹钳相对于砧座缩回。这样的夹钳在封闭铆接技术领域中是众所周知的。
在最大厚度薄板中固定的铆钉60(图9)显示出球部61怎样在邻接薄板52背面处形成，但铆钉尾部49实际上没有变形。因此，心柱62的残留部分保持锁紧在套管上。
图10和11表示由于柄的逐步加工硬化，球部总是在邻近背薄板处形成。
值得注意的是，心柱62不是在相对于铆钉头部的严格相同位置处断开，尽管这种变化不是过大。图12表示一种与采用图3心柱的铆钉一起使用的铆钉固定工具。在此处固定工具鼻部63的孔64与销尾30紧配合并且比心柱柄25略小。断开颈31的强度足以保证杆柄25总是接触鼻部63，以致于在所有薄板厚度情况下均能获得一个齐平的断口。该铆钉的功能与图9、10和11铆钉的功能类似。