CN105598507A - 钻孔用装置、钻孔方法及钻孔用工件或工件组的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻孔用装置，其中该装置适于与钻孔单元配合使用，钻孔单元包括衬套，在衬套的内部，钻头相对于衬套可进退，衬套设置有开口，钻头可从开口向工件或工件组突出。该装置包括第一部分和第二部分。第一部分形成为匹配到衬套的开口中。第二部分形成为匹配到工件中的或工件组的至少一个工件中的预钻导向孔中。并且，本发明涉及一种钻孔方法以及一种钻孔用的工件或工件组的制备方法。

Description

钻孔用装置、钻孔方法及钻孔用工件或工件组的制备方法

技术领域

本发明大体上涉及钻孔，特别涉及一种钻孔用装置，一种利用钻孔单元进行钻孔的方法，特别是在航空器或航天器的制造领域利用钻孔单元进行钻孔的方法，以及一种钻孔用工件或工件组的制备方法。

背景技术

虽然结合各种各样的钻孔工艺，特别是用于钻入或钻透种类繁多的工件，本发明都很有用，但以下只对于穿过包括一个或多个相对薄的材料层的通孔的钻孔，特别是在航空器或航天器制造领域中，对本发明及潜在的问题进行详细的说明。

例如，在航空器制造的组装工艺中，有时候，必须钻透由其中一层材料包括预钻导向孔的两层材料组成的工件组或工件，使得具有期望直径的通孔优选地尽可能准确地在导向孔的位置处穿过这两层而形成。

申请人知道一种钻孔的方法，根据该方法，利用半自动钻孔单元执行钻孔步骤。在启动钻孔步骤之前，需要由工人相对于工件及工件组，如包括两层材料的叠层的工件或工件组，定位并对准半自动钻孔单元。

可是，对半自动钻孔单元(ADU)进行定位是相当困难，由此为了制造符合定位准确及对孔的质量要求的钻孔，相对于导向孔对ADU的钻头部进行精确定位很耗费时间。

如果工件包括一个或多个相当薄的层的话，特别是如果设置有预钻导向孔的层非常薄的话，利用申请人已知的方法来钻取高质量的精确的孔特别的繁琐。

在这种情况下，由于具有导向孔的材料层的厚度小，所以钻头的钻尖的引导力在钻孔操作一开始就受到了限制。因此，为了相对于工件对钻孔单元进行精确定位，以产生穿过该层及第二层、具有合适的孔尺寸及足够的孔质量的孔，且保证这些孔能按要求定位及对准，必须小心。这就是一个耗费时间的过程。

并且，如果要钻透的层包括由纤维增强复合材料制成的一个或多个层，如包括纤维增强复合材料层及金属层的混合叠层，那么钻取这样的孔要求是特别高的。但是，要避免孔尺寸过大、双孔、孔边缘分层和/或磨损。

发明内容

鉴于上述技术背景，本发明的目的是便于钻孔单元相对于工件或工件组，特别是相对于包括一层层堆叠的层的工件或工件组，进行定位，一层层堆叠的层中的至少一层很薄。并且，本发明的目的特别是在于提高被钻的孔的质量。

根据本发明，这些目的是通过具有权利要求1的特征的装置和/或具有权利要求9的特征的方法和/或具有权利要求15的特征的方法来实现的。

相应地，本发明提供了一种在钻孔中使用的装置，所述装置适于与钻孔单元配合使用，所述钻孔单元包括衬套，在所述衬套的内部，钻头相对于所述衬套可进退。所述衬套设置有开口，所述钻头可从所述开口向工件或工件组突出。所述装置包括第一部分，其形成为匹配到所述衬套的所述开口中。另外，所述装置包括第二部分，其形成为匹配到所述工件中的或所述工件组的至少一个工件中的预钻导向孔中。

根据本发明，还提供了一种利用钻孔单元进行钻孔的方法，特别是在航空器或航天器的制造领域利用钻孔单元进行钻孔的方法。所述钻孔单元包括衬套，在所述衬套的内部，钻头相对于所述衬套可进退，所述衬套设置有开口，所述钻头可从所述开口向工件或工件组突出。根据本发明，所述方法包括借助所述钻头钻孔的步骤，所述钻孔的步骤包括钻透装置，其中所述装置包括第一部分，其形成为匹配到所述衬套的所述开口中，并且其中所述装置包括第二部分，其形成为匹配到所述工件中的或所述工件组的至少一个工件中的预钻导向孔中，所述第一部分布置在所述开口中，所述第二部分布置在所述预钻导向孔中。

并且，本发明提供了一种钻孔用的工件或工件组的制备方法。所述制备方法包括将根据本发明的装置的第二部分插入所述工件或所述工件组的至少一个工件中的预钻导向孔中，由此为要进行的钻孔操作提供预装备有所述装置的工件或工件组。

并且，本发明提供了一种用于钻孔的工件或工件组的制备方法。所述制备方法包括将根据本发明的装置的第二部分插入所述工件中的或所述工件组的至少一个工件中的预钻导向孔中，由此为要进行的钻孔操作提供预装备有所述装置的工件或工件组。

本发明的基本思想是通过具有两个特定部分的装置，使对于例如半自动钻孔单元的钻孔单元的定位，及钻头相对于工件及工件组的定位能够显著地得到简化、提高，并由此更快速地完成，其中两个特定部分的一部分匹配到预钻导向孔中，而另一部分匹配到衬套的开口中。因此，本发明的一个优点是避免了努力将钻尖正确地插入导向孔的漫长而艰难的过程，这也意味着大大地降低了划擦导向孔周围工件的表面或其他方面的损坏的风险。而且，对钻头精确地进行定位有助于钻尖以目标转速和目标进给速度进入要钻通的材料。另外，由于利用本发明的装置，钻尖以一种优化的方式进入材料中，所以大大减小了孔边缘分层或磨损、孔的尺寸错误及由钻头引导不充分使其偏离或漂浮导致的孔未对准的几率。因此，获得整洁钻取的孔，从而提高了质量，显著地减少了文件制作和/或对与比如尺寸、位置或质量偏离的孔进行修复的工作量。另外的优势是，改进钻孔程序也可以使钻头的使用期限更长，这样也可以降低其所涉及的成本。

如本发明所提出的，用于钻孔的工件或工件组的制备方法使得利用所述装置取得的上述优点能够以一种特别节约、经济有效的方式实现。

本发明有利的改进和发展还体现在从属权利要求及说明书中(参考说明书附图)。

根据改进，所述装置为一次性使用装置。每次钻孔，利用该装置都会带来同样有益的提高钻头的定位和导向作用的联合效应。

特别是，根据改进，所述装置的所述第一部分和所述第二部分可以这样的方式布置：在利用所述钻头钻入和/或钻透所述工件或所述工件组的过程中，当所述装置与所述钻孔单元配合使用时，所述装置的材料通过钻透所述装置而去除。这在钻头前进且钻尖进入工件的材料时，还有助于提高钻头的导向作用，并且由此还有利于避免被钻的孔质量不够，防止孔起鳞及磨损或对不准。通过钻透所述装置，可以减少钻头在钻孔过程中振动。

根据进一步的改进，所述第一部分或所述第二部分包括大致呈圆柱形的外表面。或者，所述第一部分和所述第二部分每个都可包括大致呈圆柱形的外表面。这会有利于改善所述装置的所述第一部分到所述衬套的所述开口中配的合，并且有利于改善所述第二部分到所述预钻导向孔中的配合，因此，有利于提高所述钻孔单元、所述装置及所述工件或所述工件组彼此之间的对准和定位。

特别是，所述第一部分和/或所述第二部分大致上可以直圆筒的形式成形。

根据进一步的改进，所述第一部分和所述第二部分布置为彼此大致同轴。这使得钻孔单元的衬套与工件中的预钻导向孔同轴对准易于实现成为可能。

根据另一改进，所述装置的所述第一部分的径向伸长大于所述第二部分的径向伸长。这样，当利用前进到钻孔单元的衬套内部的分级钻头进行钻孔时，在钻透装置时，通过保留装置的第一部分的材料同时通过钻头基本完全去除预钻导向孔内部的第二部分而对分级钻头的第一段(其也称为该钻头的导向段)进行导向，，其中分级钻头的直径几乎对应于第一段中导向孔的直径，其中分级钻头的直径在其第一段之后的第二段中更大。由此，提高了钻头在钻孔过程中的导向作用，避免或减少了其振动。

特别是，所述第一部分的直径可设置为大于所述第二部分的直径。

根据进一步的改进，所述装置还包括圆盘形部分，其中所述第一部分和所述第二部分从所述圆盘形部分的相对侧轴向延伸。特别对于在钻孔单元的定位过程中和/或钻孔过程中防止工件或多个工件中的一个工件表面刮擦来说，这样一种圆盘形部分是有利的。

特别是，所述圆盘形部分径向延伸到所述第一部分和所述第二部分的每一个之外。相应地，圆盘形部分可方便地用作钻孔单元的衬套的支座，也可以，例如，布置在衬套与工件或工件组之间，从而避免表面损坏。

根据改进，所述圆盘形部分可包括大致呈圆形的圆周，也可以，例如，与所述第一部分和所述第二部分大致同轴布置。

特别是，根据改进，所述装置整体上形成为轴向对称。这样装置的制造和操纵都特别简便。

在改进中，所述圆盘形的直径大于所述第一部分的直径及所述第二部分的直径。这样，所述圆盘形部分对于防止工件表面刮擦特别有效。

并且，更进一步，所述圆盘形部分的直径可大于所述衬套前端的衬套外直径，所述衬套的所述开口位于所述衬套的前端。特别是，在钻孔操作中，所述圆盘形部分可适于部分地或全部地覆盖所述衬套的前端。通过以这种方式选取所述圆盘形部分的直径和/或通过全部地或完全地覆盖所述衬套的前端，可更有效地防止钻孔过程中面向钻孔单元的工件表面的损坏或刮擦。

根据进一步的改进，第一部分的外边缘，或第二部分的外边缘，或第一部分和第二部分的外边缘设置有倒角或圆角。以这样方式，可有利于将第二部分插入预钻导向孔中，及将衬套放置在第一部分上，由此也可对钻孔单元更快、更简单、更安全地进行定位。

根据进一步的改进，所述装置由比形成工件或工件组的一部分的至少一层材料软的材料形成。例如，形成所述装置的材料可比包括预钻导向孔的层和/或工件或工件组的另一层的材料软。这可以进一步提高钻头的导向作用，可利于抑制钻头在钻孔过程中的振动。好的导向作用和小的振动还有助于获取整洁钻得且精确定位的孔。

根据进一步的改进，所述装置可由合成材料形成。选用复合材料可有利于获取足够软，为钻头提供足够的导向作用，并可以以适当的成本提供的装置。

特别是，根据进一步的改进，所述装置的材料被选取为适于钻头在钻孔过程中钻入或钻透工件或工件组而选用的转速。特别是，所述装置的材料可选取为适于工件的材料，特别是适于与工件或工件组的材料相关的所需要的转速。在工件或工件组包括两层或更多层相同或不同材料的多层结构的情况下，所述装置的材料可适于要被钻入或钻透的多个层的材料的组合。以这种方式选取所述装置的材料有利于实现所需的钻头的导向作用，同时避免，例如，装置过热或其材料部分熔毁。

所述装置被制成为单件。这可有利于装置的制造。

根据另一改进，所述装置形成为实心体。因此，根据该改进，所述装置特别是不包括中心中空孔或通道。钻头由此受到引导，钻孔时，其振动也会随着钻头运转通过该实心装置而减弱。

根据改进，形成所述装置的合成材料可以是聚甲醛，其也简称为POM，有时也被命名为聚缩醛。但是，例如，根据选作钻孔用的钻头的转速，也可以使用其他合成材料。

特别是，在进一步的改进中，可以想到使得装置具有至少一个适当布置的断裂区域或断裂点或断裂线，在该处，当超过施加给所述装置的限定的机械应力时，所述装置设计为破裂。为了避免钻孔过程中所述装置过热或熔毁，可以设置这样的断裂区域、断裂点或断裂线。

需要强调的是，上述装置的发展和改进同样适用于本发明所提供的钻孔方法中使用的装置，及适用于所提供的工件或工件组的制备方法中使用的装置。

根据对钻孔方法的改进，所述钻孔方法包括在钻孔步骤之前，通过将所述钻孔单元的所述衬套放置在所述装置上，而相对于所述工件或所述工件组对所述钻头部进行定位。这样，可以简单、快速地对钻孔单元进行定位。

特别是，根据钻孔方法的改进，在钻孔步骤之前，优选地，在通过将衬套放置在装置上而定位钻头部之前，将装置的第二部分插入预钻导向孔。这样，例如，工件或工件组可预装配有一个或多个装置，这有助于制造预期的钻孔的工艺更经济，更具成本效益。

在钻孔方法的改进中，工件或工件组包括至少两层材料。该至少两层材料形成多层结构。在钻孔步骤之前，多层结构的第一层包括预钻导向孔。特别是，在钻孔步骤之前，多层结构的第二层覆盖在第一层一侧上的预钻导向孔。多层结构的第一层，例如，是多层结构的外层。根据不同的改进，多层结构可包括两层材料或两层以上材料。工件可以是具有两层或两层以上材料的工件。工件组可包括彼此排列设置且被共同钻入或钻透的两个或多个工件，例如，每个工件都具有单层。

根据钻孔方法的不同改进，各个层可具有相同或不同的厚度。例如，包括预钻导向孔的第一层的厚度小于第二层的厚度，但是，也可替代地选取其他的层厚度关系。本发明的方法在第一层为薄层的情况下特别有益。

根据钻孔方法的改进，钻孔步骤包括形成穿过多层结构的通孔，使得通孔的轴线基本上对应于初始的预钻导向孔的轴线。因此，形成穿过多层结构的通孔的位置是由导向孔精确限定的。特别是，在钻孔步骤中，可以扩大导向孔，例如，达到期望的通孔的最终尺寸。

根据钻孔方法的改进，多层材料中的至少一层是由纤维增强复合材料形成的，或多层材料的至少一层由金属材料形成。或者，多层中的至少一层由纤维增强复合材料形成，而多层中的至少另一层由金属材料形成。

根据钻孔方法的进一步改进，包括预钻导向孔的第一层是由纤维增强复合材料或金属材料形成。

根据进一步的改进，第二层是由纤维增强复合材料或金属材料形成。

特别是，根据改进，第一层和第二层中的每一层均可由纤维增强复合材料形成，或每一层均由金属材料形成。

根据不同的改进，第一层由金属材料制成，第二层由纤维增强复合材料制成，或，相反，第二层由金属材料制成，第一层由纤维增强复合材料制成。

根据钻孔方法的进一步的改进，形成一层或多层的纤维增强复合材料可以是碳素纤维增强合成材料。

根据再进一步的改进，形成一层或多层的金属材料可包括钛或钛合金或铝或铝合金。

特别是，根据进一步的改进，多层的多层结构可包括碳素纤维增强合成材料层，及邻近的诸如钛、钛合金、铝或铝合金的金属层。也可以将这样的多层结构命名为多层混合堆。或者，多层结构可包括均由诸如碳素纤维增强合成材料的纤维增强复合材料制成的相邻的两层。预钻导向孔可在纤维增强复合材料制成的层中形成或在金属制成的层中形成。

根据钻孔方法的进一步的改进，钻头为分级钻头。特别是，该分级钻头可包括直径几乎对应于预钻导向孔的直径的第一段，及直径大于第一段的直径的第二段。

根据钻孔方法的进一步的改进，完成钻孔步骤之后，对装置的残留部分进行处理。

根据钻孔方法的进一步的改进，钻孔单元为半自动钻孔单元，特别是，C形钳型的半自动钻孔单元。根据对装置对应的改进，装置适于与例如C形钳型的半自动钻孔的单元的半自动钻孔单元配合使用。

应当理解的是，本发明提供的装置以及根据本发明中的不同改进均适于用于本发明所提供的方法中。参考所述钻孔方法，根据上述至少一种改进，装置可适于用于钻入或钻透具有例如由纤维增强复合材料制成的单层的工件，或钻入或钻透包括多层结构的工件或工件组。特别是，装置也可适于在利用分级钻头的钻孔中使用。

需要注意的是，用于打孔的装置、方法及工件或工件组的制备方法可有益地用于钻透单层的工件，但当用于对通过层的多层结构(例如，包括由不同材料制成的层的两层或多层混合堆)的通孔进行钻孔时，尤其有益。在多层中的一层包括预钻导向孔，尤其是该层相当薄，而第二层的材料在与导向孔的位置对应的位置处仍是实心的情况下，本发明的装置和方法有利于可靠地避免钻孔不当、错位或定位不当，其中，要制造的通孔在导向孔的位置处尽可能准确地穿过多层结构。在多个层中的一层或多层包括纤维增强复合材料的情况下，通过本发明的装置和方法可避免分层和边缘磨损。

上述发展、改进及提高只要有意义可任意相互组合。并且，本发明其他可能的发展、提高和实施也包括上述发明中已记载的特征的组合，或，将结合具体实施例，在下文中对这些组合进行描述，即使这样的组合在其中未明确地提到。

附图说明

以下，将结合说明书附图对本发明进行描述，其中，附图示出了本发明的实施方式。

图1为示出了根据本发明的实施方式所述的堆叠的层的排列的局部、用于钻孔的装置以及包括衬套和钻头的钻头部的纵向剖面图；

图2为示出了根据本发明的实施方式所述的装置的侧视图；

图3为示出了图2的装置的仰视图B；

图4为示出了根据本发明的实施方式所述的堆叠的层的排列的局部及装置的、与图1的纵向剖面图相似的纵向剖面图，其中图示了装置的尺寸；

图5为示出了根据本发明的实施方式所述的装置的细节视图I；

图6为示出了本发明的实施方式的变形例、与细节视图I对应的装置的细节视图；

图7为示出了根据本发明的实施方式所述的装置的细节视图II；

图8为示出了根据本发明的实施方式所述装配有多个用于钻孔的装置的工件的局部视图；

图9为示出了钻孔步骤中工件组的局部视图，其中也局部地示出了半自动钻孔单元；

图10为示出了可与根据本发明的实施方式的装置配合使用的钻头部的示例图；

图11为示出了图10的钻头部及根据实验测试、放置在钻头部顶部的本发明实施方式所述的装置的示例图；

图12为示出了完成钻孔步骤之后，根据本发明的实施方式所述的装置的残留物的细节视图；

图13为示出了根据本发明的实施方式所述的方法的示意图。

附图标记说明

1--装置；3--第一材料层；6--第二材料层；10--多层结构；11--第一侧(多层结构)；12--第二侧(多层结构)；15--表面(第一层)；21--第一部分(装置)；22--倒角(第一部分)；23--外表面(第一部分)；28--第二部分(装置)；29--圆角(第二部分、变形例)；30--倒角(第二部分)；31--外表面(第二部分)；36--圆盘形部分(装置)；45--半自动钻孔单元的钻头部；46--半自动钻孔单元；55--开口；64--钻头；66--钻尖；78--衬套；79--前端(衬套)；85--导向孔；91--要钻的具有最终尺寸的孔；100--方向；105--残留部；A--轴线；A’--轴线(装置)；D21--直径(第一部分)；D28--直径(第二部分)；D36—直径(圆盘形部分)；D78--外直径(衬套)；H21--高度(第一部分)；H28--高度(第二部分)；H36--高度(圆盘形部分)；R--示例性径向；T3--厚度(第一层材料)；T6--厚度(第二层材料)；S1--步骤；S2--步骤；S3--步骤；S4--步骤；S5--步骤。

说明书附图意在说明本发明的实施方式以进一步理解本发明。说明书附图结合描述意在解释本发明的原理和构思。从说明书附图中可推断出其它实施方式及很多所描述的优点。附图元件未必是按比例绘制的。

相同或具有相同功能或作用的元件，特征及部件，已利用相同的附图标记在说明书附图中进行了标注，除非另有说明。

具体实施方式

如图1所示，半自动钻孔单元，例如，未全部显示在图1中的C形钳型的钻孔单元，可包括图1中局部示出的钻头部45，钻头部45设置有衬套78。在图1中，钻头部45相对于第一材料层3和第二材料层6的多层结构10定位，以钻取穿过多层结构10的通孔。

可认为多层结构10与包括两个材料层3和6的单个工件的一部分对应。或者，可认为多层结构10是一种形成第一工件或第一工件的一部分的第一层3和形成第二工件或第二工件的一部分的第二层6的结构，其意在将这两个工件一起钻透。

可在航空器或航天器的制造中，例如航空器的组装作业过程中，进行钻透多层结构10。例如，多层结构10可以是框架耦合，如机身框架耦合，的一部分。

在图1的实施例中，所要钻的孔意在具有预期的最终尺寸，如附图标记91所示。在图1的状态中，孔91还尚未制造出来。

图1中，第一层3是纤维增强复合材料层，如碳素纤维增强合成材料层，而第二层6在图1的实施例中为由钛、钛合金、铝或铝合金制成的金属层。但是，另一种变形例中，层6也可以是纤维增强复合材料层，如碳素纤维增强塑料层。

进一步的变形例中，层3可以是，如由Ti、Ti合金、Al或Al合金制成的金属层，而层6是由纤维增强复合材料如碳素纤维增强合成材料制成的层。按照进一步的变形例，层3和层6可以都是金属层。

在图1的状态中，第一层3包括预钻导向孔85。在与导向孔85的位置对应的位置处，沿要钻的孔91的轴线A，图1中，第二层6仍然是实心的且覆盖第一层3下侧的导向孔85。意在将导向孔85的位置传递到第二材料层6上，从而以与预钻导向孔85共轴的方式制造孔91，换句话说，意在使孔91的轴线与预钻导向孔85的轴线对应，如附图标记A所示。

图1还示出了设置在衬套78内部的钻头64，其可沿着轴线A相对于衬套78进退。衬套78在其前端79的区域具有开口55。为了钻透多层结构10，钻头64从开口55向多层结构10突出并进入多层结构10中。

在钻孔中使用的装置1，也可称为钻孔靶或ADU靶，部分位于衬套78和多层结构10之间。具体地，装置1包括第一部分21，其优选基本上无径向游隙地匹配到开口55中，并且装置1还包括第二部分28，其也优选基本上无径向游隙地匹配到预钻导向孔85中。在图1中，第一部分21设置在开口55内并容纳在开口55的内部，而第二部分28设置在预钻导向孔85内并容纳在预钻导向孔85的内部。

从图2到4中可以看出，装置1基本上是轴向对称的。第一部分21包括大致上呈圆柱形的外表面23，第二部分28包括大致上呈圆柱形的外表面31。除了可分别设置在第一部分21和第二部分28外边缘的倒角22和30外，第一部分21和第二部分28中的每个基本上都具有直圆筒形状，其已示意性地显示在图5和图7中。图5和图7示出了根据本实施方式的装置1的部分纵向剖面。例如，如果需要，倒角22和30中的每一个若需要都可被合适的圆角替换。替代第二部分28的倒角30的圆角29以示例的形式按照变形例显示在图6中。可是，根据本实施方式，优选倒角22，30。在实施方式的变形例中，仅能提供倒角22，30中的一个。

装置1还包括位于第一部分21和第二部分28之间的圆盘形部分36，从而第一部分21和第二部分28沿装置1的轴线A’从圆盘形部分36的相对侧轴向延伸。

圆盘形部分36成形为扁平的圆筒形状，因此包括大致上呈圆形的圆周。圆盘形部分36、第一部分21和第二部分28布置为彼此大致同轴。装置1各个部分的直径如图4所示。第一部分21的直径D21大于第二部分28的直径D28。这意味着第一部分21的径向伸长大于第二部分28的径向伸长。在本实施方式中，直径D21几乎对应于开口55的内直径，直径D28几乎对应于导向孔85的内直径。

而且，圆盘形部分36的直径D36大于直径D21和D28中的每一个。因此，圆盘形部分36的径向伸长大于第一部分21和第二部分28的每一个的径向伸长。由此圆盘形部分36径向延伸到第一部分21和第二部分28的每一个之外。示例性的径向在图3中用R表示。图4中也分别示出了第一部分21、圆盘形部分36和第二部分28的高度，即，H21，H36，H28。

从图1和图4也可看出，圆盘形部分36的直径D36大于衬套78的外直径D78。

根据说明书附图所示的实施方式中的装置1由合成材料形成为实心单体。合成材料可以是，例如，POM或聚甲醛(有时其也被称为聚缩醛)。由此，装置1由优选比层3和/或层6的材料软的材料形成，特别是比由碳素纤维增强合成材料制成的层3软的材料。在本实施方式的变形例中，装置1的材料可比形成层3和/或层6的金属材料软。装置1的材料特性可依据多层结构10的层结构和用于其层的材料来选择。

图13示意性地示出了根据本实施方式的方法。根据该方法，为了获取穿过多层结构10的孔91，进行以下步骤。

步骤S1：

在步骤S1中，根据本实施方式，提供了上述装置1或靶，第二部分28插入第一层3的预钻导向孔85中。第二部分28匹配到导向孔85中，且其相对于导向孔85的尺寸可以这样的方式设计：第二部分28插入导向孔85后，获取轻微的压配合，从而，一旦插入，第二部分28就被保持在了导向孔85的内部，而不会在层3或包括层3的工件移动的情况下，易于从其中掉下来。图5中所示的倒角30便于使第二部分28插入到导向孔85中。在这种状态下，参见图1，装置1的圆盘形部分36抵靠第一材料层3的朝外的表面15。

在多层结构10的第一层3包括多个预钻导向孔85的情况下，通过将各个装置1的第二部分28插入导向孔中可使每个导向孔85都具有装置1。通过这种方式，可以获取稍后要进行一次或多次钻孔操作的、预装配有一个或多个装置1的工件或工件组。例如，在航空器制造的环境下，使多层结构10装配有一个或多个装置1可以在部分组装的机身段内部进行。或者，预装配的工件，如包括第一层3但不包括第二层6的工件，可以单独制作，也可以在进一步使用或组装前储存起来。换句话说，可以想到仅预装配具有一个或多个装置1的部分多层结构10，例如，第一层3，也可以想到进一步组装前，特别是在利用装置1进行钻孔前，在中间储存包括层3的预装配部分。第一层3，例如，可以是单独制造的、后续在航空器或航天器组装的过程中与包括第二层6的另一个工件或部件连接的工件或部件的一部分。

在只有层3作为单独的一片预装配有装置1的情况下，步骤S1之后可以是将将层3和6相对彼此合理设置的中间步骤(图13中未示出)，从而形成多层结构10。

如前所述，图8示出了多个装置1，各个装置的第一部分28中的每个部分都插入相关的预钻导向孔中。就图8而言，第一层3可见，其由碳素纤维增强合成材料组成。如图1、图8和图9所示，在本实施方式中，钻孔将从多层结构10的第一侧11进行。

步骤S2：

在步骤S2中，通过以装置1的第一部分21插入衬套78的开口55中的方式将衬套78放置于装置1上，相对于多层结构10对半自动钻孔单元46，有时也简称为ADU，进行定位。由此，如图1所示，相对于多层结构10对衬套78及钻头64进行正确定位。由于圆盘形部分36的直径36D大于衬套78的直径78D，所以衬套78不会触碰到第一层3的表面15，但会抵靠圆盘形部分36。由此，有效地防止层3的表面15损坏或刮擦。圆盘形部分36由此在图1的状态下覆盖衬套78的前端79。由此，借助于装置1，工人可相对于多层结构10简单地、快速地、精确地对C形钳型半自动钻孔单元46(ADU)进行定位。并相对于预钻导向孔85，准确地对钻孔单元46和钻头64进行对准并集中。

参见图7，倒角22便于将衬套78放置于装置1上。图9示出了在将钻头部45及其衬套78一起放置在装置1上，由此相对于工件10对钻孔单元46进行定位，并使钻孔单元46卡着工件的状态下的半自动钻孔单元(ADU)46。图9中示意性地示出了这种从多层结构10的第一侧11和第二侧12的C型夹钳。

步骤S3：

从图1中可以看出，可在衬套78内部进退的钻头64为分级钻头或阶梯钻头，其具有直径较小的、其上形成有钻尖66的第一部分，和直径较大的后续部分。

在步骤S3中，开始钻孔操作，这意味着钻孔单元46以预定的进给速度在方向100上推动钻头64，同时钻头64以预定的、合理选择的转速旋转。

在钻孔操作中，钻尖66先触碰装置1的第一部分21，然后在钻头64的进一步行进中，对第一部分21的内部和圆盘形部分36以及大致上整个第二部分28进行加工，使得装置1的材料通过钻透装置1而去除。后续随着钻头64的进一步行进打孔而去除第一部分21的残留物。在该过称中，扩大了导向孔85，获取了穿透层3和6的孔91，例如，具有预期的最终直径的孔。如图1中附图标记91示意性所示。

由此可见，在钻孔中使用的装置1一方面具有将衬套78准确定位，从而将钻头64准确定位的功能，还有助于在钻头64进入并钻透多层结构10的层3和6的材料时引导钻头64。因此，通过在钻孔过程中，对钻头64的定位和引导进行改进，钻头64进入材料的过程被优化。由此可避免孔放置不当、错位、尺寸错误或磨损，防止纤维增强材料分层。在定位和钻孔过程中，防止层3的表面15受到刮擦。由于钻孔91的质量显著提高，所以显著地减少了记录偏差的文书工作及修复不当钻孔或表面磨损的工作量。而且，还可以延长钻头64的使用寿命，这可以进一步降低成本。如上所述，选取的用于装置1的材料结合装置1的几何结构有助于减弱钻头64的振动。

由此可见，要与钻孔单元46配合使用的装置1为一次性使用装置。图12示出了残留部105，其大致为环形。

步骤S4：

在步骤S4中，C形钳型钻孔单元46的夹持力失去作用，从而钻孔单元46可从多层结构10中移除或移动到另一个装置或ADU靶1。在该过程中，残留部105要么从多层结构10上掉下来，之后被收集起来，要么保留在钻头部45上或第一层3上。在残留部105保留在层3上或钻头部45上的情况下，其易于从层3或钻头部5上移除，如手动移除，并处理掉。优选地，孔91完成并且已对工作区进行清理之后，多层结构10中或其上没有残留任何装置1的部分或残留部。

步骤S5

在步骤S5中，执行对钻孔91的进一步操作，如去除孔91的毛刺，若需要，利用合适的量规核对孔91的尺寸及形状等。

例如，在装置1与钻孔单元46配合使用以在航空器机身组装的过程中进行钻孔的情况下，本发明还具有以下优点：每个装置1的残留部105都很容易看见，有助于工人找到并移除钻孔过程中产生的切屑。残留部105由此，例如，可以在部分组装的机身内部标记不得不利用抽吸器或类似装置特别小心清理的污点。

为了清楚地说明钻头部45放置在装置1上时，第一部分21如何匹配到开口55中，图10和图11示出了钻头部45。可是，图11示出了在试验测试过程中放置在钻头部45上的装置1。

可是，对于生产和/或组装，例如，机身等的组装过程中的应用，为了将钻头部45的衬套78接连放置在装置1上之前预装配层3，优选先将装置或靶1放置在第一层3上，并将第二部分28插入各个导向孔85中。

需要注意的是，虽然聚甲醛可用作装置1的材料，但也可依据为钻头64必须选取的转速选取其他材料，其中转速可由为层3和6选取的材料或材料组合决定。特别是，装置1的材料可选取避免装置1的部分熔毁的材料。

对于图1所示的结构，在第一层3由碳素纤维增强合成材料制成，第二层6由钛或钛合金制成，装置1由POM制成的情况下，转速，例如，可选择在每分钟600-800转之间，如，每分钟大约700转。其它材料可要求其它转速，比如，每分钟4000或5000转的转速。还可以选取适合更高转速的装置1的材料。

而且，可以想到将装置1设置在具有一个或多个断裂点、断裂线或断裂区域(图中未示出)的合适的位置，其中为了避免过热或熔毁，装置1可设计为在超出预定的机械应力的情况下破裂。

应当注意的是，根据本实施方式，装置1不仅在钻透两层或更多层的结构时是有利的，而且，当需要钻透单一的、薄的、特别是由如碳素纤维增强合成材料的纤维增强复合材料制成的层时，也是有利的。

而且，必须强调的是，装置1可以用其第二部分28插入纤维增强复合材料层或金属层中的预钻孔85中,这取决于应该从包括层的多层结构的工件或工件组的哪一侧进行钻孔。

第一层3和第二层6的厚度T3和T6分别在图1中示出，且都可在，例如，几毫米的范围内。如图1所示，T3可小于T6。例如，T3可以是2-3毫米。厚度T3和T6在变形例中也可以大致相等，或T6可小于T3。本发明在这些案例的任一个中都有用，而当T3很小时，特别有利。

本发明由此提供了一种便于增大薄的材料层3中的导向孔85的直径，且同时便于将孔的位置传递到预钻导向孔85后的、实心的第二层6的装置和方法。

例如可根据期望的钻头64的导向作用及可用空间，如第一层3的厚度T3，分别选取第一部分21、圆盘形部分36和第二部分28的高度H21，H36和H28。需要注意的是，在闲置状态下，钻孔操作启动前，为了在前端79和钻尖66之间为第一部分21创造足够的空间，使第一部分21能插入开口55中，沿轴线A从衬套78的前端79朝向衬套78的后部以预定距离将钻尖66定位在衬套78内部。当钻尖66在闲置状态下放置在衬套78内部时，更有效地防止了钻尖66刮擦表面15。

根据实施例，图4中的装置1可以H21约为2.0mm，H36约为1.0mm，H28约为1.5mm的方式形成。D36在本实施例中可约为16.0mm。D28在本实施例中可约为4.1mm，D21可为，例如5.5mm或5.7mm。倒角22，30可以是，例如，0.3mm×45°的倒角。相反，根据变形例，圆角29可以是0.2mm的圆角或更大的圆角。

如果想要预防装置1的残留部105从工件上掉下来，可以想到在装置1上设置粘合剂，从而钻孔后，残留部105仍然会粘附在工件上，如层3上。优选地，在这种情况下，选取可易于从工件上无残留的移除的粘合剂。

尽管结合优选的实施方式，对本发明进行了上述完整的描述，但本发明不局限于这些实施例，而可以以多种方式进行润饰。

尽管本发明在航空器或航天器制造领域特别有用，但是本发明还可以在其它技术领域中得到有益的使用。

Claims (15)

1.一种钻孔用装置(1)，其中所述装置(1)适于与钻孔单元(46)配合使用，所述钻孔单元(46)包括衬套(78)，在所述衬套(78)的内部，钻头(64)能够相对于所述衬套(78)进退，所述衬套(78)设置有开口(55)，所述钻头(64)能够从所述开口(55)向工件或工件组突出，

其中所述装置(1)包括第一部分(21)，所述第一部分(21)形成为匹配到所述衬套(78)的所述开口(55)中，并且

其中所述装置(1)包括第二部分(28)，所述第二部分(28)形成为匹配到所述工件中的或所述工件组的至少一个工件中的预钻导向孔(85)中。

2.根据权利要求1所述的钻孔用装置，其特征在于，所述装置(1)为一次性使用的装置(1)。

3.根据权利要求1或2所述的钻孔用装置，其特征在于，所述第一部分(21)和所述第二部分(28)被布置为：在利用所述钻头(64)钻入和/或钻透所述工件或所述工件组的过程中，当所述装置(1)与所述钻孔单元(46)配合使用时，所述装置(1)的材料通过钻透所述装置(1)而去除。

4.根据至少一个前述权利要求所述的钻孔用装置，其特征在于，所述第一部分(21)和所述第二部分(28)布置为彼此大致同轴。

5.根据至少一个前述权利要求所述的钻孔用装置，其特征在于，所述第一部分(21)的径向伸长大于所述第二部分(28)的径向伸长。

6.根据至少一个前述权利要求所述的钻孔用装置，其特征在于，所述装置(1)还包括圆盘形部分(36)，其中所述第一部分(21)和所述第二部分(28)从所述圆盘形部分(36)的相对侧轴向地延伸。

7.根据至少一个前述权利要求所述的钻孔用装置，其特征在于，所述装置(1)由比形成所述工件或所述工件组的一部分的至少一层(3)的材料软的材料形成。

8.根据至少一个前述权利要求所述的钻孔用装置，其特征在于，所述装置(1)由合成材料形成。

9.一种使用钻孔单元(46)钻孔的方法，特别是在航空器或航天器的制造领域使用钻孔单元(46)钻孔的方法，其中所述钻孔单元(46)包括衬套(78)，在所述衬套(78)的内部，钻头(64)能够相对于所述衬套(78)进退，所述衬套(78)设置有开口(55)，所述钻头(64)能够从所述开口(55)向工件或工件组突出，其中所述方法包括借助所述钻头(64)钻孔的步骤，所述钻孔的步骤包括钻透装置(1)，

其中所述装置(1)包括第一部分(21)，所述第一部分(21)形成为匹配到所述衬套(78)的所述开口(55)中，并且

其中所述装置(1)包括第二部分(28)，所述第二部分(28)形成为匹配到所述工件中的或所述工件组的至少一个工件中的预钻导向孔(85)中，所述第一部分(21)布置在所述开口(55)中，所述第二部分(28)布置在所述预钻导向孔(85)中。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括在钻孔的步骤之前，通过将所述衬套(78)放置在所述装置(1)上，而相对于所述工件或所述工件组定位所述钻头(64)的步骤。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述工件或所述工件组包括形成多层结构(10)的至少两层材料层(3，6)，其中在钻孔的步骤之前，所述多层结构(10)的第一层(3)包括预钻导向孔(85)，并且特别地，其中在钻孔的步骤之前，所述多层结构(10)的第二层(6)在所述第一层(3)的一侧覆盖预钻导向孔(85)。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，

所述两层材料层(3，6)的至少一层(3)由纤维增强复合材料形成，或在于，

所述两层材料层(3，6)的至少一层(6)由金属材料形成，或在于，

所述两层材料层(3，6)的至少一层(3)由纤维增强复合材料形成且所述两层材料层(3，6)的至少另一层(6)由金属材料形成。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，

所述第一层(3)由纤维增强复合材料形成，所述第二层(6)也由纤维增强复合材料形成，或在于，

所述第一层(3)由金属材料形成，所述第二层(6)由纤维增强复合材料形成，或在于，

所述第一层(3)由纤维增强复合材料形成，所述第二层(6)由金属材料形成，或在于，

所述第一层(3)由金属材料形成，所述第二层(6)也由金属材料形成。

14.根据权利要求9-13中至少一项所述的方法，其特征在于，所述钻孔单元(46)为半自动钻孔单元(46)。

15.一种钻孔用工件或工件组的制备方法，包括将权利要求1-8中至少一项所述的装置(1)插入所述工件或所述工件组的至少一个工件中的预钻导向孔(85)中，从而为要进行的钻孔操作提供预装备有所述装置(1)的工件或工件组。