CN1757487A - 增强性能的修理工具 - Google Patents

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苏海·埃什拉吉
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Abstract

一种用于在螺母板已经安装到工件中的孔内之后移除该螺母板的工具。该工具的一种方案是用于利用动力工具从螺母侧移除螺母板，而该工具的另一种方案是用于人工地从螺母侧移除螺母板。该工具的又一种方案是用于利用动力工具从螺栓侧移除螺母板，而该工具的再一种方案是用于人工地从螺栓侧移除螺母板。另一方面提供了用于修整孔的工具，比如用于在安装螺母板之前对孔进行修整。

Description

增强性能的修理工具
相关申请
本申请要求2004年10月7日申请的美国分案申请No.60/616,722的优先权，该分案申请整体地以参考的方式结合于此。
技术领域
本发明的一个方面总的来说涉及用于将已安装的螺母板移除的工具和方法，并且另一方面总的来说涉及用于对工件中的孔进行修整的工具和方法，比如用于在安装螺母板之前修整孔。
背景技术
与航空器等中的液体箱(比如燃料箱或水箱)相关联使用的紧固件在防止通过用于紧固件的开口而泄漏方面存在着问题。用于这种装置中的紧固件可包括螺母板和螺母，它们是一个组件的部件。现在使用的螺母板具有很多不同的设计构造。两种主要的类别是铆接螺母板和非铆接螺母板。
在铆接螺母板中，使用两个铆钉来将螺母板的本体附着于工件上。为了消除潜在的泄漏，在该结构和螺母板之间使用密封剂。
对于非铆接螺母板，一些设计是套筒相对于工件扩口。这种非铆接螺母板的一个例子在美国专利No.4,732,518中公开，该专利整体地以参考的方式结合于此。518号专利示出了套筒逆着强烈的过盈力插入工件内并且随后使套筒变形从而产生套筒端部的扩口。套筒上具有锯齿/凸起构造，并且锯齿/凸起呈长形且为锥形以使得锯齿/凸起伸入工件的壁。锥形特点、长度和具体几何形状对于可能具有为了其应用而选择的安装方法的装置来说是必要的。具有锥形且延长的锯齿/凸起构造的518号专利的主要目的是通过将负载分布在整个工件上以及提供由于套筒插入工件内的扩展来提高工件的疲劳寿命，以及对工件放入孔周边附近的材料进行冷加工。
其它螺母板设计并不依赖于套筒的扩口。美国专利No.5,096,349，No.5,245,743，No.5,405,228以及未决的美国专利申请No.10/272,721(2002年10月17日申请)和No.10/929,701(2004年8月30日申请)公开了不依赖于套筒扩口的非铆接螺母板设计，并且这五份文件整体地以参考的方式结合于此。虽然一些非铆接螺母板设计依赖于将螺母板附着于该结构上的胶粘剂，但是上述五份文件依赖于强烈冷加工的孔以及利用硬化销作为安装工具的高度过盈啮合来将套筒元件扩展入与工件结构相啮合。由于高度扩展，所形成的摩擦力倾向于保持螺母板并且提供期望的机械性能。
一旦已经安装，大多非铆接螺母板通过钻出(drill out)扩口套筒部分而移除，或者通过在保持螺母板的同时钻出铆钉。从孔中钻出铆钉和套筒需要特殊的技能。除了麻烦和耗时之外，这种过程还留下了杂质金属碎屑。另外，这样经常会扩大孔径，这样就需要过大尺寸的螺母板用于替换。对于钻出旧的螺母板，需要考虑到安全以防止对周围结构和操作者的伤害。
发明内容
本发明实施例的目标是提供一种改进的工具和方法，用于人工地或利用动力工具来移除已安装的非铆接螺母板。
本发明实施例的另一目标是提供一种用于对孔进行修整的工具和方法，比如在安装非铆接螺母板之前。
简言之，并且根据前述目标中的至少一个，本发明的一个方面提供了用于在螺母板已经安装在工件中的孔内之后移除该螺母板的工具。
本发明的第一实施例提供了一种构造成与动力工具一起螺母板从螺母板的螺母侧移除的工具。具体地，该工具包括有被构造为与动力工具相啮合的鼻部。在移除螺母板的过程中，鼻部被压靠在工件上以使得螺母板被置于设在鼻部中的开口内。具有锯齿的芯轴被插入穿过螺母板和鼻部，并且被插入动力工具。动力工具此后被致动以紧扣芯轴上的锯齿并且拉紧芯轴直到芯轴的头部接触并拉紧螺母板，从而使得螺母板从工件中的孔内离开。
本发明的第二实施例类似于第一实施例，但是提供了一种具体地构造用于手动用途的工具(即用手来操作而非用动力工件来操作)。该工具包括位于已安装的螺母板之上的基部。具有螺纹的芯轴被插入穿过螺母板和基部并且被螺旋入保持在旋钮中的螺纹插入物。然后，转动旋钮，使得芯轴有效地缩回旋钮，使得芯轴的头部拉紧螺母板并且使得螺母板从工件中的孔内离开。
本发明的第三实施例提供了一种构造成与动力工具一起将螺母板从螺母板的螺栓侧移除的工具。具体地，该工具包括有被构造为与动力工具相啮合的鼻部。在移除螺母板的过程中，鼻部被压靠在螺母板的套筒上。在工件的另一侧上，具有锯齿的芯轴被插入穿过被压靠在工件上的套筒。芯轴被插入穿过套筒、穿过螺母板、穿过鼻部、并且进入动力工具。动力工具此后被致动以紧扣芯轴上的锯齿并且拉紧芯轴直到芯轴的头部接触到套筒，此后利用动力工具进一步拉紧芯轴从而使得鼻部推压螺母板的套筒，使得螺母板从工件中的孔内离开。
本发明的第四实施例类似于第三实施例，但是提供了一种具体地构造用于手动用途的工具(即用手来操作而非用动力工件来操作)。该工具包括位于已安装的螺母板之上的基部。具有螺纹的芯轴由基部保持，并且被插入穿过螺母板、穿过鼻部和鼻部支承件，并且被螺旋入旋钮中的螺纹插入物。然后，转动旋钮，使得芯轴有效地缩回旋钮，使得鼻部推压螺母板的套筒，使得螺母板从工件中的孔内离开。
本发明的另一方面提供了一种用于修整孔的工具，比如用于在安装螺母板之前对孔进行修整。该工具包括：芯轴，其具有锯齿以及在其头部下侧的边沿；以及在其面对表面上具有边沿的鼻部。鼻部被构造为可与动力工具相螺纹啮合以及与工件相接触，以使得面对表面上的边沿包围该孔。芯轴延伸穿过该孔和鼻部，并且插入动力工具，以使得芯轴头部下侧的边沿接触到工件并且包围该孔。这样，鼻部上的边沿被构造为压靠在工件的一侧上并且芯轴上的边沿被构造成压靠在工件的另一侧上。然后，动力工具被致动来紧扣和拉紧芯轴，使得边沿被拉向彼此，从而在该孔周围的区域中将压缩力施加至工件，从而使得该孔周围的工件区域被整形并且增强疲劳强度。整形实际上导致了孔变小。
附图说明
参照以下说明，并结合附图，能最好地理解本发明的结构和操作的组织和方式及其其它目标和优点，在附图中同样的附图标记识别同样的元件，其中：
图1是根据本发明第一实施例的工具的视图；
图2和3是使用图1所示工具的横截面顺序图；
图4是根据本发明第二实施例的工具的视图；
图5和6是使用图4所示工具的横截面顺序图；
图7是根据本发明第三实施例的工具的视图；
图8和9是使用图7所示工具的横截面顺序图；
图10是根据本发明第四实施例的工具的视图；
图11和12是使用图10所示工具的横截面顺序图；
图13是根据本发明又一实施例的孔修整工具的横截面图；
图14和15是使用图13所示工具的横截面顺序图；
图16是图15中圆圈A中所示部分的特写图，其中示出了图13-15所示工具的芯轴部件的头部下侧的形状；
图17是图13-15所示工具的鼻部的透视图；
图18是沿着图17中线18-18所截取的鼻部的放大横截面图。
具体实施方式
虽然本发明可以表现为不同形式的实施例，但是对于其实施例，附图所示出的以及这里将详细描述的内容应当理解为本发明原理的举例，而不是将本发明限制于这里所示出和描述的内容。
本发明的一个方面涉及提供一种改进的工具和方法，用于人工地或利用动力工具来移除已安装的非铆接螺母板，比如美国专利申请No.10/272,721(2002年10月17日申请)和No.10/929,701(2004年8月30日申请)中公开的非铆接螺母板，这两份申请都已经整体地以参考的方式结合于此。
具体地，图1示出了工具100，其与动力工具一起用来从螺母板的螺母侧移除螺母板，并且图4示出了用于从螺母板的螺母侧移除螺母板的手动工具200。类似地，图7示出了工具300，其与动力工具一起用来从螺母板的螺栓侧移除螺母板，并且图10示出了用于从螺母板的螺栓侧移除螺母板的手动工具400。无论如何，每个工具都使得螺母板能干净地移除而无需特殊技能。
如所述，图1和7示出了被构造成与动力工具一起用来移除已安装的螺母板的工具。具体地，每个工具优选地被构造为与如美国专利No.5,425,164所述的动力工具一起使用，该专利的全部内容以参考的方式结合于此。这种工具可以从Textron购得，称为手动液压铆接机模型G750A(Hand Hydraulic Riveter Model G750A)，并且其包括用于紧扣和拉动的爪。可选地，可以使用Textron的轻型CherryMax动力工具模型G704B，或者其它适合的动力工具。
如图1所示，工具100包括鼻部102。如图2和3所示，鼻部102在其端部106包括有大致圆柱形部分104，并且孔径108设在圆柱形部分104中。鼻部102的圆柱形部分104的外表面110包括有螺纹112，螺纹112被构造为与设在动力工具118的端部116处的相应螺纹114螺旋啮合。鼻部102包括有大致从圆柱形部分104延伸的主体部分120，并且主体部分120包括两个延伸的壁或臂122，这两个壁或臂122间隔开以形成开口124。每个臂122包括有端面126，如下所述，在螺母板130从工件128的孔132中移除的过程中，端面126被压靠在工件128上。还提供有在轴部分142上具有放大头部138和锯齿140的芯轴136。
在移除螺母板130的过程中，鼻部128被压靠在工件128上(即，鼻部102的臂122的端面126被压靠在工件128上)以使得螺母板130置于臂122之间的开口124中。芯轴136靠近锯齿140的端部144从工件128的另一侧插入穿过螺母板130，穿过设在鼻部102的端部106处的孔径108并且进入动力工具118以使得芯轴136的头部138被保持为紧贴地靠在螺母板130上。随后致动动力工具118以紧扣芯轴136上的锯齿140(即动力工具118中的爪紧扣锯齿140)并且拉紧芯轴136直到芯轴136的头部138接触并拉紧螺母板130，如图2所示，从而使得螺母板130从工件128中的孔132内离开，如图3所示。随后，动力工具118、鼻部102、芯轴136和螺母板130一起从工件128中撤回，并且芯轴136被动力工具118释放。
图4所示的工具200被构造为与如图1-3所示的工具100非常相似地工作，只不过被构造为手动地操纵而不是用动力工具来操纵。工具200包括有基部202，其具有两个间隔开的臂203，这两个臂203通常从主体部分204延伸。如图5和6所示，通孔206延伸贯穿主体部分204并且与位于臂203之间的空间208相通。
工具200还包括有旋钮210，其具有置于孔径214内的螺纹插入物212。旋钮210还包括有多个方便抓紧并旋转该旋钮的手指抓紧部216。还提供有在轴部分224上具有放大头部220和螺纹222的芯轴218。
在移除螺母板130的过程中，基部202被压靠在工件128上(即，基部202的臂203的端面226被压靠在工件128上)以使得螺母板130被置于臂203之间的开口208中。芯轴218靠近螺纹222的端部228从工件128的另一侧插入穿过螺母板130，穿过设在基部202中的孔径206以使得芯轴218的头部220被保持为紧贴地靠在螺母板130上，并且被螺旋入旋钮210中的螺纹插入物212。随后，旋转旋钮210。由于旋钮210被转动，芯轴218有效地缩回旋钮210，如图5所示，使得芯轴218的头部220拉紧螺母板130，从而使得螺母板130从工件128中的孔132内离开，如图6所示。随后，旋钮210、基部202、芯轴218和螺母板130一起从工件128中撤回。
图7所示工具300包括有鼻部302。如图8和9所示，鼻部302包括有通孔304，并且具有大致圆柱形部分306。鼻部302的圆柱形部分306的外表面310包括有螺纹312，螺纹312被构造为与设在动力工具118的端部116处的相应螺纹114螺旋啮合。鼻部302还包括有向外延伸的圆柱形部分314，其具有端面316，端面316被构造为啮合并拉紧已安装的螺母板130。
工具300还包括有大致圆柱形的基部318，其具有基体部分320以及从基体部分320延伸并且提供开口324的圆柱形侧壁322，以致于基部318呈大致杯形。孔径326设在基体部分320中，大致在其中心处。圆柱形侧壁322包括一个表面328，如下所述，在螺母板130从工件128的孔132中移除的过程中，该表面328被压靠在工件128上。还提供有在轴部分142上具有放大头部138和锯齿140的芯轴136。
在移除螺母板130的过程中，工具300的基部318被压靠在工件128上以使得螺母板130置于开口324中。芯轴136靠近锯齿140的端部144插入穿过基部320中的孔径326，穿过螺母板130，穿过鼻部302，并进入位于工件128另一侧上的动力工具118以使得芯轴136的头部138与基部318相接触。随后致动动力工具118以紧扣芯轴136上的锯齿140(即动力工具118中的爪紧扣锯齿140)并且拉紧芯轴136，使得鼻部302的端面316推压螺母板130，如图8所示，从而使得螺母板130从工件128中的孔132内离开，如图9所示。随后，芯轴136从动力工具118中释放，并且动力工具118从工件128中撤出。此时，芯轴136、基部318和螺母板130也能工件128的另一侧撤出。
图10所示的工具400被构造为与如图7-9所示的工具300非常相似地工作，只不过被构造为手动地操纵而不是用动力工具来操纵。工具400包括有基部402，其大致圆柱形并且包括有位于基部420一侧406上的开口404，通常在其中心处。具有放大头部220以及从头部220延伸的轴224的芯轴218由基部402所保持。具体地，芯轴218的头部220与基部402的一侧408相接触，并且芯轴218的轴224延伸穿过基部402中的开口405。螺纹222设在芯轴218的轴224上。
工具400还包括有鼻部元件410以及构造成保持和支承鼻部元件410的鼻部支承件412。鼻部支承件412为具有螺纹开口414的大致圆柱形，该螺纹开口用于螺纹地容纳鼻部410上的相应外螺纹部分418。鼻部410包括通孔420，以及向外延伸的圆柱形部分422，该圆柱形部分422具有端面424，该端面被构造为啮合并推压已安装的螺母板130。工件400还包括有旋钮426，其具有置于孔径430中的螺纹插入物428。旋钮426还包括有多个方便抓紧和旋转该旋钮426的手指抓紧部分432。
在移除螺母板130的过程中，芯轴218延伸穿过螺母板130、鼻部元件410和鼻部支承件412，并且旋转旋钮426以使得芯轴218的螺纹部分222螺旋入旋钮426中的螺纹插入物428。在转动旋钮426时，芯轴218有效地缩回旋钮426，从而将基部402朝着工件128拉动，导致鼻部元件410的端面424推压螺母板130，如图11所示，并且导致螺母板130从工件128中的孔132内离开，如图12所示。随后，在相反方向上旋转旋钮426从而从芯轴218中螺纹地脱离，此时旋钮426能从工件128的一侧撤出，并且基部402、芯轴218和螺母板130能从工件128的另一侧撤出。
选择工具100、200、300、400(即图1、4、7或10所示的工具)之中的哪个来移除已安装的螺母板取决于有多少空间来实施该操作，以及是否时间很重要。无论使用哪种工具，这种工具都提供了已安装螺母板的干净移除，而无需使用任何特殊技能。
通常，在移除非铆接螺母板后，孔的圆周边缘被变形有稍微的沉孔并且孔本身被稍微扩大。本发明的另一方面提供了用于对孔进行修整的工具，比如用于在重新安装另一螺母板之前对孔进行修整。具体地，这种工具消除了稍微的沉孔，有效地修理了孔的圆周边缘，修整了孔的内壁，并且减小了孔的尺寸，与此同时将压缩残余应力引入该孔周围的工件区域。
如图13所示，工具500包括有芯轴502，该芯轴具有放大头部504和从头部504延伸的轴部分506。优选地，在芯轴502的轴部分506上设有锯齿508，用于由动力工具118紧扣和拉动(与动力工件118的啮合在图14中由箭头521表示)，比如如同关于图1和7所示工具的描述(比如Textron的轻型CherryMax动力工具模型G704B)。如图13和16所示，在芯轴502的头部504下面设有插塞部分510。另外，圆周边沿和环形部分512设在头部504的下侧上。边沿和环形部分512被构造成在孔的修整期间施加压缩负载，如下所述。
如图13-15、17和18所示，工具500还包括有鼻部520。鼻部520被构造成与动力工具118相啮合(与动力工件118的啮合在图14中用箭头521表示)。具体地，鼻部520为大致圆柱形，具有纵向通孔522，并且在外表面526上具有用于与动力工具118中的相应螺纹螺纹地啮合的螺纹524。鼻部520优选地包括有用于与六边形工具相啮合的六边形外表面528，并且在其面对的表面532上具有圆周边沿530(优选地具有0.030英寸的半径)。边沿530被构造成在孔的修整期间施加压缩负载，如下所述。
如图13所示，在使用时，芯轴502延伸穿过孔550和鼻部520，并且被插入动力工件118，以使得芯轴502的头部504的下侧516上的边沿512接触到工件128并且包围孔550。另外，鼻部520被压靠在工件128的相对侧上。这样，鼻部520上的边沿530被压靠在工件128的一侧上并且芯轴502上的边沿518被压靠在工件128的另一侧上。随后，致动动力工具118以紧扣和拉紧芯轴502(如图14中箭头514所示)。在初始施加负载之后，芯轴502的插塞部分510被拉动部分地穿过孔550，如图14所示。插塞510与孔550的内壁552啮合并且确保内壁552上的光洁度。在进一步施加负载时，芯轴502的边沿和环形部分512嵌入工件128包围孔550的结构中。包围孔的结构被模制为芯轴502的边沿和环形部分512的形状。随着所施加的负载增大，边沿和环形部分512径向地充满沉孔并且在孔550周围形成平滑的圆形边缘。同时，该结构的基部受到鼻部520的边沿530的压缩。鼻部520导致鼻部边沿530周围的材料在所有方向上向外微微移动，这样就引起了材料内的残余应力。而且，孔550边缘处的结构凸入孔550并且减小了孔550的公称尺寸。一旦达到了预定的负载(优选地大约为9000磅)，动力工件118就脱离。然后，芯轴502从动力工具118中移除。
工具500在被修整的孔周围的结构中引入压缩残余应力。孔内的结构被芯轴502的插塞段510压缩。孔的顶部边缘被鼻部520的边沿530压缩。所有的这些压缩力有助于消除一些由于结构中的孔而自然地出现在该结构中的拉伸应力集中。总体上的结果是降低了孔附近的应力，这样就得到了强化的结构。
虽然已经示出和描述了本发明的实施例，但是可以想象，本领域的熟练技术人员能在不偏离本发明精神和范围的前提下作出本发明的各种变型。

Claims (14)

1.一种用于从工件中的孔内移除螺母板的工具，所述工具的特征在于：鼻部或基部，其被构造为压靠在工件上以使得螺母板置于鼻部或基部中的开口内；芯轴，其具有头部并且被构造成插入穿过螺母板以及鼻部或基部，其中所述芯轴被构造成运动以使得芯轴的头部接触并拉紧螺母板，从而使得螺母板从工件中的孔内离开。
2.如权利要求1所述的工具，其特征在于所述鼻部或基部包括被构造为与动力工具相啮合的鼻部，其中芯轴被构造为插入穿过鼻部进入动力工具中，其中动力工具此后可被致动以紧扣并拉紧螺母板，其中芯轴拉紧螺母板，从而使得螺母板从工件中的孔内离开。
3.如权利要求2所述的工具，其特征在于鼻部包括有圆柱形部分以及位于圆柱形部分内的孔径，其中芯轴可插入该孔径内，所述鼻部还包括有被构造成在工具操作过程中与工件相接触的延伸壁。
4.如权利要求1所述的工具，其特征在于所述鼻部或基部包括基部，其中所述工具还包括有被构造成螺纹地啮合芯轴并且与基部相接触的旋钮，其中旋钮被构造为使得旋钮的转动导致芯轴的头部拉紧螺母板，从而使得螺母板从工件中的孔内离开。
5.如权利要求4所述的工具，其特征在于基部包括多个间隔开的部分，这些部分被构造为在工具操作过程中与工件相接触。
6.一种用于从工件中的孔内移除螺母板的工具，所述工具的特征在于：基部，其被构造为压靠在工件上以将螺母板置于设在基部中的开口内；鼻部；以及芯轴，其具有头部并且被构造成插入穿过基部、螺母板并进入鼻部，其中所述芯轴被构造为与所述基部相接触，并且所述鼻部被构造成接触并推压螺母板，从而使得螺母板从工件中的孔内离开。
7.如权利要求6所述的工具，其特征在于所述鼻部被构造为与动力工具相啮合，其中芯轴被构造为插入穿过鼻部进入动力工具中，其中动力工具此后可被致动以紧扣并拉紧螺母板，其中芯轴的头部接触基部，并且其中鼻部推压螺母板从而使得螺母板从工件中的孔内离开。
8.如权利要求6所述的工具，其特征在于鼻部设在鼻部支承件上，所述工具还包括构造成螺纹地啮合芯轴并且与鼻部支承件相接触的旋钮，其中旋钮被构造为使得旋钮的转动导致鼻部接触并推压螺母板，从而使得螺母板从工件中的孔内离开。
9.如权利要求6所述的工具，其特征在于基部包括有被构造成在工具操作过程中与工件相接触的圆柱形壁。
10.一种用于修整孔的工具，比如用于在安装螺母板之前对孔进行修整的工具，所述工具的特征在于：芯轴，其具有头部和锯齿以及在其头部下侧的边沿；以及被构造成与动力工具相啮合并与工件相接触的鼻部，其中芯轴被构造为延伸穿过该孔、鼻部并进入动力工具中，以使得芯轴头部下侧的边沿接触到工件并且包围该孔，其中芯轴上的边沿被构造为压靠在工件上，其中动力工具可被致动来紧扣和拉紧芯轴，使得边沿推入工件中，从而在该孔周围的区域中将压缩力施加至工件，从而使得该孔周围的工件区域被整形并且增强疲劳强度。
11.如权利要求10所述的工具，其特征在于鼻部在其面对表面上也具有边沿，以使得在使用时面对表面上的边沿包围该孔，其中鼻部上的边沿被构造成压靠在工件的一侧上，并且芯轴头部的边沿被构造成压靠在工件的另一侧上，其中当动力工具被致动而紧扣和拉紧芯轴时，上述两边沿被拉向彼此。
12.如权利要求11所述的工具，其特征在于该工具被构造成对该孔进行整形以使得该孔变得更小。
13.如权利要求10所述的工具，其特征在于鼻部为具有通孔的大致圆柱形。
14.如权利要求13所述的工具，其特征在于鼻部的至少一部分外表面为六角形。
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