CN105556140A - 金属紧固件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金属紧固件，所述金属紧固件用于提供待装配的结构元件的整个厚度上的导电表面。由此，紧固件包括头部(12)和沿着旋转轴线延伸的光滑柄部(12)，柄部包括至少一个导电部(24)和至少一个润滑部(22)，所述导电部和所述润滑部沿着紧固件的旋转轴线设置在柄部的至少一段长度上。根据本发明的紧固件提供结构的整个厚度上的导电表面，其中所述紧固件安装在所述结构中。根据本发明的紧固件特别地用于航空应用领域。

Description

金属紧固件
技术领域
本发明涉及一种具有局部润滑涂层的金属紧固件。本发明的技术领域总体上是紧固件领域。更具体地，本发明涉及螺钉、锁定槽紧固件以及用于装配结构元件——诸如飞行器的预先钻孔元件——的任何其他金属紧固件。该紧固件通常由金属材料如不锈钢或者钛合金制成。
背景技术
新一代飞机使用复合材料结构，好处是显著减小飞机的质量并且不对疲劳现象敏感。然而，与金属结构不同，复合材料具有导电性差的缺点并且引起雷击抵抗的问题。为了抵抗雷电，必须封闭可能存在于紧固件与钻孔之间的所有空间以防止空气的电击穿。
在现有技术中，文献WO2011/050040示教了一种套筒紧固件，所述套筒紧固件通过过盈配合安装在复合材料中。过盈配合通过安装下述紧固件限定，所述紧固件的外直径比将接纳所述紧固件的钻孔的直径更大，这导致钻孔在安装紧固件时扩张。紧固件包括杆，所述杆包括在螺纹部以及在直的柄部与螺纹部之间的过渡部上的润滑涂层，以便于将杆插入套筒中。
该紧固系统的缺点在于，所述紧固系统在柄部上包括非常少的润滑涂层，这可能需要非常大的力来安装紧固件。
此外，待装配的结构越厚，则需要越大的力来插入过盈紧固件。该力可能超过用于安装紧固件的最大力，其中紧固件在所述最大力以上会在螺纹或在牵引槽或在安装工具中破损。
还已知的是，文献GB2212580示教了一种安装在复合材料结构中的非套筒式金属紧固件。该紧固件包括在紧固件的柄部的一部分上的TEFLONTM或者MoS2类型的介电润滑涂层，这允许紧固件插入钻孔中。柄部的连接到头部的由可能遭受雷击的飞行器的结构的外表面支承的部分为裸露的，以允许电流从紧固件的头部经由导电的裸露的金属柄部传递到飞行器的结构。该紧固件的缺点在于，所述紧固件具有随意地布置成靠近头部的单个导电部，这要求相邻的结构是相对导电的或者包括导电的金属网。
发明内容
本申请的一个目的是解决上述现有技术的紧固件的问题。本发明的一个目的是获得一种紧固件，所述紧固件在不需要过大的安装力的情况下能够在元件遭受雷击时将电传导到结构的所有层——包括至少一个低导电层——中。
因此，本发明的主题是一种金属紧固件，所述金属紧固件包括扩大的头部和沿着旋转轴线延伸的光滑柄部，所述柄部包括至少一个导电部和至少一个润滑部，所述柄部和所述润滑部沿着紧固件的旋转轴线连续地设置。
本发明的紧固件实现了：无论结构的成分如何，都能够基于导电带条的尺寸而确保待装配的所有结构元件上的电接触表面，其中不论所述结构元件是良好导体还是不良导体。因此，该紧固件可以安装在任意结构中，而不需要在特定位置中的导电涂层。
根据本发明的紧固件可以安装在例如完全由复合材料组成的结构中或者安装在混合结构——指的是使用复合材料和金属材料如铝合金或者钛合金的结构——中。在这两种情况下，根据本发明的紧固件的插入可以是在先前设置在结构的钻孔中的金属套筒中的过盈配合，以避免在安装紧固件时复合材料剥离的所有风险并且填充可能存在于结构与紧固件之间的所有气穴。
本发明的紧固件还可以安装在单独金属结构中，诸如由铝或者钛制成的金属结构。
本发明的紧固件可以包括一个或者多个以下特征：
-导电部和润滑部平行于紧固件的旋转轴线设置，
-至少两个润滑带条关于紧固件的旋转轴线以径向相对的方式设置，
-导电部和润滑部处于围绕紧固件的旋转轴线的螺旋方式，
-导电部是裸露金属部或者是由导电层覆盖的裸露金属部，
-润滑部是固体润滑膜或者包含铝颜料的有机树脂涂层，
-紧固件的柄部是筒形或者锥形，
-紧固件还包括金属套筒，所述金属套筒的内直径比紧固件的柄部的外直径更小，
-锁定部是螺纹或者多个锁定槽。
附图说明
通过阅读下面的说明以及查看附图，将更好地理解本发明及其各种应用。这些附图仅仅作为示例示出，并且绝不限制本发明。附图示出：
图1A：根据本发明的第一示例性紧固件的端视图的示意性图示；
图1B：根据本发明的第一示例性紧固件的侧视图的示意性图示；
图2A：根据本发明的第二示例性紧固件的端视图的示意性图示；
图2B：根据本发明的第二示例性紧固件的侧视图的示意性图示；
图3A：根据本发明的第三示例性紧固件的端视图的示意性图示；
图3B：根据本发明的第三示例性紧固件的侧视图的示意性图示；
图4：根据本发明的第四示例性紧固件的侧视图的示意性图示。
具体实施方式
图1A和图1B示意性地示出了根据本发明的第一示例性紧固件。图1B示出金属紧固件10，诸如由钛合金TiA6V制成的金属紧固件10，所述金属紧固件10包括凸出的扩大头部12、筒形光滑柄部14以及锁定部16，所述锁定部16为螺纹的形式，螺母(未示出)可以紧固到所述锁定部16上。紧固件另外包括牵拉茎部18，所述牵拉茎部18使得能够对杆进行牵拉以将杆插入预先钻孔的结构中。该茎部18可以是杆10的一体部分或者可以通过插入攻有螺纹的端部中的螺纹端部移除，所述攻有螺纹的端部在螺纹部16内形成。该牵拉茎部是可选的并且可以被省却。
用于接触由一种或多种材料——所述材料是金属或者由复合材料构成——制成的结构的光滑柄部14是裸露的。优选地，所述光滑柄部通过硫酸阳极氧化而氧化以提高抗电化学腐蚀性。螺纹部16完全由润滑剂层20涂覆，以防止在安装螺母的同时螺母的磨损。光滑柄部还包括两部分润滑涂层22，所述两部分润滑涂层22以平行于紧固件的旋转轴线A的带条的形式设置。每个润滑部22延伸到光滑柄部14以及头部12之下的部分上。两个润滑带条22关于旋转轴线A以径向相对的方式设置，其中，如图1A所示，每个带条之间具有90°的角度。柄部14的在润滑带条22之间的表面24是导电的并且沿着柄部14的长度X延伸。在该示例中，柄部14具有50％的润滑接触表面积以及50％的导电表面积。导电部24平行于旋转轴线A设置，无论紧固件所插入的结构的成分如何，都能够确保导电性。润滑部22使得能够确保沿着整个光滑柄部14的所述光滑柄部14的最小润滑，以使得紧固件可以安装而不需要过大的力并且没有使紧固件破损的风险。
用于覆盖螺纹16以及润滑部22的润滑剂可以是MoS2类型的固体润滑膜，或者，更通常地，符合SAEAS5272标准的固体润滑膜。润滑剂还可以是具有铝颜料的有机树脂，诸如，由加利福尼亚州托兰斯的Hi-Shear公司出售的HI-KOTETM1或者HI-KOTETM1NC涂层。这种类型的涂层例如在专利US3,983,304和EP2,406,336中描述。润滑剂还可以是在NAS4006标准中描述的类型的润滑剂。润滑剂例如通过喷涂而沉积为5至13μm的厚度。杆可以由第二润滑剂层——诸如鲸蜡醇——覆盖。该第二涂层便于将紧固件插入结构中并且在安装时逐渐脱落——由于所述第二涂层不是很强烈地粘附到表面上。
图2A和图2B示出与参考图1A和图1B所描述的紧固件相同的紧固件10。唯一的不同在于施加到光滑柄部14上的润滑部22的数量。在这些附图中，柄部14由四个润滑部22覆盖，如图2A所示，所述四个润滑部22关于旋转轴线A以径向相对的方式设置，其中，每个带条之间具有45°的角度。在该示例中，导电带条24的总的导电表面积相当于紧固件的柄部与结构之间的接触表面积的50％。
图3A和图3B示出了与图1A和图1B的紧固件相同的紧固件10。不同在于，紧固件完全由第一导电层26覆盖并且包括施加到第一金属层26的两个润滑部22。导电层26使得能够提高紧固件10与结构之间的导电性。所述导电层22可以以铝的金属沉积或者导电有机涂层的形式形成。
图4示出了本发明的第四示例性实施方式。紧固件与参考图1A和图1B所描述的紧固件相同。不同在于，润滑部22以围绕紧固件10的旋转轴线A螺旋缠绕的形式形成。导电部24也是螺旋的。
自然，本发明不局限于上文给出的示例，并且紧固件可以在其形状和/或所使用的材料方面改变。因此，润滑部22的数量可以改变，并且被覆盖的表面积的比例也可以改变，这取决于紧固件的期望的性能。处在紧固件的柄部与结构之间的接触表面积的50％比例的导电表面积是优选的，但是该比例可以在紧固件的柄部与结构之间的接触表面积的20％与80％之间改变。在导电部24和润滑部22的宽度必须基于总的导电表面积的期望比例来调整时，长度X可以改变并且可以覆盖光滑柄部14的仅仅一部分。在头部之下的部分也可以不由润滑剂覆盖。
在一个变型中，锁定部16可以由锁定槽形成，金属套环扣压到所述锁定槽上。在这种情况下，不必润滑所述锁定部16。光滑柄部14可以是锥形的并且安装在锥形钻孔或者任意套筒中，所述套筒的内表面是锥形的并且所述套筒的外表面是筒形的，以将组件安装到比锥形钻孔更容易形成的筒形钻孔中。当本发明的装置与套筒一起使用时，套筒包括比紧固件的柄部的外直径更小的内直径，以使得一旦插入紧固件，紧固件就使套筒径向扩张而抵靠着结构中所钻出的孔的侧部。该变型特别良好地适合于包括至少一个复合材料层的结构。
紧固件的头部12可以是沉头的并且配合到在结构中形成的附加的沉头孔中。

Claims (9)

1.一种金属紧固件(10)，所述金属紧固件(10)包括扩大头部(12)和沿着旋转轴线延伸的光滑柄部(14)，其特征在于，所述柄部(14)包括沿着所述紧固件的旋转轴线(A)连续地设置的至少一个润滑部(22)和至少一个导电部(24)。
2.根据权利要求1所述的金属紧固件(10)，其中，所述导电部(22)和所述润滑部(24)平行于所述紧固件的旋转轴线(A)设置。
3.根据权利要求2所述的金属紧固件，其中，关于所述紧固件的旋转轴线(A)以径向相对的方式设置有至少两个润滑部(22)。
4.根据权利要求1所述的金属紧固件(10)，其中，所述导电部(24)和所述润滑部(22)围绕所述紧固件的旋转轴线(A)螺旋地设置。
5.根据权利要求1所述的金属紧固件(10)，其中，所述导电部(24)是裸露金属部或者是覆盖有导电层(26)的裸露金属部。
6.根据权利要求1所述的金属紧固件(10)，其中，所述润滑部(22)是固体润滑膜或者是包含铝颜料的有机树脂涂层。
7.根据权利要求1所述的金属紧固件(10)，其中，所述柄部(14)呈筒形或锥形。
8.根据权利要求1所述的金属紧固件(10)，所述金属紧固件(10)还包括金属套筒，所述金属套筒的内直径小于所述紧固件的柄部的外直径。
9.根据权利要求1所述的金属紧固件(10)，其中，锁定部(16)包括螺纹或锁定槽。
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