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抽芯鉚釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用

抽芯鉚釘,也可稱作盲鉚釘,是一種適用于單面鉚接的鉚釘,其可靠性高、連接強(qiáng)度大、壽命長、操作使用方便,可用于鋁合金、結(jié)構(gòu)鋼和復(fù)合材料的連接,常在飛機(jī)不開敞部位的鉚接及維修中使用。

抽芯鉚釘由釘桿、釘套、鎖圈和頂片四個(gè)部分組成,如圖 1 所示。其中,釘桿具有鋸齒狀頭部、斷頸槽和剪斷環(huán);釘套在末端抽鉚成形時(shí),頭部有一微小內(nèi)腔,鎖圈變形后進(jìn)入并充滿該內(nèi)腔;

鎖圈作用是裝配在斷頸槽部位,鉚接后在釘頭中心可以看見,其作用是抽鉚時(shí)變形,鎖住釘桿和釘套;頂片是為鉚槍工作時(shí)提供抽鉚受力的基準(zhǔn)面。

001

圖1 抽芯鉚釘結(jié)構(gòu)示意圖

在國外,美國是最早生產(chǎn)和使用抽芯鉚釘?shù)膰?,目前最常用的?Cherry 公司的 CherryMax、Cher-ryMax‘AB’型、CherryLock型,以及 Alcoa 公司的 Huck-Clinch型、HuckMax型等產(chǎn)品。

國內(nèi)在二十一世紀(jì)初,也成功研制了國產(chǎn)抽芯鉚釘,并編制了對應(yīng)的航標(biāo)標(biāo)準(zhǔn),并在某型飛機(jī)上使用了多種規(guī)格數(shù)千件的抽芯鉚釘。

抽芯鉚釘可以在很多不開敞和封閉的結(jié)構(gòu)中, 替代實(shí)心鉚釘或螺栓等緊固件,保證結(jié)構(gòu)的力學(xué)傳遞效果和安全可靠性。

抽芯鉚釘?shù)陌惭b及成形過程如圖 

抽芯鉚釘?shù)陌惭b及成形過程如圖 2 所示。

002

  • 將抽芯鉚釘插入鉚孔,然后將釘桿放入鉚槍的拉頭。端正位置,固定鉚槍后,開始抽拉釘桿;


  • 拉動(dòng)釘桿,釘桿與釘套之間產(chǎn)生相對位移。由于釘套被固定,釘桿上的剪斷環(huán)擠壓釘套鉆入釘套內(nèi)孔,形成盲端鐓頭,并使釘套膨脹,與結(jié)構(gòu)產(chǎn)生夾緊力;


  • 拉頭繼續(xù)拉動(dòng)釘桿,剪斷環(huán)從釘桿整體上被剪斷下來,使釘桿及套在釘桿上的鎖圈能繼續(xù)穿過釘套移動(dòng)。當(dāng)鎖圈觸及到頂片后,鎖圈即被壓迫變形,形成填充釘套端頭凹槽的“安全鎖”;


  • “安全鎖”鎖圈填充釘套端頭凹槽,釘桿和釘套完全被鎖在一起。拉頭繼續(xù)拉動(dòng)釘桿使釘桿斷頸槽在釘套頭部平面被拉斷,使夾層形成可靠的連接。

抽芯鉚釘成形后的剖面圖如圖 3 所示。

003

抽芯鉚釘?shù)闹饕惭b特點(diǎn)是孔必須略大于釘桿的直徑,以便釘桿的膨脹部分插入。


孔松動(dòng)是抽芯鉚釘在裝配過程中普遍存在的問題,可以通過兩種方法改善:一是計(jì)算疊層厚度與夾層長度,使材料的疊層厚度正好落在抽芯鉚釘夾層長度范圍的中間;二是在安裝抽芯鉚釘前確定零件間的所有間隙都已消除。

抽芯鉚釘成形要求

抽芯鉚釘安裝完成后,鎖圈必須與釘頭頂面保持齊平或者在頂面之下,允許鎖圈毛刺高度最大 0.005″. 釘頭齊平度從釘頭頂面到斷頸槽平滑面測量所得,具體要求如表 1 所列及圖 4 所示。

抽芯鉚釘?shù)倪x擇

抽芯鉚釘有 1/8″、5/32″、3/16″和 1/4″等幾種直徑可供選擇,在維修等特殊應(yīng)用時(shí)可以選擇直徑加大 1/64″的加大件。為便于識(shí)別,正常件的頂片是金色的,加大件的頂片是銀色的。


抽芯鉚釘?shù)膴A持長度是范圍值,最大夾持與最小夾持相差 1/16″,零件尾號(hào)等于最大夾持的 16 倍。如:零件尾號(hào)是“-04”,那么最大夾持等于 1/4″,最小夾持等于 3/16″,夾持范圍即是 3/16″~1/4″,如圖 5 所示。

006

抽芯鉚釘有凸頭及埋頭兩種釘頭類型,材料涉及鋁合金、合金鋼、不銹鋼、蒙乃爾合金及鎳合金等, 表面處理方式有鍍鎘或者鈍化。為選擇適合夾持長度的抽芯鉚釘,可以使用專業(yè)量尺測量夾層厚度,如圖 6 所示。

007

抽芯鉚釘?shù)膽?yīng)用

抽芯鉚釘可安裝在飛機(jī)的水平安定面、機(jī)翼以及發(fā)動(dòng)機(jī)短艙等處。另外雖然其是單面連接緊固件, 但也可以用于不必要單面安裝的地方。在許多非結(jié)構(gòu)零件中,如內(nèi)部裝置、地板、除冰設(shè)備等,并不一定需要實(shí)心鉚釘,使用抽芯鉚釘可以節(jié)省時(shí)間、金錢、 勞動(dòng)力和重量等。


抽芯鉚釘為抗剪型緊固件,不可以在飛機(jī)如下區(qū)域中使用:

  • 高應(yīng)力區(qū)域;

  • 在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上或周圍的任何區(qū)域:在這些位置,松動(dòng)的抽芯鉚釘零件可能會(huì)被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口;

  • 機(jī)翼連接裝置、控制面板的鉸鏈托架、固定尾面連接裝置或類似的臨界位置;

  • 需液體密封區(qū)域;

  • 承受拉力、有可能將釘頭拔出的連接處。

結(jié)束語

抽芯鉚釘?shù)奶攸c(diǎn)是可以改善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、簡化工藝安裝、降低裝配噪音及生產(chǎn)成本等,但國內(nèi)的抽芯鉚釘產(chǎn)品,尤其是復(fù)材用抽芯鉚釘與國外產(chǎn)品還有差距,比如在種類、加工制造和理論研究上尚待提高。


在發(fā)展先進(jìn)飛機(jī)的過程中,還應(yīng)該加強(qiáng)抽芯鉚釘在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)應(yīng)用上的研究及開發(fā),使其形成一套完整的標(biāo)準(zhǔn)體系,保證飛機(jī)先進(jìn)性及質(zhì)量水平。



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