CN110541876B - 一种密封型抽芯铆钉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种密封型抽芯铆钉，在芯杆尾部套装有能够进行鼓包变形的管体，所述管体进行鼓包变形段的部分的外表面上设置有至少一个环形密封槽，所述环形密封槽内套设有第二密封圈，所述芯杆尾部设有能够对管体限位的限位台，所述管体与所述限位台之间套设有第一密封圈，所述第一密封圈外周还套设有垫片。本发明结构简单、便于安装、性能可靠且具有高度密封性能。

Description

一种密封型抽芯铆钉

技术领域

本发明涉及紧固件技术领域，具体涉及一种密封型抽芯铆钉。

背景技术

航空航天和航海等高端装备在设计过程中，考虑到体积和重量的因素，在结构设计方面一般都设计的较为紧凑，这些设计紧凑的结构件连接安装空间都较为狭小，普通螺栓螺母类紧固件由于其需要进行双面安装，不能胜任这些场合的安装要求。因此，在这些安装空间较为狭小，不便于双面操作的场合一般都选用铆接。在结构连接处所用铆接方式一般为抽芯铆钉，抽芯铆钉具有重量轻、连接更可靠、强度高、安装方便快捷等特点，在各类航空航天器上得到了广泛应用。

目前使用的抽芯铆钉大多只能使用于大气环境中，由于其不具有密封防腐功能，或密封防腐等级不高，不能用于或只能短时间用于油液存储空间的结构连接，例如某些空间较狭窄的油箱结构件连接处，基本都不能胜任于航海或海底深潜器外表面或油液存储区的结构单面连接。

一些抽芯铆钉连接件采用铆接部位的橡胶全包覆的方式进行密封，但由于橡胶材料全部裸露在外，并与结构件内部的油液等存储液直接接触，使得橡胶容易被快速腐蚀，密封可靠性低；另外，由于橡胶的全包覆结构也使得橡胶在铆接完成后持续承接着铆接结构的轴向预紧力，使得橡胶持续遭受应力腐蚀而进一步加速破损。

发明内容

本发明的目的在于提供一种密封型抽芯铆钉，结构简单、便于安装、性能可靠且具有高度密封性能。

本发明的密封型抽芯铆钉，在芯杆尾部套装有能够进行鼓包变形的管体，所述管体进行鼓包变形段的部分的外表面上设置有至少一个环形密封槽，所述环形密封槽内套设有第二密封圈，所述芯杆尾部设有能够对管体限位的限位台，所述管体与所述限位台之间套设有第一密封圈，所述第一密封圈外周还套设有垫片。通过上述了结构设计，使得管体在鼓包变形后能够成功通过盲端底脚的形成第二密封圈的密封以及第一密封圈的密封，两种密封圈在形成密封的同时，不被暴露于外部，并且承受较少的预紧力，避免了密封圈在应力下的腐蚀破损。

其中，所述管体进行鼓包变形段的部分与芯杆之间设有记忆合金膨胀体；所述芯杆上与所述限位台邻接的一段杆体上设有收口密封槽，所述管体的靠近所述限位台的一段与所述收口密封槽匹配向内收口，所述第一密封圈套装于所述收口密封槽的一段上；所述管体进行鼓包变形段的端面为外径向端部逐渐递减的倾斜面，倾斜面上设置有齿纹。上述设计有效提高了密封结构的稳定和可靠性，一方面使铆接安装过程中密封的结构更加容易形成，避免外翻、盲端底脚结构不良等缺陷，另一方面能够提供长期持续稳定的内部作用力，避免因结构松弛等原因导致的密封失效。

其中，所述垫片为刚性材质，优选为金属，所述第一密封圈和第二密封圈为塑性易变性材质，优选为橡胶；垫片和第一密封圈截面为菱形或矩形，第二密封圈截面为圆形。

其中，所述芯杆上自管体向前依次套设有钉体、锁环、和推压衬套；所述钉体尾部设有外径逐渐递减的锥形面，锥形面端部的外径略小于与其相邻的所述管体端部的内径。

进一步，所述芯杆上设有锁紧槽，所述钉体头部内表面设置有锥形的锁紧孔，锁紧孔与锁紧槽能够配合形成可容纳锁环的楔形空间；所述芯杆上于锁紧槽和限位台之间设有阻断台，所述钉体内部设有能够与阻断台配合的阻断台阶。

进一步，所述芯杆为细长杆结构，头部设有直纹槽，中部于锁紧槽前方邻接设有断颈槽；所述钉体头部外表面设置为锥形；所述推压衬套固定于芯杆上，孔径较大的台阶孔一端和锁环相互配合，且所述推压衬套能够自剪断部剪断并推动锁环朝向芯杆尾部移动。

本发明所提供的密封型抽芯铆钉，结构简单，安装方便，具有良好的密封效果和密封可靠性，具有更高的密封结构形成良率，并且具有长期稳定的密封稳定性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一种示例的整体结构示意图。

图2是本发明芯杆的结构示意图。

图3是图2中A部分的局部放大图。

图4是本发明钉体的结构示意图。

图5是本发明记忆合金膨胀体的结构示意图。

图6是本发明管体的结构示意图。

图7是图6中B部分的局部放大图。

图8是本发明垫片的结构示意图。

图9是本发明第一密封圈的结构示意图。

图10是本发明第二密封圈的结构示意图。

图11是本发明推压衬套的结构示意图。

图12是本发明锁环的结构示意图。

图13是本发明铆接安装完成后的结构示意图。

图14是图13中C部分的局部放大图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体附图对本发明进行详细描述。

本发明密封型抽芯铆钉的一种示例性结构如图1所示，包括芯杆1、管体2、记忆合金膨胀体3、钉体4、锁环5、推压衬套6、垫片7、第一密封圈8和第二密封圈9。

所述芯杆1(图2-3)为细长杆结构，头部设有直纹槽11，中部依次邻接设有断颈槽12、锁紧槽13、阻断台14，尾部设有限位台15，与所述限位台15邻接的一段杆体上设有收口密封槽16。所述直纹槽11能够增加芯杆1与铆枪夹头之间的摩擦力，铆枪工作时，铆枪夹头在高压气体作用下夹住直纹槽11往后拉芯杆1，直纹使得铆枪夹头在夹住芯杆1工作时不会发生打滑。所述阻断台14能够与钉体4内的阻断台阶42相互配合，从而限制芯杆1的轴向位移，使得芯杆1拉到目标位置后不能继续被拉动。所述锁紧槽13能够与钉体4的锁紧孔41配合形成楔形空间，锁环5能够在锁紧时被挤压进入楔形空间，达到锁紧目的。所述断颈槽12在芯杆1承受的拉力超过芯杆1强度后在断颈槽12处断裂，在芯杆的轴向位移被相互配合的阻断台14和阻断台阶42限制位移后，铆枪夹头夹住芯杆1无法继续往后退，拉力值超过断颈槽12能承受的极限值，断颈槽12处发生断裂。所述限位台15用于对管体2及垫片7进行限位，与限位台15邻接设置收口密封槽16，一方面便于管体2收口，经过收口的管体2在铆接过程中不发生管体外翻，另一方面便于设置第一密封圈8和垫片7。

所述钉体4(图4)与管体2相邻套装于芯杆1之上，为空心回转类零件，内部设有用于与阻断台14配合的阻断台阶42。钉体4头部内表面设置为锥形的锁紧孔41，用于与锁紧槽13配合形成楔形空间，钉体4头部外表面也设置为锥形，能够与待铆接件的铆接孔形成沉头配合。所述钉体4尾部设有外径逐渐递减的锥形面43，锥形面43端部的外径略小于与其相邻的所述管体2端部的内径，便于在安装过程中驱动管体2形成鼓包变形。

所述管体2(图6)为空心管状零件，内部设有孔径较大的能够容纳所述记忆合金膨胀体3的台阶孔21，管体2孔径较小的一端和芯杆1的收口密封槽16配合，组装过程中经过收口处理。台阶孔21的外表面上设置有至少一个环形密封槽22，用于配合放置第二密封圈9，第二密封圈9的截面优选为圆形，台阶孔21所在一端(与钉体4邻接的一端)的端面为外径向端部逐渐递减的倾斜面，倾斜面上设置有齿纹23(图7)，在铆接过程中用以引导管体2在接触安装板面后底脚的顺利产生，保证管体端面在接触安装板面后不会发生外翻。在铆接过程中，管体2在钉体4和芯杆1的挤压作用下，孔径较大的一端(台阶孔21一端)会沿着钉体的锥形面43开始发生鼓包变形，最终会在变形端板面形成一个底脚，从而达到压紧连接件的目的，第二密封圈9随着管体2变形被压紧在变形端板面上，起到密封作用。

所述记忆合金膨胀体3(图5)为记忆合金材料，室温下制作成空心薄壁件，其随着管体2发生鼓包变形一同发生变形，在室温状态或低温状态下，具有恢复到变形前形态的趋势作用。所述记忆合金膨胀体3起到填充管体2盲端底脚的作用，且在完成铆接后，由于其自身的弹性和变形恢复力，会通过盲端底脚对被连接件和第二密封圈9提供持续稳定的压紧力，不仅能够有效防止密封失效，还能够避免第二密封圈9被暴露于外部与被存储的介质(油液等)直接接触。

垫片7(图8)、第一密封圈8(图9)和第二密封圈9(图10)均为环形，垫片7为刚性材质(如金属，可以与紧固件的管体或钉体等其他金属分件材质相同)，第一密封圈8和第二密封圈9为塑性易变性材质(如橡胶)。垫片7和第一密封圈8截面为菱形或矩形。抽芯铆钉组件装配时，首先将第一密封圈8在一定温度下装到芯杆收口密封槽16处，再将垫片7装到芯杆1上，置于第一密封圈8外围，再安装管体2、记忆合金膨胀体3和钉体4等剩余零件，然后在收口机上对组件上管体2和垫片7进行收口，收口后的管体2的端部向内凹陷变成锥形，紧紧包裹在芯杆收口密封槽16处，垫片7外径和内径也在外力作用下有一定程度减小，从而将第一密封圈8紧紧压紧在芯杆1收口密封槽16处，收完口后最后再在一定温度条件下将第二密封圈9安装到管体2表面的环形密封槽22处。由于紧固件铆接安装完成后，铆接件内部具有持续的轴向预紧力，垫片7的设置能够避免使预紧力直接全部施加于第一密封圈8，因此，垫片7一方面承载了大部分预紧力能够有效防止第一密封圈8在使用过程中因持续承受应力而快速破损，另一方面使得第一密封圈8被紧密压紧持续发挥密封作用，第三方面使得第一密封圈8不会被暴露于外部与被存储的介质(油液等)直接接触，避免外部对第一密封圈8的化学腐蚀。

锁环5(图12)为环状金属箍，推压衬套6(图11)为内部带有台阶孔的回转类零件，推压衬套6固定于芯杆1上，孔径较大的台阶孔一端和锁环5相互配合，可以容纳锁环5。铆接时，推压衬套6会受到铆枪枪头和钉体4端面的挤压作用，当挤压力超过一定极限值时，推压衬套6会在台阶孔位置断裂，从而将锁环能够推入到楔形锁紧空间中。锁环5和推压衬套6是现有设计中实现铆接孔另一侧的锁紧的有效手段，但不限于该手段，本发明的主要创新点在于鼓包变形一侧的锁紧密封，而另一侧可以采用现有技术中实现锁紧的各类技术手段，除本案锁环5和推压衬套6的形式外，还可以包括但不限于钉体内预先设计锁环和锁环槽的形式(如CN201811239847.X、201710466613.8)、通过敲击等其他方式推入锁环的形式(如201610829426.7)、通过芯杆推入形成锁紧的形式(如201610825176.X)、通过芯杆自锁的形式(如201610093542.7)等。

本发明抽芯铆钉的铆接过程如下：

首先将组装好的抽芯铆钉前半段浸涂上密封胶，随后插入待铆接部件的铆接孔中，使钉体4头部抵紧待铆接部件的铆接孔孔口。然后将芯杆1末端插入铆枪的枪头中，用铆枪枪头端面将抽芯铆钉的推压衬套6抵紧，随后按动铆枪扳机，铆枪开始工作，铆枪通过枪头内部夹头将抽芯铆钉芯杆1的直纹槽11夹紧，夹头在气压的作用下夹紧芯杆1后退，芯杆1后退的过程中芯杆限位台15的支撑面挤压垫片7，并挤压管体2端部，使管体2带动记忆合金膨胀体3也向后退，在后退的过程中，管体2和记忆合金膨胀体3靠近钉体4的一端沿着钉体4的尾部锥形面43发生扩口(鼓包)变形，管体2继续后退过程中，扩口端会碰到待铆接部件表面，随后限位台15的支撑面继续在待铆接部件表面后退挤压管体2，管体2扩口端开始逐步压紧被连接件，并逐步在被连接件表面形成盲端底脚10，在这个过程中管体2和垫片7以及限位台15的支撑面会逐步完全压死贴劳，第一密封圈8会被压缩到限定区域从而完成紧固件头部的自密封性能，由于垫片7的隔断作用，压力不会全部作用在橡胶密封圈上，绝大部分压力都通过垫片7传递给了管体2和芯杆1，只有一小部分压力传递到第一密封圈8上，能够将第一密封圈8压缩至其本身弹性范围内，从而在保证铆后产品机械性能不下降的同时，第一密封圈8也不会在压力作用下发生破坏，从而保证该产品更高的密封等级和可靠性。在芯杆持续后退的过程中，记忆合金膨胀体3会通过变形将正在形成的盲端底脚10内部空隙填满，最终在板面盲端会形成一个较大的底脚鼓包，将被连接件紧紧压牢，此时第二密封圈9被完全压缩到环形密封槽22和板面组成的限定区域，从而完成紧固件整体的密封作用，由于管体上环形密封槽22的隔断作用，压力不会全部直接作用在第二密封圈9上，绝大部分压力都直接传递给了盲端底脚和被连接件，只有一小部分压力传递到第二密封圈9上，能够将第二密封圈9压缩至其本身弹性范围内，从而在保证铆后产品机械性能不下降的同时，第二密封圈9也不会在压力作用下发生破坏，从而保证该产品更高的密封等级和可靠性。

当芯杆1后退到最终位置后，也即芯杆1的阻断台14和钉体4内孔的阻断台阶42重合的时候，芯杆1无法继续后退，此时芯杆1的锁紧槽13将会与钉体4的锁紧孔41形成一个楔形空间，铆枪继续拉动会将推压衬套6自剪断部61剪断，剪断的推压衬套6推动锁环5向楔形空间移动，并最终挤压变形完全进入楔形空间，芯杆1上的拉力继续增大过程中，超过芯杆断颈槽12能承受的力值时，芯杆将从断颈槽12断裂，从而完成铆接锁紧过程(图13-14)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种密封型抽芯铆钉，在芯杆（1）尾部套装有能够进行鼓包变形的管体（2），所述管体（2）进行鼓包变形段的部分的外表面上设置有至少一个环形密封槽（22），所述环形密封槽（22）内套设有第二密封圈（9），所述芯杆（1）尾部设有能够对管体（2）限位的限位台（15），所述管体（2）与所述限位台（15）之间套设有第一密封圈（8），所述第一密封圈（8）外周还套设有垫片（7）；所述管体（2）进行鼓包变形段的部分与芯杆（1）之间设有记忆合金膨胀体（3）。

2.根据权利要求1所述的密封型抽芯铆钉，其特征在于，所述芯杆（1）上与所述限位台（15）邻接的一段杆体上设有收口密封槽（16），所述管体（2）的靠近所述限位台（15）的一段与所述收口密封槽（16）匹配向内收口，所述第一密封圈（8）套装于所述收口密封槽（16）的一段上。

3.根据权利要求1所述的密封型抽芯铆钉，其特征在于，所述管体（2）进行鼓包变形段的端面为外径向端部逐渐递减的倾斜面，倾斜面上设置有齿纹（23）。

4.根据权利要求1所述的密封型抽芯铆钉，其特征在于，所述垫片（7）为刚性材质，所述第一密封圈（8）和第二密封圈（9）为塑性易变形材质，垫片（7）和第一密封圈（8）截面为菱形或矩形，第二密封圈（9）截面为圆形。

5.根据权利要求4所述的密封型抽芯铆钉，其特征在于，所述垫片（7）材质为金属。

6.根据权利要求4所述的密封型抽芯铆钉，其特征在于，所述第一密封圈（8）和第二密封圈（9）材质为橡胶。

7.根据权利要求1所述的密封型抽芯铆钉，其特征在于，所述芯杆（1）上自管体（2）向前依次套设有钉体（4）、锁环（5）、和推压衬套（6）；所述钉体（4）尾部设有外径逐渐递减的锥形面（43），锥形面（43）端部的外径略小于与其相邻的所述管体（2）端部的内径。

8.根据权利要求7所述的密封型抽芯铆钉，其特征在于，所述芯杆（1）上设有锁紧槽（13），所述钉体（4）头部内表面设置有锥形的锁紧孔（41），锁紧孔（41）与锁紧槽（13）能够配合形成可容纳锁环（5）的楔形空间；所述芯杆（1）上于锁紧槽（13）和限位台（15）之间设有阻断台（14），所述钉体（4）内部设有能够与阻断台（14）配合的阻断台阶（42）。

9.根据权利要求7所述的密封型抽芯铆钉，其特征在于，所述芯杆（1）为细长杆结构，头部设有直纹槽（11），中部于锁紧槽（13）前方邻接设有断颈槽（12）；所述钉体（4）头部外表面设置为锥形；所述推压衬套（6）固定于芯杆（1）上，孔径较大的台阶孔一端和锁环（5）相互配合，且所述推压衬套（6）能够自剪断部（61）剪断并推动锁环（5）朝向芯杆（1）尾部移动。

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