一种拉剪型复合高承载铆钉的制作方法

本实用新型涉及机械连接结构技术领域，具体为一种拉剪型复合高承载铆钉。

背景技术：

目前，航空、航天、机车等领域的结构多为薄壁式结构，为了提高生产过程的组装效率和保证使用过程连接的高可靠性，环槽铆钉已在多个领域的结构连接中大量使用，其具有承载能力大、单向操作、预紧力固定，特别适合干涉式承载结构连接、复合材料结构连接等特点，已成为航空飞机、航天运载火箭等产品使用的最为广泛的连接件之一，产品结构组成一般包括环槽钉、钉套、调整垫片等。国际上，目前使用的环槽铆钉结构有两种：一种是单锁紧环槽铆钉，另一种是多锁紧环槽铆钉，国际上美铝公司的产品代表了该连接件的最先进水平，目前已全发展成为多锁紧环槽铆钉系列产品。

单锁紧环槽铆钉缺点是：1)承载截面剪切载荷较大，轴向承载非常小，特别不能适应拉扭剪复合载荷，而实际结构使用中，几乎都是拉扭剪复合载荷作用工况，极少只有纯轴拉或剪切的单一载荷作用；2)单锁紧环槽铆钉对连接厚度偏差十分敏感，使用时必须与厚度调整垫片配合使用。特别是在复合材料结构中，每个连接点厚度偏差均不相同，需要一一适配调节，费时费力；3)单锁紧环槽铆钉必须与厚度调整垫片搭配使用的特点，致使无法运用统一的自动工具进行自动化连接安装，必须人工一一调节后手动铆接，使生产效率非常低，仅仅比螺栓连接安装效率高一点点儿。

多锁紧环槽铆钉缺点是：1)目前广泛使用的多锁紧环槽铆钉一般为3～6道锁紧环槽产品(参照图1理解)，材料一般为高强钢，其锁紧环槽均为对称式锁紧结构，并且所有锁紧环槽均为同一直径平行排列，没有倒枪刺式的高承载结构；2)所有锁紧环槽为同一直径平行结构，致使铆接过程中“钉套”(图1)不易完全塑性变形，影响铆接合格率；3)铆接冲击力大，容易使机体产生冲击损伤，影响整体结构的承载，特别不适合复合材料薄壁结构连接；4)连接结构厚度偏差自适应有限，一般只能达到±0.5mm，对复合材料壁板生产过程中厚度始终会有大偏差的特性，无法适应，致使影响产品生产效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种拉剪型复合高承载铆钉，具有能够承载拉剪扭复合大载荷作用、连接厚度自适应范围广、铆接冲击力小、适应自动化设备装配、承载能力大、安装简便等特点，并使用超高强钛合金等材料制造，具有轻质化的特性，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种拉剪型复合高承载铆钉，包括环槽钉和钉套，所述环槽钉包括头部、杆部、锁紧环槽、断颈槽和工艺环槽，所述头部的直径为D，且杆部的直径为d，所述D为d的二倍，所述杆部的直径d是断颈槽直径的二倍，所述锁紧环槽为楔形锁紧环槽和1°锥形铆接角结构，且锁紧环槽为6道楔形槽并列结构，楔角在连接结构方向为40°，在锁紧的工艺环槽方向为20°。

优选的，所述断颈槽为三角形环形槽，断裂角在连接结构方向为10°，在锁紧的工艺环槽方向为40°，断颈槽的直径是杆部4直径d的一半。

优选的，所述所述工艺环槽为等间距的非对称环槽结构，工艺环槽7在连接结构方向为45°，在锁紧的工艺环槽方向为30°，亦是并排的楔形槽环结构。

优选的，所述钉套为一锥帽形结构，帽沿直径D1是其内径d1的2倍，且d1与杆部直径d相等，且钉套轴向长度与锁紧环槽总宽度T相匹配。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：具有能够承载拉剪扭复合大载荷作用、连接厚度自适应范围广、铆接冲击力小、适应自动化设备装配、承载能力大、质量小、安装简便、成本低等特点，并使用超高强钛合金等材料制造，具有轻质化的特性，其独有的楔形锁紧环槽和1°锥形铆接角结构较现有产品承载能力至少提高20％以上，被连接基体厚度偏差自适应达到±1.5mm。因其功能的特殊性目前正在航空、航天等产品中应用，本专利申请以期本产品的创新性在广袤的连接紧固件产品中占有一席之地。

附图说明

附图1是拉剪型复合高承载铆钉整体结构组成图；

附图2是1环槽钉结构图；

附图3是1螺钉的锁紧环槽和断颈槽部位结构图；

附图4是1螺钉的工艺环槽结构图；

附图5是2钉套结构图；

附图6是拉剪型复合高承载铆钉在连接基体厚度偏差为0时的连接状态图；

附图7是拉剪型复合高承载铆钉在连接基体厚度偏差为-1时的连接状态图(即基体厚度薄了1mm)；

附图8是拉剪型复合高承载铆钉在连接基体厚度偏差为+1时的连接状态图(即基体厚度厚了1mm)。

图中：环槽钉1、钉套2、头部3、杆部4、锁紧环槽5、断颈槽6、工艺环槽7。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-8，本实用新型提供一种技术方案：一种拉剪型复合高承载铆钉，包括环槽钉1和钉套2，整体外形呈螺钉与螺母类似的配合外形，与现有多锁紧环槽铆钉外形基本一致，所述环槽钉1包括头部3、杆部4、锁紧环槽5、断颈槽6和工艺环槽7，所述头部3的直径为D，且杆部4的直径为d，所述D为d的二倍，扩大了连接结构部位的受力面积，可以有效降低环槽铆钉铆接时对被连接基体的冲击力，从而减少对被连接基体的损伤；参考附图2，所述杆部4的直径d是断颈槽6直径的二倍，其目的也是合理匹配产品的铆接力学关系，降低环槽铆钉铆接时的冲击力；所述锁紧环槽5为楔形锁紧环槽和1°锥形铆接角结构，且锁紧环槽5为6道楔形槽并列结构，楔角在连接结构方向为40°，在锁紧的工艺环槽方7向为20°，起到倒枪刺的高承载作用；6道楔形槽整体并列排列在径向呈1°锥形排布结构(参考附图3)，锁紧环槽5深h为依次增大结构(从左至右)，并且每道锁紧环槽5的间距t在轴向(附图3从左向右)依次等比例增大，其作用是有利于2钉套在铆接工具的作用下在此位置的塑性变形，有利于1环槽钉与2钉套的完全塑性配合，提高产品在轴向的承载能力。

参考附图3所述断颈槽6为三角形环形槽，断裂角在连接结构方向为10°，在锁紧的工艺环槽7方向为40°，断颈槽6的直径是杆部4直径d的一半，其作用是降低环槽铆钉铆接时在断颈槽6断裂过程中产生的冲击力，减少对被连接基体的损伤；

参考附图4，所述所述工艺环槽7为等间距的非对称环槽结构，工艺环槽7在连接结构方向为45°，在锁紧的工艺环槽7方向为30°，亦是并排的楔形槽环结构，其倒枪刺受力结构有利于铆接时与铆接工具的配合和受力，更有利于铆接，提高产品成型质量。

参考附图5，所述钉套2为一锥帽形结构，帽沿直径D1是其内径d1的2倍，且d1与杆部4直径d相等，其作用也是扩大连接结构部位的受力面积，可以有效降低环槽铆钉铆接时对被连接基体的夹持冲击力，从而减少对被连接基体的损伤；2钉套轴向长度与1环槽钉的锁紧环槽5总宽度T(附图3)匹配。

如附图1、附图2、附图6，在使用拉剪型复合高承载铆钉时，需要将环槽钉1穿过被连接基体，套入钉套2，使用铆接工具夹持环槽1的工艺环槽7，向外侧拉拽，致使钉套2在环槽钉1的锁紧环槽5位置径向塑性变形(与环槽钉1的锁紧环槽5匹配)使两个零件锁紧，最终在环槽钉1的断颈槽6位置拉断，完成结构件的铆接连接。该产品独有的楔形锁紧环槽5和1°锥形铆接角结构使产品易于铆接的同时大幅提高产品的轴向承载能力。

附图6～附图8为产品的典型应用铆接后结构状态图：

附图6为拉剪型复合高承载铆钉在连接基体厚度偏差为0时的连接状态图，此状态6道锁紧环槽5均锁紧，承载能力最高。

附图7为拉剪型复合高承载铆钉在连接基体厚度偏差为-1时的连接状态图(即基体厚度薄了1mm)，此状态6道锁紧环槽5有4道以上锁紧，仍能保证产品的承载能力。

附图8为拉剪型复合高承载铆钉在连接基体厚度偏差为+1时的连接状态图(即基体厚度厚了1mm)，此状态6道锁紧环槽5也有4道以上锁紧，仍能保证产品的承载能力。

综上可以看出，本产品在提高产品承载能力的同时可以有效提升产品的通用性，能够大幅提升自动适应被连接结构厚度偏差的范围，更有利于自动化铆接的实施。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。