CN112958741A - 一种无头铆钉手持式电磁铆接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无头铆钉手持式电磁铆接装置及方法。装置包括：正、反电磁铆枪，转接头，铆模，顶持弹簧，定位套和缓冲垫片。缓冲垫片为环状结构，尾部端面有四个凸起，间隔90°均匀分布。定位套一侧端面有四个凹槽，间隔90°均匀分布，与缓冲垫片凸起过盈配合。铆模为变阶柱状体，定位套内部凸环卡住铆模大端，铆模小端与转接头大端螺纹连接。顶持弹簧绕铆模安装在定位套与转接头之间，转接头与电磁铆枪螺纹连接。本发明将正电磁铆枪和反电磁铆枪并联或者串联接入同一系统中，实现了无头铆钉手工铆接两端同步施铆，提高了铆钉沿杆长变形及配合的均匀性，并提高了连接可靠性及疲劳性能。

Description

一种无头铆钉手持式电磁铆接装置及方法

技术领域

本发明属于航空航天制造领域，特别涉及一种无头铆钉手持式电磁铆接装置及方法。

背景技术

机械连接以其工艺简单、可靠性好、便于拆卸、传载大等优点在航空航天领域被广泛应用，其仍是现代飞机制造的主要连接形式，约占飞机结构连接的70％以上，且主要采用铆接和螺接形式。其中螺栓连接件的成本及孔的加工费用较高，而铆接具有工艺过程简单、连接强度稳定可靠、故障易于检查和排除、适用于各种结构复杂的金属与非金属材料连接等优点,因此在当前阶段，铆接仍然是飞机装配最主要的、无法取代的连接方法。

铆接的稳定性与可靠性对飞机运行的安全性至关重要。在大量的循环加载作用下，载荷在铆钉与壁板连接处产生应力集中现象是铆钉与壁板连接处形成裂纹的主要原因。而普通铆接也存在铆接变形不均匀、结构疲劳强度低、密封性能差等缺点，难以满足新型飞机的连接可靠性要求。无头铆钉干涉连接能够实现沿钉杆全长的均匀变形,在板件厚度方向形成较为均匀的配合,满足当代飞机对长服役寿命、高可靠性和高密封性的要求,已成为提高铆接质量及飞机装配连接结构抗疲劳性能、增强飞机机体结构疲劳寿命的关键技术。随着我国大飞机设计与制造技术的发展,无头铆钉连接技术也得到了推广应用，国外生产的军用飞机和民用飞机也已大量采用无头铆钉干涉连接技术。

飞机铆接技术主要包括自动钻铆技术、电磁铆接技术、机器人钻铆技术等，无头铆钉因结构的特殊性和铆接过程的复杂性,铆接过程中要求铆钉两端同时施铆，为达到设计技术要求，一般使用自动钻铆设备或电磁铆接设备进行安装,以实现飞机壁板稳定、高质量的装配连接。国内关于无头铆钉干涉连接的研究起步较晚，我国无头铆钉连接技术相对薄弱，且由于我国自动钻铆技术没有型号需求的牵引，缺乏动力，研制工作缓慢，导致目前国内民用飞机无头铆钉连接主要采用国外的技术成果,在实际生产环节对国外铆钉材料、装配连接技术、铆接设备和技术规范的依赖性较强，铆接少数无头铆钉成本较高。为了避免依赖国外自动钻铆技术，降低无头铆钉铆接成本，专利号为201610527190.1的发明公开了一种无头铆钉双侧磁脉冲铆接装置，该发明无头铆钉电磁铆接装置利用一个线圈放电，将通过两对楔块机构将驱动片的竖直方向运动转化为铆模的水平方向运动，在横楔块上设置弹簧复位机构,能够通过旋转手轮调节两个铆模的间距，以适应不同长度的铆钉，其结构简单，成本较低。然而，该装置因为结构的限制，仅可实现对小型结构的铆接，在大尺寸结构的铆接及飞机复杂结构铆接中应用困难。为了解决现有手持式电磁铆接设备无法控制无头铆接两端外伸量的问题，专利号为201210007818.7的发明则公开了一种无头铆钉定位装置和利用这种无头铆钉定位装置控制无头铆钉两端外伸量的方法。该发明的无头铆钉定位装置包括铆枪、铆模和爪，三个爪以120度角均匀分部并固定在铆枪外壳上，通过上、下铆模与三个爪的配合，控制无头铆钉两端的外伸量。然而，由于三爪式的结构具有一定宽度和体积，需占用一定空间，对于空间较小的待铆接结构，该装置无法抵达铆接部位，其应用范围具有一定局限性。此外，由于该装置两把电磁铆枪分别放电，存在放电时间误差，难以实现对无头铆钉两端的同步铆接，影响铆接质量。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了解决现有无头铆钉自动化铆接成本高，手持式电磁铆接同步性差等问题，以及中、大型设备无法顺利实现小空间结构处铆钉安装的难题，本发明涉及一种无头铆钉手持式电磁铆接装置及方法。

本发明的技术方案是：一种无头铆钉手持式电磁铆接装置，包括正电磁铆枪、两个转接头、两个铆模、两个定位套、两个缓冲垫片、两个顶持弹簧和反电磁铆枪；

所述正电磁铆枪和反电磁铆枪相互串联或并联且两个铆枪分别连接一转接头；

所述铆模为变阶柱状体，小径端与转接头固连，中部位于定位套内；

所述定位套内壁周向设有环形凸起，一端的端面上周向开有若干凹槽，铆模大径端通过环形凸起卡位，且大径端与无头铆钉的伸出面接触；定位套另一端与转接头铆接前存在间隙，铆接时接触，用于控制铆接量；

所述顶持弹簧套在铆模上，位于转接头和定位套的环形凸起之间，且初始状态为原长状态；

所述缓冲垫片一侧周向设有若干凸起，与定位套的若干凹槽进行过盈配合，另一侧与试件接触，起到缓冲作用；

无头铆钉单侧外伸量满足如下关系：

h_半伸＝H-L₁+h (1)

其中：h_半伸为无头铆钉单侧外伸量；H为定位套开有凹槽的端面到内部环形凸起最近端面的距离；L₁为铆模(3)大径端的轴向长度；h为缓冲垫片厚度；

无头铆钉镦头厚度满足如下关系：

h0＝h_半伸-L₂ (2)

其中：h₀为铆接后无头铆钉单侧墩头高度；L₂为铆接前定位套未开有凹槽的端面距离转接头大径端面的距离。

本发明进一步的技术方案是：所述转接头整体为柱状体，小径端与电磁铆枪螺纹连接，大径端沿轴线开有螺纹孔，铆模小径端上开有外螺纹，与转接头的大径端螺纹连接。

本发明进一步的技术方案是：所述两个转接头、两个铆模、两个定位套、两个缓冲垫片、两个顶持弹簧的轴线相互重合。

本发明进一步的技术方案是：所述缓冲垫片上设有凸起间隔90°均匀分布。

本发明进一步的技术方案是：所述定位套上设有的凹槽间隔90°均匀分布。

本发明进一步的技术方案是：一种无头铆钉手持式电磁铆接装置的铆接方法，包括以下步骤：

步骤1：根据无头铆钉的具体几何参数要求，结合公式(1)和公式(2)选择合适的铆接头；

步骤2：将正电磁铆枪1和反电磁铆枪9串连或并联，将两个铆接头分别安装在正反两把电磁铆枪上；

步骤3：安装无头铆钉到试件中，使两侧铆模3的大端面与无头铆钉7伸出端面贴合，以限制无头铆钉7在试件8中的位置。

步骤4：对正电磁铆枪1和反电磁铆枪9放电，由于两把铆枪串联或并联，两把铆枪同时被激发，驱动铆接头挤压两端无头铆钉，定位套4与转接头2的间隙限制铆接量，使铆接后墩头高度能达到指定值h₀。

发明效果

本发明的技术效果在于：和现有技术相比，本发明的有益效果重点体现如下几方面：

1、现有的正反电磁枪为分别接入一个系统进行工作，本发明将正电磁铆枪和反电磁铆枪同时并联或者串联接入同一系统中，实现了无头铆钉手工铆接两端同步施铆。

2、通过在开孔试件、无头铆钉两侧安装相应尺寸所述铆接头，利用公式(1)和(2)设计铆接接头，实现了无头铆钉铆接外伸量控制和墩头成形高度控制，且装置体积小，克服了中、大型设备无法顺利实现小空间结构处铆钉安装的困难。

4、本发明中的缓冲垫片一侧周向设有若干凸起，与定位套的若干凹槽进行过盈配合，另一侧与试件接触，其材质为橡胶或塑料，在铆接时起缓冲作用，防止铆接头损伤试件；

5、本发明中的顶持弹簧套在铆模上，初始状态为原长状态，使两侧铆模大端面与无头铆钉伸出端面贴合，以限制无头铆钉在试件中的位置。

附图说明

图1为本发明的铆接装置的主视剖面图。

图2为本发明的转接头等轴视图。

图3为本发明的铆模等轴视图。

图4为本发明的定位套等轴视图。

图5为本发明的缓冲垫片等轴视图。

附图标记说明：1—正电磁铆枪；2—转接头；3—铆模；4—定位套；5—缓冲垫片；6—顶持弹簧；7—无头铆钉；8—试件；9—反电磁铆枪

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1-5，为了解决无头铆钉两端铆接不同步、大型铆接设备铆接成本高的问题，克服中、大型设备无法顺利实现小空间结构处铆钉安装的困难，本项目提供了一种无头铆钉手持式电磁铆接方法及装置，增加了小空间结构处铆钉安装的可操作性，提高了铆钉沿杆长变形及配合的均匀性，降低了铆接成本，并提高了连接可靠性及疲劳性能。

本发明为一种无头铆钉手持式电磁铆接方法及装置，所述装置包括：电磁铆枪包括正电磁铆枪和反电磁铆枪；铆接头结构包括转接头、铆模、顶持弹簧、定位套和缓冲垫片。缓冲垫片为环状结构，尾部端面有四个凸起结构，间隔90°均匀分布在尾部端面上，其材质为橡胶或塑料，在铆接时起缓冲作用，防止铆接头损伤试件。定位套是中空圆柱形，其中段内部有凸环，头部一端端面有四个小凹槽结构，间隔90°均匀分布在头部端面，与缓冲垫片凸起结构干涉配合，实现定位套与缓冲垫片的连接。铆模为三段直径递减的圆柱体，其中段穿过定位套，定位套内部凸环卡住铆模大端，铆模小端圆柱表面有螺纹，螺纹端与转接头大端螺纹孔连接。顶持弹簧绕铆模安装在定位套与转接头之间，转接头螺纹端与电磁铆枪螺纹孔连接。

无头铆钉铆接过程中，要求铆接头相应尺寸配合控制外伸量及铆接后墩头高度，实现无头铆钉的定位和成型控制。铆接前，根据无头铆钉的单侧外伸量和镦头高度设计铆接头，无头铆钉单侧外伸量与铆接头结构的几何尺寸关系如下：

h_半伸＝H-L1+h (1)

其中：h_半伸为无头铆钉单侧外伸量；H为定位套带凹槽的端面到内部凸环最近端面的距离，即定位套凹槽端圆孔的深度；L1为铆模大端圆柱台的厚度；h为缓冲垫片厚度。

无头铆钉镦头厚度与铆接头结构的几何尺寸关系如下：

h0＝h_半伸-L2 (2)

其中：h0为铆接后无头铆钉单侧墩头高度；L2为铆接前定位套不带凹槽端端面距离转接头大端端面的距离。

一种无头铆钉手持式电磁铆接方法及装置，其铆接过程特征包括以下步骤：

步骤一：根据无头铆钉具体几何参数要求，结合公式(1)和公式(2)选择合适的铆接头；

步骤二：将正反两个电磁铆枪串连或并联，将两个铆接头分别安装在正反电磁铆枪上；

步骤三：安装无头铆钉到试件中，使两侧铆模大端面与无头铆钉伸出端面贴合，以限制无头铆钉在试件中的位置。

步骤四：对正反电磁铆枪放电，由于两把铆枪串联或并联，两把铆枪同时激发，驱动铆接头挤压两端无头铆钉，定位套与转接头的间隙能够限制铆接量，使铆接后墩头高度能达到指定值h0。

本发明适用于金属结构无头铆钉铆接、复合材料结构无头铆钉铆接、金属/复合材料混合结构无头铆钉铆接等，适用场合广泛，装置结构所占空间小，能够实现小空间结构处无头铆钉两端同步手持时铆接。

Claims (6)

1.一种无头铆钉手持式电磁铆接装置，其特征在于，包括正电磁铆枪(1)、两个转接头(2)、两个铆模(3)、两个定位套(4)、两个缓冲垫片(5)、两个顶持弹簧(6)和反电磁铆枪(9)；

所述正电磁铆枪(1)和反电磁铆枪(9)相互串联或并联且两个铆枪分别连接一转接头(2)；

所述铆模(3)为变阶柱状体，小径端与转接头(2)固连，中部位于定位套(4)内；

所述定位套(4)内壁周向设有环形凸起，一端的端面上周向开有若干凹槽，铆模(3)大径端通过环形凸起卡位，且大径端与无头铆钉的伸出面接触；定位套(4)另一端与转接头(2)铆接前存在间隙，铆接时接触，用于控制铆接量；

所述顶持弹簧(6)套在铆模(3)上，位于转接头(2)和定位套(4)的环形凸起之间，且初始状态为原长状态；

所述缓冲垫片(5)一侧周向设有若干凸起，与定位套(4)的若干凹槽进行过盈配合，另一侧与试件接触，起到缓冲作用；

无头铆钉单侧外伸量满足如下关系：

h_半伸＝H-L₁+h (1)

其中：h_半伸为无头铆钉单侧外伸量；H为定位套开有凹槽的端面到内部环形凸起最近端面的距离；L₁为铆模(3)大径端的轴向长度；h为缓冲垫片厚度；

无头铆钉镦头厚度满足如下关系：

h0＝h_半伸-L₂ (2)

其中：h₀为铆接后无头铆钉单侧墩头高度；L₂为铆接前定位套未开有凹槽的端面距离转接头大径端面的距离。

2.如权利要求1所述的一种无头铆钉手持式电磁铆接装置，其特征在于，所述转接头(2)整体为柱状体，小径端与电磁铆枪螺纹连接，大径端沿轴线开有螺纹孔，铆模小径端上开有外螺纹，与转接头(2)的大径端螺纹连接。

3.如权利要求1所述一种无头铆钉手持式电磁铆接装置的，其特征在于，所述两个转接头(2)、两个铆模(3)、两个定位套(4)、两个缓冲垫片(5)、两个顶持弹簧(6)的轴线相互重合。

4.如权利要求1所述一种无头铆钉手持式电磁铆接装置的，其特征在于，所述缓冲垫片(5)上设有凸起间隔90°均匀分布。

5.如权利要求1所述一种无头铆钉手持式电磁铆接装置的，其特征在于，所述定位套(4)上设有的凹槽间隔90°均匀分布。

6.基于权利要求1所述一种无头铆钉手持式电磁铆接装置的铆接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据无头铆钉的具体几何参数要求，结合公式(1)和公式(2)选择合适的铆接头；

步骤2：将正电磁铆枪1和反电磁铆枪9串连或并联，将两个铆接头分别安装在正反两把电磁铆枪上；

步骤3：安装无头铆钉到试件中，使两侧铆模3的大端面与无头铆钉7伸出端面贴合，以限制无头铆钉7在试件8中的位置。

步骤4：对正电磁铆枪1和反电磁铆枪9放电，由于两把铆枪串联或并联，两把铆枪同时被激发，驱动铆接头挤压两端无头铆钉，定位套4与转接头2的间隙限制铆接量，使铆接后墩头高度能达到指定值h₀。

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