CN202152785U - 一种短尾高强度铆钉连接副 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种短尾高强度铆钉连接副，包括铆套和由钉头、杆身构成的铆钉，杆身上开有锁紧槽和拉槽，在锁紧槽的外圆周上设有定位槽，铆套为空心回转体，其内孔表面上开有与定位槽相匹配的凸缘。铆接时，铆套上的凸缘沿定位槽推进压紧后再转动一定角度即可锁定铆套安装位置，铆套与铆钉可按照预定的安装位置进行挤压啮合，从而保证了铆钉连接副在铆接时定位可靠，施工平稳，提高铆接施工的质量，节约人工及成本。

Description

一种短尾高强度铆钉连接副

技术领域

本实用新型涉及机械、铁路用紧固件制品，尤其涉及一种不可拆卸的短尾高强度铆钉与铆套连接副。 

背景技术

长久以来，铁道、货车、桥梁等钢结构均广泛使用热铆的普通铆钉，其连接强度低，后期维护成本高，逐渐被螺栓连接副所取代。螺栓连接副强度高，夹紧力，拉脱力可控，应用范围日趋扩大。但其采用螺纹连接，自锁性能差，特别是在20世纪40年代第二次世界大战期间，航空母舰甲板紧固高强度螺栓，在飞机降落时产生松动，成为隐患，引人关注。高强度螺栓连接副虽然易于拆卸，但其在强烈振动冲击下易于松动，使其失去了连接的基本功能。 

美国哈克(Huck)公司研发出用环槽连接取代螺纹连接的哈克铆钉，解决了在震动工作条件下永不松动问题。哈克铆钉，又名环槽铆钉，高强度铆钉，由铆钉和铆套两个零件组成，铆钉由钉杆和钉头组成。铆接时，先将铆钉插入被连接件的钉孔中，再从被连接件另一面将铆套套在铆钉锁紧槽上，然后用铆枪的枪口套在铆钉的拉槽上，并将枪口抵住铆套端面，再揿铆枪上按钮，铆枪即将铆钉的拉槽拉紧。同时，挤压模向前推进，将钉套内壁的金属材料挤压啮入铆钉的工作段环槽中，使二者铆合成一个整体件，永不松动，其具有操作方便，效率高，无噪声，抗震性能好等特点。 

20世纪60年代，军转民用，哈克铆钉扩大到钢结构行业使用，其技术条件，除型式、尺寸外，铆钉的机械性能按美国标准ASTM A325(即国际标准ISO898·18·8级)，铆钉、铆套连接副的施工工程性能(夹紧力，拉脱力和剪切力)和随机检测要求，按美国标准US，MIL，P-23469的规定。由于专利及成套技术控制，此后几十年来，一直由美国哈克公司独家垄断国际市场，无竞争对手，是全球唯一的防松高强度铆钉供应商。 

1998年以后，我国开始引进美国哈克铆钉(高强度铆钉)用于铁路货车，替代高强度螺栓，防止因火车提速运行，在震动加剧螺栓易松动的大问题。但是，进口的哈克铆钉没有按照国际标准和美国标准供货，而是按照“专为中国市场提供的Huck紧固件标准”供货，不提供零件机械性能和施工工程性能(夹紧力、拉脱力、剪切力)数据。此外，哈克铆钉的主要代理商规定：中国进口的哈克铆钉不得用于军工领域，这远远不能满足我国经济建设和国防建设(特别是航空母舰甲板紧固防松高强度铆钉)的需要。 

目前，国内对高强度铆钉也正在研究和开发，如公开号为CN 1807907A的中国发明专利公开了一种重型机件防松用的高强度铆钉连接副，由铆钉及铆套构成。其中，铆钉由钉头和杆身构成，杆身由主杆和钉尾构成，中间由断裂槽隔开，其上有均匀的环形沟槽。铆套为空心回转体，其内孔、身长与主杆相配。专用铆接机(泵站、铆枪)将铆套内孔金属材料强行啮入铆钉主杆环槽内，使两者结合为一整体件，永不松动。此铆钉连接副加工简单，但是其钉尾较长，造成钢材浪费。此外，此铆钉连接副无锁定装置，不能够保证在安装条件下定位平衡、稳定施工，影响安装质量，这种铆钉没有零件机械性能要求，也没有施工工程性能(夹紧力、拉脱力和剪切力)的要求，无法应用到重大工程上。 

授权公告号为CN 101315092B的中国发明专利公开了一种高强度铆钉连接副及制造工艺，采用不锈钢0Cr17Ni2为原料制备铆钉，以不锈钢0Cr18Ni9为材料制备铆套，采用表面润滑处理，断裂槽精加工及成品表面镀Ni等新工艺，使铆接强度达到8-10级。此发明的铆钉及铆套均采用不锈钢作为原材料，价格昂贵，造价高。此外，制备的高强度铆钉连接副钉尾较长，浪费钢材，铆钉连接副在安装过程中无锁定装置，不能够保证在安装条件下的平衡、施工不稳定。 

发明内容

本实用新型的首要目的是针对上述现有技术存在的问题，提供一种能够防止铆钉连接副在安装条件下产生轴向幌动，保证铆接平稳施工的短尾高强度铆钉连接副。 

为了达到上述目的，本实用新型一方面提供了一种短尾高强度铆钉连接副，包括铆套和具有钉头、杆身的铆钉，杆身上开有锁紧槽和拉槽，在锁紧槽的外圆周上开有定位槽；铆套为空心回转体，其内表面上开有与定位槽相匹配的凸缘。 

本实用新型的定位槽用于铆接安装时将铆套与铆钉位置锁定，在安装条件下不会产生轴向幌动。在铆接安装时，铆套套在铆钉锁紧槽上后，凸缘沿安装槽推进压紧，再将铆套转动一定角度，凸缘脱离定位槽，与铆钉杆身卡合，即可锁定安装位置。 

定位槽可以开在锁紧槽的外圆周任意位置上，与定位槽相匹配的凸缘相对应地开在铆套的内孔表面，定位槽与凸缘的位置使凸缘沿定位槽推进压紧并转动一定角度后，铆套正好位于铆钉锁紧段上，以便使铆套在铆接时正好与锁紧槽挤压啮合。本实用新型中，定位槽开在锁紧段端部的外圆周上，而凸缘相对应地开在铆套体端部的内孔表面。 

锁紧槽为开在杆身上的相互不连续的环槽，用于将铆套与铆钉锁紧，在铆套锁定在铆钉杆身后，铆枪挤压铆套，使铆套上的金属材料啮入锁紧槽中，铆套与锁紧槽挤压啮合，铆钉和铆套啮合成为一个整体件，永不松动。 

拉槽为开在杆身上的相互不连续的环槽，用于在拉断过程中将拉槽夹紧固定。本实用新型中的拉槽为短尾设计，长度为20-40mm，。 

在锁紧槽与钉头之间为杆身的光杆部，用于连接待连接的钢结构件。在锁紧槽与拉槽之间设有断裂槽，断裂槽呈V字形。拉槽位于杆身尾部。本实用新型中，杆身自钉头依次为光杆部、锁紧槽、断裂槽以及拉槽。其中，锁紧槽的公称直径大于拉槽的公称直径，铆套内孔的公称直径大于锁紧槽的公称直径。 

钉头和杆身由合金钢材料制成，其中所述合金钢材料为20MnTiB，40CrMnMo或Cr17Ni2。铆套由低碳钢或不锈钢材料制成，其中所述低碳钢为15号钢或20号钢，所述不锈钢为OCr18Ni9。 

可以根据机械性能的要求，对铆钉和铆套的材料进行相应的热处理，用以获得所需要的组织结构与性能。在本实用新型中，Cr17Ni2，20MnTiB及40CrMnMo均是依次经过淬火热处理和回火热处理后的材料。15号钢或20号钢是经过退火热处理后的材料，OCr18Ni9是经过固溶处理后的材料。 

本实用新型的短尾高强度铆钉具有以下优点： 

1.本实用新型的高强度铆钉连接副的拉槽为短尾设计，其长度为30mm，仅是哈克铆钉的拉槽长度的一半，从而有利于钢材节约； 

2.本实用新型的短尾高强度铆钉连接副具有锁定结构，设置在铆套上的凸缘沿铆钉锁紧槽的定位槽推进压紧后再转动一定角度即可锁定安装位置，铆套与铆钉可按照预定的安装位置进行挤压啮合，铆接工艺方便快捷，安装定位精确，施工平稳，提高了铆接施工的质量，同时还节省了人力资源； 

3.本实用新型的铆钉及铆套均选用国产专用材料，并针对不同材料进行相应地热处理，使材料具备优良的综合机械性能，达到国际标准ISO 898.1.8.8级的要求； 

4.本实用新型的短尾高强度铆钉连接副能够提供机械性能和施工工程性能参数，连接副施工工程性能达到美国标准US，MIL，P-23469的规定；此外还可以根据需要对连接副进行表面防蚀、表面涂层处理。国产铆钉连接副应用范围广，成本低，配套全，可以全方位地满足我国经济建设和国防建设的需要。 

附图说明

图1是铆钉的结构示意图； 

图2是铆钉锁紧槽和拉槽的环槽结构示意图； 

图3是图1的A-A剖示图； 

图4是铆套的结构示意图； 

图5是图4的左视图； 

图6是铆钉与铆套安装示意图。 

具体实施方式 

下面结合附图进一步描述本实用新型。本实用新型的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本实用新型的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本实用新型的思路和范围下可以对本实用新型技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均在本实用新型的保护范围内。 

如图1所示，铆钉包括钉头1和杆身2，钉头1可根据需要制成半圆头、圆柱头、六角头等。杆身2自钉头1依次为光杆部4、锁紧槽5、断裂槽7和拉槽8，断裂槽7呈V字形，将锁紧槽5和拉槽8分隔开。拉槽的长度为20-40mm，在本实用新型中，拉槽的长度优选为30mm。在锁紧槽5靠近断裂槽7的外圆周上开有定位槽 6，用于。 

如图2所示，锁紧槽5为相互之间不连续的环槽，用于将铆套3与锁紧槽5锁紧，拉槽8为相互之间不连续的环槽，用于在拉断过程中将拉槽夹紧和固定。锁紧槽5的公称直径大于拉槽8的公称直径。 

如图1、3所示，在锁紧槽5邻近断裂槽7一端的外圆周上开有定位槽6，用于安装铆套体9，使铆接安装时铆套与铆钉的位置锁定。 

铆钉选择不锈钢或合金钢的材料制成，如Cr17Ni2(退火态)，20MnTiB(Ф≤22mm)，40CrMnMo(Ф＞22mm)等。可以根据机械性能要求对铆钉材料进行相应的热处理，用以获得所需要的组织结构与性能。 

在本实用新型的实施例中，对上述不锈钢或合金钢材料Cr17Ni2(退火态)，20MnTiB(Ф≤22mm)以及40CrMnMo(Ф＞22mm)制成的铆钉依次进行淬火热处理以及回火热处理。 

其中，进行淬火热处理的步骤包括：首先将铆钉置于封闭的充满保护气的炉体中；然后将炉体加热到700-1200℃，保温1.5-3小时后，取出铆钉；再将取出的铆钉水冷或油冷至室温；淬火热处理使铆钉材料获得所需的马氏体组织。 

进行回火热处理的步骤包括：首先将经过淬火热处理的铆钉置于封闭的充满保护气的炉体中；然后将炉体加热到300-800℃，保温1.5-3小时后，取出铆钉；再将取出铆钉空冷或水冷至室温；回火处理使铆钉具有所需要的强度塑性和韧性。 

还可以根据需要对铆钉进行表面防蚀处理，以提高铆钉的耐腐蚀能力。 

如图4、5所示，铆套3为空心回转体，包括套头10及套体9，铆套3内孔表面光滑，套体9末端的内表面上设有与定位槽6相匹配的凸缘11。铆套3内孔的公称直径大于锁紧槽5的公称直径。 

铆套选择低碳钢或不锈钢的材料制成，如15号钢，20号钢，OCr18Ni9等。可以根据需要对铆套材料进行相应的热处理，用以获得所需要的组织结构与性能。 

在本实用新型实施例中，对15号钢或20号钢制成的铆套进行退火热处理，其步骤包括：首先将铆套置于封闭的充满保护气的炉体中；然后将炉体加热到500-800℃，保温1.5-3小时后，取出铆套；再将取出铆套空冷至室温；退火热处理可以降低铆套材料的硬度，提高塑性，有利于随后的挤压工艺，经退火热处理后，铆套的硬度HR_B≤80。 

在本实用新型另一实施例中，对OCr18Ni9材料制成的铆套进行固溶处理，其步骤包括：首先将铆套置于封闭的充满保护气的炉体中；然后将炉体加热到900-1200℃，保温1.5-3小时后，取出铆套；再将取出铆套水冷至室温；固溶处理用以降低铆套材料的硬性，提高塑性，保证随后的冷挤压工艺顺利进行，经固溶处理后铆套的硬度HR_B≤90。 

上述热处理过程中，热处理温度可以根据机械性能要求确定，保温时间由工件大小确定。热处理中的保护气根据铆钉、铆套材料的不同而不同，其中对不锈钢材料进行热处理的保护气为空气分离氮，对除不锈钢之外的其余材料进行热处理的保护气为甲醇裂化气，使用氧气探头使甲醇裂化气的碳势与铆钉、铆套材料的含碳量保持一致。 

经热处理后的铆钉由具有优良的综合机械性能，符合国际标准ISO 898.18.8级的要求。还可以根据需要在铆钉和铆套的表面进行防蚀处理，如镀镍(Ni)，以增加铆钉连接副的抗腐蚀能力。 

如图6所示，将铆钉穿过待连接的钢结构件后，将铆套3套在铆钉的锁紧槽5上，此时套体9末端的凸缘11沿定位槽6推进压紧。将铆套3转动一定角度后，凸缘脱离安装槽，与铆钉杆身卡合，即可锁定铆套安装位置，从而保证了平稳安装。铆套3安装固定后，由专用的液压铆枪实施铆接工艺。液压铆枪的爪子，夹紧拉槽8，挤压模套住铆套3并向前推压，于是铆套3内表面的金属材料啮入到铆钉锁紧槽5中，使铆钉和铆套铆合成为一个整体件，永不松动。挤压模完成挤压时，杆身拉应力大于断裂槽7处的抗拉强度时，断裂槽7被拉断，铆接工艺即告完成。 

经检测，本实用新型的短尾高强度铆钉连接副的施工工程性能(夹紧力、拉脱力和剪切力)达到美国标准US，MIL，P-23469的规定，可广泛应用于汽车、工程机械、铁路货车、地铁车厢、船舶甲板、坦克、炮车等，尤其适用于对铆接紧固件防松性能参数有更高要求的场合。此外，也可以根据需要在短尾高强度铆钉连接副表面加涂透明防蚀涂料等。 

Claims (10)

1.一种短尾高强度铆钉连接副，包括铆套(3)和具有钉头(1)、杆身(2)的铆钉，其特征在于：

杆身(2)上开有锁紧槽(5)和拉槽(8)，在锁紧槽(5)的外圆周上开有定位槽(6)；

铆套(3)为空心回转体，其内孔表面开有与定位槽(6)相匹配的凸缘(11)。

2.如权利要求1所述的短尾高强度铆钉连接副，其特征在于，所述拉槽(8)的长度为20-40mm。

3.如权利要求1所述的短尾高强度铆钉连接副，其特征在于，锁紧槽(5)与拉槽(8)之间设有断裂槽(7)。

4.如权利要求1所述的短尾高强度铆钉连接副，其特征在于，锁紧槽(5)的公称直径大于拉槽(8)的公称直径。

5.如权利要求1所述的短尾高强度铆钉连接副，其特征在于，钉头(1)和杆身(2)由合金钢材料制成。

6.如权利要求5所述的短尾高强度铆钉连接副，其特征在于，所述合金钢材料为20MnTiB，Cr17Ni2或40CrMnMo。

7.如权利要求1所述的短尾高强度铆钉连接副，其特征在于，铆套(3)由低碳钢或不锈钢材料制成。

8.如权利要求7所述的短尾高强度铆钉连接副，其特征在于，所述低碳钢为15号钢或20号钢，所述不锈钢为OCr18Ni9。

9.如权利要求1所述的短尾高强度铆钉连接副，其特征在于，所述锁紧槽(5)与钉头(1)之间为杆身的光杆部(4)。

10.如权利要求1所述的短尾高强度铆钉连接副，其特征在于，所述拉槽(8)位于杆身尾部。

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