CN101981327A - 组装复合材料的方法和实施该方法的铆接部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及借助铆接部件(R)组装复合材料制成的部件(P1和P2)的方法，其特征在于包括：采用套筒(200)，该套筒的中空芯部(230)具有两个不同的段(231和232)；采用不具有轴向抵靠表面的插入部(100)，该插入部用于所述套筒(200)在孔(T)中的径向膨胀，而该插入部的直径(D3)使该插入部能够在不变形的情况下被容纳在中空芯部(230)的第一段(231)中，并使该插入部能够被强行容纳在第二段(232)中；把插入部(100)沿轴向引入套筒(200)中从而让套筒的较小段在孔(T)中径向膨胀，并使该较小段限定的凹槽被插入部(100)所占据；借助一个铆接模具(400)在所要变形的套筒(200)在其第一段(231)上的端部处提供一个压力，以借助离心径向延伸来保证其折叠。

Description

组装复合材料的方法和实施该方法的铆接部件
技术领域
本发明涉及铆钉，特别是使铆钉能够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受到多种限制，包括：
-必须保证组件有良好的疲劳强度，
-在装配铆钉时必须避免对复合材料的损坏，
-必须避免分叶现象，
-剪切强度必须得到优化，
-拖拉时的抗撕能力必须得到优化，
-安装不能要求在头部打埋头孔，
-与现行实铆钉(借助压碎)对应的安装必须能够进行，以使用传统的铆接设备，
-成本必须得到改进。
实铆钉虽然成本低廉，却不适合于固定复合材料制成的部件。这是由于当铆钉被压时，铆钉的材料累积在孔的角或缘上以形成头部。这种邻接的力特别高，且其结果是，由于位于孔的缘上的大的径向应力，产生了分叶现象。
半管形铆钉提供了一种头部形成，它比实铆钉需要更小的力就可以形成头部，但它不能提供与实铆钉相当的疲劳强度。
最后，埋头结构的固定铆钉提供了压褶，使得它可以实现大多数所希望的功能，但它的制造和安装工具的成本都很高。
发明内容
从固定复合材料的要求出发，本发明人进行了研究，并获得了用于复合材料的一种组装方法和用于实施该方法的一种特别有利的铆接部件。
根据本发明，该组装复合材料制成的部件的方法采用了这样一种铆接部件，即该铆接部件包括
-一个插入部和一个套筒，该套筒适于至少部分地包含所述插入部并具有带有一个头部的一个端部和一个管形端部，该管形端部能够发生变形以在所要组装的材料的一侧构成一个球茎部，
-一个孔，该孔穿过所要组装的材料，
-所述套筒，它被引入和保持在所述孔中，其头部该孔的端部的缘相邻接，且其管形端部在另一侧向外伸出。该方法的显著之处在于包括：
-用一个套筒，该套筒的中空芯部具有两个不同的段，一个第一段从将要变形的管形端部开始并具有一个第一直径，一个第二段从第一段的端部开始并具有一个较小的直径，
-采用一个插入部，该插入部没有有效的轴向抵靠表面，以使套筒在一个孔中作径向膨胀，但其直径使其能够在不变形的情况下被容纳在所述中空芯部的第一段中并使其能够被强迫容纳在所述第二段中，
-沿轴向把所述插入部引入到所述套筒中，从而使所述套筒在所述孔内在其小截面上沿着径向膨胀，且该小截面限定的凹槽被所述插入部所占据，
-借助一个铆接模，在所要变形的套筒的端部的第一段上提供一个压力，以保证其通过离心径向延伸的折叠。
这种特征的特别有利之处，在于它把实铆钉与半管形铆钉的优点相结合，而没有增加成本。
因此，套筒在孔中的膨胀和借助插入部对该孔的填充将保证疲劳强度和良好的剪切强度。另外，套筒的管形端部为了形成球茎部而发生的折叠将使得能够在没有大的力的情况下产生所述球茎部。另外，在折叠沿着插入部的长度刚好在膨胀开始发生之前或之后同时开始的情况下，即在套筒的一部分被锁定在所述孔中时，所发生的轴向力必然倾向于使位于外侧的所述套筒部分的材料折叠，即，不被留在所述孔内。因此，穿过所要组装的材料的孔的铆钉头部一侧的缘不受损坏。因此，本发明的组装方法的一个特征，在于包括产生一个孔，而不用在铆钉头一侧的复合材料上打埋头孔。因而，也不再需要进行该操作的时间和工具。
与铆钉头部的保护有关的另一个特征，来自这样的事实，即所述插入部不具有用于套筒变形的轴向表面，这使得在其在所述套筒内的轴向运动中可以只发生径向变形。该插入部不会把套筒的材料堆积在铆钉头部的边缘。相反地，插入部将对套筒的外部部分的变形起导向作用，从而使其折叠均匀地进行。球茎部在令人满意的条件下的产生，使得能够获得具有良好撕开强度的固定。另外，这种铆接部件的配置，使得可以采用传统上用于安装实铆钉的工具。
根据另一个特别有利的特征，该方法包括在铆接部件啮合在所述孔中之前使所述插入部预先啮合在套筒的管形端部的第一段中。该特征避免了两个部分的处理操作，并使得可以把本发明的铆接部件用作实铆钉。
被置于孔内的套筒部分的部分或全部膨胀，提供了对孔内套筒的夹持。然而，为了使固定优化，该方法的另一个特征包括继续进行折叠直到折叠端被压褶在插入部上，这有助于产生具有优化撕开强度的一种结构上的固定。
根据另一个特别有利的特征，本发明的组装方法包括：采用一个套筒，该套筒的凹槽沿着轴向通过该套筒；以及，把插入部插过头部的露出的凹槽。
根据本发明的一个特别有利的特征，能够对固定的锁定进行优化，且本发明的组装方法包括：采用一个套筒，该套筒的凹槽刚好通过套筒；以及，把插入部插过所述套筒的管形端部，所述插入部具有这样的尺寸，即使得其两端分别被压褶在套筒的头部中和套筒的管形端部所形成的球茎部中。
本发明还涉及用于实施上述组装方法的铆接部件。
这种铆接部件的显著之处，在于套筒的管形部分中形成的凹槽在头部的下方延伸。在此配置中，该套筒具有两个端部：具有一个头部的一个闭合端和管形的露出的另一端，插入是通过所述远端而发生的。
该特征使得套筒部分的最大可能长度能够在所述孔中膨胀，从而产生膨胀和对所述孔的壁的尽可能均匀的应力。根据另一特征，小的段的长度对应于所要固定的复合材料制成的部件的最小厚度。
根据另一特征，设置在孔中的该凹槽在头部延伸，从而使插入部的端部能够在所述头部中被压褶，从而使锁定优化。根据一个最佳实施例，头部中形成的凹槽的横截面，小于套筒中的形成的凹槽的最小直径的横截面。
根据另一个特征，其上被压褶有折叠的套筒的端部的插入部的端部预制有一个凹槽，该凹槽将便利其变形并要求较小的力并使得材料能够在不被堆积在孔的边缘上的情况下发生变形。这种凹槽也可被形成在插入部的另一端上，从而具有一种对称的配置。
类似地，压褶可借助插入部体上槽或沟的外部设置，而得到改善。
类似地，在插入部的端部之一被压褶在头部上的情况下，所述端部具有与插入部的其余部分同轴的柱形突出部的形式，且其自由端本身带有便利其变形的一个凹槽。
以上公布了本发明的基本构思的最基本的形式。从以下结合附图对根据本发明的组装方法和铆接部件的不限定性的例子所进行的描述，其他细节和特征将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的铆接部件的第一实施例的分开的插入部和套筒的横截面示意图；
图2是组装的套筒和插入部外部示意图，其中隐藏的边缘是可见的；
图3是铆接部件的另一实施例的外部示意图；
图4是铆接部件的另一实施例的外部示意图；
图5、6、7、8和9是组件的剖视图，用于说明铆接部件的安装；
图10、11、12、13和14显示了用于铆接部件的上述实施例的插入部的各种实施例；
图15和16显示了根据本发明的铆接部件的另一实施例，其分别处于准备好安装和已经安装的配置。
具体实施方式
如图1所示，总体上标为R的铆接部件包括两个部分：
一个插入部100，
-一个套筒200，它适合于至少部分地包含所述插入部并具有带有一个头部210的一个端部和一个管形端部220，该管形端部220能够发生变形从而在所要组装的材料的一侧形成一个球茎部。
根据本发明，中空芯部230具有两个不同的段231和232，即，柱形凹槽有不同的直径，从将要变形的管形端部220开始的一个第一段231具有一个第一直径D1，而从该第一段231的端部开始的一个第二段232具有一个较小的直径D2。
具有不同直径的这些凹槽与插入部100相匹配，而插入部100不具有有效的轴向抵靠表面，且插入部100具有直径D3，从而使插入部100能够在没有变形的情况下被容纳在中空芯部230的第一段231中，并使插入部100能够被强迫容纳在第二段232中以使套筒200径向膨胀。
因此，插入部100的最大直径D3小于或略微大于第一段的直径D1，以使插入部100能够在不施加力和不发生变形的情况下被接收，且插入部100的最大直径D3大于第二段的直径D2，以造成将位于穿过所要组装的部分的孔内的套筒200的部分的变形。如所示，具有较小直径的第二中空部分延伸到套筒的头部之下。
铆接部件如图2、3和4所示，其中插入部100预啮合在管形的芯的第一部分中，从而使它能够象实铆钉那样进行操作。这种预啮合通过插入部100与第一段231之间的轻度紧密的安装而得到保持，如图2和3所示，或者借助套筒在三个点240处的变形来保持，其中这三个点240相隔120度设置以夹住插入部100。如所示，插入部100在预啮合位置从套筒200伸出。
图3更具体显示了一个铆接部件R’，其中所要折叠的套筒部分220的厚度也从外部被减小，从而使得其变形所需的力减小，且两个外部柱形部分之间的分界所限定的外部台肩便利和界定了产生球茎部所需的折叠。
用于制作所述插入部和/或套筒的材料可从以下名称所代表的材料中选出：
-钛T40，
-铌-钛，
-不锈钢A286，
-不锈钢304L，
-铝及其合金，
-等等。
根据一种由于节约成本、减小重量和实施简单的原因而优选的实施例，该插入部用塑料材料制成。这种塑料插入部能够与钛T40制成的一个套筒相配合。
根据一种由于改善剪切强度和加长能力的原因而优选的实施例，该插入部用等级9的钛(grade 9 titanium)制成。
现在结合图5至9描述这种铆接部件R所实施的组装的各个步骤。
如图5所示，铆接部件R被设置在一个孔T内，而孔T穿过用复合材料制成的所要组装的两个部分P1和P2。套筒200的头部210与孔T周围的部分P1的外表面邻接。孔T的直径使得套筒体以余隙进入。另外，套筒的“可折叠”部分在部分P2一侧从孔T中伸出。
套筒头部210借助一个固定的铆接模具300而被保持定位，另一个可移动的铆接模具400被设置在铆钉头部一侧并与从套筒200伸出的插入部100的端部相邻接。在箭头F1所表示的运动中，可移动铆接模具400向铆接部件R施加一个轴向压力以使插入部100插入、使设置在孔中的套筒体200扩展、使设置在孔T外的套筒200的部分折叠并使套筒200的部分被压褶在插入部100上。根据本发明，小的段232的长度大体对应于部分P1和P2的最小厚度。
如图6所示，在可移动铆接模具400的运动作用下，插入部100开始强迫插入到位于孔T中的套筒部分中。根据本发明，这种插入的效果是套筒沿着箭头F2方向的径向膨胀，这种膨胀倾向于把套筒压到孔T的壁上并保证了对初始时存在于套筒200的外周边与孔T的内表面之间的余隙的填充。
如图7所示，插入部100在套筒200内的前进，促成了套筒200的端部220与可移动铆接模具400之间的直接接触。因此，当套筒的内部部分膨胀时，套筒的外部部分受到铆接模具400的压力，这造成了套筒200的外部部分沿着箭头F3方向的径向膨胀所导致的离心折叠。位于孔T内的套筒200的部分先前的膨胀，阻止了孔T内的套筒200材料任何可能的轴向运动，这造成了导致所述外部部分的折叠的一种邻接并防止了孔T的边缘的损坏。
如图8所示，插入部100在通过其适配的尺寸而造成位于孔T内的套筒200的部分的膨胀的同时，抵靠在管形部分的底部并占据了套筒200的该部分的整个内部凹槽，从而把铆接部件R改变到实铆钉式的配置。由于这种配置，位于孔T内的套筒部分的几乎所有外部表面都经历了一种膨胀，这种膨胀的弹性回复是可忽略的，且该膨胀保持了孔T内的径向应力。另外，套筒200经历了折叠的外部端部在此操作中受到插入部的导向，从而保证了变形的有规则性。
如图9所示，铆接模具400沿着箭头F1方向的轴向运动的继续，结束了套筒200产生抵靠在孔T周围的部分P2上的球茎部的折叠。另外，插入部100将变形，且所述球茎部的端部将被压褶在插入部100上，从而保证锁定。
为了便利该最后的变形和压褶，插入部100可以采取若干种实施例。因此，例如，图10显示了大体柱形的一种插入部100，其两个端部110和120在外部有斜角，且其与套筒200被压褶在其上的一端相对应的端部120包括了一个凹槽121，以便利其变形。
图11显示了插入部100的一个实施例，该插入部100上被预制有一个接近端部120的槽130，且插入部100的两端上带有凹槽。
图12显示了一个插入部，其几乎整个周边上的直径都被减小了。
图13显示了一个插入部100，其上设置有便利压褶的沟槽。
图1、11、12和13所示的实施例显示了在该插入部的两端设置的凹槽。
最后，图14显示了一个凹槽121，用于能够以较小的力使插入部的端部120变形。
如图15和16所示，铆接部件R3带有一个套筒200，该套筒200的凹槽230通过套筒200。适配的插入部100具有这样的尺寸，即使得其两端分别被压褶在套筒210的头部折叠之后的套筒的管形端部220所形成的球茎部中。
如所示，设置在套筒200上的凹槽230在头部210中延伸，从而使插入部100具有适当形状的端部140可被压褶在所述头部210中，从而优化锁定。插入是通过不带有头部的露出的管形端部实现的。根据所示的实施例，形成在头部210中的凹槽211的横截面小于形成在套筒中的凹槽230的较小直径D2的横截面232。
被箭头F1所表示的平移运动压褶在所述头部中的插入部的端部140具有与插入部的其余部分同轴的柱形突出部的形式，且端部140的自由端本身带有便利其变形的一个凹槽。为了实现这点，形成在所述头部中的凹槽211沿着插入部在套筒中行进的方向张开，以接纳插入部100的头部140变形材料的体积，从而优化锁定。
应该理解的是，以上对铆接方法和部件的描述只是为了描述而非限定。自然地，在不脱离本发明的范围的前提下可以对上述实施例进行各种修正和改变。
例如，虽然所描述的实施例显示了一个带有突出头部的铆钉，但该铆接部件也可以是包括带有埋头头部的一个套筒。

Claims (15)

1.借助铆接部件(R)组装复合材料制成的部件(P1和P2)的方法，该铆接部件(R)包括：
-一个插入部(100)和一个套筒(200)，所述套筒适合于至少部分地包含所述插入部(100)并具有带有一个头部的一个端部(210)和一个管形端部(220)，所述管形端部能够变形从而在所要组装的材料的一侧上形成一个球茎部，
-通过所要组装的材料的一个孔(T)，
-所述套筒(200)，用于被引入和保持在所述孔(T)中且其头部与所述孔的端部的缘相邻接，从而使其管形端部从孔的另一侧伸出，
所述方法的特征在于包括：
-采用一个套筒(200)，该套筒的中空芯部(230)具有两个不同的段(231和232)，其中从所要变形的管形端部(220)开始的一个第一段(231)具有一个第一直径(D1)，且一个第二段(232)从所述第一段的端部开始并具有一个较小的直径(D2)，
-采用一个不具有轴向抵靠表面的插入部(100)，该插入部用于所述套筒(200)在孔(T)中的径向膨胀，而所述插入部的直径(D3)使该插入部能够在不变形的情况下被容纳在所述中空芯部(230)的第一段(231)中，并使该插入部能够被强行容纳在所述第二段(232)中，
-把插入部(100)沿轴向引入所述套筒(200)中从而让所述套筒的较小段在孔(T)中径向膨胀，并使该较小段限定的凹槽被所述插入部(100)所占据，
-借助一个铆接模具(400)在所要变形的所述套筒(200)在其第一段(231)上的端部处提供一个压力，以保证其通过离心径向延伸的折叠。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于包括：
在所述铆接部件(R)啮合在所述孔(T)中之前，使所述插入部(100)在所述套筒(200)的管形端部的所述第一段(231)中预啮合。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于包括在所述铆接模具(400)的同一运动中保证所述插入部(100)在所述第二段(232)中的强行插入和所述第一段(231)的折叠，从而使所述折叠得到所述插入部(100)的导向。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于包括使所述折叠继续进行直到折叠的端部(220)被压褶在所述插入部(100)上。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于包括在不在所述复合材料的球茎部一侧上打埋头孔的情况下产生一个孔(T)。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于包括：
采用一个套筒(200)，其中该套筒的凹槽(230)沿着轴向穿过它，以及
把所述插入部(100)插入所述凹槽在所述头部(210)露出的端部。
7.根据权利要求1至6中的任何一项的方法，其特征在于包括：
采用一个套筒(200)，该套筒的凹槽(230)穿过所述套筒，以及
把所述插入部插入所述套筒的管形端部(220)，
其中所述插入部(100)具有这样的尺寸，即使得一方面其两端分别被压褶在套筒的头部中和套筒的管形端部所形成的球茎部中。
8.用于实施根据权利要求1的方法的铆接部件(R)，其特征在于设置在套筒(200)的管形端部(220)中的凹槽(230)在头部(210)之下延伸。
9.用于实施根据权利要求1的方法的铆接部件(R)，其特征在于折叠的套筒端部所被压褶在之上的所述插入部(100)的端部(120)被预制有一个用于使材料能够堆积的凹槽(121)。
10.用于实施根据权利要求1的方法的铆接部件(R)，其特征在于所述插入部(100)被所述套筒(200)的所述第一段(231)的变形保持在其预啮合位置以进行夹持。
11.用于实施根据权利要求1的方法的铆接部件(R)，其特征在于所述插入部(100)的外部设置有用于便利所述压褶的沟槽。
12.用于实施根据权利要求1的方法的铆接部件(R)，其特征在于所述插入部(100)的外部设置有一或多个凹槽(130)。
13.用于实施根据权利要求1的方法的铆接部件(R)，其特征在于所述较小段(232)的长度对应于所要固定的复合材料制成的部件(P1和P2)的最小厚度。
14.用于实施根据权利要求1的方法的铆接部件(R)，其特征在于所述铆接部件带有一个套筒(200)，该套筒的凹槽(230)穿过所述套筒，适配的插入部(100)具有这样的尺寸，即使得其两端分别被压褶在套筒(210)的头部中和套筒的管形端部(220)所形成的球茎部中。
15.用于实施根据权利要求14的方法的铆接部件(R)，其特征在于
被压褶在所述头部(210)中的所述插入部(100)的端部(140)具有与所述插入部(100)的其余部分同轴的柱形突出部的形式，
形成在所述头部中的凹槽(211)沿着插入部(100)在所述套筒中行进的方向张开，以接受插入部(100)的头部(140)的变形材料的体积。
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