冷加工在复合材料和金属堆中的孔的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开大体涉及在金属中的孔的冷加工，并且更具体地涉及用于冷加工在金属和复合材料层的堆中的孔的方法和工具。
【背景技术】
[0002]在复合材料和金属构件之间有时需要形成紧固的接头。例如，在航空工业中，金属拼接元件可以被用于将复合材料机身框架的各区段连结在一起。同样地，金属剪切带可以被紧固至复合材料外部蒙皮。
[0003]在紧固的金属结构中的孔周围的潜在金属疲劳能够通过“冷加工”孔来减小。一种冷加工的方法包含放置对开套筒在孔中，并且拉动心轴通过套筒。对开套筒的使用允许单侧处理孔并且屏蔽孔以免于心轴的高干涉所产生的摩擦力。拉动心轴通过套筒扩展并且导致在围绕孔的金属结构中的材料的径向塑性流动，从而将该材料置于张力状态中。在去除心轴后，在围绕该孔的结构中存在残余压缩应力的环形区，其可以延伸到超过孔的边缘一个直径。
[0004]然而，当冷加工形成在金属和复合材料层的堆中的孔时，问题被提出。对开套筒在冷加工处理期间的扩展会导致围绕孔的复合材料层的不期望的变形，且/或产生聚集在对开套筒上的复合材料残余。这个问题的一种解决方法包含拆卸堆、冷加工在金属层中的孔并且然后将层重新组装成堆。然而，这个解决方法是耗时的、劳动强度大的且在一些应用中可能是不实际的。
[0005]因此，需要一种方法和工具，其用于冷加工在复合材料和金属堆中的孔而不用拆卸堆且可以从堆的一侧执行。
【发明内容】
[0006]所公开的实施例提供一种用于冷加工在紧固接头中的复合材料和金属层的堆中的孔的方法和装置。该方法可以不需要拆卸堆来执行在金属层中的孔的冷加工。该方法减少或消除在冷加工处理期间复合材料层的不期望的变形，并且还可以减小或消除复合材料碎片和这些碎片在冷加工工具上的聚集。所公开的冷加工方法可以从堆的一侧执行。
[0007]根据一个公开的实施例，提供用于冷加工通过至少一个金属层和至少一个复合材料层构成的堆的孔的方法。工具被放置在孔中，并且干涉仅形成在工具和金属层之间。该工具用于仅向金属层施加向外的径向力。该工具通过径向扩展为与金属层接触且同时维持在工具和复合材料层之间的间隙来施加向外的径向力。可以通过在工具和金属层之间插入材料，或通过从在孔周围的复合材料层去除材料以在复合材料层和工具之间形成突出的金属带，来获得干涉。
[0008]根据另一公开的实施例，提供冷加工通过复合材料和金属层的堆的孔的方法。对开套筒被放入孔内，并且然后被扩展为仅与金属层接触同时维持在复合材料层和对开套筒之间的间隙。压缩应力通过对开套筒仅被施加到金属层。对开套筒通过拉动心轴通过对开套筒被扩展。通过在对开套筒和每个金属层之间插入材料，在复合材料层和对开套筒之间维持间隙。该间隙也可以通过在对开套筒和每个金属层之间插入材料被维持。插入材料可以通过添加材料到围绕孔的金属层或通过添加材料到对开套筒被执行。
[0009]根据进一步公开的实施例，提供用于冷加工在复合材料和金属层堆中的孔的工具。该工具包括能够被插入孔内的且具有围绕工具构件圆周地延伸的增加直径的带的可扩展工具构件。所述增加直径的带适于接触且将压缩应力仅施加至堆中的金属层。可扩展工具构件可以是对开套筒和心轴中的一个。
[0010]总之，根据本发明的一个方面，提供冷加工通过至少一个金属层和至少一个复合材料层构成的堆的孔的方法，其包括放置工具在孔中；仅在工具和金属层之间形成干涉；以及使用工具将向外的径向力仅施加到金属层。
[0011]有利地，该方法中使用工具施加向外的径向力通过径向地扩展工具为与金属层接触且同时维持在工具和复合材料层之间的间隙被实现。
[0012]有利地，该方法中形成所述干涉包括在工具与金属层之间插入材料。
[0013]有利地，该方法中插入材料通过仅在工具和金属层之间放置套管被实现。
[0014]有利地，该方法中插入材料包括在工具上形成材料带。
[0015]有利地，该方法中在工具上形成材料带通过火焰喷涂、电镀、微焊接和蚀刻中的一种被实现。
[0016]有利地，该方法中在工具与金属层之间插入材料包括施加材料至围绕孔的金属层。
[0017]有利地，该方法中施加材料至金属层通过电镀和微焊接中的一种被实现。
[0018]有利地，该方法中形成干涉通过从在孔周围的复合材料层去除材料以在复合材料层和工具之间形成突出的金属带被实现。
[0019]有利地，该方法中放置工具在孔中包括放置套筒在孔中，并且使用工具施加向外的径向力包括通过拉动心轴通过套筒扩展套筒。
[0020]根据本发明的另一方面，提供冷加工通过复合材料和金属层的堆的孔的方法，其包括把对开套筒插入孔内；扩展对开套筒为仅与金属层接触同时维持在复合材料层和对开套筒之间的间隙；以及将压缩应力通过对开套筒仅施加到金属层。
[0021]有利地，该方法中扩展对开套筒通过拉动心轴通过对开套筒被实现。
[0022]有利地，该方法中维持在复合材料层和对开套筒之间的间隙包括在复合材料层和每个金属层之间插入材料。
[0023]有利地，该方法进一步包括在对开套筒和每个金属层之间插入材料。
[0024]有利地，该方法中插入材料包括通过添加材料到围绕孔的金属层减小在每个金属层处的孔的内直径。
[0025]有利地，该方法中添加材料通过如下一种被实现:
[0026]电镀，
[0027]微焊接，
[0028]激光烧结，
[0029]添加剂制造。
[0030]有利地，该方法中插入材料包括添加材料至对开套筒。
[0031]有利地，该方法中添加材料至对开套筒通过火焰喷涂、电镀、微焊接和蚀刻中的一种被实现。
[0032]根据本发明的又一方面，提供用于冷加工在复合材料和金属层堆中的孔的工具，其包括能够被插入孔内的且具有围绕工具构件圆周地延伸的增加直径的带的可扩展工具构件，其中所述增加直径的带适于接触并且将压缩应力仅施加到堆中的金属层。
[0033]有利地，该工具中可扩展工具构件是对开套筒和心轴中的一个。
[0034]特征、功能和优点可以在本发明的不同实施例中独立地获得或可以在其他实施例中相结合，其中参照下面的描述和附图能够看出进一步地细节。
【附图说明】
[0035]被认为是示例性实施例的特征的新颖特征在所附的权利要求中被提出。然而，当结合附图阅读时，示例性实施例以及其使用的优选模式、进一步地目标和优点将通过参考本发明的示例性实施例的以下详细描述最好地被理解，其中:
[0036]图1是在复合材料和金属堆中的紧固接头处的透视图的图示。
[0037]图2是沿在图1中的线2-2所截取的剖视图的图示。
[0038]图3是具有穿过其中形成的孔的复合材料和金属堆的剖视图的图示。
[0039]图4是类似于图3的图示，但其示出对开套筒已被安装在孔中。
[0040]图5是类似于图4的图示，但其示出心轴组件已被安装在对开套筒中。
[0041]图6是在图5中被指定为图6区域的图示。
[0042]图7是类似于图6的图示，但其示出对开套筒已被扩展成冷加工围绕孔的金属层的区域。
[0043]图8是其上具有被施加的材料带的对开套筒的透视图的图示。
[0044]图8A是沿在图8中的线8A-8A所截取的剖视图的图示。
[0045]图SB是类似于图8A的图示，但其示出与对开套筒集成的带的替代性形式。
[0046]图9是