专利名称：铆接元件及相关的装配工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及铆钉领域，且特别涉及使铆钉能够被用于固定复合材料的适配方案。
背景技术：
用铆钉固定复合材料有许多必要的特性，包括-必须保证组件有好的抗疲劳性，-必须能够避免装配过程中对复合材料的损坏，-必须避免层离(delamination)现象，
-抗剪切应カ的性能必须得到优化，-抗撕裂性必须得到优化，-装配不能要求在铆接侧打埋头孔，-与现有实心铆钉对应的装配(通过冲入)必须能够进行，以便能够使用传统的铆接机，-成本必须得到改善，-等等。虽然实心铆钉成本低廉，但它们不适合固定复合材料制成的部件。实际上，在其冲入过程中，铆钉的材料抵靠在孔的角落或边缘以形成増大的基部(也称为铆接过程)。这种抵靠的力是很大的，并由于出现了孔的边缘处的大的径向应力，而产生了层离的现象。半管形的铆钉提供了更大的基部并只需要比实心铆钉更小的力就能够形成铆接，但它的抗疲劳性不如实心铆钉。最后，提供卷曲的、用于固定结构的盲铆钉能够实现所考虑的大多数目的，但它的制造和装配工具的成本非常高。
发明内容
利用固定复合材料的应カ所预先建立的规格，本发明人进行了研究，并获得了一种特别有利的铆接元件的方案。根据本发明，用于由复合材料制成并有ー个通孔的部件的铆接元件的显著之处在于它一方面包括-ー个空心衬套，其包括抵在所要组装的部件之一的表面上的一个头部和ー个空心杆，以及-一个半管形的插入部,它包括一个第一端和一个开放端,该第一端能够被插入所述衬套的空心部分，该开放端能够发生变形从而在该插入部被平移锁定到所述衬套中时形成抵在所要组装的部件之一的表面上的一个扩大的基部。这种特征的特别有利之处，在于它在不加大成本的情况下结合了实心铆钉和半管形铆钉的优点。如此，衬套在孔内的膨胀和它被所述插入部的填充，使得可以保证抗疲劳性以及良好的抗剪切性。进ー步地，插入部的管形端为了形成扩大的基部而进行的折叠，将使所述扩大的基部能够比较容易形成。这种扩大的基部将不会损伤所要组装的部件的复合材料，因为该扩大的基部是由所述插入部形成的，因而所述孔的壁将被接收所述插入部的衬套所保护。这种铆接元件的特别有利之处，在于正是插入部的变形使得能够获得扩大的基部，且不受影响的衬套本体使复合材料制成的部件免受应カ的影响。这样，该插入部包括一个实心端部和一个带有凹槽的端部-所述实心端部具有两个段，使得这些段能够被插入衬套的空心芯部并提出了抵在设置在所述衬套上的抵靠表面上的ー个台肩，-所述带有凹槽的端部具有ー个外部段和ー个大体渐细的空心段；该大体渐细的空心段将形成抵在第二部分上的扩大的基部。所述插入部的实心部分将在カ的作用下进入所述衬套，以扩展所述孔内的固定， 从而特别保证良好的导电性。当然，本体的这种变形是非常小的，以防止层离现象。通过确定空心部分和实心部分的直径，铆接元件的膨胀得到了完美的控制。根据另ー特别有利的特性，所述衬套包括沿着轴向从衬套的ー侧至另ー侧通过该衬套的一个凹槽，且该凹槽具有不同的段。所述衬套的头部带有ー个孔，插入部的具有ー个突出部的端部插入到该孔中，并在平移完成且扩大的基部形成时被固定。在此情况下，设置在所述衬套中的该凹槽被延伸到所述头部中，从而使所述插入部的该端部能够被卷曲在所述头部中以使锁定得到优化。更具体地说，根据另ー特性，该衬套具有本体的管形端部的入口处的ー个渐细段，该渐细段逐渐细化成ー个大体柱形的段，该大体柱形的段延伸到设置在所述头部中的ー个渐细段中，且该渐细段的直径以这样的方式小于所述柱形的段，即，提供了对所述插入部的轴向抵靠，且该渐细段延伸到所述头部之外。插入部和衬套的材料可从下列材料中选取-铝和铝合金，-钛和钛合金，-不锈钢和难熔合金，-钢、铁和钢合金，-铜和铜合金。衬套可以用与插入部相同的材料制成，也可以用不同的材料制成。该衬套在固定装配期间的变形非常小。另外，本发明人提出ー种钛/钛组合，井根据ー个优选但非限定性的实施例提出这样ー种材料組合，即其中衬套用钛TA6V制成且插入部用钛T40制成。本发明的这样的铆接元件具有改善的抗剪切性能。这样的铆接元件的装配方法具有-预啮合在所述衬套中的所述插入部，-形成有通过所要组装的材料的一个孔，-所述衬套被引入并保持在所述孔中且所述衬套的头部抵在所述孔的端部的边缘上，且该方法包括
-采用ー个衬套，该衬套的空心芯部具有两个不同的段，即从远端开始的、具有ー个第一直径的第一段，和从第一段的端部开始的、具有较小的直径的第二段，所述第二段从所述头部伸出，-采用ー个插入部，该插入部不具有用于孔中的衬套的径向扩张的轴向抵靠的表面功能，但该插入部的直径能够使其被容纳在所述两个段中，-沿着轴向把所述插入部以这样的方式引入所述衬套，即所述衬套在所述孔内进行径向扩张且所限定的凹槽被所述插入部所占据，-借助一个铆接销在端部保证ー个压力，该压カ使所述插入部变形从而在所述插入部被锁定在所述衬套中时保证离心径向扩展所造成的折叠。另外，在扩张之后开始折叠且衬套的杆的长度对应于组件的厚度的情况下，插入部的折叠不会向衬套的端部所保护的孔的边缘直接施加应力。如此，穿过所要组装的材料的孔的铆接侧的缘受到保护而不会受到损坏。这种保护得到了优化，即衬套的管形端的内 边缘被斜切，从而能够开始插入部的离心变形并使插入部的壁不与衬套相接触，并把衬套推到孔的边缘的壁上。这种配置的另ー优点，在于只需要在复合材料上打ー个孔，而不用在铆接侧打埋头孔。因而，省去了打埋头孔操作所需的时间和工具。对保护铆接有贡献的另ー特性来自这一事实，即插入部没有用于使衬套变形的轴向表面，从而在其在衬套内的轴向运动中只有径向变形。插入部不会在铆接的边缘处堆积衬套的材料。在这些良好的情况下实现的扩大的基部，使得可以获得具有良好抗脱离性能的固定。另外，这种铆接元件的配置使得能够采用传统上用来定位实心铆钉的工具。根据另ー特别有利的特性，该方法包括在把铆接元件啮合到孔中之前把插入部预啮合到衬套的开放的远端中。该特性避免了操作两个部分的管理，并使本发明的铆接元件能够象实心铆钉那样得到使用。被置于孔内的衬套部分的完全或部分扩张，提供了孔内的衬套体的第一夹持。为此，插入部与衬套的柱形空心段相配合的实心端部段为ー个鼓出部。而为了优化固定，该方法的另ー特性在于继续该作用，直到使插入部卷曲到头部上形成的凹槽中，这有助于形成具有优化的抗脱离性能的固定结构。实际上，根据本发明的ー个特性，衬套的头部也被设置了凹槽，以接收插入部的一个具有适配形状的轴向突出部，使插入部能够卷曲到所述头部上。 根据另一特性，卷曲到衬套的空心段中的插入部的大体柱形的轴向突出部的端部具有与插入部的其他部分同轴的柱形突出部的形状，并具有一个凹槽，该凹槽通过减小所需的作用力和使材料能够在不堆积于孔的边缘上的情况下发生变形，而便利所述卷曲。类似地，卷曲可通过在插入部的本体上设置外部的槽而得到改善。本发明的另一目的，是提供装配工具。所采用的铆接销将通过使插入部变形(而不是加衬套)来实现加大的基部。该装配工具包括一个移动的铆接销,该铆接销具有这样的轮廓，即该轮廓允许插入部的插入，并在插入部被平移锁定在衬套中时允许对插入部的带有凹槽部分的变形进行导向。这种铆接销的向着所述插入部的面上具有突出和缩回的同心形状，该同心形状是以下之一-ー个大体渐细的中心突出形状，其小直径使其能够插入所述插入部的空心部分，且其壁把变形导向外部，-带有大体半圆形截面的一个截锥的ー个同心的周边槽，该槽将引导由插入部离心并在其边缘上翻转所形成的带凹槽的截锥的变形。以上描述了本发明的基本形式和基本构思。从以下结合附图和不限制性的例子对根据本发明的铆接元件和组装方法的实施例所进行的详细描述，其他的细节和特性将变得显而易见。
图I是根据本发明的铆接元件的ー个第一实施例的衬套和预组装的插入部的示意横截面图。 图2、3、4和5是显示该铆接元件的装配的组装横截面图。图6是就位的铆接元件的横截面图。
具体实施例方式如图I所示,标为R的铆接元件包括两部分-ー个插入部100，以及-一个衬套200，用于至少部分地包含所述插入部并具有带有ー个头部210的ー个端部和ー个杆220 ;杆220包括一个开放的管状端，以接收所述插入部100。所述杆的外径使其能够插入通过所要组装的材料Ml和M2的孔T.杆220的空心芯部230具有两个不同的段231和232，即具有不同的直径的大体柱形的凹槽空间，其中，第一段231从管状端220开始并具有第一直径Dl的渐细形状。该第一段231实际上具有ー个渐细的轮廓，以便于插入部的插入的开始。杆220的空心芯部230还包括ー个第二段232，该第二段232从第一段231的末尾开始并具有一个较小的直径D2。这些具有不同直径的凹槽与插入部100相适应，而插入部100不具有用于衬套的变形的轴向抵靠的功能表面，但具有分为若干段的ー个本体；其中直径D3的一段使其能够在没有变形的情况下被容纳在空心芯部230的第一段231中，并使其能够在カ的作用下被容纳在第二段232中以进行衬套100的径向扩张。为此，插入部的该部分具有大体圆顶形的形状。这样，插入部100的较大直径3的段110小于或略微大于第一段的直径Dl，从而使段110能够在无变形的情况下不费カ地被接收，并大于第二段的直径D2从而引起衬套200将要位于通过所要组装的部件的孔内的部分的变形。如所示，该具有较小直径的第二凹槽段延伸到衬套的头部之下。该铆接元件进ー步包括在衬套与插入部之间的卷曲，这种卷曲被头部210的凹槽211所优化，其中插入部100的ー个具有适配的体积和直径的轴向柱形突出部120将被引入该凹槽211中。扩大的基部是由插入部实现的。该插入部包括ー个半管状的端部130 ;—旦插入部的本体被平移锁定，该半管状的端部130将发生变形，以形成抵靠所要组装的材料的第
ニ抵靠表面。该空心端部130的外部和内部都具有向外扩张的渐细轮廓。如图2、3、4、5和6所示，铆接元件R具有ー个插入部100 ;该插入部100预啮合在衬套200的杆220的管状芯部230的第一段231中，从而使铆接元件R能够象实心铆钉那样得到操作。这种预啮合由插入部100与第一段231之间的轻微夹持保持，或者通过衬套上为夹持插入部100而以120度布置的三个点处的变形来保持。如所示，在预啮合位置的插入部100大体在衬套200之外延伸。衬套具有ー个杆220，杆220的长度大体对应于通过所要组装的材料Ml和M2的孔T的高度，即，杆220的端部与该孔的端部齐平。以下结合图2至6描述这样的铆接元件R实施的组装的不同步骤。如图2所示，铆接元件R被设置在通过所要组装的复合材料Ml和M2构成的两个部分的孔T内。衬套200的头部210抵靠在孔T周围的材料Ml的外表面上。孔T的直径是这样的，即衬套的本体以余隙穿入其中。另外，插入部的“可折叠”部分延伸到材料M2一侧的孔T之外。衬套200的头部210借助ー个固定的铆接销300被保持定位，且沿着箭头Fl的另一个移动铆接销400被设置在铆接侧并抵靠在插入部100延伸至衬套20之外的开放端130上。在箭头Fl表示的运动中，移动铆接销400将向铆接元件R施加ー个轴向压力，以-插入所述插入部100(图3)，-使设置在孔T中的衬套200扩张，-使仍然在孔T之外的插入部的部分130折叠(图4和5)，-使插入部卷曲到衬套头部上(图4和5)。根据本发明，本发明的铆接元件的装配工具的显著之处在于它包括ー个移动铆接销400，该移动铆接销400具有能够对插入部100的带凹槽的部分130的变形进行导向的轮廓。铆接销400向着插入部100的面上有突出和缩回的同心形状部分，该同心形状部分的-ー个大体渐细的突出中心部分410具有小的直径，使突出中心部分410能够插入插入部100的空心部分130中，且该突出中心部分410的壁把变形向外侧引导，-ー个同心的周边槽420，它具有一个有大体半圆形截面的截锥410，该同心的周边槽420将对插入部100离心地卷曲在其边缘上而形成的带凹槽的截锥130的变形进行导向。如图3至5所示，在移动铆接销400按照箭头Fl的运动的作用下，插入部100开始在カ的作用下向位于孔T中的衬套本体进行插入。根据本发明，这种插入使衬套沿着箭头F2的方向进行径向扩张，这倾向于使衬套200的外壁被強行推向孔T的壁并填充了原来存在于衬套200的外周边与孔T的内表面之间的空间。如图4所示，插入部100在衬套200内的行进，导致了所述插入部100的停止和轴向停止，而插入部100的管状部分130将能够发生变形。如此，随着衬套200的内部的扩张(箭头F2)，插入部的外部部分130受到铆接销400的压カ的作用，这导致一旦插入部被平移锁定时插入部100的外部部分沿着箭头F3进行的径向扩张所造成的离心折叠(见图4)。如图4所示，衬套200位于孔T之内的部分在进行扩张时，插入部100占据了衬套200的这一部分的内部凹槽的全部，从而使铆接元件R转变为ー种实心铆钉式的构造。由于这种构造，衬套位于孔T内的部分的几乎所有外表面都经历了一种扩张，这种扩张的弾性回复是可忽略的，从而可以保持孔T内的径向应力。如图5所示，铆接销400沿着箭头Fl的轴向运动的继续，终结了插入部100的折叠，该折叠产生了抵靠着孔T周围的部分M2的扩大的基部。图6所示的所获得的组件显示出，扩大的基部的变形的边缘没有抵靠在孔的边缘上，从而避免了损伤。实际上，虽然衬套的端部被内部斜切，该端部的厚度阻止了插入部直接抵靠在孔的边缘上。设置在插入部的两个端部的凹槽，使变形能够更容易发生。 如所示，设置在衬套200中的凹槽延伸至带有凹槽211的头部210，其中凹槽211沿着插入部的行进方向扩张，从而使插入部100的适配形状部分120的端部能够被卷曲到所述头部210中，从而优化锁定。根据所示的实施例，头部210上形成的凹槽211的段，t匕衬套中形成的凹槽230的具有较小直径的D2的段更低。通过箭头Fl表示的被平移运动卷曲到头部上的插入部的端部120，具有与插入部的其余部分同轴的柱形突出部的形状，且端部120的自由端带有用于便利其变形的ー个凹槽。为了接收插入部，在头部上形成的凹槽211沿着插入部在衬套中行进的方向扩张，以接收插入部100的端部140的变形的材料的体积，从而优化锁定。应该理解的是，以上描述和显示的方法和铆接元件是说明性的，而非限定性的。当然，在不脱离本发明的范围的前提下，可以进行各种设置、修正和改进。例如，虽然显示的实施例中有一个带有突出的头部的铆钉，铆接元件也可以是包括一个埋头头部衬套的类型的。
权利要求
1.用于复合材料(Ml和M2)制成的部件的铆接元件(R)，其特征在于包括 -ー个空心衬套(200)，该衬套的一端包括一个头部(210)和ー个空心杆(220)，其中所述头部(210)抵靠在所要组装的部件之一的表面上，以及 -ー个半管状插入部(100)，它包括能够被插入衬套(200)的空心部分中的ー个第一端(110)和一个开放端(130)，一旦所述插入部(100)被平移锁定在所述衬套(200)中时该开放端(130)能够变形以形成抵靠在所要组装的另一部件的表面上的一个扩大的基部。
2.根据权利要求I的铆接元件R，其特征在于所述衬套(200)包括一个凹槽(230)，该凹槽沿着轴向从ー侧向另ー侧地通过所述衬套(200)并具有不同的截面。
3.根据权利要求I的铆接元件(R)，其特征在于衬套(200)的本体的管状端的入口处有一个渐细段(231)，该渐细段(231)变窄成ー个大体柱形的段(232)，该大体柱形的段(232)延伸到设置在所述头部(210)中的一个渐细段(211)中，该渐细段(211)具有比所述大体柱形的段小的直径从而给所述插入部提供一种轴向抵靠并在从所述头部(210)通向外部时扩张。
4.根据权利要求I和3的铆接元件，其特征在于所述插入部(100)具有一个实心端(110)和一个带有凹槽的端部(120) -所述实心端(110)具有两个段，从而使这两个段能够被插入所述衬套的空心芯部，并提供了用于抵靠在所述衬套的抵靠表面上的ー个台肩， -所述带有凹槽的端部(120)具有ー个外部段和ー个大体渐细的空心段。
5.根据权利要求I的铆接元件(R)，其特征在于卷曲在所述衬套(200的头部(210)中的所述插入部的所述带有凹槽的端部(120)具有与插入部(100)的其余部分同轴的柱形突出部的形状并具有用于便利其在卷曲期间的变形的ー个凹槽。
6.根据权利要求I的铆接元件R，其特征在于衬套(200)的杆(220)的冗长大体与所述孔的端部齐平。
7.根据权利要求I的铆接元件R，其特征在于所述柱形空心段配合的实心端(110)是一个鼓出部。
8.根据权利要求I的铆接元件R的装配工具，其特征在于包括一个移动铆接销(400)，该移动铆接销具有这样的轮廓，即该轮廓使所述插入部能够插入且一旦所述插入部(100)被平移锁定在所述衬套(200)中时能够对所述插入部(100)的带凹槽的部分(130)的变形进行导向。
9.根据权利要求8的装配工具，其特征在于所述铆接销(400)的向着所述插入部(100)的面上有突出和缩回的同心形状部分，这些同心形状部分包括 -ー个大体渐细的突出的中心部分(410)，其小的直径使其能够被插入所述插入部(100 )的所述空心部分(130 )，且其壁把所述畸形指导外侧， -ー个同心周边槽(420)，它具有一个有大体半圆形截面的截锥(410)，该截锥(410)对所述插入部(100)形成的带有凹槽的截锥(130)的变形进行离心导向，所述带有凹槽的截锥(130)的变形是通过在所述带有凹槽的截锥(130)的边缘上的翻转而产生的。
全文摘要
本发明涉及用于复合材料(M1和M2)制成的部件的铆接元件(R)，其特征在于包括一个空心衬套(200)，该衬套的一端包括一个头部(210)和一个空心杆(220)，其中所述头部(210)抵靠在所要组装的部件之一的表面上；以及，一个半管状插入部(100)，它包括能够被插入衬套(200)的空心部分中的一个第一端(110)和一个开放端(130)，一旦所述插入部(100)被平移锁定在所述衬套(200)中时该开放端(130)能够变形以形成抵靠在所要组装的另一部件的表面上的一个扩大的基部。本发明还涉及用于这种铆接元件的装配工具。
文档编号B21J15/04GK102821889SQ201180015994
公开日2012年12月12日 申请日期2011年3月2日 优先权日2010年3月26日
发明者让-马可·奥里罗尔 申请人:埃里斯公司