CN103307071B - 具有由密封剂附接部件的复合材料紧固件组件及附接方法 - Google Patents

Abstract

一种组件，其包括第一部件和第二部件。密封剂设置在第一部件和第二部件之间。第二部件在第二部件的第二表面（其与第二部件的第一表面相对）上具有凹部。复合材料的紧固件具有带螺纹的部分和头部。头部具有保持夹片，当带螺纹的部分被接收在第一部件和第二部件的对齐的开口内时，所述保持夹片在头部面对第二部件的第二表面的一侧上，从而当旋转复合材料的紧固件时，保持夹片被接收在凹部。提供了一种用于附接第一部件与复合材料部件的方法。

Description

具有由密封剂附接部件的复合材料紧固件组件及附接方法

技术领域

本发明通常包括一种复合材料紧固件（compositefastener），其用于由密封剂附接的部件，以及使用相同部件附接部件的方法。

背景技术

密封剂有时用于将复合材料部件（compositecomponent）附接至复合材料或非复合材料部件，例如金属部件。例如，室温硬化（RTV）密封剂有时用于将复合材料发动机部件（compositeenginecomponent）附接至金属的发动机缸体。不可以要求由RTV形成的接头承受与一些金属紧固件和金属部件同样多的载荷。复合材料部件还往往在载荷下塑性变形。

发明内容

用于复合材料的紧固系统应被设计为约束复合材料部件，同时使得紧固件在载荷下用作支点的趋势最小化。提供了一种组件，其包括第一部件和第二部件。在一个实施例中，第一部件是发动机缸体，第二部件是复合材料的发动机部件，例如油盘或前/后发动机罩。密封剂设置在第一部件和第二部件之间，在第一部件的第一表面上或在第二部件的第一表面上，所述第二部件的第一表面面对第一部件的第一表面。密封剂可以是室温硬化（RTV）密封剂。第二部件在第二部件的第二表面（其与第二部件的第一表面相对）上具有凹部。

该组件包括复合材料的紧固件，其具有带螺纹的部分和头部。头部具有在头部的一侧上的保持夹片，当带螺纹的部分被接收在第一部件和第二部件的对准开口内时，所述一侧面对第二部件的第二表面。夹片可以是从头部延伸的一体的突出片（tab），或是附接至头部的金属夹片。当旋转复合材料的紧固件时，保持夹片被接收在凹部。从而第二部件被附接至第一部件，且挤压第一部件和第二部件之间的密封剂。在一个实施例中，金属构件嵌在复合材料的紧固件中，以降低复合材料的塑性变形。

附接第一部件和复合材料部件的一种方法，包括在第一部件和复合材料的部件中的一个上设置密封剂，并将一件式复合材料紧固件旋转进入第一部件和复合材料部件的对准开口内，直到紧固件的保持夹片在复合材料部件的凹部处接合复合材料部件，从而将复合材料部件附接至第一部件。第一部件可以是复合材料或非复合材料的部件。

该方法还可以包括注模成型一件式复合材料紧固件，其中细长金属构件嵌在一件式复合材料紧固件内。一件式紧固件可以接合在第一部件内的带螺纹的孔内，或接合在第一部件内的盖帽内。盖帽具有叉部，在旋转一件式复合材料紧固件之前，所述叉部接合在第一部件内和/或第二部件内的对准开口或开槽内。

相比于用于将复合材料部件附接至金属部件或附接至另一复合材料部件的传统金属螺栓和挤压柱，使用复合材料紧固件可以带来成本节约。复合材料紧固件比传统的金属螺栓更具顺应性（compliant），从而不用作将动作放大的支点。复合材料紧固件能够在密封剂固化的过程中附接部件，并提供机械约束。如果需要，紧固件的保持夹片可以在密封剂固化后实现紧固件简单和快速的释放。

从下文中对实现本发明的最佳模式的有附图的详细描述可知，本发明的上述特征和优势以及其他特征和优势是很明显的。

附图说明

图1是组件的第一实施例的部分横截片段视图，该组件包括通过室温硬化（RTV）密封剂经由复合材料紧固件而附接的复合材料的发动机部件和发动机缸体，所述密封剂在发动机部件和发动机缸体之间。

图2是图1中的从下面观察的紧固件头部的俯视示意图。

图3是图1的紧固件的片段侧视图形式的示意图。

图4是接收紧固件的盖帽的示意性透视图。

图5是复合材料部件内的开口的平面示意图，盖帽被接收在所述开口内。

图6是组件的第二实施例的部分横截片段视图，该组件包括通过室温硬化（RTV）密封剂经由复合材料紧固件的第二实施例而附接的复合材料的发动机部件和发动机缸体，所述密封剂在发动机部件和发动机缸体之间。

图7是将复合材料部件附接至另一部件的方法的流程图。

具体实施方式

参考附图，其中相同的附图标记在若干幅视图中代表相同的部件，图1显示了组件10。组件10包括第一部件12，其通过密封剂16附着至复合材料的第二部件14，其中复合材料紧固件18用于将第一部件12附接至第二部件14，从而挤压密封剂16，例如当密封剂16进行密封时。

第一部件12可以是铸造的、金属的发动机缸体，例如铸造的铝合金或铸钢。可替换地，第一部件12可以是复合材料部件。第二部件14可以是复合材料发动机部件，例如油盘、发动机前罩、发动机侧罩或另一部件。在要求保护的本发明的范围内，第一部件12和第二部件14不局限于这些例子。当描述部件（例如紧固件或发动机部件）时这里所使用的“复合材料”是聚合物和其他材料的复合的材料。例如，“复合材料”可以是玻璃强化的尼龙、玻璃强化的烯腈丁二烯苯乙烯聚合物（ＡＢＳ），玻璃填充的热凝物、玻璃填充的聚丁烯对苯二酸（PBT）、玻璃填充的聚乙烯对苯二酸（PET）或其他聚合物复合材料。

密封剂16可以是室温硬化（RTV）密封剂，当其暴露至预定温度范围内的空气中时开始固化（cure），所述预定温度范围可以被认为包括正常的室温范围。密封剂16设置在第一部件12的第一表面20上。第一表面面向第二部件14的第一表面22，例如第二部件14的凸缘23上的表面。

紧固件18用于将第二部件14连接至第一部件12，从而第一表面22也与密封剂16接触，且密封剂16在部件12、14之间被具有。紧固件18用于在密封剂16应用至发动机部件12的第一表面20后或在密封剂16固化的时期内立即将第二部件14附接至第一部件12，从而允许密封剂16将第一部件12粘结至并密封至第二部件14。

第一部件12具有第一开口24，其与第二部件14内的第二开口26大致对齐。在所示的实施例中，盖帽30被插入第一开口24中，从而盖帽30的分隔开的带螺纹的叉部32向下延伸进入第二开口26。如图5中所示，第二开口26具有中央部分34和叉部接收部分36。中央部分34被配置为接收紧固件18，叉部接收部分36被配置为接收叉部32且以与叉部32相同的方式分隔开，从而盖帽30与第二部件14接合。在这个实施例中，叉部接收部分36不完全穿过第二部件14延伸，如图1中所示。在图6中显示的组件110的另一个实施例中，第二部分14内的第二开口126具有完全穿过第二部件14延伸的叉部接收部分136。

再次参考图1，紧固件18具有头部40和细长带螺纹的部分42，其该部分42从头部40延伸。如图2中所示，单个转动片44跨过头部40的基部46延伸。头部40的锥形凸缘48绕基部46的周边延伸。凸缘48的一部分被保持夹片50所中断，所述保持夹50形成在凸缘48内的切口52之间。夹片50从凸缘48朝向带螺纹的部分42延伸。当带螺纹的部分42被接收在对齐的开口24、26内时，夹片50在头部40面对第二部件14的第二表面53的一侧51上。第二表面53具有凹部58，该凹部被配置为接收夹片50，如下所述。夹片50可以是头部40的整体部分，或可以是附接至头部40的金属夹片。

叉部32具有内螺纹60，其与带螺纹的部分42的外螺纹62匹配。紧固件18从而被接收在盖帽30内，且经由盖帽30被固定到第一部件12。在其他实施例中，不使用盖帽，替代地，设置第一部件12内的第一开口24的尺寸，从而紧固件18的带螺纹的部分42直接装配到第一开口24。在这种实施例中，第一部件12在第一开口24处是有内螺纹的，其螺纹与带螺纹的部分42的螺纹匹配。

外螺纹62的螺距59是沿带螺纹的部分42的中心轴线61的全部或部分挤压距离。即，螺距59是在连结部（即在部件12、14的接触面）处挤压密封剂16的全部或部分轴向距离。外螺纹62的螺距59与内螺纹60的螺距相同。在有盖帽30的实施例或没有盖帽30的实施例中以及第一部件12在第一开口处是带螺纹的（所述第一开口的尺寸被设置为接收带螺纹的部分42）的实施例中，根据在其未挤压状态（图3中所示）下在保持夹片50的头部40的凸缘48以上的高度65以及带螺纹的部分42的长度64来选择外螺纹62和内螺纹60的螺距59。具体来说，选择螺距59使得保持夹片50不在凹部58处与第二部件14相互干扰，直到部件12、14的连结部处的密封剂16被充分地挤压。在未挤压状态下螺纹62的螺距59大于保持夹片50向超出凸缘48的高度65。当保持夹片50在凹部58处接合第二部件14时，头部44的表面66在面对第二表面53的一侧51处接触第二表面53。凹部58可以是围绕其周边逐步倾斜的，类似于图1的截面图中所显示的斜坡。

保持夹片50是略有柔韧性的，从而当它抵靠第二部件14接合在凹部50内时，它可以向下朝向头部40被挤压。即，当夹片50处于接合在凹部50内的挤压状态时（如图1所示），夹片50距凸缘48的高度67小于当夹片50处于自由的、未挤压状态时（如图2所示）夹片50的高度65。从而，被挤压的夹片50将头部40稍微远离第二部件14地偏压。因此，在密封剂16固化后，夹片50的偏压力将有助于使紧固件18可以容易地通过沿从盖帽30松脱带螺纹的部分42的方向扭转所述片44而被释放。可替换地，紧固件18可以保持在图1中所示的附接的、插入位置，并用于提供部件12、14的额外的机械约束。因为紧固件18是复合材料，其比传统的金属螺栓和挤压限制器更具顺应性（compliant），紧固件18往往不用作支点和大幅度动作。

图6显示了组件110的可替换实施例，所述组件110具有多个与图1-4的组件10相同的部件。与组件10的部件相同的组件110部件用相同的附图标记表示，并参考组件10进行描述。在组件110中，第二部件114具有第二开口126，在所述第二开口126内叉部接收部136完全穿过第二部件114延伸，如图6中所示。

此外，在组件110中，紧固件18被紧固件118所替换，紧固件118在所有方面与紧固件18相同，但是细长金属构件170嵌入在紧固件118内。紧固件118的复合材料模制在金属构件170周围。金属构件170具有中央部分172，该中央部分沿紧固件118的中心轴线161定位。中央部分172延伸进入带螺纹的部分42和头部44中。金属构件170具有锯齿部174，该锯齿部从中央部分172向外延伸。因为复合材料往往会蠕变（creep），所以金属构件170通过终端复合材料的连续性而有助于限制或避免紧固件118的蠕变。即，紧固件118的复合材料通过锯齿并174被分割成部分180、182、184、186。

参考图7，作为流程图显示了将第一部件12附接至第二部件14的方法200。方法200可以应用至第一部件（其是金属的发动机部件）和第二部件（其是复合材料发动机部件），但方法200的应用不局限于这些类型的部件。

方法200从步骤202开始，在该步骤中复合材料紧固件18或118是注射成型的。在紧固件118的情况中，步骤202包括将金属构件170插入模具和在金属构件170周围模制复合材料的子步骤，从而金属构件170嵌在紧固件118内。

在步骤202之后，方法200进行至步骤204，在该步骤中密封剂（例如RTV密封剂16）被置于第一部件12上。可替换地，密封剂16可以置于第二部件14或114上。接下来，在可选步骤206中，盖帽30的带螺纹的叉部32被插入在第二部件14的开口26或126内。步骤206是可选的，因为可以替代地将紧固件18或118直接插入第一部件12内的带螺纹的开口，而不是设置在第一部件12的不带螺纹的开口内的带螺纹的盖帽。

在方法200的步骤208中，一件式复合材料紧固件18或118被分别地旋转进入第二部件14或114的开口26或126和第一部件12的开口24中（所述开口26或126与开口24对准），以接合本身带螺纹的第一部件12或盖帽30的内螺纹60。旋转紧固件18或118，直到夹片部分50在凹部58接合第一部件12，在所述凹部58处头部40抵靠第二部件14或114，密封剂16被拧紧的紧固件18、118挤压。可选地，在步骤210中，通过以与步骤208中相反的方向旋转紧固件18或118，紧固件18或118可以被释放并从组件10、110中移除，使得保持夹片50被从凹部58释放。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种组件，其包括：

第一部件；

第二部件；

第一部件和第二部件之间的密封剂，其位于第一部件的第一表面和第二部件的第一表面中的一个上，所述第二部件的第一表面面对第一部件的第一表面；

其中第二部件在第二部件的第二表面上具有凹部，所述第二部件的第二表面与第二部件的第一表面相反；

复合材料紧固件，其具有带螺纹的部分和头部；

其特征在于，头部具有在头部的一侧上的保持夹片，当带螺纹的部分被接收在第一部件和第二部件的对准开口内时，所述一侧面对第二部件的第二表面，使得保持夹片被接收在凹部中，从而将第二部件附接至第一部件，并挤压第一部件和第二部件之间的密封剂。

2.如权利要求1所述的组件，其进一步包括：

嵌在带螺纹的部分内的细长的金属构件。

3.如权利要求2所述的组件，其中细长金属构件具有中央部分，该中央部分沿带螺纹的部分的中心轴线纵长地延伸；且其中细长金属构件具有至少一个从中央部分向外延伸的锯齿部。

4.如权利要求1所述的组件，其中复合材料紧固件的头部具有单个转动片，该转动片横过头部延伸。

5.如权利要求1所述的组件，其中带螺纹的部分具有相对于带螺纹的部分的长度配置的螺距，从而带螺纹的部分被插入第一和第二部件中，且保持夹片在凹部处接合第二部件；且其中当保持夹片被接收在凹部内时，保持夹片朝向头部被挤压，以将头部远离第二部件偏压。

6.如权利要求1所述的组件，其中对准的开口包括第一部件的第一开口和与第一开口对准的第二部件的第二开口；其中带螺纹的部分具有外螺纹，且进一步包括：

盖帽，其具有分隔开的叉部，所述叉部具有与带螺纹的部分的外螺纹相匹配的内螺纹；且其中第二开口成形为使得第二部件被配置为在第二开口处接合盖帽的叉部。

7.如权利要求1所述的组件，其中复合材料紧固件是一件式模制部件。

8.一种组件，其包括：

铸造的金属发动机缸体；

复合材料发动机部件；

在发动机缸体和发动机部件之间的室温硬化(RTV)密封剂，其在与发动机部件的第一表面面对的发动机缸体的第一表面上；

具有带螺纹的叉部的盖帽，叉部穿过发动机缸体内的第一开口并进入发动机部件内的第二开口；

其中发动机部件具有在发动机部件的第二表面上的凹部，所述第二表面与发动机部件的第一表面相反；

复合材料紧固件，其具有带螺纹的部分和头部；其中，头部具有在头部的一侧上的保持夹片，当带螺纹的部分被接收在发动机部件的第二开口内时，所述一侧面对第二部件的第二表面，从而保持夹片被接收在凹部；且其中当保持夹片被接收在凹部内时，保持夹片朝向头部被挤压，以将头部远离第二部件偏压。

9.如权利要求8所述的组件，其中紧固件是一件式的单元部件，且进一步包括：

嵌在带螺纹的部分内的细长金属构件。

10.如权利要求9所述的组件，其中细长金属构件具有中央部分，其沿带螺纹的部分的中心轴线纵长地延伸；且其中细长金属构件具有至少一个从中央部分向外延伸的锯齿部。