中空金屬螺釘及其制造方法與流程

本發明總體上涉及一種特別用于航空航天應用的輕質中空金屬不銹鋼螺釘設計以及制造中空金屬螺釘的相關方法。中空金屬螺釘通過在一個或多個步驟中從大致圓形的金屬片盤沖壓而制成，以形成具有厚度為0.2至0.7毫米的壁的中空管狀頭部和螺釘桿。然后將螺釘桿退火以軟化螺釘桿以進行螺紋滾壓，此后中空金屬螺釘被充分硬化以滿足比類似尺寸的實心螺釘更輕的螺釘中的航空航天螺紋強度要求，并因此有助于飛行器燃料經濟性。

背景技術：

螺釘在本領域中通常是已知的，并且傾向于包括實心芯桿，在該芯桿上滾動以形成具有規定節距和長度的一組螺紋。一般來說，高強度耐腐蝕鋼(CRES)材料優選作為螺釘材料，這是因為硬化CRES的螺紋可以重復地重新安裝到螺紋孔插座中而沒有螺紋損壞。然而，CRES構成較重的金屬材料，并且因此無助于飛行器燃料經濟性，特別是當典型的飛行器包括幾千個這樣的螺釘時。使用較輕重量金屬的嘗試，例如實心芯鋁或鈦螺釘，在機械師重復安裝和移除相同螺釘而不會由于螺紋磨損而損壞螺紋的能力方面受到限制。

在過去，螺紋螺釘包括實心芯或由塑料等的芯插入件支撐的中空螺釘。不幸的是，塑料芯插入件至少有一些重量添加，由此螺釘仍然限制其對飛行器燃料經濟性的貢獻。

本發明包括改進的中空耐腐蝕金屬螺釘，其中螺釘由選擇的耐腐蝕金屬材料的大體圓形盤沖壓以提供0.2至0.7毫米的桿壁厚度，隨后退火以軟化金屬材料，隨后繼而通過螺紋滾壓然后通過硬化步驟以提供具有足以承受大多數航空航天應用的螺紋強度的中空金屬螺釘，并且通過提供具有耐腐蝕金屬螺紋的中空螺釘來有助于飛行器燃料經濟性，其中中空螺釘是由相同材料制成的實心芯螺釘重量的大約50％。本發明滿足這些需要并提供了進一步的優點。

技術實現要素：

本文所公開的中空螺釘的一個實施例包括頭部和從其整體延伸并由金屬材料的扁平坯料形成的長形中空軸。長形中空軸包括桿部分和在其上具有多個螺紋的螺紋部分。旋轉驅動機構可以由金屬材料的扁平坯料一體地形成，并且與頭部或長形中空軸聯接，并且構造成便于通過螺紋緊固中空螺釘。在一個實施例中，旋轉驅動機構是由金屬材料的扁平坯料形成的多邊形形狀，其中多邊形形狀可以包括外部多邊形形狀(例如，六邊形)。或者，旋轉驅動機構可包括由頭部形成的內部凹部(例如，花鍵或十字形凹部)。這種凹部可以形成為平頭或圓頭。

在該實施例的另一方面，整體墊圈可以由金屬材料的扁平坯料形成并從頭部向外延伸。防松墊圈(captive washer)可以以允許防松墊圈相對于整體墊圈，頭部和長形中空軸自由旋轉的方式至少部分地形成在整體墊圈周圍。更具體地，防松墊圈的外邊緣可以向上并且圍繞整體墊圈的外周邊，以圍繞整體墊圈相鄰地附接防松墊圈，用于將整體墊圈夾在其中。在一個實施例中，防松墊圈可以包括導電材料并且具有大約0.15至0.30毫米的厚度。

在該實施例的其他方面，中空螺釘可以包括具有恒定直徑的長形中空本體。在該實施例中，螺紋的外徑大于較平滑的桿部分的外徑。這里，當在滾壓螺紋之前添加時，自由浮動墊圈可以沿著桿部分滑動并且捕獲在整體墊圈和螺紋部分之間。或者，長形中空本體可由具有第一直徑的桿部分形成，該第一直徑相對大于具有第二較小直徑的重拉部分，其中在滾壓步驟期間將螺紋賦予重拉部分。

在一個實施例中，所得的中空螺釘可由包括耐腐蝕金屬材料(例如A286鋼)的金屬材料的平坦原料制成，其中長形中空軸包括約0.2至約0.7毫米的壁厚，而螺紋具有約1200MPa至1400MPa的強度，并且中空螺釘的重量為具有相似尺寸和形狀的實心螺釘的重量的約1/2。此外，鼻部可以形成在長形中空軸的與頭部相對的一端。在另一方面，長形中空軸還可以在與頭部相對的一端上包括帽，帽構造成防止流體流過中空螺釘的本體。

在另一個實施例中，如本文所公開的中空螺釘可包括由金屬材料的扁平坯料形成的頭部和由金屬材料的扁平坯料形成并從頭部一體地延伸的長形中空軸。在一個實施例中，長形中空軸可包括桿部分和在其上具有多個螺紋的螺紋部分。優選地，螺紋具有約1200MPa至1400MPa的強度。螺紋部分可以比桿部分長，并且螺紋的大直徑大于桿部分的直徑。另外，整體墊圈也可以由金屬材料的扁平坯料形成，并且具有從頭部徑向向外延伸的增大的水平表面區域。防松墊圈可以定位在增大的水平表面區域下方，并且(可選地)具有大致圍繞整體墊圈的外周彎曲的外緣，至少部分地將整體墊圈夾在其中。在該實施例的另一方面，波形墊圈可以被夾在防松墊圈和整體墊圈的增大的水平表面區域之間。在任一實施例中，防松墊圈可相對于整體墊圈自由旋轉。為此，由金屬材料的扁平坯料一體形成并且與頭部或長形中空軸連接的旋轉驅動機構可以被構造成便于通過螺紋和圍繞防松墊圈緊固中空螺釘。

在一個實施例中，長形中空軸的桿部分和螺紋部分具有在約0.2至約0.7毫米之間的壁厚，并且防松墊圈由具有約0.15至0.30毫米厚度的導電材料制成。在另一個實施例中，旋轉驅動機構可以包括從金屬材料的扁平坯料形成在頭部中的外部多邊形形狀或內部凹部，其中外部多邊形形狀是六邊形并且內部凹部是花鍵凹部。

或者，旋轉驅動機構可包括沖壓到長形中空軸的底部中以及從金屬材料的扁平坯料沖壓的內凹部。在該實施例中，可以在該端形成鼻部，特別是當頭部是圓頭或平頭部時。這里，長形中空軸具有帽以防止流過中空螺釘的本體。優選地，金屬材料的平坦原料是耐腐蝕金屬材料，例如A286鋼。

在另一個實施例中，如本文所公開的中空螺釘可包括由耐腐蝕的平坦原料金屬材料例如A286鋼形成的頭部。具有約0.2至約0.7毫米的壁厚的長形中空軸也可由耐腐蝕的扁平原材金屬材料形成并從頭部延伸。長形中空軸優選地包括桿部分和在其上具有多個螺紋的螺紋部分，其中螺紋具有在約1200MPa至1400MPa之間的強度。中空螺釘還可以包括旋轉接合機構，例如由頭部或長形中空軸形成的多邊形形狀或凹部，并且構造成允許通過螺紋緊固中空螺釘。優選地，旋轉接合機構也由耐腐蝕的平坦原料金屬材料形成，并且可以包括六角形頭部或花鍵凹部。

在該實施例的另一方面，中空螺釘還可包括由頭部形成的整體墊圈，并且具有從頭部徑向向外延伸的放大的水平和大致圓形的表面區域。然后將防松墊圈定位在鄰近增大的水平表面區域，其中外緣大致圍繞整體墊圈的外周邊彎曲，以至少部分地將整體墊圈夾在其中。防松墊圈能夠相對于整體墊圈和螺釘體自由旋轉。在一個實施例中，防松墊圈可以具有0.15至0.30毫米的厚度并且由導電材料制成。此外，長形中空軸可以包括帶帽和錐形的鼻部，其中具有花鍵凹部，并且定位在與頭部相對的端部。在該方面中，頭部優選地包括圓頭，平頭或錐形頭，而不是與上述六邊形頭類似的多邊形頭。

一種用于制造如本文所公開的中空螺釘的方法包括用于形成淺杯的步驟，所述淺杯在其一端具有徑向向外延伸的粗切削凸緣，所述淺杯由大致平坦的金屬材料形成，例如由如A286鋼的耐腐蝕材料的扁平卷料沖壓出的大致圓形的坯料。可以從淺杯中擠出具有約0.2至約0.7毫米的壁厚的長形且中空的本體。然后，作為夾緊和壓平步驟的一部分，大體徑向向外延伸的粗切削凸緣可以被修整和壓平成螺釘頭(例如，平頭或圓頭)的期望尺寸和形狀。接下來，可以通過在約950-980攝氏度的高溫下加熱中空螺釘約1小時來對中空螺釘進行退火，以使至少長形的中空體軟化至約79洛氏硬度B。此后，多個螺紋可以被滾壓到軟化的長形和中空本體的外部的至少一部分，從而將長形和中空本體形成為基本平滑的桿部分和螺紋部分，然后在一個最終步驟中通過在約690-720攝氏度的溫度下進行約16小時沉淀硬化而最終硬化中空螺釘。在一個實施例中，中空螺釘可具有約42洛氏硬度C的最終硬度，并且螺紋可具有約1200-1400MPa的強度，并且是具有足夠螺紋強度的實心芯螺釘重量的約1/2。

另外，該方法可以包括將長形中空本體重拉成桿部分和重拉部分，該重拉部分的外徑比桿部分的外徑窄。此外，螺釘頭可以倒置成具有向外延伸的裙部的大致中心的彎曲圓頂，然后重構成外部多邊形形狀，并且裙部沖壓成整體墊圈。另外，自由形成的墊圈可以形成為在整體墊圈上的防松墊圈。花鍵或十字形凹部可以進一步沖壓到螺釘頭中作為旋轉驅動機構。在滾壓步驟期間，穩定銷可以插入到長形中空本體中。穩定銷的外徑優選地大致為長形中空本體的螺紋部分的內徑尺寸。因此，穩定銷為內周壁提供支撐以防止在滾壓步驟期間向內塌陷。在該方法的其它方面，可以從長形中空本體的一端形成圓形鼻部，并且底部形成的凹部可以沖壓到長形中空本體的封閉端中。

在本文公開的制造中空螺釘的方法的另一個實施例中，這些方法步驟可以包括由大致平坦的金屬材料形成具有大約0.2至大約0.7毫米的壁厚的長形中空本體。然后，將長形中空本體的一端夾緊并壓平成所需的螺釘頭的尺寸和形狀。然后將中空螺釘在約950-980℃的高溫下退火約1小時，以軟化長形的中空體和螺釘頭。接下來，多個螺紋被滾壓到軟化的長形中空本體的外部的至少一部分上，并且中空螺釘被最終硬化到大約42洛氏硬度C，其中螺紋具有大約1200–1400MPa的強度。

該方法還可以包括以下步驟：從耐腐蝕材料(例如A286鋼)的平坦軋輥坯料沖壓大致圓形的坯料；將長形中空本體重拉成桿部分以及重拉部分，其外徑比桿部分的外徑窄；將穩定銷插入長形中空本體中；然后將所述螺紋滾動到長形中空本體的外部或外表面上。如上所述，穩定銷的外徑可以大約為長形中空本體的螺紋部分的內徑尺寸，因此穩定銷可以支撐其周邊壁，以防止當滾壓螺紋時塌陷。

在該方法的其它方面，螺釘頭可以倒置成具有向外延伸的裙部的大致中心的彎曲圓頂。接下來，大致中心的彎曲圓頂可被重構成外部多邊形形狀(例如，六邊形)。此后，裙部可以沖壓成整體墊圈，其中插入在長形中空本體上的自由形成的墊圈可以具有在整體墊圈的外周上彎曲的外緣，以至少部分地將整體墊圈夾在其中。此外，例如通過將螺紋凹部或十字形凹部沖壓到螺釘頭或將底部形成的凹部鍵入鼻部中，可以將旋轉驅動機構賦予中空螺釘。在該方法的另一方面，可以從長形中空本體的一端形成圓形鼻部。

用于制造中空螺釘的另一種方法可以包括：由大致圓形的扁平金屬材料形成淺杯，并且在其一端具有徑向向外延伸的粗切削凸緣，從淺杯中擠出長形且中空的本體，將徑向向外延伸的粗切削凸緣夾緊和壓平到螺釘頭的期望尺寸和形狀，將螺釘頭反轉成具有向外延伸裙部的中心彎曲圓頂，將中心彎曲圓頂重構為多邊形形狀，將裙部沖壓成整體墊圈，退火以軟化至少所述長形中空本體，將穩定銷插入所述長形中空本體中，所述穩定銷的外徑大致為所述長形中空本體的內徑尺寸以支撐其中的周邊壁，在插入步驟之后將多個螺紋滾壓到軟化的長形中空本體的外部的至少一部分，將花鍵凹部沖壓到螺釘頭，并且硬化中空螺釘。

另外，該方法可以包括將長形中空本體重拉成桿部分和其外徑比桿部分的外徑窄的重拉部分，從包括A286鋼的耐腐蝕材料的平卷材沖壓大致圓形的坯料，其中所述長形中空本體包括約0.2至約0.7毫米的壁厚度。此外，中空螺釘可以在約950-980攝氏度的高溫下加熱約1小時，并在約690-720攝氏度的溫度下沉淀硬化約16小時，其中所述螺紋在沉淀硬化步驟之后，中空螺釘的硬度約42洛氏硬度C，并且螺紋包括約1200-1400MPa的強度。此外，在滾壓步驟之前，可以在長形中空本體上插入墊圈，這允許墊圈在整體墊圈和螺紋之間自由浮動。另外，圓形鼻部可以從長形中空本體的一端形成并且形成有作為旋轉驅動機構的底部安裝的凹部。

在本文公開的實施例的另一方面，中空螺母可以包括具有內螺紋芯的本體和具有徑向向外延伸的凸緣的第一端。防松墊圈至少部分地形成在徑向向外延伸的凸緣周圍，大致與第一端相鄰，并且當附接到其上時允許相對于螺母自由旋轉，所述防松墊圈的內孔直徑大于內螺紋芯以允許插入螺紋緊固件。在該實施例中，波形墊圈也可以夾在防松墊圈和具有徑向向外延伸的凸緣的第一端之間。優選地，本體由金屬材料的扁平坯料形成。

中空螺母的另一個實施例包括：具有內螺紋芯的本體，該內芯的至少一個端部具有徑向延伸的凸緣；基本上鄰近該至少一個端部定位的波形墊圈；以及防松墊圈，其至少部分地圍繞徑向向外延伸的凸緣形成，并且總體上將波形墊圈夾在其間，其中所述防松墊圈相對于所述波形墊圈和所述徑向延伸的凸緣是可自由旋轉的。

從結合附圖的以下更詳細的描述中，本發明的其它特征和優點將變得明顯，附圖通過示例的方式示出了本發明的原理。

附圖說明

附圖說明了本發明。在這些圖中：

圖1是如本文所公開的中空螺釘的一個實施例的透視圖；

圖2是示出用于制造例如圖1、16-21和25所示的那些中空螺釘的一系列工藝步驟的流程圖；

圖3是示出初始切割步驟的局部透視圖，其中從金屬材料的扁平原料切割大致圓形和平坦的坯件；

圖4是部分透視圖，其中圓形坯件沖壓成具有大致粗切凸緣和擠壓杯體的淺杯的形狀；

圖5是示出形成具有約0.2至0.7毫米數量級的壁厚的長形中空本體的擠出步驟的局部透視圖；

圖6是示出在長形本體的下端處形成減小直徑或重拉部分的重拉步驟的局部透視圖；

圖7是示出修剪和弄平頭部的夾緊和壓平步驟的局部透視圖；

圖8是示出形成具有向下突出的未完成裙部的圓頂形頭部的翻轉步驟的局部透視圖；

圖9是示出形成六邊形頭部和整體墊圈的重構步驟的局部透視圖；

圖10是類似于圖9的局部透視圖，示出了形成內部驅動凹部的沖壓步驟；

圖11是表示螺紋滾壓工序的局部立體圖；

圖12是示出安裝步驟的局部透視圖，其中，將防松墊圈沖壓到中空螺釘頭的整體墊圈上；

圖13是類似于圖12的局部透視圖，示出了用于將防松墊圈沖壓到整體墊圈的替代安裝步驟；

圖14是示出變形步驟的局部透視圖，以螺紋中空螺釘的一端圓化成錐形的鼻部；

圖15是示出用于沖壓在鼻部處的內部底部形成的凹部的步驟的局部透視圖；

圖16是圖1的中空螺釘的局部剖視透視圖；

圖17是可替代中空螺釘的局部剖視透視圖，其具有比圖16短的長形本體、比平滑軸部分大螺紋部分以及其上的自由形成的墊圈；

圖18是另一種中空螺釘的局部剖視透視圖，該螺釘具有平的頭部、圓形的鼻部和沖壓在其中的內部底部形成的凹部；

圖19是類似于圖16和17的可替代中空螺釘的局部剖視透視圖，示出了代替六邊形頭部的基本上圓形的頭部；

圖20是與圖1、圖16和圖17類似的、中空螺釘的另一替代實施例的局部剖切透視圖，示出了獨立的整體墊圈；

圖21是根據本文公開的實施例的中空螺釘的另一實施例的局部剖切透視圖，其包括與表面齊平安裝的平頭；

圖22是具有螺紋的中空螺釘的一個實施例的橫截面圖，螺紋形成到較窄的重拉部分；

圖23是具有形成為恒定直徑的長形本體的螺紋的中空螺釘的另一個實施例的橫截面圖；

圖24是類似于圖23的另一剖視圖，示出自由形成的墊圈在整體墊圈和螺紋之間的防松放置；

圖25是圖1的中空螺釘的透視圖，其還包括波形墊圈；

圖26是圍繞圖25中的線26-26截取的橫截面圖，其中添加了防松墊圈，示出了波形墊圈在整體墊圈和防松墊圈之間的夾持關系；

圖27是示出安裝到螺母的防松墊圈的可選實施例；和

圖28是類似于圖27的實施例，示出了夾在螺母和圈式墊圈之間的波形墊圈。

具體實施方式

如示例性附圖所示，根據本公開的中空螺釘的一個實施例在圖1中總體上用附圖標記10表示。如圖1所示，中空螺釘10的該實施例包括：長形本體12(例如，由耐腐蝕的金屬或鋼材料制成)，其具有平滑的桿部分14和螺紋部分16，在螺紋部分上具有多個螺紋18；頭部20；和在其中標識為中空軸22的大致中空的內部，其可以在一端被加帽以防止流體流過中空軸22。在該實施例中，中空螺釘10還包括優選地通常由頭部20的一部分形成的整體墊圈24和防松墊圈26，該防松墊圈在沖壓步驟期間被可選地添加到中空螺釘10，如下面更詳細描述的。防松墊圈26可相對于整體墊圈24自由旋轉，以防止中空螺釘10的頭部20并且特別是整體墊圈24嵌入中空螺釘10可插入和使用的外部安裝表面，如在航空航天應用的情況下。在該實施例中，頭部20為六角形螺母的形狀，并且根據已知工具和本文公開的實施例，可以單獨使用或與用于旋轉地緊固中空螺釘10的目的的內凹部28(例如花鍵或十字形凹部或凹陷)結合使用。

由此得到的中空螺釘10可以包括輕便的結構，其易于安裝、拆卸和重新安裝，并且顯著地有助于飛行器的整體燃料經濟性。此外，螺紋部分16并且特別是螺紋18優選能夠以可接受的方式滿足大多數航空航天強度要求。為此，中空螺釘10以及用于制造螺釘10及其例如在圖16至圖25中示出的變型的相關方法步驟總體上在圖2的流程圖中示出，并且更具體地參考圖3-15。中空螺釘10提供了較大的螺紋強度以在移除或重新安裝時抵抗磨損，并且其為實心螺釘重量的約1/2。

關于制造過程，圖2是示出用于形成如本文所公開的中空螺釘10的一個或多個變型的一般過程(200)的流程圖。例如，在第一步驟(202)中，不銹鋼原料30(例如A286耐腐蝕鋼等)的扁平條可以最初被進給到沖壓機等(總體上在圖3中示出)以用沖頭34切割多個圓形坯料32。然后作為步驟(204)的一部分，使用一個或多個結構將每個圓形坯料32沖壓成具有選定尺寸和形狀的淺杯38，所述一個或多個結構可使用圖4中大體所示類型的一個或多個沖壓工具36。圖4中所示的淺杯38包括大致徑向向外延伸的粗切上凸緣40和較短的擠出杯體42。然后作為圖5中的擠出步驟(206)的一部分，將淺杯38進行加工，其中擠出的杯體42通過擠出工具44在一個或多個結構中延長成最終中空螺釘10的長形本體12的近似尺寸和形狀。當然，擠出步驟(206)可以使用一個或多個擠出工具44，其尺寸和形狀當然取決于中空螺釘10的最終尺寸和形狀特征，并且作為一個或多個結構的一部分，以獲得適合于下一步驟(208)的期望工件46，。

在這方面，接下來的重拉步驟(208)是可選的。如圖6中更詳細地示出的，步驟(208)包括從如在工件46'中所示的否則一致的直徑長形本體12重拉較窄或重拉部分48。步驟(208)基本上將長形本體12分成兩個主要部分，平滑軸部分14和較窄且仍然平滑的重拉部分48，如圖6所示。步驟(208)是否執行取決于所得到的螺紋部分16的螺紋18的外徑相對于平滑軸部分14是否相同(圖22)或更大(圖23和24)，如下文更詳細地描述。盡管優選地整個長形本體12具有大約0.2至大約0.7毫米的壁厚，但平滑軸部分14的外徑可以不同于重拉部分48(和最終所得螺紋18)的外徑。

下一個夾緊步驟(210)與如上所述的兩種變型兼容，即，工件46具有恒定直徑的長形桿12(圖7中未示出)或工件46'具有帶重拉部分48(圖7所示)的長形桿12。一般來說，后續步驟(212)-(228)也與兩個工件46、46'兼容。唯一的差別是關于桿部分14相對于螺紋部分16并且特別是螺紋18的外徑，如下文參照圖22-24更詳細地示出和描述的。在步驟(210)中，頭部20被示出為被夾持和弄平。如圖7所示，可以通過單個沖壓工具50，或通過用一個工具在一個步驟中夾緊工件46、46'并且在另一個步驟中用另一個工具沖壓工件46、46'，而將粗切削凸緣40修整成整體期望的尺寸和形狀。當然，夾緊和沖壓步驟可以涉及多個形成。為此，無論哪種方式，粗切削凸緣40從頭部20切除，并且頭部20被沖壓成大致平坦的頭部54。圖7示出了從頭部20切除并被丟棄的粗糙的外邊緣部分52。平頭54可以與圖18的最終中空螺釘10”中所示的平頭54相同或基本相似。下面的工具坯料56被示出具有適于插入工件46'的形狀和結構，其長形本體12具有桿部分14和較窄的重拉部分48，但是工具坯件56可以被改變用于包括恒定直徑的工具坯件，以匹配具有恒定直徑的長形本體12的工件46的尺寸和形狀，或具有各種尺寸、形狀和/或直徑的任何其它這樣的實施例。

如圖2的流程圖所示，下一個步驟(212)是翻轉扁平頭部54以形成大致倒置的中心彎曲圓頂58，總體上如圖8所示。彎曲圓頂58的全部尺寸和形狀可以在作為反轉步驟(212)的一部分的一個或多個成形中完成，這取決于彎曲圓頂58的期望形狀和尺寸。此外，圖8示出了在彎曲圓頂58的底部形成的大致向外延伸的裙部60。裙部60可以在如本文所述的后續步驟或多個成形中形成為上述整體墊圈24，如上文簡要提及的。類似地，該步驟(212)可以與工件46、46'一起使用。

下一個步驟(214)是使用具有相反的尺寸和形狀的沖壓工具64，任選地將彎曲圓頂58重構為外部多邊形形狀62，如圖9所示。類似地，根據成品的尺寸、形狀和期望的應用，步驟(214)可以在一個或多個成形中來完成。在圖9所示的實施例中，彎曲的圓頂58被沖壓成選定的尺寸和形狀(例如，六邊形)的用于與六角扳手或類似物使用的標準的多邊形形狀62。但彎曲圓頂58可以沖壓成其他帶鍵形狀或多邊形，如可以在本領域中已知的，并且適合于由標準鍵或類似物轉動。當然，多邊形形狀62可以是本領域中已知的任何形狀或尺寸，以提供中空螺釘10亦的鍵控旋轉。也作為步驟(214)的一部分，以及作為一個或多個成形的一部分，外裙部60可以總體上形成整體墊圈24的尺寸和形狀，如在此參照圖1、16、17和20所示。

除了或代替步驟(214)，作為步驟(216)的一部分，可形成內凹部28。例如，圖10示出了通過花鍵印模66將其內表面形成為內部形成的凹部28的形狀而沖壓頭部20。在這個實施例中，內凹部28是花鍵凹部的尺寸和形狀，適于通過標準花鍵等轉動。當然，內凹部28可以是本領域中已知的任何形狀或尺寸，以提供中空螺釘10的帶鍵旋轉。中空螺釘可包括僅外多邊形形狀62(例如，圖25)、僅內凹部28(例如，圖19和21)、外多邊形形狀62和內凹部28的組合(例如，圖1、圖16、圖17、和20)、或者沒有上述的(例如，圖18)，如在下面更詳細描述。

在一個實施例中，下一個步驟(218)可以是退火目前形成的中空螺釘工件，以軟化耐腐蝕鋼材，以進行螺紋滾壓。在一個實施方案中，退火步驟(218)可以在一個熱處理中在約950-980攝氏度的高溫中進行約1小時。在一些實施方案中僅包括桿部分14或在其他實施例中包括桿部分14和重拉部48的長形本體12在退火步驟(218)的結束時可以具有約79洛氏硬度B的硬度。

在這一點上，作為步驟(220)的一部分，螺紋18可以是滾壓成形的，如示于圖11。在一個實施方案中，如示于圖11中，螺紋18由至少一對螺紋滾壓模具68滾壓成形為長形本體12的重拉部48。然而，根據需要，步驟(220)可以用任何數目的滾壓模具68來進行，例如三個或更多個。此外，步驟(220)可以包括在滾壓步驟(220)期間將穩定銷70部署到中空軸22中，用于其中的穩定并防止重拉部48的周壁塌陷到中空軸22的內部。在這方面，穩定銷70的外徑尺寸優選地大致與中空軸22的內徑相同。因此，所形成的螺紋18優選具有與桿部分14相同的壁厚，即，約0.2至約0.7毫米。

在步驟(220)中滾壓螺紋18之后，整個中空螺釘10″″通過在步驟(222)期間在約攝氏690-720度的高溫中約16小時的熱處理沉淀硬化，以提供具有約42洛氏硬度C的中空螺釘10″″。螺紋18的強度在約1200兆帕(“MPa”)至約1400MPa的數量級上，優選1300兆帕，適用于大多數航空航天應用。因此，圖11示出準備使用的已完成的不銹鋼中空螺釘10″″(圖20)的一個實施例。

雖然，在另一替代實施例中，中空螺釘10””可以被安裝有一個可選的墊圈，如防松墊圈26(圖1)，如示于圖12相對于圖2中的步驟(224)。在這里，具有其直徑比螺紋18的外徑稍大的孔74的自由成形的墊圈72是能夠在中空螺釘10””上沿長形本體12的長度滑動到圖12虛線所示的位置。這種結構現在與圖17示出的中空螺釘10'范圍相稱，并且如本文所述的可被使用。但是，本實施方式的潛在缺點是，自由形成的墊圈72會從長形本體12的長度脫落。

可替代地，中空螺釘10'和自由形成的墊圈72可一起由另一工具76加載到一起以壓配合接合，其中所述自由形成的墊圈72的外緣78被向上翻以與整體墊圈24較緊密地裝配。該實施例被示出涉及圖12所示的中空螺釘10。這里，一體地成形的頭部20和長形本體12能夠相對于現在安裝的防松墊圈26轉動。自由形成的墊圈72的外緣78在頭部20的整體墊圈24上的安裝(224)可在傳統的組裝加壓(在圖12通常示出)或類似工藝中進行。可選的防松墊圈26可以是較薄的，例如，為約0.15至0.3毫米，優選0.2毫米量級，并且理想地由導電材料形成，如不銹鋼或類似物。防松墊圈26在其中希望避免從旋轉相關聯的附件或類似物施加轉動(扭矩)力而張緊中空螺釘10的那些環境中使用。

圖13是在圖11和12中所示的那些的替代實施例，并關于步驟(220)和(224)。圖13示出了作為排除了重拉步驟(208)的結果而形成的中空螺釘工件80，如上所述。在這方面，工作件80僅包含恒定直徑長形本體12——工作件80否則不包括較窄重拉部分48。在此，自由形成的墊圈72能夠滑動到長形本體12上，這是因為孔74的直徑稍大于長形本體12的外徑。工件80'然后可以通過相同的或基本相似的退火步驟(218)和滾壓步驟(220)，如上所述。但是，在本實施例中，由于長形本體12是恒定直徑的，所得到的螺紋部分16包括一系列螺紋18，螺紋的外徑比桿部分14的外徑大并且優選地比自由形成的墊圈72的孔74的直徑寬。因此，較大直徑的螺紋18可以用整體墊圈24捕獲自由形成的墊圈72，例如如圖17所示并且更詳細地在圖24的剖視圖中。這里，因為在螺紋部分16的外徑在螺紋18的滾壓步驟(220)期間被放大，自由形成的墊圈72可沿著桿部分14自由浮動，但仍保持捕獲在整體墊圈24和螺紋18之間。在墊圈72沒有作為步驟(224)的一部分安裝到整體墊圈24的情況下，此特征可以防止自由形成的墊圈72滑離中空螺釘10'的長形本體12。

可替代地，步驟(224)可以在工件80'上執行，由此在步驟(218)-(222)之前，自由形成的墊圈72的外緣78被卷起并基本上按照步驟(224)卷到整體墊圈24上。工件80”然后經過相同的或基本相似的退火步驟(218)和滾壓步驟(220)，如上所述。但是，如上所述，由于長形本體12是恒定直徑的，所得到的螺紋部分16包括一系列螺紋18，所述螺紋的外徑大于桿部分14的外徑，并且優選比自由形成的墊圈72的孔74的直徑寬。這樣，如果防松墊圈26恰好從整體墊圈24驅除，則較大直徑的螺紋18可以防止現在防松墊圈26滑離長形本體12。

在用于制備本文所公開的各種中空螺釘的制造方法的另一個方面，圖2示出使螺紋部分16變形以在其上形成鼻部82的額外和任選的步驟(226)。該步驟(226)在圖14中更具體地示出，其中，所述螺紋部分16的底部84被插入到其中具有大致漸縮變形孔88的成形工具86中，以將底部84的直徑總體上減小為關于中空螺釘10”””和關于圖18中的中空螺釘10”所示的形式。在一個實施例中，花鍵鍵控保持工具90可插入中空軸22，以防止其當變形孔88大致形成鼻部82時旋轉，在螺紋部分16的底部84處具有圖14和18中所示的總體上漸縮的特征。當然，該步驟(226)可被用于在其他實施方案上形成鼻部82，如分別在圖16、17和19-21示出的中空螺釘10、10'、10”'、10””、10””'。

在用于制造一個或多個本文公開的中空螺釘的制造方法的另一個方面，圖2示出將底部形成的凹部92沖壓到例如鼻部82中的額外可選步驟。該沖壓工藝(228)總體上參照圖15示出。因此，底部形成的凹口92可以結合或代替外多邊形形狀62或形成在頭部20中的內凹部28而使用。在這方面，中空螺釘的各種組合可以包括外多邊形形狀62、內凹部28和/或底部形成的凹部92中的一個或多個或其任意組合。然而，優選的是任何這樣的中空螺釘包括外多邊形形狀62、內凹部28或底部形成凹陷92中的至少一個，以允許在安裝過程中旋轉擰緊和在拆卸過程中釋放。

圖16-21示出了如本文所公開的中空螺釘的各種示例性實施例。例如，圖16示出了中空螺釘10的一個實施例，其包括具有桿部分14的長形本體12，桿部分與螺紋部分16長度近似相等，具有平坦底部84。該中空螺釘10還包括外多邊形形狀62，其從頭部20形成有形成在其中花鍵凹部的形式的內凹部28(例如，用于與內六角螺釘或類似物一起使用)。因此，該中空螺釘10可以用內六角扳手、花鍵扳手，或用于與多邊形形狀62和內凹部28同時接合的組合工具中的一個擰緊。頭部20還包括具有整體墊圈24，其上形成有防松墊圈26。

圖17示出了中空螺釘10'的另一個實施例，其中，所述長形本體12比圖16所示的中空螺釘10短。在本實施例中，螺紋部分16比平滑桿部分14長。自由形成的墊圈72由螺紋18捕獲在螺紋部分16和整體墊圈24之間，如上所述，并且例如更具體地在圖24的剖視圖中示出。類似于圖16，本實施例還包括外多邊形形狀62和形成于頭部20中的花鍵凹部的形式的內凹部28，并且底部84未成形或是平滑的。因此，該中空螺釘10'可以用內六角扳手、花鍵扳手或用于與多邊形形狀62和內凹部28同時接合的組合工具中的一個擰緊。

圖18示出了中空螺釘10”的另一替代實施例，其中，所述螺紋部分16比桿部分14長，類似于上面關于圖17所示的實施例。但在本實施例中，頭部20是總體上平滑的或平頭54，并且否則不包括外多邊形形狀62或內凹部28。相反，中空螺釘10”包括大致形成于鼻部82中的底部形成的凹部92。在本實施例中，中空螺釘10”可用花鍵扳手通過接合底部形成的凹部92而擰緊。然而，當然，底部形成的凹部92可以在底部84處形成，無論在鼻部82是否根據步驟(226)在其中形成。類似地并且可替代地，可在底部84處形成鼻部82，而沒有底部形成的凹部92。該實施例特別有利于平頭54齊平安裝到周圍安裝表面(未示出)。帽(也未示出)可插入到中空軸22中，以從周圍環境封閉內部，這可能在這樣的應用中特別優選，即，其中中空螺釘10”經受氣流，諸如飛行器的外側(例如，沿機身、機翼等)。

圖19是該中空螺釘10”'的另一替代實施例，其中，如以上參照圖16所描述的，螺紋部分16和長形本體12的桿部分14在尺寸和結構上類似。在這個實施例中，頭部20的不同之處在于它包括圓表面94，與上述外多邊形形狀62不同。該圓表面94可作為步驟(214)的一部分用相反尺寸和形狀的沖壓工具64在其上形成，而不是在其上沖壓外多邊形形狀62。在本實施例中，中空螺釘10”'包括配置成接收十字頭螺絲刀形式的內凹部28。

圖20示出了中空螺釘10””的另一可替代實施例，類似于圖16，除了防松墊圈26。

圖21示出了中空螺釘10””'的又一個變型，包括由具有平滑桿部分14和較長螺紋部分16的長形本體12形成的中空軸22。在本實施例中，中空螺釘10″″'包括錐形頭部20'，其設計成如圖所示與外安裝表面96齊平。

另外，頭部20'被示為具有內凹部28，其配置為與十字螺絲刀或類似物一起使用以擰緊配合在其中。

當然，每一個如上所述的特征，例如，長形本體12的長度、桿部分14和包括螺紋18的螺紋部分16的長度和直徑、頭部20的尺寸和形狀(例如，多邊形62、平54、圓94、齊平20'等)、包含(例如，圖16、17和20)或排除(例如，圖18、圖19和21)整體墊圈24、包含(例如，圖16)或排除(例如，圖17-21)防松墊圈26、包含(例如，圖16、圖17、19和20)或排除(例如，圖18和21)內凹部28、自由形成的墊圈72的位置和安置、鼻部82的成形(例如，圖18)或平底84的使用(例如，圖的16、17和19-21)和/或底部形成的凹部92(例如，圖18)在各種不同的實施方案中可以混合并與彼此相匹配。盡管本申請公開了這些組合的各種實例，本申請的范圍和內容不應該如此僅限于本文公開的那些具體實施例。

圖22-24更具體地示出了在上述實施例，涉及軸部分14相對于螺紋部分16的不同直徑尺寸和自由形成的墊圈72的孔74的直徑尺寸。圖22所示的實施例作為重拉步驟(208)的結果形成。在這方面，長形本體12被進一步形成為兩個部分，即第一桿部分14的第一外徑大于第二較窄重拉部48(圖6)。作為成形的結果，桿部分14的內徑“A”比隨后形成的重拉部分48的內徑“B”寬。當作為滾壓步驟(220)的一部分添加螺紋18時，重拉部分48的外部材料向外變形距離“A”和距離“B”之間差異的約1/2。換句話說，如通過距離“C”測得的桿部分14的外徑與完成滾壓步驟(220)之后通過距離“D”測量的螺紋18的峰-峰距離的外徑大致相同。因此，桿部分14和螺紋部分16具有基本相同的外徑。

圖22和23的些許區別在于，長形本體12不經受在成形過程中的重拉步驟(208)。結果，該長形本體12并且具體地是中空軸22，具有恒定的內徑，由距離“E”標識。其結果是，螺紋滾壓步驟(220)再次導致沿著螺紋部分16的材料向外變形在其中產生螺紋18。這將導致螺紋18大致向外延伸的距離比桿部分14的外徑大。這最好地在圖24和25示出。此外，此擴展直徑距離可用來捕獲和保持自由形成的墊圈72，這是因為孔74的如在圖24中由距離“F”測定的直徑距離比螺紋18的也是在圖24中由距離“G”所指示的外徑小。因此，在本實施例中，有必要在進行滾壓步驟(220)之前將自由形成的墊圈72安裝至長形本體12，如上所述。然而，當然，另一尺寸的自由形成的墊圈可以在滾壓步驟(220)之后附裝，只要該孔74的直徑比螺紋18的外徑“G”大即可。

圖25示出了另一實施例，其中所述中空螺釘10包括波形墊圈98。在本實施例中，波形墊圈98可以被壓接或夾在整體墊圈24和防松墊圈26之間。圖26的橫截面視圖示出沿著圖25的線26-26的橫截面，增加防松墊圈26以與整體墊圈24在其中夾著波形墊圈98。安裝過程與步驟(224)相同或相似，如上所述，除了夾在中間的波形墊圈98。

類似地，在此公開的實施例可以被用來從金屬材料或類似材料的平坦原料制造中空螺母100，如圖27和28所示。圖27示出了一個實施例，其中所述中空螺母100包括作為一個或多個成形的部件的可比本體12'，如本文所述。很明顯，本體12'比用作螺母的上述長形本體12短，但應用相同的基本成形過程。此外，本體12'可以通過使用本領域中已知的方法使本體12'具有螺紋而包括一組陰螺紋或內螺紋102。與上述類似，中空螺母100還包括大致向外延伸的徑向凸緣104(相當于整體墊圈24)，其按例如可比較的步驟(210)和(212)制成，用于按照上述實施例(例如，可比步驟(224))選擇安裝防松墊圈26'。圖28是一類似的實施例，但包括一波形墊圈98'，按照類似的或可比較的步驟(224)壓接或夾在向外延伸的徑向凸緣104和防松墊圈26'之間。螺母100還可以經過可比的退火步驟(218)以軟化螺母100以形成內螺紋102，和可比的硬化步驟(222)，以確保剛性和壽命。

中空螺釘及其制造的方法的不同進一步的修改和改進將是對于本領域的技術人員明顯的。例如，內和外多邊形形狀中的任何一個可以被省略，或者兩者都可以在一個單一的沖壓步驟來進行。或者，代替如上所述內部的驅動凹部，如十字或梅花凹部，可以在其中形成其它形式的標準的驅動凹部或多邊形凹部。退火和硬化步驟也可以變化。因此，對本發明不受前面的描述和附圖的限制。