一种抽芯铆钉及使用该铆钉的铆接方法技术

本发明专利技术提供一种抽芯铆钉，由铆钉体和铆芯轴组成，所述铆钉体头部加工有尖刃，用于刺入母材，尾部设有凸台，所述凸台靠近尖刃面设有母材凹槽，用于收容钻孔时溢出的母材；远离尖刃面设有驱动凹槽，用于传递扭矩；所述铆芯轴头部设有轴肩，与所述铆钉体内壁过渡配合；中部设有应力槽，在应力作用下能够使铆芯轴折断；尾部设有装夹夹紧特征和装夹导向特征。本发明专利技术提供的抽芯铆钉及使用该铆钉的铆接方法，解决了航空航天等空间复杂区域无法预钻孔的单面操作的高强度铆接问题，具有高效自动化、力学性能佳、无多余物的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种抽芯铆钉及使用该铆钉的铆接方法
本专利技术涉及铆接领域，特别涉及一种抽芯铆钉及使用该铆钉的铆接方法。
技术介绍
在航天航空大型产品总装中，常常遇到空间狭窄、封闭或半封闭、结构复杂区域的结构连接工况，这种工况往往背部支撑和背部操作十分困难，对双面操作的连接工艺如钻孔、螺栓连接、压铆、冲击铆、搅拌摩擦焊接带来巨大挑战，基本是费时、费力、难以奏效。因此，在这种工况下多选用抽芯铆接。传统抽拉式钉芯铆钉是通过施加在芯杆上从内向外的拉拔力实现安装。力施加到铆钉头，拉伸含有预制缺口的芯杆使远端钉体向外膨胀，形成镦头，当达到规定载荷时芯杆在缺口处断裂。这种铆接需要专用拉铆工具，铆接质量不很稳定，除此之外，铆钉钻孔很难进行，需要工人手工操作。断在钉体内部的芯杆没有被全部形包裹，具有脱落风险，在一些特殊场合如航天、医疗器械、食品等行业，对多余物控制要求十分严格，尽量避免铆钉零件脱落，因此传统抽芯拉铆应用场合被大大限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种抽芯铆钉及使用该铆钉的铆接方法，以解决现有铆接方法在复杂工况下操作困难、连接强度低及多余物控制的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：提供一种抽芯铆钉，由铆钉体和铆芯轴组成，所述铆钉体头部加工有尖刃，用于刺入母材，尾部设有凸台，所述凸台靠近尖刃面设有母材凹槽，用于收容钻孔时溢出的母材；远离尖刃面设有驱动凹槽，用于传递扭矩；所述铆芯轴头部设有轴肩，与所述铆钉体内壁过渡配合；中部设有应力槽，在应力作用下能够使铆芯轴折断；尾部设有装夹夹紧特征和装夹导向特征。进一步地，所述铆钉体的材料为易变形纯钛或不锈钢；所述铆芯轴选用比铆钉体强度和硬度更高的材料。进一步地，将铆芯轴装入铆钉体，经多次冲压，使铆钉体完全包覆铆芯轴形成封闭体。进一步地，对抽芯铆钉进行整体精加工，以保证同轴度。本专利技术的另一个技术方案是：提供一种使用上述抽芯铆钉的铆接方法，包括以下步骤：S1、通过驱动凹槽，驱动铆钉体旋转给进，刺入母材钻孔直到铆钉体尾部凸台紧贴母材后急停；S2、通过装夹夹紧特征和装夹导向特征，驱动铆芯轴旋转并逐渐回抽，使得轴肩膨胀并锁合母材后急停；S3、施加应力使应力槽断裂，将多余铆芯杆折断取出。本专利技术提供的抽芯铆钉及使用该铆钉的铆接方法，解决了航空航天等空间复杂区域无法预钻孔的单面操作的高强度铆接问题，具有高效自动化、力学性能佳、无多余物的特点。同时，在如今混合材料组合结构的应用当中，本专利技术可铆接如钢/铝合金/镁合金/金属基复合材料/非金属材料等混合材料组合，前景十分广阔。附图说明下面结合附图对专利技术作进一步说明：图1为本专利技术实施例提供的抽芯铆钉的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的铆接方法示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出抽芯铆钉及使用该铆钉的铆接方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。本专利技术的核心思想在于，为航空航天等空间复杂区域无法预钻孔的单面操作的高强度铆接及多余物控制的问题，本专利技术融合钻孔技术、搅拌摩擦热连接技术与抽芯铆接形锁合技术，即设计铆钉体头部作为钻头刀刃，并将芯杆封闭在铆钉体内部，采用旋转摩擦生热软化母材和铆钉，再通过芯钉回抽，完成热作用与形锁合耦合抽芯铆焊连接，在此过程无预钻孔、不产生多余物、自动化与质量可控。现以一较佳实施例详细说明本专利技术的可控制多余物的抽芯式旋转摩擦铆接铆钉及铆接方法。图1所示为本实施例要制造的可控制多余物的抽芯式旋转摩擦铆接铆的示意图。如图1所示，铆钉由铆钉体1和铆芯杆2组成；铆钉体1套在铆芯杆2的一端，通过封闭在铆钉体内部的过渡配合摩擦副轴肩4连接；铆钉体1头部具有可钻入母材的尖刃3；铆钉体1尾部具有驱动凹槽6，用于传递钻入母材的扭矩；铆钉体1尾部的凹法兰面9具有有一定几何形状的凹槽法兰面，用于收容钻孔时母材溢出材料体积；铆芯杆2头部有轴肩4，用于铆芯杆2相对铆钉体1产生旋转摩擦热和铆芯杆2相对铆钉体1的回抽形膨胀锁合母材；铆芯杆2中间具有应力槽5，在一定应力之下可使铆芯杆2折断；铆芯杆2尾部具有装夹夹紧特征7和装夹导向特征8。图2所示为本实施例的可控制多余物的抽芯式旋转摩擦铆接铆钉铆接方法示意图。如图2所示，主轴装夹铆芯杆1的夹紧特征7和导向特征8，并可通过铆钉体1的驱动凹槽6特征驱动铆钉体1旋转与进给，刺入母材钻孔直到钉体尾部法兰面9贴合母材，并急停，使得母材与铆钉体1产生铆焊；钻孔后，保持铆钉体1轴向固定，驱动铆芯杆2高速旋转并逐渐回抽，使得铆钉体头部轴肩4膨胀并锁合母材，急停，结束铆合；最后通过施加应力使得铆芯杆2的应力槽断裂，将多余铆芯杆折断取出，完成铆接过程。可控制多余物的抽芯式旋转摩擦铆接铆钉铆接方法中铆钉的各部分均在旋转摩擦作用下完成铆接过程，称作摩擦铆接。可控制多余物的抽芯式旋转摩擦铆接铆钉铆接方法中铆钉芯杆有部分断裂在铆钉体内部，而芯杆的强度、硬度较高，具有实心铆接特点，能实现高强度铆接需求。较佳地，铆钉体1选用易变形纯钛、不锈钢材质，铆芯杆2采用相对铆钉体1更高强度更高硬度材料；将精加工后的铆芯杆2装入铆钉体1坯件，经多次冲压，使得铆钉体1完全包覆铆芯杆2形成封闭体，并制出驱动凹槽6；热处理后，对组件进行整体精加工，保证同轴度，并制出尖刃3及其他特征修正，最终制出抽芯铆钉。本实施例的采用铆钉体设计为头部封闭并设置刀刃，尾部设置带凹槽法兰面，可以有效抑制母材切削多余物和铆钉芯杆多余物的发生。本实施例的采用摩擦铆接主轴具有双驱动、双进给，通过恰当的设计可以实现力和位移反馈控制，整机采用电驱动与伺服，具有高效自动化、质量稳定可控等特点。显然，本领域的技术人员可以对本专利技术进行各种改动和变形而不脱离本专利技术的精神和范围。这样，倘若本专利技术的这些修改和变型属于本专利技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本专利技术也意图包含这些改动和变型在内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抽芯铆钉，其特征在于：由铆钉体和铆芯轴组成，所述铆钉体头部加工有尖刃，用于刺入母材，尾部设有凸台，所述凸台靠近尖刃面设有母材凹槽，用于收容钻孔时溢出的母材；远离尖刃面设有驱动凹槽，用于传递扭矩；所述铆芯轴头部设有轴肩，与所述铆钉体内壁过渡配合；中部设有应力槽，在应力作用下能够使铆芯轴折断；尾部设有装夹夹紧特征和装夹导向特征。

【技术特征摘要】
1.一种抽芯铆钉，其特征在于：由铆钉体和铆芯轴组成，所述铆钉体头部加工有尖刃，用于刺入母材，尾部设有凸台，所述凸台靠近尖刃面设有母材凹槽，用于收容钻孔时溢出的母材；远离尖刃面设有驱动凹槽，用于传递扭矩；所述铆芯轴头部设有轴肩，与所述铆钉体内壁过渡配合；中部设有应力槽，在应力作用下能够使铆芯轴折断；尾部设有装夹夹紧特征和装夹导向特征。2.如权利要求1所述的抽芯铆钉，其特征在于，所述铆钉体的材料为易变形纯钛或不锈钢；所述铆芯轴选用比铆钉体强度和硬度更高的材料。3.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，赵维刚，范振昌，董丰波，乔凤斌，董欣，
申请(专利权)人：上海航天设备制造总厂，
类型：发明
国别省市：上海,31