一种螺纹抽芯铆钉及其铆接方法与流程

本发明涉及紧固件技术领域，具体涉及一种螺纹抽芯铆钉及其铆接方法。

背景技术：

目前，世界上的飞机制造大量采用新型复合材料，但因复合材料会与铝材和钢材等材质的紧固件发生接触性电化学腐蚀，各大飞机制造厂逐渐倾向于使用比强度高、耐腐蚀的钛及钛合金材质的紧固件。

适用于飞机不开敞部位的单面铆接紧固件，主要有两种结构形式，一类是拉拔型，一类是螺纹型。单面螺纹型抽芯铆钉专门为复合材料结构件装配而设计，较之拉拔型抽芯铆钉，有高预紧力、高抗拉强度和高疲劳强度等优势。钛合金螺纹型抽芯铆钉结合了以上两种优势，具有耐蚀性好、连接强度大、可靠性高、重量轻及操作方便等特点。

授权公告号为cn102767552b的发明专利文献公开了一种拉拔型钛合金抽芯铆钉，该铆钉包括：纯钛钉套、高强度钛合金钉杆、锁环和挡圈。高强度钛合金作为基体材料，使得铆钉具有重量轻和抗剪强度高等特点。纯钛钉套易变形，在铆钉的安装过程中，钉套受力形变，最终在盲端形成鼓包，依靠挡圈的推力将锁环压入钉套内部达到紧固作用。

上述发明专利文献中锁环依靠物理变形嵌入钉套头部实现紧固，但锁环的物理形变在挡圈脱落后，必然会发生一定的回弹，导致很难达到预期的锁紧或紧固效果。锁紧作用的损失将会严重影响产品的相应性能，如预紧力、抗拉强度和疲劳强度等。另外，该专利设计对于钉套与锁环的尺寸精度和配合度要求极高，大大增加了制造的难度。

技术实现要素：

本发明提供了一种螺纹抽芯铆钉，安装完毕后具有较高的预紧力、抗拉强度和疲劳强度，且装配简单，降低制造难度和成本。

一种螺纹抽芯铆钉，包括：带有限位帽的钉杆、螺纹安装在钉杆上的驱动环、以及套设在钉杆上且位于限位帽和驱动环之间的钉套；

所述钉套一端设有与限位帽相抵配合的阻挡头，另一端与驱动环周向定位配合；

铆接时，钉杆相对于钉套转动，驱动环与所述限位帽对钉套相向施力使钉套形变，铆接完成后，形变部位与所述阻挡头抵靠铆接部件的两侧。

所述钉套的一端与驱动环周向定位配合，即钉套与驱动环之间不相对旋转，在周向上保持相对位置不变。

铆接时，保持钉套静止，旋转钉杆，驱动环在钉套的作用下保持周向上的静止(即驱动环不发生旋转)，驱动环与钉杆为螺纹配合，在钉杆旋转的过程中，驱动环沿钉杆的轴向逐步挤压钉套使钉套形变，铆接完成后，钉套的形变部位与阻挡头抵靠铆接部件的两侧。

铆接完成后，铆接部件的一侧抵靠钉套的阻挡头，铆接部件的另一侧抵靠钉套的形变部位，驱动环与钉杆螺纹配合以抵靠保持形变部位不发生回弹，保证铆接完毕后具有较高的预紧力、抗拉强度和疲劳强度。

所述钉杆采用高强度钛合金，所述钉套采用纯钛材料，所述驱动环采用不与钛合金以及铆接部件材质发生接触腐蚀的材料，各部件的材质对具体型号无特殊限定。

所述钉套的阻挡头相对于钉套轴向上的其他部位具有更大的径向尺寸，铆钉上驱动环所在一端伸入铆接孔内，直至阻挡头与铆接部件相抵，然后保持钉套不动，旋转钉杆，进行铆接操作。

在铆接过程中，所述限位帽与驱动环相配合，对钉套施加相向的作用力，铆接完成后，在限位帽和驱动环相互配合下，使钉套的形变部位和阻挡头夹紧铆接部件的两侧。

在铆接过程中，钉套与铆接部件的相对位置不变，即钉套的阻挡头保持与铆接部件的相抵位置关系，钉杆相对钉套转动，但钉杆与钉套在铆钉轴向上没有相对运动，即钉杆和钉套在铆接过程中，在铆钉轴向上没有相对滑移。

只要能够实现钉杆旋转时，使驱动环沿钉杆轴向移动，对驱动环与钉杆之间的螺纹规格无特殊要求。

作为优选，所述钉杆上带有断颈槽，该断颈槽一侧为安装后扭断的驱动段，另一侧为铆接段，所述限位帽位于铆接段上且邻近断颈槽，铆接段远离限位帽的一端带有与所述驱动环相配合的外螺纹。

所述驱动段与驱动环位于断颈槽的两侧，铆接过程中，通过驱动段向钉杆施加旋转的动力，断颈槽提供应力集中点，当断颈槽所受扭矩力大于设定的断颈力时，钉杆在断颈槽处断裂，驱动段脱离铆钉，铆接段起到连接铆接部件的作用。

在铆接过程中，由于钉杆和钉套没有轴向的相对运动，且钉套的阻挡头始终保持与铆接部件的抵靠关系，因此，断裂后的钉杆和钉套的相对位置完全由设计尺寸决定，通过调节钉杆和钉套的尺寸，可以保证钉杆断面和钉套相应断面平齐。

所述断颈槽需保证齐平断裂，断颈槽的形状无特殊限定。

作为优选，所述钉套在远离阻挡头的一端具有形变段，所述阻挡头和形变段分别处在铆接部件的两侧，所述驱动环与形变段相抵配合，所述限位帽与阻挡头相抵配合。

在铆接过程中，驱动环与形变段保持相抵配合关系，限位帽与阻挡头也保持相抵配合关系。

作为优选，在驱动环与钉套两者的接触部位上，至少一者设有用以周向定位的防滑齿。

所述驱动环和钉套之间至少一部分外周面或至少一部分轴向端面相接触，优选地，驱动环与钉套的轴向端面相抵配合。

所述防滑齿设置在驱动环与钉套两者的接触部位上，以阻止驱动环和钉套周向上的相对运动，也即阻止驱动环和钉套的相对转动。

作为优选，所述防滑齿沿周向均匀分布在驱动环和/或钉套上。作为优选，所述防滑齿沿周向均匀分布在驱动环和钉套上。进一步优选，所述防滑齿设置在驱动环和钉套上且相互咬合。

作为优选，所述驱动环的外周面上设有防松压点。

钉套和驱动环依次套设在钉杆上后，在驱动环表面利用机械挤压形成防松压点，保证装配后的螺纹抽芯铆钉不会在运输或存储过程中发生解装配。

所述防松压点需能够实现解装配的目的，具体形状以及尺寸无特殊限定。

作为优选，所述阻挡头与限位帽处在铆接部件的同侧，所述阻挡头上设有与限位帽形状相适应的沉孔。

作为优选，所述限位帽与阻挡头的端面平齐。

所述限位帽完全沉于阻挡头的沉孔内，限位帽与阻挡头的同侧轴向端面平齐，钉杆在断颈槽处断裂后，钉杆在断颈槽处的断面与限位帽以及阻挡头的相应轴向端面平齐。

本发明还提供了一种铆接方法，包括如下步骤：

将所述的螺纹抽芯铆钉贯穿铆接部件；

保持钉套与铆接部件的相对位置不变，驱动钉杆旋转；

通过钉套对驱动环进行周向限位使驱动环沿轴向运动并挤压钉套形变；

钉套处在铆接部件两侧的相应部分抵紧铆接部件时，扭断钉杆，完成铆接。

与现有技术相比，本发明提供的螺纹抽芯铆钉具有以下优点：

(1)螺纹抽芯铆钉仅由钉杆、钉套和驱动环三个部件构成，装配简单，制造成本降低；

(2)螺纹抽芯铆钉的钉杆为高强度钛合金，钉套为易变形的纯钛，适用于复合材料及钛材结构件的装配；

(3)螺纹抽芯铆钉在安装后，钉杆不会发生回弹，保证了螺纹抽芯铆钉整体的预紧力、抗拉强度和疲劳强度；

(4)钉杆与钉套的轴向相对位置在铆接过程中不变，仅通过尺寸调节即可实现100％齐平断面。

附图说明

图1为本发明螺纹抽芯铆钉的截面示意图；

图2为本发明螺纹抽芯铆钉的示意图；

图3为图2中的a部放大图；

图4为本发明螺纹抽芯铆钉铆接完成后的截面示意图；

图5为本发明螺纹抽芯铆钉铆接完成后的示意图。

图中：1、钉杆；1a、驱动段；1b、断颈槽；1c、限位帽；2、钉套；2a、阻挡头；2b、形变段；3、驱动环；3a、防松压点；4、防滑齿；5、铆接部件。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明螺纹抽芯铆钉做详细描述。

如图1、图2所示，螺纹抽芯铆钉，包括：带有限位帽1c的钉杆1、螺纹安装在钉杆1上的驱动环3、以及套设在钉杆1上且位于限位帽1c和驱动环3之间的钉套2。

如图1所示，钉杆1上带有断颈槽1b，断颈槽1b一侧为安装后扭断的驱动段1a(驱动段1a的长度为l1)，另一侧为铆接段(铆接段的长度为l2)，限位帽1c位于铆接段上且邻近断颈槽1b，铆接段远离限位帽的一端带有与驱动环3相配合的外螺纹。

驱动环3在铆接过程中，始终保持与外螺纹的螺纹配合，铆接段除去外螺纹段的其余外周面为光滑的表面，如图1、图4所示，在铆钉的轴向上，外螺纹长度为铆接段长度的一半。

钉套2一端设有与限位帽1c相抵配合的阻挡头2a，钉套2的另一端具有形变段2b，阻挡头2a和形变段2b分别处在铆接部件5的两侧，驱动环3与形变段2b相抵配合，限位帽1c与阻挡头2a相抵配合。

如图4、图5所示，铆接完成后，阻挡头2a与限位帽1c抵靠铆接部件5的一侧，形变段2b和驱动环3抵靠铆接部件5的另一侧。阻挡头2a上设有与限位帽1c形状相适应的沉孔，钉杆1的断面和阻挡头2a以及限位帽1c的相应轴向端面平齐。

阻挡头2a的形状不限，可以采用抽芯铆钉常用的凸头(如图4、图5所示)、100°沉头和130°沉头等。

如图1、图3所示，钉套2与驱动环3的轴向端面相抵配合，且轴向端面上设有相互咬合的防滑齿4，防滑齿4沿周向均匀分布在驱动环3和钉套2上，通过防滑齿4防止钉套2与驱动环3的相对转动，实现周向定位配合。

如图2、图5所示，驱动环3的外周面上设有防松压点3a。防松压点3a为3个且绕驱动环3的周向均匀分布，防松压点3a邻近钉杆的轴向端面设置。

钉套2与钉杆1之间可沿铆钉轴向自由滑动以实现装配，但在铆接过程中，钉套2和钉杆1保持轴向相对静止。

为了便于保持钉套2的静止状态，阻挡头2a的外周不为光滑的圆柱面，为了便于操作钉杆1的转动，驱动段1a的外周也非光滑的圆柱面，钉套2的外周面和驱动段1a的外周面根据铆枪进行设计。

钉杆1和驱动环3采用高强度钛合金，钉套2采用纯钛材料。

铆接时，将螺纹抽芯铆钉贯穿铆接部件5，在铆枪的作用下，保持钉套2与铆接部件5的相对位置不变，驱动钉杆1旋转，驱动环3在钉套2的限位作用下不发生转动，在钉杆1旋转的驱动下，驱动环3沿钉杆1轴向挤压钉套2的形变段2b，在铆接部件5的盲端形成鼓包，如图4、图5所示，当断颈槽1b受到的扭矩力大于设定的断颈力时，钉杆1断裂，完成铆接。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。