CN108582964A - 紧固件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本公开是关于一种紧固件，包括：连接部和支撑部，所述连接部内设置有中空腔体；所述支撑部位于所述中空腔体内且与所述连接部连接，所述支撑部为多孔结构。通过多孔结构的支撑部，减轻了紧固件的重量，满足了航空航天器中紧固件的使用需求。并且通过在中空腔体内设置多孔结构的支撑部，提升了紧固件的强度。
Description
技术领域
本公开涉及机械连接技术领域，具体而言，涉及一种紧固件及紧固件的制造方法。
背景技术
在机械制造技术领域，紧固件的应用非常广泛，紧固件的主要作用是将多个零部件进行连接。在一些特殊的使用场景中，对紧固件的重量有着严格的要求，比如，航空航天器中的紧固件需要尽量减少重量。
目前，在航空航天器中所使用的紧固件通常为实心结构，重量大，不利于航空航天器的减重。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种紧固件及紧固件的制造方法，能够减轻紧固件的重量。
根据本公开的一个方面，提供一种紧固件，包括：
连接部，所述连接部内设置有中空腔体；
支撑部，所述支撑部位于所述中空腔体内且与所述连接部连接，所述支撑部为多孔结构。
根据本公开的一实施方式，所述支撑部包括：
多个支撑单元，多个支撑单元沿所述中空腔体的延伸方向分布，且与所述连接部连接，每个所述支撑单元均为多孔结构。
根据本公开的一实施方式，所述支撑单元包括：
支撑环；
多个支撑筋，围绕所述支撑环的中心呈放射状分布，且均与所述支撑环连接。
根据本公开的一实施方式，所述支撑环为矩形或者圆形。
根据本公开的一实施方式，所述支撑部还包括：
连接筋，沿所述中空腔体的延伸方向与各所述支撑单元连接。
根据本公开的一实施方式，所述支撑部和所述连接部为一体成型结构。
根据本公开的一实施方式，所述紧固件为螺栓、螺钉、铆钉或者销钉。
根据本公开的一实施方式，所述中空腔体为封闭的腔室。
根据本公开的一实施方式，所述连接部和所述支撑部均采用钛合金材料。
根据本公开的另一个方面，提供一种紧固件的制造方法，包括：
建立紧固件的3D模型；
根据所述紧固件的3D模型，通过3D打印，打印所述紧固件，所述紧固件为本公开提供的紧固件。
本公开提供一种紧固件，包括连接部和支撑部，连接部内设置有中空腔体；支撑部位于中空腔体内且与连接部连接，支撑部为多孔结构。通过多孔结构的支撑部，减轻了紧固件的重量，满足了航空航天器中紧固件的使用需求。并且通过在中空腔体内设置多孔结构的支撑部，提升了紧固件的强度。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开示例性实施例提供的一种紧固件的结构示意图。
图2为本公开示例性实施例提供的一种紧固件的剖视示意图。
图3为本公开示例性实施例提供的第一种支撑部的结构示意图。
图4为本公开示例性实施例提供的第一种支撑单元的结构示意图。
图5为本公开示例性实施例提供的第二种支撑部的结构示意图。
图6为本公开示例性实施例提供的第二种支撑单元的结构示意图。
图7为本公开示例性实施例提供的第三种支撑部的结构示意图。
图8为本公开示例性实施例提供的第三种支撑单元的结构示意图。
图9为本公开示例性实施例提供的一种紧固件的制造方法的流程图。
图中：
100、连接部；200、支撑部；210、支撑单元；211、支撑环；212、支撑筋；220、连接筋。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。
本示例实施方式中首先提供了一种紧固件，如图1和图2所示，该紧固件包括：连接部100和支撑部200，连接部100用于连接两个或多个零部件。连接部100内设置有中空腔体；支撑部200位于中空腔体内且与连接部100连接，支撑部200为多孔结构。
本公开实施例提供的一种紧固件，通过和连接部100连接的多孔结构的支撑部200，减轻了紧固件的重量，满足了航空航天器中紧固件的使用需求。并且通过在中空腔体内设置多孔结构的支撑部200，提升了紧固件的强度。既满足满足航空航天器的减重需求，又保证了使用强度需求。
其中，支撑部200包括多个支撑单元210和连接筋220，多个支撑单元210沿所述中空腔体的延伸方向分布，且与所述连接部100连接，每个支撑单元210均为多孔结构。连接筋220沿所述中空腔体的延伸方向与各所述支撑单元210连接。
支撑单元210包括：支撑环211和多个支撑筋212，多个支撑筋212围绕支撑环211的中心呈放射状分布，且均与所述支撑环211连接。支撑环211可以为矩形或者圆形。
其中，支撑部200的结构形状可以通过计算机分析计算，得出最佳形状和尺寸，使其既可以满足减重需求，又可以满足强度需求。
本公开实施例提供的紧固件可以是螺栓、螺钉、铆钉或者销钉。
示例的，在本公开的一种可行的实施方式中，紧固件可以是螺栓，此时连接部100为螺杆，螺杆的内部设置有中空腔体，中空腔体内设置有支撑部200。螺杆内部的中空腔体可以是长方体结构或者圆柱状结构，相应的支撑环211为矩形环或圆环。
如图3和图4所示，支撑单元210包括两个同心设置的圆形支撑环211，多个支撑筋212在圆形支撑环211内围绕圆形支撑环211的中心呈放射状分布。比如，支撑筋212在圆形支撑环211内绕中心间隔45度，均匀分布。多个支撑单元210平行分布，通过连接筋220连接。当然在实际应用中支撑单元210也可以包括一个圆形支撑环211，或者两个以上的同心圆形支撑环211，本公开实施例对此不做具体限定。
如图7和图8所示，圆形支撑环211内支撑筋212的呈网状分布，该网状结构的网眼为三角形或者矩形。多个支撑单元210平行分布，通过连接筋220连接。
如图图5和图6所示，支撑单元210包括两个同心设置的矩形支撑环211，多个支撑筋212在矩形支撑环211内围绕矩形支撑环211的中心呈放射状分布。多个支撑单元210平行分布，通过连接筋220连接。当然，支撑单元210也可以包括一个矩形支撑环211，或者两个以上的同心矩形支撑环211，本公开实施例对此不做具体限定。
当然在实际应用中，支撑部200也可以是多层蜂窝状结构，或者多层类蜂窝状结构，本公开实施例对此不做具体限定。
为了保证连接件的机械性能，支撑部200和连接部100可以为一体成型结构。比如，支撑部200和连接部100可以通过3D打印成型。3D打印技术其最大的优势是无需机械加工和模具，直接从计算机的三维设计转化生成任何形状的零件，缩短产品的研制周期，提高生产率，降低生产成本，而且3D打印技术还能够打印出传统制造技术无法生产的结构，本公开实施例提供的紧固件，由于其截面的复杂性，传统生产方法很难使用，而采用3D打印技术能很好的解决这个问题。
使用过程中，不仅要减轻紧固件的重量，同时需要保证紧固件的强度。钛合金具有密度低、比强度高、抗腐蚀和工艺性能好等优势，可以通过采用钛合金材料制造本公开实施例所述的紧固件，使得既减轻紧固件的重量，又使其强度能保证使用需求。
进一步的，为了保证紧固件的强度，可以将中空腔体设计为封闭的腔体。比如，如图1所示，螺栓螺杆中的圆柱状中空腔体的两端均封闭，支撑部200位于该封闭的中空腔体中。
本公开实施例通过利用3D打印技术的设计灵活性，同时利用钛合金材料的优异性能，提供一种带有支撑部的中空截面的螺栓、铆钉或者销钉，3D打印技术使其截面具有很大可设计性，可以根据连接部位的要求，改变截面设计。其空心内部的网状支撑结构，加之钛合金材料本身的高比强度，可以增加结构的承载性能，使其在减轻自身重量的情况下满足连接要求。与非航空航天领域所用的中空螺栓或铆钉相比，由于网状支撑结构的存在，承载性能得到提升，使紧固件的连接更为可靠。与航空航天领域传统实心螺栓或铆钉相比，可以使每一个螺栓或铆钉减重10％以上，加之考虑航空航天器上螺栓或铆钉的庞大数量，本发明可以带来巨大的经济效益。
本公开实施例还提供了一种紧固件的制造方法，如图9所示，包括如下步骤：
步骤101，建立紧固件的3D模型；
步骤102，根据所述紧固件的3D模型，通过3D打印，打印所述紧固件，所述紧固件为本公开实施例提供的紧固件。
在步骤101中，首先根据紧固件的使用部位，参考实心紧固件的尺寸，结合计算机模拟分析，计算出本公开实施例里提供的紧固件的尺寸和最佳截面形式，包括设计中空腔体壁厚、支撑部200中支撑筋212、连接筋220和支撑环211的数量、直径和形状等。然后根据紧固件的尺寸和最佳截面形式，建立紧固件的3D模型。其中，可以通过CAD软件进行3D建模，比如，通过UG、Pro\E或者CATIA等软件建模。
在步骤102中，首先多步骤101中获得的紧固件的3D模型进行切片处理，得到切片数据；处理切片实际上就是把3D模型切成一片一片，设计打印的路径，即填充密度，角度，外壳等，并将切片后的数据储存成3D打印机能直接读取并使用的文件格式。再通过3D打印机控制软件，把切片数据发送给打印机，并控制3D打印机的参数，使其完成打印。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
Claims (10)
1.一种紧固件，其特征在于，包括：
连接部，所述连接部内设置有中空腔体；
支撑部，所述支撑部位于所述中空腔体内且与所述连接部连接，所述支撑部为多孔结构。
2.如权利要求1所述的紧固件，其特征在于，所述支撑部包括：
多个支撑单元，多个支撑单元沿所述中空腔体的延伸方向分布，且与所述连接部连接，每个所述支撑单元均为多孔结构。
3.如权利要求2所述的紧固件，其特征在于，所述支撑单元包括：
支撑环；
多个支撑筋，围绕所述支撑环的中心呈放射状分布，且均与所述支撑环连接。
4.如权利要求3所述的紧固件，其特征在于，所述支撑环为矩形或者圆形。
5.如权利要求2所述的紧固件，其特征在于，所述支撑部还包括：
连接筋，沿所述中空腔体的延伸方向与各所述支撑单元连接。
6.如权利要求1至5任一所述的紧固件，其特征在于，所述支撑部和所述连接部为一体成型结构。
7.如权利要求1至5任一所述的紧固件，其特征在于，所述紧固件为螺栓、螺钉、铆钉或者销钉。
8.如权利要求1至5任一所述的紧固件，其特征在于，所述中空腔体为封闭的腔室。
9.如权利要求1至5任一所述的紧固件，其特征在于，所述连接部和所述支撑部均采用钛合金材料。
10.一种紧固件的制造方法，其特征在于，包括：
建立紧固件的3D模型；
根据所述紧固件的3D模型，通过3D打印，打印所述紧固件，所述紧固件为权利要求1-9任一项所述的紧固件。
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