技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鉚接領(lǐng)域，特別涉及一種抽芯鉚釘及使用該鉚釘?shù)你T接方法。

背景技術(shù)：

在航天航空大型產(chǎn)品總裝中，常常遇到空間狹窄、封閉或半封閉、結(jié)構(gòu)復(fù)雜區(qū)域的結(jié)構(gòu)連接工況，這種工況往往背部支撐和背部操作十分困難，對雙面操作的連接工藝如鉆孔、螺栓連接、壓鉚、沖擊鉚、攪拌摩擦焊接帶來巨大挑戰(zhàn)，基本是費時、費力、難以奏效。因此，在這種工況下多選用抽芯鉚接。

傳統(tǒng)抽拉式釘芯鉚釘是通過施加在芯桿上從內(nèi)向外的拉拔力實現(xiàn)安裝。力施加到鉚釘頭，拉伸含有預(yù)制缺口的芯桿使遠(yuǎn)端釘體向外膨脹，形成鐓頭，當(dāng)達(dá)到規(guī)定載荷時芯桿在缺口處斷裂。這種鉚接需要專用拉鉚工具，鉚接質(zhì)量不很穩(wěn)定，除此之外，鉚釘鉆孔很難進(jìn)行，需要工人手工操作。斷在釘體內(nèi)部的芯桿沒有被全部形包裹，具有脫落風(fēng)險，在一些特殊場合如航天、醫(yī)療器械、食品等行業(yè)，對多余物控制要求十分嚴(yán)格，盡量避免鉚釘零件脫落，因此傳統(tǒng)抽芯拉鉚應(yīng)用場合被大大限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種抽芯鉚釘及使用該鉚釘?shù)你T接方法，以解決現(xiàn)有鉚接方法在復(fù)雜工況下操作困難、連接強度低及多余物控制的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：提供一種抽芯鉚釘，由鉚釘體和鉚芯軸組成，所述鉚釘體頭部加工有尖刃，用于刺入母材，尾部設(shè)有凸臺，所述凸臺靠近尖刃面設(shè)有母材凹槽，用于收容鉆孔時溢出的母材；遠(yuǎn)離尖刃面設(shè)有驅(qū)動凹槽，用于傳遞扭矩；所述鉚芯軸頭部設(shè)有軸肩，與所述鉚釘體內(nèi)壁過渡配合；中部設(shè)有應(yīng)力槽，在應(yīng)力作用下能夠使鉚芯軸折斷；尾部設(shè)有裝夾夾緊特征和裝夾導(dǎo)向特征。

進(jìn)一步地，所述鉚釘體的材料為易變形純鈦或不銹鋼；所述鉚芯軸選用比鉚釘體強度和硬度更高的材料。

進(jìn)一步地，將鉚芯軸裝入鉚釘體，經(jīng)多次沖壓，使鉚釘體完全包覆鉚芯軸形成封閉體。

進(jìn)一步地，對抽芯鉚釘進(jìn)行整體精加工，以保證同軸度。

本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是：提供一種使用上述抽芯鉚釘?shù)你T接方法，包括以下步驟：S1、通過驅(qū)動凹槽，驅(qū)動鉚釘體旋轉(zhuǎn)給進(jìn)，刺入母材鉆孔直到鉚釘體尾部凸臺緊貼母材后急停；S2、通過裝夾夾緊特征和裝夾導(dǎo)向特征，驅(qū)動鉚芯軸旋轉(zhuǎn)并逐漸回抽，使得軸肩膨脹并鎖合母材后急停；S3、施加應(yīng)力使應(yīng)力槽斷裂，將多余鉚芯桿折斷取出。

本發(fā)明提供的抽芯鉚釘及使用該鉚釘?shù)你T接方法，解決了航空航天等空間復(fù)雜區(qū)域無法預(yù)鉆孔的單面操作的高強度鉚接問題，具有高效自動化、力學(xué)性能佳、無多余物的特點。同時，在如今混合材料組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用當(dāng)中，本發(fā)明可鉚接如鋼/鋁合金/鎂合金/金屬基復(fù)合材料/非金屬材料等混合材料組合，前景十分廣闊。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對發(fā)明作進(jìn)一步說明：

圖1為本發(fā)明實施例提供的抽芯鉚釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的鉚接方法示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出抽芯鉚釘及使用該鉚釘?shù)你T接方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

本發(fā)明的核心思想在于，為航空航天等空間復(fù)雜區(qū)域無法預(yù)鉆孔的單面操作的高強度鉚接及多余物控制的問題，本發(fā)明融合鉆孔技術(shù)、攪拌摩擦熱連接技術(shù)與抽芯鉚接形鎖合技術(shù)，即設(shè)計鉚釘體頭部作為鉆頭刀刃，并將芯桿封閉在鉚釘體內(nèi)部，采用旋轉(zhuǎn)摩擦生熱軟化母材和鉚釘，再通過芯釘回抽，完成熱作用與形鎖合耦合抽芯鉚焊連接，在此過程無預(yù)鉆孔、不產(chǎn)生多余物、自動化與質(zhì)量可控。

現(xiàn)以一較佳實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的可控制多余物的抽芯式旋轉(zhuǎn)摩擦鉚接鉚釘及鉚接方法。

圖1所示為本實施例要制造的可控制多余物的抽芯式旋轉(zhuǎn)摩擦鉚接鉚的示意圖。如圖1所示，鉚釘由鉚釘體1和鉚芯桿2組成；鉚釘體1套在鉚芯桿2的一端，通過封閉在鉚釘體內(nèi)部的過渡配合摩擦副軸肩4連接；鉚釘體1頭部具有可鉆入母材的尖刃3；鉚釘體1尾部具有驅(qū)動凹槽6，用于傳遞鉆入母材的扭矩；鉚釘體1尾部的凹法蘭面9具有有一定幾何形狀的凹槽法蘭面，用于收容鉆孔時母材溢出材料體積；鉚芯桿2頭部有軸肩4，用于鉚芯桿2相對鉚釘體1產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)摩擦熱和鉚芯桿2相對鉚釘體1的回抽形膨脹鎖合母材；鉚芯桿2中間具有應(yīng)力槽5，在一定應(yīng)力之下可使鉚芯桿2折斷；鉚芯桿2尾部具有裝夾夾緊特征7和裝夾導(dǎo)向特征8。

圖2所示為本實施例的可控制多余物的抽芯式旋轉(zhuǎn)摩擦鉚接鉚釘鉚接方法示意圖。如圖2所示，主軸裝夾鉚芯桿1的夾緊特征7和導(dǎo)向特征8，并可通過鉚釘體1的驅(qū)動凹槽6特征驅(qū)動鉚釘體1旋轉(zhuǎn)與進(jìn)給，刺入母材鉆孔直到釘體尾部法蘭面9貼合母材，并急停，使得母材與鉚釘體1產(chǎn)生鉚焊；鉆孔后，保持鉚釘體1軸向固定，驅(qū)動鉚芯桿2高速旋轉(zhuǎn)并逐漸回抽，使得鉚釘體頭部軸肩4膨脹并鎖合母材，急停，結(jié)束鉚合；最后通過施加應(yīng)力使得鉚芯桿2的應(yīng)力槽斷裂，將多余鉚芯桿折斷取出，完成鉚接過程。

可控制多余物的抽芯式旋轉(zhuǎn)摩擦鉚接鉚釘鉚接方法中鉚釘?shù)母鞑糠志谛D(zhuǎn)摩擦作用下完成鉚接過程，稱作摩擦鉚接。

可控制多余物的抽芯式旋轉(zhuǎn)摩擦鉚接鉚釘鉚接方法中鉚釘芯桿有部分?jǐn)嗔言阢T釘體內(nèi)部，而芯桿的強度、硬度較高，具有實心鉚接特點，能實現(xiàn)高強度鉚接需求。

較佳地，鉚釘體1選用易變形純鈦、不銹鋼材質(zhì)，鉚芯桿2采用相對鉚釘體1更高強度更高硬度材料；將精加工后的鉚芯桿2裝入鉚釘體1坯件，經(jīng)多次沖壓，使得鉚釘體1完全包覆鉚芯桿2形成封閉體，并制出驅(qū)動凹槽6；熱處理后，對組件進(jìn)行整體精加工，保證同軸度，并制出尖刃3及其他特征修正，最終制出抽芯鉚釘。

本實施例的采用鉚釘體設(shè)計為頭部封閉并設(shè)置刀刃，尾部設(shè)置帶凹槽法蘭面，可以有效抑制母材切削多余物和鉚釘芯桿多余物的發(fā)生。

本實施例的采用摩擦鉚接主軸具有雙驅(qū)動、雙進(jìn)給，通過恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計可以實現(xiàn)力和位移反饋控制，整機采用電驅(qū)動與伺服，具有高效自動化、質(zhì)量穩(wěn)定可控等特點。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變形而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。