CN109863318A

CN109863318A - 具有用于过盈配合的润滑环的紧固件、以及使用这种紧固件的组装方法

Info

Publication number: CN109863318A
Application number: CN201780062671.2A
Authority: CN
Inventors: 亚历山大·贝尔图; 弗洛朗·韦迪耶; 查尔斯·范
Original assignee: LISI Aerospace SAS
Current assignee: LISI Aerospace SAS
Priority date: 2016-08-12
Filing date: 2017-08-14
Publication date: 2019-06-07
Anticipated expiration: 2037-08-14
Also published as: RU2019106698A; CN109863318B; FR3055034B1; EP3497341A1; WO2018029381A1; JP2019528410A; BR112019002759A2; FR3055034A1; CA3033100A1

Abstract

本发明涉及一种用于组装至少两个结构件的紧固件（10），所述结构件包含一个钻孔，该紧固件包括一个扩大的头部（12）和一个杆部（14），在安装之前，该紧固件外径（D_i）大于钻孔的内径（D_S），和包含螺纹或环形槽的阻挡部分。该紧固件还包括位于紧固件外表面上的润滑牺牲环（20；30），其至少延伸在杆部的远端和阻挡部分的近端之间，在将紧固件装配到结构中之前，所述牺牲环的外径大于钻孔直径。本发明适用于飞行器结构的组装。

Description

具有用于过盈配合的润滑环的紧固件、以及使用这种紧固件的组装方法

技术领域

本发明涉及一种用于过盈配合到飞行器结构的钻孔中的紧固件，以及一种用于将这种紧固件装配到结构件中的方法。

背景技术

一些飞行器结构在剪切载荷方面受到高强度应力，并且经受高度多变的循环荷载，这些循环荷载通常出现在机翼结构或机翼结构与机身之间的接头处。为了组装这些结构，应使用过盈配合的紧固件，即在紧固件的杆部和用于接纳紧固件的结构件的钻孔之间以负间隙装配紧固件。换句话说，紧固件的外径大于紧固件安装之前的钻孔的直径。这种过盈配合紧固件的方法可以提高结构的强度，特别是其承受循环荷载的能力。

目前使用的过盈配合紧固件是拉式或推式紧固件。被称为带套管的紧固件或套管紧固件的第三类紧固件能够在结构中产生干涉，且在装配阶段不会与结构产生摩擦。

拉式紧固件包括用于抵靠结构的一个面（称其为“前”面）或者抵靠在该面中形成的沉头孔中的扩大头部，杆部，螺纹形的阻挡部分或者压接槽和包括拉槽的拉杆。紧固件的尺寸设计成使得拉杆能够从结构的另一面突出 - 称为“后”面。这些凹槽由工具夹紧，该工具拉动拉杆并引入紧固件直到紧固件头部抵靠结构的前面。然后破坏或移除拉杆。这些紧固件通常是HUCK Manufacturing生产的GP™，LGP™或XPL™锁紧螺栓，或LISI AEROSPACE生产的PULL-IN™或PULL-STEM™紧固件。这些紧固件在例如专利US RE30445，US 6,702,684，US 5,098,238或US 6,665,922中有描述。

推式紧固件由除拉杆以外的与拉式紧固件相同的元件组成。如果可以将结构固定在装配夹具中，则通过使用锤子、锤子枪或撞锤将推式紧固件推入并过盈配合到结构中。这些紧固件通常是专利US 4 326 825中描述的HI LITE™紧固件。

带套管的紧固件具有容纳紧固件的杆部的套管，并且可以通过推动、拉动或甚至通过旋拧来安装。在这种情况下，紧固件固定不旋转，并且将螺母拧到螺纹末端。螺母的转动迫使略微锥形的螺钉的主体进入套管，该套管通过其头部轴向保持在结构上，使得套管在结构中径向膨胀。例如在专利申请WO2010 / 142901中描述了这种紧固件。

为了保护接触部件免受电偶腐蚀并且为了避免在过盈配合期间螺钉的螺纹与螺母的攻丝之间或者在杆部与结构之间的任何咬合，紧固件也可以用含铝颜料涂层的有机物覆盖。该有机物覆盖涂层通常为5至13微米厚的，由HI SHEAR Corporation公司开发和销售的HI KOTE™型，例如在专利US 3 979 351和EP 2 406 336 B1中有描述。这些有机物覆盖涂层具有一定的润滑能力，减少了紧固件在装配到结构中或在套管紧固件的情况下安装紧固件到套管的过程中施加的力。

航空紧固件通常使用应用于紧固件的整个外表面的十六醇进行润滑。十六醇是具有半缩合式CH3(CH2)15-OH的脂肪醇。在常温下，十六蜡醇呈蜡状白色固体或薄片的形式。为了能够应用于紧固件中，将薄片稀释到溶剂中并将紧固件浸入溶液中。一旦溶剂蒸发，十六醇的固体薄片就会覆盖紧固件。

如图1所示，为现有技术的可插入紧固件，展示的是该紧固件在过盈配合到如图的结构S的过程的横截面，该结构S包含直径为D_S的钻孔8。紧固件1包括突出头部，外径D₁大于D_S的圆柱形杆部2，以及螺纹端部3，螺纹端部3的最大直径小于圆柱形杆部的直径D₁并且小于钻孔Ds的直径。过渡部分4连接杆部2和螺纹端3。过渡部分可具有各种几何形状，例如一个或多个半圆形，或甚至一个弯角形。这里的紧固件包含配备有拉槽的拉杆5。整个紧固件涂有Hi-kote™1型防腐蚀有机涂层。

在图2中，图1中的紧固件部分地接合在结构中，产生干涉。

如图1和图2所示，为了更加清楚地表达，夸大了尺寸的相对差异，通常在结构的第一层S1的钻孔入口处有倒角形或半圆形开口，以便于能够包容紧固件头部下方的半圆形环形棱角。当通过所有钻孔层时，在组件中间的其他层S2和S3上不存在该倒角形。在从一层结构到下一层结构的过渡期间，产生几何阶梯效应，第一层的钻孔因为已经插入的紧固件的杆部而径向扩展，而下一层钻孔的直径较小。

发明内容

申请人公司已经发现，当紧固件1进入包含比先前穿过的层的材料更硬的材料的层时，例如当紧固件从一层复合材料层通向一层金属材料层，例如钛，铝或钢时，或当紧固件穿过由铝制成的第一层，接着是由钢制成的层时，阶梯效应增强了配合力。

当紧固件进入含比先前通过的层的材料软的材料的层时，例如当紧固件从由金属制成的层进入由复合材料制成的层时，阶梯效应被弱化。

图3中标示出了阶梯效应，其示出了在总结构厚度为60mm的情况下将现有技术的紧固件1插入到图1和图2的结构S中所需的力的示意图。该结构由三层S1，S2，S3组成，分别由铝，碳纤维复合材料和钛制成，每层厚度为20毫米。该实例中的紧固件能够承受等同于56kN的最大插入力，最大插入力由图中水平虚线表示。这意味着，如果给紧固件施加大于56kN的力，则紧固件的拉杆会断裂。当紧固件1进入第一层S1时，配合力基本上以第一斜率线性地增加。在进入第二层S2时，配合力的斜率略微减小，因为层S2的复合材料在受到将紧固件过盈配合到铝中所需的力下更容易变形。

当紧固件进入第三层S3时，梯度显着增加，因为层S3由钛制成。这里的插入力在紧固件的杆部2完全插入整个结构S之前达到最大值。紧固件没有完全插入，这意味着紧固件的头部没有达到结构S的前表面，杆部2的一部分位于结构S的外部。使紧固件一直处于配合力大于紧固件能承受的最大力的条件下装配紧固件将导致紧固件在安装好之前在结构内部被破坏。

申请人公司观察到，紧固件在插入前两层时，就基本上撕掉了过渡部分4和杆部2上的非常细的润滑剂层和/或防腐蚀涂层。实际上，过渡部分4是紧固件与结构S接触的第一个区域。该区域对结构的摩擦力最大，因为在安装过程中它穿过结构的整个厚度。此外，过渡部分4在穿过接触力趋于局部化的各层时将经受几何阶梯效应，导致存在于此的任何涂层或甚至其几何形状的快速劣化。

当紧固件进入第三层S3时，钛的刚性与紧固件和结构之间的直接接触相结合导致将紧固件作为过盈配合插入第三层所需的力的急剧增加。

申请公司还观察到，由于使用同一工具在不同条件下给材料切割钻孔，由不同材料制成的钻孔具有不同的直径。因此，直径的差异可以增强几何阶梯效应现象。当每一层被预先钻孔然后一一对齐而且各层的钻孔具有对准误差时，也可以产生阶梯效应。

并且，组件的厚度越大，紧固件的杆部与钻孔之间的摩擦面积就越大。因此，在高水平的干涉下，由于防腐蚀和/或润滑涂层被撕掉的可能性更高，因此紧固件不会一直顺利插入厚组件的可能性增加。

文献US 3779127A描述了一种用于过盈配合到钻孔中以组装结构件的紧固件。该紧固件包括两个直径大于紧固件杆部标称直径的球状突起，用于将钻孔的直径扩展到大于杆部直径。当先前用润滑剂覆盖的紧固件被强制引入钻孔时，在两个球状突起之间的中空部分中携带有一定量的润滑剂，便于直径较大的第二个球状突起的前进。在这种方案下，钻孔直径扩展超过紧固件的杆部的直径是必要的，但其不适用于所有材料并且在任何情况下不一定是理想的。

本发明旨在克服这些问题。为此目的，本发明提出了一种用于组装至少两个结构件的紧固件，该紧固件包括一个扩大的头部和一个圆柱形或锥形的光滑杆部，在装配之前，该光滑杆外径大于目标钻孔的内径，该紧固件包括阻挡部分，该阻挡部分包括外径总是小于目标钻孔的内径的螺纹或环形槽，该紧固件包括过渡部分，所述过渡部分位于相对于所述扩大头部的所述光滑杆的远端和相对于所述扩大头部的所述阻挡部分的近端之间。

紧固件还包括至少一个牺牲环，至少一个牺牲环包含润滑剂且基本上呈环形，至少一个牺牲环被布置在所述紧固件的外表面上，定位在光滑杆和/或阻挡部分和/或过渡部分的外表面上。在将紧固件装配到结构件中之前，牺牲环具有大于钻孔的最小直径的外径，在紧固件安装之后，光滑杆将与钻孔干涉。

因此，当紧固件过盈配合到结构中时，牺牲环首先与钻孔壁接触，或者如果紧固件过盈配合到套管中，则牺牲环与套管接触 - 并且每个层都与牺牲环接触，这些层由待组装的结构件形成。

牺牲环由施加到紧固件上的材料沉积而成，牺牲环与由头部、光滑杆、阻挡部分以及必要时的拉杆部分形成的紧固件的结构部分分开，该环具有基本环形形状，其横截面的母线不一定是圆形的，一般呈广义的圆环形即可，该圆环或多或少是规则的并且其中心孔有紧固件的结构部分穿过，并且该环具有与其他材料接触时容易磨损或侵蚀的能力。牺牲环保证了在配合到结构中时紧固件插入的可行性：环将被结构或套管规整或侵蚀或磨损，从而随着紧固件的插入逐渐变形，留下起润滑作用的牺牲环的材料在光滑杆与结构或套筒之间的界面处，因此紧固件几乎不会被磨损。术语“润滑剂”应理解为介入两个表面之间的任何材料或物质，起到减少这两个接触和有相对运动的表面之间的摩擦或磨损。因此，润滑牺牲环在插入期间被磨损掉或被破坏，并且因此在整个插入过程中润滑钻孔的内表面。

在一个实施例中，牺牲环在紧固件装配到结构中之前有大于钻孔最大直径的外径，在紧固件安装之后光滑杆将与该钻孔干涉。因此，牺牲环的腐蚀或磨损确保润滑材料覆盖在整个钻孔长度的表面上，该钻孔表面对应于在紧固件的装配期间与紧固件的杆部发生摩擦的干涉区域。

基于本发明产生的紧固件还可以包括以下至少一个或多个特征，这些组合在技术上可行的情况下，可以下单独或组合考虑：

- 在紧固件安装到结构中之后，牺牲环的外径小于其在装配之前的外径；

- 在将紧固件装配到结构中之后，牺牲环被剪切或切割成至少两个部分；

- 在紧固件装配到结构中之后，牺牲环被剪切或被切割的部分位于结构的外表面和紧固件头部的表面之间，

- 在将紧固件装配到结构中时，牺牲环被磨损；

- 牺牲环设置在光滑杆上；

- 牺牲环设置在阻挡部分上；

- 牺牲环设置在过渡部分上；

- 在光滑杆或过渡部分形成圆形凹槽，使其相对于光滑杆的外表面凹陷，牺牲环定位在光滑杆或过渡部分的区域中的圆形凹槽中，牺牲环具有与圆形凹槽互补的形状，以确保牺牲环保持在圆形凹槽中；

- 牺牲环包含聚四氟乙烯；

- 牺牲环包含石墨和/或铜；

- 牺牲环包含润滑聚合物；

- 牺牲环包含石墨和/或十六醇的干燥颗粒；

- 牺牲环包括第一环，该第一环包含由第二环覆盖的糊状润滑剂，该第二环为固体牺牲外壳；

- 糊状润滑剂包含十六醇和油；

- 糊状润滑剂包含NLGI等级在00和3之间的，优选在00和2之间的润滑脂；

- 润滑脂包含蜡和油的混合物，蜡占润滑脂重量的20％至50％；

- 第二环包含丙烯酸聚合物，有机硅聚合物或聚硫聚合物；

- 第二环是由液体密封胶涂覆并在空气中蒸发硬化而得到的流体密封的薄膜；

- 牺牲环是不连续的并且呈现出彼此相继的外围区段以形成分段的环。

本发明的另一目的是实现本发明的紧固件的组装方法。

组装包含钻孔的至少两个结构件，在装配之前具有内径（D_S）的钻孔，该组装方法包括以下步骤：

- 装配步骤：提供一个紧固件，该紧固件包括一个扩大的头部，一个光滑的杆部，在装配之前，所述光滑杆的外径大于目标钻孔的内径（D_S）或者大于将要插入到所述目标钻孔中的套管的内径，该经固件包括阻挡部分，该阻挡部分包括螺纹或环形槽，所述螺纹或环形槽的外径总是小于所述目标钻孔的内径（D_S），该紧固件包括过渡部分，所述过渡部分位于相对于所述扩大头部的所述光滑杆的远端和相对于所述扩大头部的所述阻挡部分的近端之间，所述紧固件包括一个基本呈环形的润滑牺牲环，所述牺牲环布置在所述紧固件的外表面上，定位在所述光滑杆和/或所述阻挡部分和/或所述过渡部分的外表面上，在将所述紧固件装配到所述结构件中之前，所述牺牲环具有大于钻孔或套管的最小直径的外径，在所述紧固件安装之后，所述光滑杆将与所述钻孔干涉；

- 强制装配步骤：将紧固件强行安装到所述钻孔中或位于所述钻孔中的套管中，在此步骤中，所述润滑牺牲环通过与所述钻孔或所述套管的内壁干涉而磨损，以便在所述光滑杆的远端和近端之间释放润滑物质。

因此，在紧固件装配之前存储在牺牲环中的润滑物质随着紧固件的插入而逐渐分布到紧固件和结构件或套管的接触壁上。

由此减小了插入力，从而保证紧固件能够以可承受的力插入并防止紧固件或结构件受损。

在一个实施例中，在装配步骤期间将润滑牺牲环剪切或切割成至少两个部分。

在一个实施例中，该方法还包括消除至少一个牺牲环部分的后续步骤。

在一个实施例中，该方法包括清除在强制装配步骤期间释放的多余润滑物质的后续步骤。

附图说明

结合以下实施例和附图，将更好地理解本发明及其各种应用。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。附图如下：

- 图1和图2：如前所述，为现有技术的紧固件分别在插入结构之前和插入阶段期间，

- 图3：如前所述，为将现有技术的紧固件装配到预钻孔结构中的过盈力曲线，

- 图4：根据本发明的一个实施例的在安装到结构中之前的紧固件的侧视图；

- 图4A，4B，4C：根据本发明的三个实施例的图4的细节，包括在过渡部分中的润滑牺牲环的横截面；

- 图4D：根据本发明的一个实施例的图4的细节，包括在光滑杆上的润滑牺牲环；

- 图4E：根据本发明的一个实施例的图4的细节，包括在阻挡部分上的润滑牺牲环；

- 图5和图6：根据本发明的若干实施例的现有技术的紧固件和两个多层组件中的紧固件的测得力的曲线；

- 图7：牺牲环结构的细节，包括含润滑剂的第一环和用于保护第一环的固体第二环。

具体实施方式

在这些图中，相同的元件保有相同的附图标记。在下面的描述中，按照惯例，术语“远侧”表示“远离紧固件的头部”，术语“近侧”表示“靠近紧固件的头部”。

在描述中，除非有迹象或证据表明是相反的，术语“前”和“后”应理解为紧固件插入结构中的钻孔的方向。因此，结构件后部位于紧固件头部的一侧，而结构件前部位于与紧固件头部相反方向的一侧。

图4示意性地表示出了根据本发明的一个实施例的紧固件10的侧视图。

紧固件10，以所述紧固件的轴线X为轴线呈基本圆柱形，该紧固件包括沉头12，该紧固件具有外径D₁的光滑圆柱形杆14和阻挡部分18，所述阻挡部分18在所示的紧固件中具有螺纹，所述阻挡部分具有在螺纹的顶部测得的外径D₂，D₂小于D₁。该紧固件包括过渡部分16，该过渡部分16将圆柱形杆14的直径D₁过渡到螺纹阻挡部分18的直径D₂。该过渡部分可以是弯曲的或锥形的。紧固件还包括拉杆19。紧固件10用于插入直径为D_S的结构S的钻孔中。在紧固件10装配之前，直径D_S小于光滑杆14的直径D₁并且大于螺纹部分的直径D_S，因此在紧固件进入钻孔的过程中，螺纹和结构都不会被损坏。

在所示的示例中，紧固件10由钛合金制成，并且其外表面完全涂覆有1型HI-KOTE™的涂层，旨在保护结构免受电偶腐蚀。然而，紧固件可以是裸露的，例如经喷砂处理，也可以包裹一层薄的阳极氧化物，例如通过硫酸阳极氧化处理，还可以是包裹一层铝或另一层涂层。如申请公司的专利FR3008754B1所示，紧固件的涂层部分还可以是环形的，或与紧固件的轴线平行的带，或者螺旋形的。紧固件10还包括牺牲环20,30（仅在图4A，4B，4C，4D和4E中的横截面中显示），其至少延伸在过渡部分16上，即，至少部分地，在杆部的远端和螺纹部分的近端（图4A，4B，4C）之间延伸，即在光滑的杆部14上（图4D）或者在阻挡部分18上（图4E）。

因此，牺牲环具有围绕紧固件的复曲面形状，圆环的轴线基本上与紧固件的轴线X重合。这里将采用圆环概念的广义定义，因为产生环的环体的横截面不一定是圆形并且可以或多或少呈扁平或其它变形形状，如在所示的示例中，特别是通过材料的沉积形成的牺牲环以及它们在沉积时表现出的特性的结果。

根据图4A中描绘的本发明的一个实施例，环20在紧固件的轴向方向上覆盖上紧固件长度为L的一部分，含括螺纹阻挡部分18的第一螺纹24和过渡部分16。在本实施例中，牺牲环还可以延伸到靠近过渡部分（图4c）的光滑杆14的一部分上，或者延伸到阻挡部分18的一部分上，最好是延伸到所述光滑杆和或阻挡部分的一部分上。

根据本发明的一个实施例，如图4B所示，紧固件包含过渡部分16中的环形槽22，其特征在于，在图4B的横截面视图中，所述过渡部分的凹形形状。在该示例中，牺牲环20是环形凸缘，其内表面径向朝向紧固件的轴线X一侧的方向，与凹槽的形状一致，并且其外表面位于与紧固件的轴线X径向相对侧的外表面上，覆盖在旨在与钻孔壁接触的过渡部分上。

该实施例的一个优点是它使用该凹槽的中空几何形状以机械方式将牺牲环固定在紧固件上，而没有使用特定的粘合或沉积手段。其他形状的凹形轮廓也可用于形成环形凹槽22。

根据一个实施例，牺牲环20覆盖光滑杆部14的一部分，如图4D。在另一个实施例中，其示例性实施例在图7中示出，牺牲环20覆盖光滑杆14的一部分、整个过渡部分16和阻挡部分18的一部分。

根据一个实施例，牺牲环20覆盖阻挡部分18的一部分，如图4E。

由所述牺牲环的基本上垂直于紧固件的轴线的平面形成的牺牲环可以在紧固件的外围是连续的，或者可以是不连续的并且具有彼此相继的外围区段以形成一个分段牺牲环。在该实施例中，由区段覆盖的周长部分等于或大于总周长的50％，并且分隔区段的空间足够小，使得当紧固件被装配时由各区段提供的润滑剂基本上均匀地分布在紧固件外围。

例如，当牺牲环沿着紧固件的圆周方向的分隔间距小于牺牲环沿着紧固件的纵向轴线方向的高度时可获得上述特性的分段牺牲环。

润滑牺牲环20可以由各种材料制成。

例如，所述环包含一种润滑材料。

润滑材料可包含氟化聚合物。例如，该材料可包含100％的聚四氟乙烯（称为“PTFE”），或PTFE和具有润滑性能的另一种材料的混合物。例如，环20可包含85％PTFE和15％石墨，或40％PTFE和60％铜，或者PTFE和二硫化钼的混合物。在插入结构件的钻孔时，具有润滑性能的这些材料的颗粒被撕裂下来并保留在紧固件上的牺牲环位置的上游、过渡部分或其他位置（视情况而定），即，在紧固件已经啮合的钻孔壁和紧固件外壁之间。

另一种适用于形成环20的润滑材料是可能含有润滑固体颗粒的润滑聚合物，例如石墨颗粒或十六醇颗粒。在插入期间，与氟化聚合物材料一样，润滑颗粒被撕裂下来并在钻孔壁和紧固件的外壁之间分散开。

例如通过将润滑固体颗粒混合到可聚合液体混合物中，然后通过将该包含润滑颗粒的混合物以液体或糊状状态施加到紧固件上以形成牺牲环。该混合物最好是置于利于聚合的条件下，例如在所用聚合物的推荐温度下，聚合、包裹固体润滑颗粒。

在图4C或图7所示的本发明的另一个实施例中，牺牲环30包含润滑第一环26，该第一环含有十六醇和脂肪体，由固体第二环28覆盖，形成该第一环的外壳，该外壳旨在插入期间被破坏。当然，在图4A，4B，4D或4E所示的实施例中，环30可以定位在紧固件10上。

第一环26是例如通过将十六醇的原始晶体在油中分散而获得，例如以商品名“biolub”销售的市售油，按一定比例可以获得糊状化合物，例如¾ w/w的十六醇和¼ w/w的油。该化合物以热状态施加到冷紧固件上。在实践中，化合物在几秒钟内冷却，使十六醇晶体凝固。接下来，将可聚合液体混合物施加到糊状第一环26上，以便完全覆盖所述第一环26的自由面，并形成叠加在所述第一环上的第二环28。然后将第二环28聚合和/或干燥，例如在露天环境下。第二环28可以为第一环26的糊状润滑材料提供容纳空间，并且由于其组成物和其形成叠置在第一环上的层的施加方式，使其在紧固件10插入钻孔中时自然地被破坏。第二环28由例如LOCTITE公司以商品名Vibraseal销售的聚合物形成，或者以在航空工业中称为密封胶乳的聚硫聚合物，产品名称为“PR”，或甚至硅胶形成。第二环28厚度的选择由用于制造它的可聚合液体混合物的量而来，并且应使得当紧固件被引入钻孔时所述第二环变形，然后在紧固件插入所述钻孔中并在钻孔中挤压第二环时破裂。第一环26可以由其它糊状或甚至蜡状润滑混合物制成，只要它们可以用壳状的第二环覆盖即可。

用于制备牺牲环的润滑产品可以是含有棕榈酸或油脂的油。

在一般情况下，可以采用矿物油或合成油，同时适当考虑其运动粘度和棕榈酸在其中的溶解度的极限。

在紧固件上形成稳定润滑环的可能性取决于油/棕榈酸混合物的润湿性和稠度这些参数。

润湿性取决于接触材料的流变特性，因此取决于紧固件的材料和表面处理，并且如果不能确定，最好是通过实验验证，以形成具有所需机械性能和尺寸特征的润滑环。

当使用润滑脂时，其形成润滑环的能力与润滑脂的稠度相关，例如以其NLGI等级（根据标准ASTM D217-6测得）表示。

具有低NLGI等级的润滑脂为过于流动的润滑脂，将不能产生稳定的润滑环。具有高NLGI等级的润滑脂为过于糊状的润滑脂，将不能理想地沉积在紧固件上。

所选润滑脂的NLGI等级最好是在00到2之间，甚至对于显示接近3级的润滑脂，NLGI等级最好是在3级。

所使用的油脂可能是一种简单的产品，在适用的情况下可能含有添加剂。

润滑脂可以是蜡与油的混合物，其中蜡占润滑脂的20wt％至50wt％，形成包裹油的多孔基质。

在任何情况下，选用的润滑脂的熔点要高于将所述润滑脂施加到紧固件上的温度，例如熔点在25℃和250℃之间。

当牺牲环30包括第二环28时，后者形成保护第一环26的润滑剂的物理屏障。第二环在物理因素上保护第一环，使得在安装所述紧固件之前，在对紧固件的各种处理过程中不会损失润滑物质。第二环还起到了一个流体密封屏障的作用，它将润滑产品与容易降低油脂性能的外部因素（氧气，水分，污染物）隔离开来。

第二环所用材料，需要满足能够在不损坏第一环的情况下形成第二环，因此优选其硬化不需要加热或不产生过多热量的材料，例如，通过蒸发溶剂或通过光聚合硬化。在硬化之后，第二环的材料还需要保持足够的柔韧性，使其不会被在紧固件被安装之前的所有操作破坏。

如已经提到的，第二环可以由聚硫基胶粘剂或硅胶胶粘剂形成。第二环也可以使用通常以液态施加并通过蒸发溶剂硬化的密封胶形成，例如用于组装的螺母和螺栓的螺纹上使用的密封胶。

环20或30可以在工具上形成，如果该环允许被滑到紧固件上而没有损坏，则将其从工具上滑到紧固件上。环20或30也可以利用二次成型或添加制造通过将润滑材料直接添加到紧固件上而形成，例如利用手工或自动沉积液体或糊状混合物，然后液体或糊状混合物进行聚合或干燥。该环可以在紧固件制造的各个阶段添加，并且可能经受制造紧固件所需的磨削或机加工操作。

优先考虑牺牲环的组成物和形状，牺牲环20或30的厚度及其在紧固件上的位置，使得由牺牲环20,30覆盖的紧固件10的表面不是在紧固件的装配过程中与钻孔壁接触的第一个表面。通常，牺牲环20或30在径向上的尺寸厚度至少为0.2mm，这远远高于现有技术的设计成在安装紧固件时不会被破坏的润滑薄层的厚度。

牺牲环20，30的最大外径也被定为大于紧固件所装配的钻孔的最小直径，以便与要组装的结构件的所有元件过盈配合。只要保证大于钻孔的直径，牺牲环的最大外径可以等于或大于光滑杆14的直径，这里需要理解的是，对于复杂的非圆柱形钻孔，意味着牺牲环的最大外径至少大于能与紧固件过盈配合的钻孔的最小直径。例如，在这种复杂钻孔的情况下，牺牲环的最大外径大于钻孔的最大直径，在安装紧固件之后，光滑杆将与该钻孔过盈配合。

图5示出了在申请人公司对插入38.1mm厚的结构中的四个紧固件进行的测试中测得插入力的结果，该结构包括三个相邻的层，每层厚度为12.7mm。第一层S1由铝制成，第二层由钢制成，第三层S3由铝制成。每个紧固件的直径为16/32“（12.70 mm），能够承受56 kN的最大拉力，并以154μm的高干涉度插入到结构中的钻孔中。

紧固件A是裸露无涂层的代表现有技术的钛紧固件。由于在插入15mm之后达到最大插入力，该紧固件几乎不进入结构的第二层S2并且不能进一步插入。

紧固件B是涂满HI-KOTE™ 1NC防腐蚀涂层的钛紧固件，代表专利EP2406336B1中描述的现有技术的紧固件。该紧固件能进入结构的第二层S2，但不能插入结构的第三层。

紧固件C是涂有HI-KOTE™1NC的钛紧固件，在过渡部分上设有PTFE环20。紧固件C能以约为42kN的插入力完全插入结构中。

紧固件D是涂有HI-KOTE™1NC的钛紧固件，并且设置有环30，环30包括含十六醇和油的第一环26，在过渡部分和光滑杆14的一部分区域上有Vibraseal®聚合物形成的第二环28，该第二环覆盖在第一环26上。紧固件D以约为19kN的插入力完全插入结构中。

在C或D的情况下，钻孔的壁在整个插入过程中与牺牲环20或30摩擦，并且由于牺牲环的材料的性质，撕下了保存在牺牲环里面的润滑材料（十六醇或PTFE）的颗粒。这些润滑颗粒保留在杆部和钻孔壁之间。在紧固件向前通过结构的整个过程中，这些颗粒使得在杆部和钻孔壁之间始终保持着低摩擦力。由于其厚度和组成，牺牲环20或30在过渡部分中保持显着的润滑能力并且在整个插入阶段防止紧固件的组成材料与结构之间的直接接触。

申请公司在测试期间发现，使用牺牲环还可以起到将紧固件密封在结构中的作用。具体地，当紧固件C或D插入结构中时，牺牲环20或30的第二层28在其最大外径处被切割或剪切成两个部分。在紧固件D的情况下，第一环26的材料被压碎并保存在第二环28的两个分开的部分之间。由于干涉作用，第二环近端部分不能进入钻孔，并且停留在结构件的外表面和紧固件头部的下侧之间。第二环远端部分处于钻孔中并且用作由第一环26提供润滑剂的润滑剂储备器，润滑剂沉积在钻孔壁上直到螺纹部分从结构件表面再次出现。当紧固件完全进入时，第二环近端部分与紧固件头部的下侧和结构的近端外表面接触，而第二环远端部分由紧固件的螺纹部分移除。

在所有情况下，插入后的牺牲环的外径小于插入前的外径。根据干涉程度和所使用的材料不同，第二环可以简单地被磨损或被切成至少两个部分，被推到过渡部分16的轴向两侧。因此，在插入之后，移除第二环的推回部分，或至少移除被推到阻挡部分的第二环的部分被证明可能是有利的。在牺牲环30的情况下，可能需要移除被推回到阻挡部分的第二环28的部分，并且例如使用布料，将被推回到阻挡部分或紧固件头部下侧的或两者上的来自第一环26的粘性润滑材料清除。

图6示出了申请人公司进行的测试中的插入力的测量结果，涉及插入包含四个相邻层的组件中的三个紧固件。前三层S1'，S2'和S3'由复合材料制成，第四层S4'由铝制成。每个紧固件A'、B'和C'的直径为16/32’’ (12.70 mm)，能够承受56kN的最大拉力，并以89µm的中等干涉插入结构件的钻孔中。

紧固件A'是钛紧固件，其外表面经过硫酸阳极氧化并且覆盖有HI SLIDE™涂层的润滑层，该涂层为聚烯烃和聚四氟乙烯的混合物，代表现有技术的紧固件，详见专利申请FR3026446A1中的描述。该紧固件以大约52kN的插入力完全插入结构件中，接近紧固件A'的最大插入力。

紧固件B'是一种裸钛紧固件，含HI-KOTE™ 1NC防腐蚀涂层带，代表专利FR3008754B1中描述的现有技术的紧固件。该紧固件以约为46kN的插入力完全插入结构件中。

紧固件C'是一种裸钛紧固件，含HI-KOTE™ 1NC防腐蚀涂层带，见专利FR3008754B1，并且设置有牺牲环30，其代表本发明中的一个实施例的紧固件。该紧固件以仅为21kN左右的插入力完全插入结构件中。

在图6中，干涉小于先前测试中的干涉，并且紧固件被插入到比先前测试中的材料“更软”的材料中。因此，现有技术的紧固件能够进入结构的整个厚度，但是插入力仍然很大，或甚至非常接近这些紧固件所能承受的最大力。

由图6的曲线可以观察到，在离开最后一层时，所有测试中的曲线以相同斜率急剧上升，归因于当紧固件的头部与结构表面接触时为实现拉杆的故意破坏而用工具拉动拉杆。

如图5中的曲线C和D以及图6中的曲线C'所示，与现有技术的紧固件所需的力相比，润滑牺牲环的存在使得可以明显地减小用于多层结构中的高和中等水平干涉的配合力。

清洁步骤（如果有的话）一旦被完成，就可以在紧固件的阻挡部分18上组装螺钉或套环，以完成紧固件的装配和结构的组装。当牺牲环最初覆盖防腐涂层时，在安装过程中牺牲的该牺牲环能防止涂层被侵蚀，从而可以通过覆盖结构件、螺母或任何其他与紧固件10的外表面接触的元件以完全发挥牺牲环防腐功能。

配合力的减小意味着操作者更容易安装，可以使用更轻的工具，并且限制了结构被损坏的风险。在整个插入过程中持续润滑还可以防止紧固件在插入结构时破坏以及拆除紧固件和安装新紧固件的复杂操作。

本发明还可以将过盈配合紧固件安装在较厚的结构件中，或干涉程度较高的结构件中，或安装在含有多层且硬的材料如钛、不锈钢等结构件中，这些结构件具有产生较大摩擦力的缺点。

当然，紧固件的几何形状不限于本申请中描述的几何形状。牺牲环20或30可以用在紧固件上，该紧固件具有例如突出头而非沉头，锥形光滑杆而不是圆柱形光滑杆，阻挡槽而不是螺纹。紧固件也可以不包括拉杆，和/或包含内径小于紧固件杆部的外径的套管 -无论紧固件是圆柱形还是锥形 - 在将紧固件装配到套管中之前，其外径小于钻孔的内径。这种紧固件在例如申请人的专利FR 2 946 707中有所描述。

在套管紧固件的情况下，本发明还可以在某些情况下省略螺钉的杆部和/或套管内部上的润滑或防腐蚀涂层。省略涂层使得可以改善螺钉的杆部与套筒或结构的壁之间的导电性，特别是在雷击到紧固件或飞行器的结构时通导雷电流。

此外，可以设想润滑牺牲环的其他实施例。例如，牺牲环可含多孔基质，其孔隙填充有干燥的或油脂的润滑物质。在插入时，基质磨损并释放润滑物质。

在另一个实例中，牺牲环可以包含微囊化并沉积在一个或多个层中的脂肪的或糊状的润滑颗粒，以及允许微囊在紧固件上固定以构成牺牲环的粘合剂。在插入期间，微囊破裂并释放润滑剂。

在另一个实例中，牺牲环可以包含设计用于经受磨损的润滑涂层，其包括基质和包裹在基质中的润滑颗粒。这种类型的涂层用于例如涡轮机领域，以产生在运作过程中承受磨损的密封。

同一个紧固件也可包含多个牺牲环。

Claims

1.一种用于组装至少两个结构件的紧固件（10），该紧固件包括一个扩大的头部（12）和一个圆柱形或锥形的光滑杆（14），在装配之前，所述光滑杆的外径（D₁）大于目标钻孔的内径（D_S），该紧固件包括阻挡部分（18），该阻挡部分包括螺纹或环形槽，所述螺纹或环形槽的外径始终小于所述目标钻孔的内径（D_S），该紧固件包括过渡部分（16），所述过渡部分（16）位于相对于所述扩大头部（12）的所述光滑杆的远端和相对于所述扩大头部（12）的所述阻挡部分的近端之间，其特征在于，所述紧固件包括至少一个牺牲环（20； 30），所述至少一个牺牲环包含润滑剂且基本上为环形，所述至少一个牺牲环布置在所述紧固件的外表面上，定位在所述光滑杆（14）和/或所述阻挡部分（18）和/或所述过渡部分（16）的外表面上，在将所述紧固件装配到所述结构件中之前，所述牺牲环具有大于钻孔的最小直径的外径，在所述紧固件安装之后，所述光滑杆将与所述钻孔干涉。

2.根据权利要求1所述的紧固件（10），其特征在于，在将所述紧固件装配到所述结构件中之前，所述牺牲环（20； 30）具有大于所述钻孔的最大直径的外径，所述紧固件安装后，所述光滑杆会与该钻孔发生干涉。

3.根据权利要求1或2所述的紧固件（10），其特征在于，在所述紧固件已装配到所述结构件中之后，所述牺牲环（20； 30）的外径小于其在装配之前所具有的外径。

4.根据权利要求1或2所述的紧固件（10），其特征在于，在将所述紧固件装配到所述结构件中之后，所述牺牲环（30）被剪切或切割成至少两个部分。

5.根据权利要求4所述的紧固件（10），其特征在于，在所述紧固件装配到所述结构件中之后，所述牺牲环的剪切或切割部分位于所述结构件的外表面和所述紧固件的头部的表面之间。

6.根据权利要求1或2所述的紧固件（10），其特征在于，在将所述紧固件装配到所述结构件中时，所述牺牲环（20）被磨损。

7.根据权利要求1或2所述的紧固件（10），其特征在于，所述牺牲环（20； 30）设置在所述光滑杆（14）上。

8.根据权利要求1或2所述的紧固件（10），其特征在于，所述牺牲环（20； 30）设置在所述阻挡部分（18）上。

9.根据权利要求1或2所述的紧固件（10），其特征在于，所述牺牲环（20； 30）设置在所述过渡部分（16）上。

10.根据权利要求1或2所述的紧固件（10），包括圆形凹槽（22），所述圆形凹槽呈使其相对于所述光滑杆（14）的外表面凹陷的形状并且位于所述光滑杆或过渡部分（16）处，所述牺牲环（20；30）定位所述圆形凹槽中，所述牺牲环具有与所述圆形凹槽互补的形状，以确保所述牺牲环保持在所述圆形凹槽中。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的紧固件（10），其特征在于，所述牺牲环（20）包含聚四氟乙烯。

12.根据权利要求11所述的紧固件（10），其特征在于，所述牺牲环（20）还含有石墨和/或铜。

13.根据权利要求1至10中任一项所述的紧固件（10），其特征在于，所述牺牲环（20；30）包含润滑聚合物。

14.根据权利要求13所述的紧固件（10），其特征在于，所述牺牲环（20； 30）还包含石墨和/或十六醇的干燥颗粒。

15.根据权利要求1至10中任一项所述的紧固件（10），其特征在于，所述牺牲环（30）包括第一环（26），所述第一环（26）包括由第二环（28）覆盖的糊状润滑剂，所述第二环形成固体牺牲外壳。

16.根据权利要求15所述的紧固件（10），其特征在于，所述糊状润滑剂包含十六醇和油。

17.根据权利要求15所述的紧固件（10），其特征在于，所述糊状润滑剂包含NLGI等级在00到3之间，优选在00到2之间的润滑脂。

18.根据权利要求17所述的紧固件（10），其特征在于，所述润滑脂包含蜡和油的混合物，所述蜡占所述润滑脂重量的20％至50％。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的紧固件（10），其特征在于，所述第二环（28）包含丙烯酸类聚合物、硅胶或聚硫聚合物。

20.根据权利要求15至18中任一项所述的紧固件（10），其特征在于，所述第二环（28）是由施加液体密封剂产生的流体密封膜，所述液体密封剂通过在空气中蒸发而硬化。

21.根据前述权利要求中任一项所述的紧固件（10），其特征在于，所述牺牲环（20，30）是不连续的，并且具有彼此相继的外围区段，以形成分段的环。

22.一种用于组装至少两个结构件的组装方法，所述结构件包括在装配之前具有内径（D_S）的钻孔，该组装方法包括以下步骤：

- 装配步骤：提供一个紧固件，该紧固件包括一个扩大的头部（12），一个光滑的杆部（14），在装配之前，所述光滑杆的外径（D₁）大于目标钻孔的内径（D_S）或者大于将要插入到所述目标钻孔中的套管的内径，该经固件包括阻挡部分（18），该阻挡部分包括螺纹或环形槽，所述螺纹或环形槽的外径总是小于所述目标钻孔的内径（D_S），该紧固件包括过渡部分（16），所述过渡部分（16）位于相对于所述扩大头部（12）的所述光滑杆的远端和相对于所述扩大头部（12）的所述阻挡部分的近端之间，所述紧固件包括一个润滑牺牲环（20；30），所述牺牲环布置在所述紧固件的外表面上，定位在所述光滑杆（14）和/或所述阻挡部分（18）和/或所述过渡部分（16）的外表面上，在将所述紧固件装配到所述结构件中之前，所述牺牲环具有大于钻孔或套管的最小直径的外径，在所述紧固件安装之后，所述光滑杆将与所述钻孔干涉；

- 强制装配步骤：将紧固件强行安装到所述钻孔中或位于所述钻孔中的套管中，在此步骤中，所述润滑牺牲环通过与所述钻孔或所述套管的内壁干涉而磨损，以便在所述光滑杆（14）的远端和近端之间释放润滑物质。

23.根据权利要求22所述的组装方法，其特征在于，在所述装配步骤中，将润滑的所述牺牲环（30）剪切或切割成至少两个部分。

24.根据权利要求23所述的组装方法，还包括消除至少一个牺牲环部分的后续步骤。

25.根据权利要求22或23所述的组装方法，包括清除在所述强制装配步骤期间释放的多余润滑物质的后续步骤。