自攻螺釘的制作方法

本發明涉及一種自攻螺釘，其由奧氏體的或其它不生銹的基底材料制成，所述自攻螺釘包括：桿、設置在桿端上的切削用或成形的鉆頭或螺紋末端和電鍍施設到鉆頭或螺紋末端上的硬層，該層包括含有過渡金屬的料層。

背景技術：

由文獻DE102012009400B4已知了這種類型的自攻螺釘，該文獻涉及源自本申請人的專利。所述已知的自攻螺釘具有比兩件式的自攻螺釘更簡單的結構，在所述兩件式的自攻螺釘中，兩個部分相互焊接在一起，其中，這兩個部分之一包括鉆頭和成形螺紋的區域并且例如由碳素鋼構成，該碳素鋼最后通過感應淬火或火焰淬火來硬化。

這中已知的螺釘總是僅一次性使用。對于為此所需的一次性鉆孔過程來說電鍍施設到鉆頭或螺紋末端上的、包括過渡金屬料層或鉻料層的硬層已經證明是耐用的。因此簡單的層如鉻化處理或硬鉻處理(Hartchromatieren)或更普遍地電鍍施設硬層作為含有過渡金屬的料層必要時利用適當的添加劑足以能夠至少一次應用已知的自攻螺釘。在此與專業人員的觀點相悖地，在不發生所謂的蛋殼效應的情況下可實現這樣的硬層。按照上述文獻的自攻螺釘基于施設的層雖然保障了所要求的鉆削能力和所要求的螺紋成形，然而卻存在進一步改進這樣的自攻螺釘的鉆削能力和螺紋成形的需求。

技術實現要素：

從文首述及類型的自攻螺釘出發，通過如下方式實現所追求的對鉆削能力和螺紋成形的進一步改進，即，桿至少在硬層下具有硬的邊緣層，并且在所述硬層上施設有由潤滑且散熱的原料構成的外涂層。

在根據本發明的自攻螺釘中，硬的邊緣層提高施設到其上的硬層的附著能力。硬層自己提高涂覆到其上的外涂層的附著能力。外涂層自己基于它由潤滑且散熱的原料制成而提高硬層的耐用性。硬層的耐用性的這個提高導致所追求的對鉆削能力和螺紋成形的改進。

在按照本發明的自攻螺釘中，由于桿在硬層下具有的硬的邊緣層而更加可靠地實現對蛋殼效應的避免。

由潤滑的潤滑漆構成的外涂層已經是眾所周知的，例如根據TevierGmbH-該公司具有在6845 Hohenems/奧地利的所在地-的本申請人所擁有的技術產品信息的潤滑漆F417。這種含有MoS₂的潤滑漆是耐壓的并且應該促使一般機械制造業的以及汽車和配件工業的構件的永久潤滑。它雖然也可用于螺釘，然而本申請人不知道這樣的潤滑漆在自攻螺釘中的應用。

根據本發明施設到鉆頭和螺紋末端的硬層上的、由潤滑且散熱的原料構成的外涂層不僅改善了散熱，而且還通過減少摩擦降低了在本發明的自攻螺釘旋入過程中產生的熱，即不僅散熱，而且還降低尤其需排出的熱量。

當自攻螺釘成形時并且在硬層被電鍍施設到自攻螺釘的桿上之前，特別是可以通過選擇適當的變形程度來實現硬的邊緣層。

在本發明的自攻螺釘中，硬的邊緣層和施設到這個硬的邊緣層上的硬層以及施設到該硬層上的外涂層在保障最佳鉆削能力和最佳螺紋成形的同時保障在鋼材內的一次性鉆孔和螺紋成型。

在本發明的自攻螺釘的情況中經由較大的表面和基于表面特殊的拓撲結構保障散熱，所述拓撲結構也有利于外涂層的附著。

可以為了應用來分別使硬層的和外涂層的參數如層厚、硬度、附著強度、滑移性能、粗糙度、熱穩定性、熱導率最佳化。

從屬權利要求的內容構成本發明的有益的設計方案。

在按照本發明的自攻螺釘的一種設計方案中，潤滑且散熱的原料包括金屬、蠟和/或漆。已經由此能夠為了應用來使硬層的上述參數最佳化。

在按照本發明的自攻螺釘的另一種設計方案中，硬層與外涂層共同具有λ＞9W/mK的熱導率，由此更加可靠地實現在鉆削能力和螺紋成形方面所追求的最佳化。

在按照本發明的自攻螺釘的另一種設計方案中，外涂層包括自身具有最大+/-60％的層厚度差的料層，外涂層在硬層上的附著能力由此更加可靠地得到保障。

在按照本發明的自攻螺釘的另一種設計方案中，外涂層包括自身具有最大+/-30％的層厚度差的料層。這些最大的層厚度差能夠比在按照本發明的自攻螺釘的前述設計方案中更容易實現，然而盡管如此依然保障外涂層在硬層上的充分的附著能力和通過外涂層的充分散熱。

在按照本發明的自攻螺釘的另一種設計方案中，外涂層添加有金屬微粒。如本身眾所周知的那樣，這些微粒可以由MoS₂構成、即由至少潤滑的微粒構成。本發明人認識到：通過這樣的本身用于潤滑的微粒還能夠在按照本發明的自攻螺釘的旋入過程中實現散熱的改進。

然而令人吃驚地在使用僅僅散熱的、構成本發明自攻螺釘的另一種設計方案的由Au、Ag、Cu或類似物構成的微粒的情況中還獲得散熱的改進。原則上適用：大部分的熱量經由在鉆孔過程中產生的切屑排出，然而其中(具有和沒有金屬微粒或金屬粉末的)漆和/或蠟還有利地輔助這個效果。

在按照本發明的自攻螺釘的另一種設計方案中，基底材料具有100至300HV0.1和優選150至200HV0.1的硬度。具有這樣的硬度的基底材料已經證實為特別有利的。

在本發明的自攻螺釘的另一種設計方案中，硬的邊緣層具有300至600HV0.1的硬度。具有這樣的硬度的硬的邊緣層已經證實為特別有利的。

在按照本發明的自攻螺釘的另一種設計方案中，硬層具有鋸齒狀的或珠狀的(perlartig)表面形狀。已經得到證明的是：兩種類型的表面形狀的作用在于充分的厚度差，這些厚度差保障外涂層的充分的附著能力。

在按照本發明的自攻螺釘的另一種設計方案中，硬層具有至少700HV0.1的硬度。具有這樣的硬度的硬層已經證實為有利的。

在按照本發明的自攻螺釘的另一種設計方案中，硬層具有在800至1400HV0.1之間的硬度。具有這樣的硬度的硬層已經證實為特別有利的。

在按照本發明的自攻螺釘的另一種設計方案中，硬層具有最大60μm的厚度。在保障自攻螺釘的鉆削能力和螺紋成形以及外涂層在硬層上的附著能力的情況中，硬層的這個厚度已經證明為適宜的。

此外，本發明實現如權利要求1或從屬權利要求之任一項所述的自攻螺釘的應用，用以建立與至少一個由自攻螺釘鉆孔的鋼制連接元件的連接，其中，當至少兩個需彼此緊固的構件之一遭受風吹雨打時這個應用特別適合。由不生銹的基底材料制造按照本發明的自攻螺釘使得自攻螺釘的遭受風吹雨打的部分不需要如在傳統的兩件式自攻螺釘中那樣附加的防腐。鉆頭、就是說傳統的自攻螺釘的遭受風吹雨打的部分為了它的抗腐蝕性需要特別的措施，因為鉆頭由碳素鋼構成，以便它能夠淬火。兩件式傳統的螺釘的成形螺紋區域由不銹鋼構成。

附圖說明

下文參照附圖進一步說明本發明的有益的實施例。附圖中：

圖1作為本發明的第一實施例示出一個設有螺紋末端的板材自攻螺釘(Blechbohrschraube)和作為細部的放大的螺紋輪廓側面；

圖2示出按照本發明的自攻螺釘的第二實施例的一個鉆頭連同該鉆頭的一個角作為放大的細部；

圖3進一步放大地示出圖2或3所示細部的一部分；

圖4象征性示出經由切屑從螺紋輪廓側面或鉆頭的散熱；

圖5以與圖4相同的視圖示出主要經由螺紋輪廓側面的或鉆頭的表面在切屑旁的區域中的散熱；

圖6作為按照本發明的自攻螺釘的應用的第一實例示出將波紋板材緊固在豎直的梁上；

圖7作為按照本發明自攻螺釘的應用的第二實例示出將梯形板材緊固在工字梁上；

圖8作為按照本發明的自攻螺釘的應用的第三實例示出兩個梯形板材的相互緊固。

具體實施方式

圖1作為本發明的第一實施例示出的是具有桿12的板材自攻螺釘10，所述桿具有成形螺紋的區域14和螺紋末端16。螺釘具有頭部、例如通常的六角螺釘頭，然而在圖1中未示出該六角螺釘頭。板材自攻螺釘10由一種奧氏體鋼或其它不銹鋼制成一體的，該奧氏體鋼或其它不銹鋼構成螺釘的基底材料。此外，圖1作為細部放大地示出板材自攻螺釘10的螺紋輪廓側面。在這個細部中螺釘的基底材料標注為1。桿12在螺紋末端16的區域中和至少在與其連接的螺紋15的區域中在表面上構造得比板材自攻螺釘10的其余部分硬。表面的這種較硬的構造是重要的，板材自攻螺釘10由此可以實現它的功能，即，利用螺紋末端16來鉆孔并且然后在該孔中成形螺紋。也就是說，板材自攻螺釘10的奧氏體的或其它不銹鋼的基底材料1本來不適合于此。所述基底材料對于這個目的來說太軟。

在較硬構造的區域中，板材自攻螺釘10設有硬的邊緣層2并且這個邊緣層又設有硬層3。板材自攻螺釘10至少在硬層3下的區域中具有硬的邊緣層2。硬層3作為薄的料層、例如作為硬鉻料層，特別是根據德國專利DE2502284C2被電鍍施設到硬的邊緣層2上。代替硬鉻料層一般可以選擇含有過渡金屬的、能夠電鍍施設的料層。

當板材自攻螺釘10被成形時并且在硬層3被電鍍施設到板材自攻螺釘的桿12和螺紋末端16上之前，特別是可以通過選擇適當的變形程度來實現硬的邊緣層2。除了硬層3之外，以通常的方法通過如下方式制造板材自攻螺釘10，即，機械地成形、就是說軋制螺釘坯件并且同時配備板材自攻螺釘10的螺紋末端16和其余的螺紋。變形程度越大，硬的邊緣層2就構造得越硬。

在按照本發明的板材自攻螺釘中使用的基底材料1具有100至300HV0.1和優選150至200HV0.1的硬度。硬的邊緣層2具有300至600HV0.1的硬度。

硬層3具有鋸齒狀的或珠狀的表面形狀并且具有最大60μm的厚度。此外，硬層具有至少700HV0.1的硬度和優選800與1400HV0.1之間的硬度。

圖2示出的是圖8所示自攻螺釘17的第二實施例的鉆頭，該自攻螺釘代替如圖1所示出的板材自攻螺釘10那樣的螺紋末端而設有鉆頭18。在這個鉆頭18上向上連接有桿如具有螺紋的桿12，該螺紋如圖1中的桿12的螺紋那樣，然而它們在圖2中未示出。如同螺紋末端16成型在桿12上那樣，鉆頭18成型在圖2未示出的桿上。與螺紋末端16不同，鉆頭18具有帶切削邊22的鉆頭切削刃20。上面關于板材自攻螺釘10的說明由此同樣也適用于在圖2中僅僅通過它的鉆頭18構成的自攻螺釘。在圖2中作為細部放大地附加示出鉆頭18的一個角。這個細部使人清楚地看到：圖2的自攻螺釘在它的基底材料1上具有硬的邊緣層2和硬層3。不僅在圖1所示出的板材自攻螺釘10中而且在圖2和8所示出的自攻螺釘17中在硬層3上施設有由潤滑且散熱的原料構成的外涂層4。適當地，潤滑且散熱的原料包括金屬、蠟和/或漆。外涂層優選添加有金屬微粒，這些微粒包括MoS₂(二硫化鉬)、Au(金)、Ag(銀)或Cu(銅)。

圖3進一步放大地示出圖2或3所示出的細部的一個部分。在圖3所示出的實施例中，硬層3具有鋸齒形的結構。施設到硬層3上的外涂層4由此包括本身具有層厚度差的料層。這些層厚度差最大為+/-60％、優選最大為+/-30％。

硬層3連同外涂層4具有λ＞9W/mK的熱導率。

圖4象征性示出在在一個工件28中鉆應該配置螺紋的孔的情況中經由切屑26從螺紋輪廓側面15或鉆頭18中的散熱。在圖4中，工件28由能良好導熱的材料構成，因此切屑26將在圖4中通過一組箭頭30示出的熱良好地排出。如果工件28由導熱差的或者由隔熱的材料構成，那么在鉆孔過程或螺紋切割過程中產生的熱導入到螺紋輪廓側面15或鉆頭18中并且經由外涂層4向外釋放，這在圖5中通過一組箭頭30或一個箭頭32示出。

圖6至8示出的是利用自攻螺釘17建立與至少一個由自攻螺釘鉆孔的鋼制連接元件的連接。該連接元件在這些附圖中示出為波紋板材34或者梯形板材36、42和44。圖6作為自攻螺釘17的應用的第一實例示出將波紋板材34緊固在一個豎直的梁38上。圖7作為自攻螺釘17的應用的第二實例示出將梯形板材36緊固在一個工字梁40上。圖8作為自攻螺釘17的應用的第三實例示出將兩個梯形板材42、44相互緊固。在圖6至8中示出螺釘17具有不同的頭部。

附圖標記列表

1 基底材料

2 硬的邊緣層

3 硬的邊緣層

4 外涂層

10 板材自攻螺釘

14 成形螺紋的區域

15 螺紋輪廓側面

16 螺紋末端

17 自攻螺釘

18 鉆頭

20 鉆頭切削刃

22 切削邊

24 外涂層

26 切屑

28 工件

30 箭頭

32 箭頭

34 波紋板材

36 梯形板材

38 梁

40 工字梁

42 梯形板材

44 梯形板材