CN102728768A - 高强度、低铆接力构件紧固方法及10.9级短尾拉铆钉 - Google Patents

Abstract

高强度、低铆接力构件紧固方法及10.9级短尾拉铆钉，步骤：1)铆钉由钉头、卸载槽、光杆、锁紧环槽段、螺纹段和尾部细短环槽段组成。锁紧槽内曲面半径前大后小；尾部内斜面角前大后小。套环设凸点，内孔设卡齿。2）铆钉穿入，卡齿旋入螺纹段，套环和铆钉挂接。3）铆钉伸入铆接器，卡爪卡住尾部。4）启动铆接器，挤压套环变形锁紧环槽，前移到破坏凸点。5）铆接器后退，紧固完成。卸载槽可消除铆接和使用中的应力集中。锁紧槽促进铆接时，和阻碍铆接后振动或拉脱中套环金属流动，提高紧固性和防松动性。尾部槽形使卡爪与尾部咬合不脱扣，促进低铆接力铆接。套环有卡齿挂接安装操作方便。用于紧固性和可靠性要求高的铁道车辆和重卡上。

Description

高强度、低铆接力构件紧固方法及10.9级短尾拉铆钉

(一)技术领域：本发明高强度、低铆接力构件的紧固方法及10.9级短尾拉铆钉，涉及一种高强度、低铆接力构件的紧固技术。主要用于对紧固系统性能和可靠性要求更高的铁道车辆和重卡上的构件连接。属金属机械加工的铆接类（B21J）和紧固件类（F16B）。

（二）背景技术：

现有公开的用于铁道车辆上构件连接的冷拉铆钉及连接方法，拉铆钉均由铆钉和套环组成，不同的是因要求功能不同，设计的铆钉的形状和相互间的连接结构变化，以及相应的铆接方式和铆接器结构不同。与本发明接近的有如下几种：1）普通拉铆钉：见中国专利授权公开的《拉铆钉》《ZL20052003532⒌X》。

铆钉由从前端至后端顺次连接的钉头、光杆、与套环挤压配合的环槽段、分离槽、用于与铆接器内套前端卡爪卡接的全环槽段拉用杆组成。前后环槽段直径相同。其缺点是铆接时要拉断分离槽，丢弃拉用杆，因此铆接时冲击力和噪声较大，环保差，材料浪费；液压铆接器在拉断分离槽瞬间铆接压力大。2）可重复使用拉铆钉：见中国专利授权公告的《可重复使用拉铆钉及使用方法》《ZL20071004069⒎9》。铆钉由从前端至后端顺次连接的钉头、光杆、与套环挤压配合的环槽段和与铆接器内套前端的螺孔段啮合的螺纹段组成（环槽段和螺纹段公称直径相同）。与上述1）比较由于取消了分离槽，铆接时不用拉断分离槽，不用丢弃拉用杆，因此铆接时无冲击力和无噪声，环保好，材料不浪费；铆接器的铆接压力相对降低。但此结构是为了实现可重复使用，铆接器必须采用专有的《旋转铆接器和破切器》，见中国专利《ZL200710049910。9》，即旋转铆接器需要有实现破切的内套前端的螺孔段和实现螺纹配合的旋转部分，因此旋转铆接器不仅具有实现液压铆接的结构，且铆接枪体内需要增设包括气马达、齿轮减速箱等气动旋转部分和相应的控制转换部分，结构复杂些。而对于非重复使用的拉铆钉显然不适合采用《旋转铆接器和破切器》和相配合地《可重复使用拉铆钉》的结构型式。3）普通短尾拉铆钉：见中国专利公开的《短尾拉铆钉》《ZL200820036512⒋8》。铆钉由从前端至后端顺次连接的钉头、光杆、与套环挤压配合的全环槽段或全螺纹段、用于与铆接器内套前端卡爪卡接拉用的短细环槽段组成。与上述1）比较由于取消了分离槽，铆接时不用拉断分离槽，不用丢弃拉用杆，因此铆接时也具有无冲击力和无噪声，环保好，材料不浪费，铆接器铆接力小，容量小。缺点是：①无轮采用现有环槽形状的全环槽段或全螺纹段的铆钉，与套环之间的紧固力均不足，尤其是全螺纹段。一般紧固强度只能达到⒏8级。②采用现有环槽形状的短尾与铆接器的卡爪的卡紧度也有限，上述两处均难以满足紧固系统性能和可靠性要求更高的铁道车辆和重卡上的需求。③若采用该专利全环槽段短尾拉铆钉，则安装很不方便。

(三)发明内容：

本发明提出的高强度、低铆接力构件紧固方法及10.9级短尾拉铆钉,其目的就是解决上述现有《普通拉铆钉》铆接冲击力和噪声大。《可重复使用拉铆钉》铆接及铆接器较复杂。《普通短尾拉铆钉》固紧度和短尾的卡紧度不足，难以满足紧固系统性能和可靠性要求更高的铁道车辆和重卡上的构件连接。

其技术方案如下：

高强度、低铆接力构件紧固方法，其特征是，该方法包括如下步骤：

第一步，制作如下的⒑9级短尾拉铆钉：① 短尾拉铆钉由铆钉和套环组成；②铆钉由从前端至后端顺次连接的钉头、钉头后端面根部开设的卸载槽、光杆、与套环挤压配合的锁紧环槽段、用于与套环卡齿卡接的螺纹段和用于与低铆接力液压铆接器内套卡爪卡接的尾部细短环槽段组成；③锁紧环槽段每个环槽内从前至后顺次的曲面半径为R1、R2、R3、R4，其中R1〉R4，R2〉R3；④细短环槽段每个环槽内前端斜面与径向截面夹角为a，后端斜面与径向截面夹角为b，其中a〉b；⑤套环法兰盘后端面设凸点，套环内孔前端设卡齿；第二步：将铆钉穿过被连两构件的连接孔；套环后端卡齿卡入并旋在螺纹段上，使套环和铆钉径向挂接定位；第三步：将铆钉伸入铆接器内，使铆接器内套卡爪卡接在尾部细短环槽段上；第四步：启动铆接器，铆接器内套卡爪抓紧铆钉尾部向后拉，铆接器外套向前移动，推动并挤压套环，直至套环变形区金属模压在锁紧环槽段环槽内，外套前移直到破坏法兰盘面上的凸点为止；第五步：套环与铆钉经锁紧环槽段模压锁闭后，达到设定铆接压力，铆接器内套外套向后退出，紧固方法完成。

完成上述高强度、低铆接力构件紧固方法所需的⒑9级短尾拉铆钉，由铆钉和套环组成；其特征是: 铆钉由从前端至后端顺次连接的钉头、钉头后端面根部开设的卸载槽、光杆、与套环挤压配合的锁紧环槽段、用于与套环卡齿卡接的螺纹段和用于与低铆接力液压铆接器内套卡爪卡接的尾部细短环槽段组成；锁紧环槽段每个环槽内从前至后顺次的曲面半径为R1、R2、R3、R4，其中R1〉R4，R2〉R3；细短环槽段每个环槽内前端斜面与径向截面夹角为a，后端斜面与径向截面夹角为b，其中a〉b；套环法兰盘后端面设凸点，套环内孔前端设卡齿。

上述方法和⒑9级短尾拉铆钉具体的附加特征在实施例中结合附图说明。

本发明有益效果：

1）钉头设计了用于卸载的环槽，也称卸载槽，它可防止铆接和使用过程中可能存在的应力集中现象。降低了危险断面承受的应力。2）锁紧环槽段每个环形槽的形状采用R1〉R4，R2〉R3，即表示R1和R2大，此形状是为了促进铆接时套环的金属流动（向前流动）；R4和R3小，此形状是为了铆接后拉铆钉在振动或拉脱的状态下阻碍套环金属的流动（向后流动），此槽形设计大大提高了环形槽固紧性能，可以有效保证连接后的可靠性，在振动的工况下，具有更好的防松性能，形成永久性紧固连接。促使套环在铆接器低铆接力下挤压变形，完成铆接。3）尾部细短环槽内设计角度a〉b，角度a大方便铆接器卡爪的进入，角度b小卡爪与尾部咬合后在承受作用力时不易脱扣，保证铆接时铆钉与铆接器内套卡爪的紧密配合，也促使套环在低铆接力下挤压变形，完成铆接。4）铆钉上设计与套环卡齿卡接的螺纹段，铆接器启动前《见第二步》，操作者通过卡齿将套环与铆钉径向挂接定位，消除了现有铆接推动套环时需要人工托住套环的操作工序，保证安装操作方便、加工稳定。5）法兰盘面上设计了六个凸点，在铆接后只需观察凸点被挤压变形，便可以判定套环变形合格《见第四步》；大大方便了铆接后变形区长度的检查。6）本发明采用了上述优化设计及产生的上述对应效果，达到并成为高强度、低铆接力紧固件--10.9级短尾拉铆钉，其力学性能如表1所示。

表1

公称直径mm	剪切力kN	压紧力kN	拉脱力kN	抗拉强度MPa	铆接力MPa（参考值）
						12	≥65.4	≥64.9	≥87.7	≥1040MPa
14	≥95.6	≥87.6	≥120	≥1040MPa
						16	≥122	≥116	≥163	≥1040MPa	35
20	≥191	≥181	≥255	≥1040MPa

（四）附图说明

图1  10.9级短尾拉铆钉结构图。即高强度、低铆接力构件紧固方法第一步：制作⒑9级短尾拉铆钉。

图2  图1 局部放大图Ⅰ(锁紧环槽段环槽)。

图3  图1 局部放大图Ⅱ（尾部细短环槽段环槽）。

图4  高强度、低铆接力构件紧固方法第二步示图。

图5   高强度、低铆接力构件紧固方法第三步示图。

图6  高强度、低铆接力构件紧固方法第四步示图。

图7  高强度、低铆接力构件紧固方法第五步示图。

（五）具体实施方式

本实施例高强度、低铆接力构件紧固方法，由如下步骤组成：

第一步：见图1，制作如下的⒑9级短尾拉铆钉M：① 短尾拉铆钉M由铆钉1和套环2组成。②铆钉1由从前端至后端顺次连接的钉头⒈1、钉头后端面根部开设的卸载槽⒈2、光杆⒈3、与套环挤压配合的锁紧环槽段⒈4、用于与套环卡齿⒉1卡接的螺纹段⒈5和用于与低铆接力液压铆接器5内套卡爪卡接的尾部细短环槽段⒈6组成。③见图2，锁紧环槽段⒈4每个环槽内从前至后顺次的曲面半径为R1、R2、R3、R4，其中R1〉R4，R2〉R3。④细短环槽段⒈6每个环槽内前端斜面与径向截面夹角为a，后端斜面与径向截面夹角为b，其中a〉b；⑤套环法兰盘⒉4后端面设凸点⒉3，套环套筒⒉2内孔前端设卡齿⒉1。第二步：见图4，将铆钉1穿过被连两构件3、4的连接孔⒊1；套环从后套在铆钉外周，且套环后端卡齿⒉1卡入并旋在螺纹段⒈5上，使套环2和铆钉1径向挂接定位。第三步：见图5，将铆钉1伸入铆接器5内，使铆接器内套卡爪⒌1卡接在尾部细短环槽段⒈6上。第四步：见图6，启动液压铆接器5，内套卡爪⒌1抓紧铆钉尾部细短环槽段⒈6向后拉，铆接器外套⒌2向前移动，推动并挤压套环，直至套环变形区2.2金属模压在锁紧环槽段⒈4环槽内，外套前移直到破坏法兰盘⒉4后端面上的凸点⒉3为止。第五步：见图7，套环2与铆钉1经锁紧环槽段⒈4模压锁闭后，达到设定铆接压力，铆接器5内套⒌1外套⒌2向后退出，高强度、低铆接力构件紧固方法完成。

本实施例中完成上述高强度、低铆接力构件紧固方法所需的⒑9级短尾拉铆钉结构如下：

见图1， 短尾拉铆钉M由铆钉1和套环2组成。铆钉1由从前端至后端顺次连接的钉头⒈1、钉头后端面根部开设的卸载槽⒈2、光杆⒈3、与套环挤压配合的锁紧环槽段⒈4、用于铆接开始与套环卡齿⒉1卡接的螺纹段⒈5和用于与低铆接力液压铆接器5内套卡爪卡接的尾部细短环槽段⒈6组成。  上述光杆长度L⒈3比同一级两被铆接件厚度L3 +L4的最小值Min至少小1 mm；相邻两级两被铆接件厚度L3 +L4之差为5mm，对应相邻两级铆钉光杆长度之差为5mm。对公称直径为16 mm时，对应不同等级的两被铆接件厚度L3 +L4、所选光杆长L⒈3、光杆加锁紧环槽段加螺纹段长之和L⒈3+ L⒈4+ L⒈5数值见表2。

表2  单位mm

见图2，上述锁紧环槽段⒈4每个环槽内从前至后顺次的曲面半径为R1、R2、R3、R4，其中R1〉R4，R2〉R3；本实施例选R1=0.4mm，R2=1.6mm，、R3=0.9mm，R4=0.2mm。见图3，上述细短环槽段⒈6每个环槽内前端斜面与径向截面夹角为a，后端斜面与径向截面夹角为b，其中a〉b；本实施例选a°=50°，b=30°。见图1，套环法兰盘⒉4后端面设周向均布的六个凸点⒉3，套环变形区⒉2（即套筒）内孔前端设卡齿⒉1。在⒑9级短尾拉铆钉系列中，在短尾拉铆钉铆钉公称直径D为16 mm时，对应套环选择的尺寸见表3 ，对应铆钉选择的尺寸见表4 。

表3    单位：mm

表4     单位：mm

Claims (4)

1.高强度、低铆接力构件紧固方法，其特征是，该方法包括如下步骤：

第一步，制作如下的⒑9级短尾拉铆钉：① 短尾拉铆钉由铆钉和套环组成；②铆钉（1）由从前端至后端顺次连接的钉头（⒈1）、钉头后端面根部开设的卸载槽（⒈2）、光杆（⒈3）、与套环挤压配合的锁紧环槽段（⒈4）、用于与套环卡齿卡接的螺纹段（⒈5）和用于与低铆接力液压铆接器（5）内套卡爪卡接的尾部细短环槽段（⒈6）组成；③锁紧环槽段每个环槽内从前至后顺次的曲面半径为R1、R2、R3、R4，其中R1〉R4，R2〉R3；④细短环槽段每个环槽内前端斜面与径向截面夹角为a，后端斜面与径向截面夹角为b，其中a〉b；⑤套环法兰盘后端面设凸点（⒉3），套环内孔前端设卡齿（⒉1）；

第二步：将铆钉穿过被连两构件（3、4）的连接孔（⒊1）；套环后端卡齿卡入并旋在螺纹段上，使套环和铆钉径向挂接定位；

第三步：将铆钉伸入铆接器内，使铆接器内套卡爪（⒌1）卡接在尾部细短环槽段上；

第四步：启动铆接器，铆接器内套卡爪抓紧铆钉尾部向后拉，铆接器外套（⒌2）向前移动，推动并挤压套环，直至套环变形区（⒉2）金属模压在锁紧环槽段环槽内，外套前移直到破坏法兰盘面上的凸点为止；

第五步：套环与铆钉经锁紧环槽段模压锁闭后，达到设定铆接压力，铆接器内套外套向后退出，紧固方法完成。

2.完成权利要求1所述高强度、低铆接力构件紧固方法所需的⒑9级短尾拉铆钉，由铆钉和套环组成；其特征是:

铆钉由从前端至后端顺次连接的钉头、钉头后端面根部开设的卸载槽、光杆、与套环挤压配合的锁紧环槽段、用于与套环卡齿卡接的螺纹段和用于与低铆接力液压铆接器内套卡爪卡接的尾部细短环槽段组成；③锁紧环槽段每个环槽内从前至后顺次的曲面半径为R1、R2、R3、R4，其中R1〉R4，R2〉R3；④细短环槽段每个环槽内前端斜面与径向截面夹角为a，后端斜面与径向截面夹角为b，其中a〉b；⑤套环法兰盘后端面设凸点，套环内孔前端设卡齿。

3.按权利要求2所述⒑9级短尾拉铆钉, 其特征是:光杆长度L⒈3比同一级两被铆接件厚度L3 +L4的最小值Min至少小1 mm；相邻两级两被铆接件厚度L3 +L4之差为5 mm，对应相邻两级铆钉光杆长度之差为5mm。

4.按权利要求2所述⒑9级短尾拉铆钉, 其特征是所述曲面半径取为R1=0.4mm，R2=1.6mm， R3=0.9mm，R4=0.2mm；所述前端斜面与径向截面夹角为a=50°，后端斜面与径向截面夹角为b=30°。

Images