[发明专利]一种用于具有多层凹槽的螺钉头的冷成形冲头的制造方法

说明书

本发明专利申请是国际申请号为PCT/GB02/04088，国际申请日为2002年9月10日，进入中国国家阶段的申请号为02817813.0，名称为“螺钉头结构”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于螺钉紧固件的螺钉头，以及一种驱动该螺钉的工具。特别地，本发明涉及一种用于冷成形这种螺钉头的冲头的制造方法。

背景技术

GB1150382似乎是认识到多层螺钉头设计优点的第一件专利，它把纵深中央凹槽和宽阔顶部凹槽之间设计成台阶层，凹槽的边平行于螺钉的中轴线。这样的凹槽可有效地减少“偏心”。此外，在不减弱螺钉杆与螺钉头两者之间的连接时，螺钉头部的凹槽可以更深一些。这是因为，在它最深的地方，埋头孔最窄或是螺钉头与螺钉无螺纹部分的过渡部位，凹槽最小。

GB2285940详细描述了这种原理，并指出，同样的螺丝刀可用于驱动大螺钉(其头部有几层凹槽)和头部凹槽层数较少、乃至只有一层的小螺钉。因此，可避免将工具仅作为适用于一种螺钉的螺丝刀，而是完全可以适用于多种不同尺寸的螺钉。

GB2329947公开了一种相似的装置，并论述了多层头螺钉的制造方法。

这种制造采用“冷镦”。一种冲头，与所要求的凹槽对称，被敲入未成形的螺钉头上，顷刻间，金属被液化并围绕冲头的形状流动。

在机器螺钉被施力的地方，常常设置一个单层多边形凹槽。Allen，Roberts和Torx(注册商标)都是这种螺钉的变型。然而，它们通常有一个纵深凹槽，凹槽制造公差的数量级是±0.25mm。这种精度是足够的，因为扭矩传递面积(即给定的凹槽深度)总是大到可防止被磨圆的程度。

然而，这样一种纵深凹槽既不能在根本没有收缩角(用于使冲头在凹槽成形后释放)时成形，也不能在一次冲击时成形。由于凹槽深度的关系，收缩角不会导致明显的偏心问题。但是使用逐渐增大的冲头多次冲击的确会导致成本的极大增加。螺钉头部顶端必须大到足以提供必要的深度。结果，在埋头木螺钉中就不需要用到上面提到的三种多边形凹槽，至少在已知重要的程度上不需要。

在市场上，成本是至关重要的。埋头木螺钉常见的仅有各种十字头或槽形头，然而，这不仅仅是因为与其它多边形凹槽相关的成本。在一种锥形(埋头)木螺钉头中，这种恒定的十字断面凹槽不能过深。而且，多边形凹槽螺钉的大扭矩传递能力并非必需。

尽管这种多层螺钉头设计有着明显的优点，然而，它们至今还没有成功的进入市场。其原因仅仅是，迄今为止，还没有把这种想法变成现实的可能，亦即没有市场效益。

为了制造多层凹槽，埋头木螺钉成本相比于现有十字头螺钉，譬如Posi-Driv(注册商标)，应具有竞争性。必须满足的准则是：

1)螺钉头必须能由冲头单次冲击成形。否则，操作次数和冲头成本(例如，如需要两种不同的冲头)使得操作费用昂贵得难以承受；

2)同样的原因，冲头必须可以使用超过100,000次，或者差不多；

3)冲头的制造必须便宜。

发明内容

基于现存问题，本发明致力于两个方面。存在的问题之一是，由于具有平行的侧部凹槽，冲头在抽回时会因为冲头尖端(尖端越深，凹槽越小)的弹性咬合而趋于断裂。通过将凹槽制造的非常浅，这种问题能部分得到解决。

第二个问题，通过提高公差(也就是说，将螺钉制造的具有更高精度)，不考虑将由此增加的费用，事实上是可以达到上面的准则，或至少前面两项是可能达到的。

相应地，本发明第一方面的一个目的是提供一种多层凹槽形式的螺钉，它能以合适的成本制造。

与第一方面相应，提供一种头部至少有两层非圆形叠置凹槽的螺钉，较小层在较大层的底部，其中：每层凹槽的深度小于1.35mm，最好小于1.2mm；每层凹槽上的收缩角小于1°；至少有一层凹槽横截面尺寸公差小于±0.0025mm。

这些参数彼此之间不是孤立的，而是联立起来精确计算的：

1)采用这么浅的凹槽，小于1°的收缩角可能避免材料弹性恢复而将冲头咬住。实际上，优选是基本上没有收缩角。

2)采用这么浅的凹槽，凹槽能经冲头一次冲击成形，使得制造螺钉相当便宜。而且，冲头可能经受住超过100,000次的冲击，这同样也节约了成本。此外，虽然不作为这方面发明的一种成果，冲头能用下面描述的方法便宜的制造，这也影响了螺钉的制造成本。

3)采用如此精密公差和小收缩角，螺丝刀偏心或滑出凹槽的趋势降低，即便是在这么浅的凹槽里。