CN116241539A - 一种复合材料结构孔中安装紧固环的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料结构孔中安装紧固环的方法，包括包括如下步骤：步骤S01，准备工具，准备复合材料板、紧固环、开缝衬套、拉拔装置、芯棒；步骤S02，在所述复合材料板的相对侧加工结构孔和沉孔，以形成穿过纤维的结构孔；步骤S03，将所述紧固环插入所述结构孔中；步骤S04，使用具有导向段、前锥段和工作段的类型的所述芯棒；步骤S05，在所述芯棒的所述导向段安装开缝衬套；步骤S06，将所述芯棒和所述开缝衬套插入所述紧固环中。该方法使复合材料与金属结构绝缘连接，可提供良好的电气连接，延长复合材料上紧固件的使用寿命并且紧固环的膨胀消除了气隙，紧固环与沉孔的匹配确保了复合材料和金属结构之间良好的电气结合。
Description
技术领域
本发明属于紧固环技术方向，具体涉及一种复合材料结构孔中安装紧固环的方法。
背景技术
目前，在航空工业中，先进复合材料具有强度、刚度、性能可设计和易于成形等优点。在飞机体结构中所占比重越来越高，正在取代金属材料成为飞机及其他结构的主要制造材料。众所周知，复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的存在，在宏观上组成具有新性能的材料。航空领域常用的复合材料是由以有机聚合物为基体的纤维增强材料。通常我们通过在复合材料板结构孔内安装紧固环，使紧固螺栓、管路等穿过紧固环，起到连接不同结构的作用，但在工程应用中，紧固环往往不能原位固定，通过胶水固定的效果很不理想，容易脱落。所以我们尝试将紧固环放置在结构孔内，然后通过直接对紧固环冷挤压使其膨胀，但直接作用于紧固环的冷挤压会同时挤压紧固环周围的复合材料，导致复合材料孔也扩大，从而使紧固环不能固定在孔内。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的装置一种复合材料结构孔中的紧固环，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种复合材料结构孔中安装紧固环的方法，包括如下步骤：
步骤S01，准备工具，准备复合材料板、紧固环、开缝衬套、拉拔装置、芯棒；
步骤S02，在所述复合材料板的相对侧加工结构孔和沉孔，以形成穿过纤维的结构孔；
步骤S03，将所述紧固环插入所述结构孔中；
步骤S04，使用具有导向段、前锥段和工作段的类型的所述芯棒；
步骤S05，在所述芯棒的所述导向段安装开缝衬套；
步骤S06，将所述芯棒和所述开缝衬套插入所述紧固环中；
步骤S07，在所述结构孔内将所述开缝衬套和所述紧固环保持在固定的轴向位置，同时轴向移动所述芯棒，使所述芯棒穿过开缝衬套，在芯所述棒穿过开缝衬套的时候，先移动所述前锥段，然后移动所述芯棒的所述工作段穿过所述开缝衬套，以这种方式径向挤压所述开缝衬套，并在所述紧固环上施加径向扩张的力；
步骤S08，经过步骤S06的挤压后所述开缝衬套的径向膨胀可在所述紧固环上施加足够的径向力，以使所述紧固环塑性膨胀并与孔壁紧密接触；
步骤S09，所述芯棒将所述开缝衬套和所述紧固环胀大后，从所述紧固环上移除所述开缝衬套。
优选地，所述复合材料板采用纤维增强材料制造而成。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1、本发明提供了薄壁紧固环的单向安装，无需粘接即可将紧固环固定在孔中，这样在复合材料中就可以拆卸和重装紧固件。该方法使复合材料与金属结构绝缘连接，可提供良好的电气连接，延长复合材料上紧固件的使用寿命并且紧固环的膨胀消除了气隙，紧固环与沉孔的匹配确保了复合材料和金属结构之间良好的电气结合。
2、本发明可将紧固环安全地装到复合材料结构上，并且紧固环不会从孔中脱落，过盈配合可增强连接强度，冷挤压安装可提高孔周强度，降低紧固件的疲劳失效。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的主要步骤示意图；
图2是本发明三维爆炸视图；
图3为本发明安装在复合材料板上紧固环的局部放大剖视图；
图4为本发明紧固环安装后外表面局部放大剖视图，示意复合材料纤维末端与紧固环过盈配合状态；
图5为紧固环安装前与拉拔装置连接的状态，包括安装在芯棒小直径段导向段的开缝衬套、放置在复合材料板结构孔的紧固环、芯棒、紧固环内的开缝衬套和拉拔装置的鼻顶帽组件，其紧靠复合材料板和上述紧固环、开缝衬套端部；
图6为紧固环安装时拉拔装置拉回芯棒，展示了前锥段和工作段挤压开缝衬套，开缝衬套再挤压紧固环；
图7为芯棒进一步拉回，其前锥段和工作段完成对开缝衬套和紧固环的径向挤压；
图8为复合材料板和安装在复合材料板中的直通型紧固环和法兰型紧固环局部缩小剖视图。
图中：1、复合材料板；2、紧固环；3、开缝衬套；4、拉拔装置；5、结构孔；6、沉孔；7、圆柱端；8、扩口端；9、鼻顶帽；10、芯棒；11、衬套固定装置；12、导向段；13、前端部；14、工作段；15、后端部；16、直通型紧固环；17、法兰型紧固环。
具体实施方式
以下结合较佳实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-8，本发明提供技术方案：一种复合材料结构孔中安装的紧固环方法，包括如下步骤：步骤S01，准备工具，准备复合材料板1、紧固环2、开缝衬套3、拉拔装置4、芯棒10，紧固环2为金属材质，复合材料板1中的复合材料包括树脂基体内的纤维增强材料结构，拉拔装置4为现有技术中的拉枪，在安装的过程中开缝衬套3的内表面进行润滑，以便于芯棒10通过开缝衬套3移动，拉拔装置4包括鼻顶帽9及其滑动在所述鼻顶帽9的平行方向上的所述芯棒10，所述鼻顶帽9在朝向所述紧固环2的一端为和扩口端8相适配的所述鼻顶帽9端部；
步骤S02，在所述复合材料板1的相对侧加工结构孔5和沉孔6，结构孔5是通过用于复合材料的钻头和铰刀进行钻孔形成的，以形成穿过纤维的结构孔5，沉孔6可使用钻头一次性加工，鼻顶帽9是可扩张的，因此芯棒10的前锥段和工作段14可以移动到鼻顶帽9中；
步骤S03，所述紧固环2插入所述结构孔5中；
步骤S04，使用具有导向段12、前锥段和工作段14的类型的芯棒10；
步骤S05，在所述芯棒10的所述导向段12安装开缝衬套3；
步骤S06，将芯棒10和开缝衬套3插入紧固环2中；
步骤S07，在所述结构孔5内将开缝衬套3和紧固环2保持在固定的轴向位置，同时轴向移动芯棒10，使芯棒10穿过开缝衬套3，在芯棒10穿过开缝衬套3的时候，先移动前锥段，然后移动芯棒10的工作段14穿过开缝衬套3，以这种方式径向挤压开缝衬套3，并在紧固环2上施加径向扩张的力；
步骤S08，经过步骤S06的挤压后开缝衬套3的径向膨胀可在紧固环2上施加足够的径向力，以使紧固环2塑性膨胀并与孔壁紧密接触；
步骤S09，芯棒10将开缝衬套3和紧固环2胀大后，从紧固环2上移除开缝衬套3。
具体的，图8显示了安装在复合材料板1中的直通型紧固环16和法兰型紧固环17，不锈钢法兰型紧固环17的法兰端部提供惰性屏障，将复合材料与易腐蚀金属分离，法兰型紧固环17和直通型紧固环16的端部可以使复合材料和金属结构之间的接头绝缘，可防止电腐蚀。
工作原理：先在复合材料板1上钻一个结构孔5，以便安装紧固环2，钻孔时需保证孔内壁表面粗糙度满足要求，在钻孔的过程中将纤维增强材料的端部暴露在孔壁边界处，钻出结构孔5后，在结构孔5的一端加工沉孔6，将开缝衬套3放置在芯棒10的导向段12上。芯棒10底端穿过拉拔装置4的鼻顶帽9组件，并和拉拔装置4之间产生连接关系，
芯棒10具有从导向段12到工作段14轴向向外延伸的前锥段，工作段14轴向向外延伸时的后锥段，后锥段用于将芯棒10“引导”到紧固环2中，芯棒10的工作段14的直径略小于紧固环2的内径，当开缝衬套3位于芯棒10的导向段12上时，其外径也小于紧固环2的内径。这种结构可方便从复合材料板1的单侧安装紧固环2，随后芯棒10的后锥段与紧固环2对齐，然后将芯棒10和开缝衬套3置入紧固环2的内部，直到鼻顶帽9的端部紧靠复合材料板1；
当鼻顶帽9的端部接触复合材料板1时，也同时接触紧固环2的扩口端8和开缝衬套3面对鼻顶帽9的一端；
鼻顶帽9的外端部分包括围绕芯棒10的环形空间，开缝衬套3的内部也被收纳其中；
开缝衬套3的端部与鼻顶帽9内衬套固定装置11的端面接触，这种接触在开缝衬套3和紧固环2的整个挤压过程中保持；
鼻顶帽9的端部紧靠复合材料板1和紧固环2的扩口端8。开缝衬套3的端部紧靠衬套固定装置11的端部，然后操作员启动拉拔装置4，将芯棒10向后拉入拉拔装置4中。当芯棒10移入拉拔装置4时，芯棒10的前锥段进入开缝衬套3，并使开缝衬套3的直径增大，最后，芯棒10的工作段14进入开缝衬套3内，并通过芯棒10在开缝衬套3的全长上的进一步缩回而移动。当芯棒10的工作段14位于开缝衬套3内时，开缝衬套3膨胀，使其外径大于紧固环2的内径。因此，开缝衬套3的径向膨胀在紧固环2上施加径向力使其膨胀，不会向紧固环2传递轴向力，由此完成了对紧固环2的安装。
若结构孔1无沉孔6部分，可使用直通型紧固环22，或者将紧固环7推入孔1和沉孔6，徒手是指手用力，当然，也可以用手持工具对紧靠紧固环7扩口端9施力。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、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，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。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (2)
1.一种复合材料结构孔中安装紧固环的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S01，准备工具，准备复合材料板(1)、紧固环(2)、开缝衬套(3)、拉拔装置(4)、芯棒(10)；
步骤S02，在所述复合材料板(1)的相对侧加工结构孔(5)和沉孔(6)，以形成穿过纤维的结构孔(5)；
步骤S03，将所述紧固环(2)插入所述结构孔(5)中；
步骤S04，使用具有导向段(12)、前锥段和工作段(14)的类型的所述芯棒(10)；
步骤S05，在所述芯棒(10)的所述导向段(12)安装开缝衬套(3)；
步骤S06，将所述芯棒(10)和所述开缝衬套(3)插入所述紧固环(2)中；
步骤S07，在所述结构孔(5)内将所述开缝衬套(3)和所述紧固环(2)保持在固定的轴向位置，同时轴向移动所述芯棒(10)，使所述芯棒(10)穿过开缝衬套(3)，在芯所述棒(10)穿过开缝衬套(3)的时候，先移动所述前锥段，然后移动所述芯棒(10)的所述工作段(14)穿过所述开缝衬套(3)，以这种方式径向挤压所述开缝衬套(3)，并在所述紧固环(2)上施加径向扩张的力；
步骤S08，经过步骤S06的挤压后所述开缝衬套(3)的径向膨胀可在所述紧固环(2)上施加足够的径向力，以使所述紧固环(2)塑性膨胀并与孔壁紧密接触；
步骤S09，所述芯棒(10)将所述开缝衬套(3)和所述紧固环(2)胀大后，从所述紧固环(2)上移除所述开缝衬套(3)。
2.一种复合材料结构孔中安装紧固环的方法，其特征在于：所述复合材料板(1)采用纤维增强材料制造而成。
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