用于制造纤维复合部件的铆接部分的方法技术

技术编号:16801073 阅读:31 留言:0更新日期:2017-12-16 01:16
本发明专利技术提供了一种用于制造纤维复合部件的铆接部分的方法,其包括下述步骤:以与第二部件搭接的方式定位包含纤维复合材料的第一部件;激光钻出至少穿过第一部件的纤维复合材料的共享的通孔;将铆钉插入通孔中;以及将铆钉固定在第一和第二部件上。本发明专利技术还提供激光钻孔方法用于制造纤维复合部件的铆接部分的用途、包括这种类型的铆接部分的结构装置、用于制造交通工具外壳的方法以及交通工具外壳。

A method of riveting part for making fiber composite parts

The present invention provides a method for manufacturing the riveting part fiber composite component, which comprises the following steps: to lap and second component positioning contains fiber composite first component; the laser drilled at least through the first part of the fiber composite material through hole sharing; the rivet is inserted into the through hole and rivet; fixed in the first and second parts. The invention also provides a laser drilling method for manufacturing the riveting part of the fiber composite component, including the structural device of this type of riveting part, the method for manufacturing the shell of the vehicle and the shell of the transport vehicle.

【技术实现步骤摘要】
用于制造纤维复合部件的铆接部分的方法
本专利技术涉及用于制造纤维复合部件的铆接部分的方法、激光钻孔方法用于制造纤维复合部件的铆接部分的用途、包括这种类型的铆接部分的结构装置、用于制造交通工具外壳的方法以及交通工具外壳。
技术介绍
尽管本专利技术及其所基于的问题适用于任何结构装置,但是针对飞机机身更详细地描述了它们。现代飞机机身往往使用纤维复合材料(通常为碳纤维增强材料)来构造。飞机机身通常包括相互连接以组装飞机机身的多个外壳部。为了将外壳部固定在一起,通常使用铆接法,这常常为认证或授权所需。为了制造用于连接两个碳纤维增强塑料材料外壳部101、102的铆接部分,在申请人已知的方法中,使用手动定位的钻孔模板106和用手操作的动力钻105将通孔103引入外壳部101、102。这在图1中通过示例的方式被示出。图2A至图2C示出了用于制造这种类型的铆接部分的典型步骤:钻孔、清理和铆接。
技术实现思路
在这样的背景下,本专利技术的目的是提供一种用于制造纤维复合部件的铆接部分的改进方法。根据本专利技术,该目的是通过具有权利要求1的特征的方法和/或通过具有权利要求9的特征的结构装置和/或通过具有权利要求11的特征的方法和/或通过具有权利要求12的特征的交通工具外壳和/或通过具有权利要求13的特征的用途来实现的。因此,提供了:-一种用于制造纤维复合部件的铆接部分的方法,其包括下述步骤:以与第二部件搭接来定位包含纤维复合材料的第一部件;激光钻出至少穿过第一部件的纤维复合材料的共享的通孔;将铆钉插入通孔中;以及将铆钉固定在第一和第二部件上。-一种结构装置,包括:第一部件,其含有纤维复合材料;以及第二部件,第一和第二部件使用通过根据本专利技术的方法制造的铆接部分连接。-一种用于制造交通工具外壳的方法,特别是用于航空器或航天器的交通工具外壳,所述方法包括下述步骤:提供为包含纤维复合材料的第一外壳部的形式的第一部件;提供第二部件,特别是为第二外壳部的形式或为用于将第一外壳部对接连接到第二外壳部的连接部的形式;以及使用通过根据本专利技术的方法制造的铆接部分将第一部件连接到第二部件。-一种交通工具外壳,特别是航空器或航天器的外壳,其通过根据本专利技术的方法制造。-激光钻孔方法用于制造纤维复合部件的铆接部分的用途,特别是通过根据本专利技术的方法来制造纤维复合材料的铆接部分的用途。本专利技术的思想在于使用激光钻孔方法来制造纤维复合部件的铆接部分。以这种方式,可以防止在纤维复合部件的传统钻孔期间出现的极其微细的、极容易聚集的钻尘,因为在激光钻孔期间是蒸发而非切割纤维复合材料。出于此目的,聚焦在材料上的激光束的光能被纤维复合材料吸收,换言之,被转化成热量,使得材料蒸发而不产生灰尘。在蒸发期间,钻孔中的材料体积膨胀,使得局部出现高蒸气压。这种蒸气压随后还将任何熔化的物质从钻孔中排出。还可以通过使用超短脉冲激光器的激光加工的方式进行激光钻孔,使得材料直接从固态升华,特别是不熔化,而因此被除去。该方法还被称为激光烧蚀。因此,根据本专利技术,可以有利地省去了迄今为止制造纤维复合部件的铆接部分而由于出现钻尘需要的清理步骤。此外,大大减少制造铆接部分的加工时间。根据本专利技术,可以使用不同类型的激光钻孔方法。最简单的激光钻孔类型是单脉冲钻孔,在该方法中使用单个时间足够长的激光脉冲钻通材料。在冲击钻孔中,通过在同一点连续冲击多个脉冲来除去材料。相比之下,在通过开套孔的激光钻孔中,激光束在钻孔的中心周围通过,并因此连续扩大直径。较小的通孔可以提前通过冲击钻孔来制作。在螺旋钻孔中,激光束在呈圆形旋转的同时被对准工件。在数圈之后,圆形材料移除形成通孔。在激光钻孔中,这些选择中的每个与常规钻孔相比都是极快速的方法,并且只需一小段时间,特别是仅几分之一秒。另外,以这种方式还可以降低每钻一个孔的能量消耗。此外,激光钻孔还可以是自动化的,或者最好至少部分自动化,因为通孔可以以极高的重复精度来定位和再制作。在完全自动化的情况下,可以省略定位钻孔模板的步骤。在部分自动化的情况下,换言之,如果激光工具或激光光学器件在操作者的控制下被定位,则钻孔模板还可以设置为定位助手。例如,借助于探测激光器,激光光学器件可以定向到设置在钻孔模板中的孔,并因此被定位用于激光钻孔。可替代地或另外地,钻孔模板可以设置为固定的,以使待连接的部件可以在期望的位置定向到钻孔模板上。在这种情况下,可以在定向之后以自动化的方式钻多个相邻的孔。在一种实施方式中,可以想到为第二部件设置预钻孔,使得共享的通孔可以只通过激光钻孔穿过第一部件的纤维复合材料来产生。特别地,以这种方式在第二部件上预钻的孔可以包括用于以齐平的方式接收铆钉头的凹部。在另外的实施方式中,在激光钻孔期间第一部件和第二部件都被钻通。在这种情况下,共享的通孔是激光钻通第一部件的纤维复合材料以及第二部件得到的。激光束光学器件通常使用机器人、特别是工业机器人来引导。以这种方式,激光束可以被定向。此外,还有称为扫描仪的可移动的激光束光学器件,其使得可以通过光束偏转来定向和引导激光束。特别地,这还使激光加工可以“飞行”,换言之,不停止携带光学器件的机器人,并且这还可以减少加工时间。借助于提高的自动化水平,根据本专利技术,制造所需的(人)工作时间以及制造时间可以被大量减少。这种效应可能例如在每年放置数百万铆钉的飞机制造中具有巨大潜力。由于根据本专利技术的高重现性与钻孔机不同,因此激光束可以在无磨损的情况下操作。因此,在激光钻孔中,即使对于大量的孔,也观察不到孔几何形状的偏差、孔壁的变坏,特别是粗糙度的增加。此外,根据本专利技术的方法还可以灵活地用于不同类型的复合材料。特别地,其同样既可用于含有具有热塑性基体的复合材料的部件,也可用于含有具有热固性基体的复合材料的部件。因此,根据本专利技术的方法可用于制造各式各样的包括铆接部分的结构装置,例如既用于飞机的各式各样的外壳部,例如机身、机翼等,例如也用于陆地交通工具或船上的纤维复合材料外壳部。此外,还可以想到根据本专利技术的方法用于将外壳部连接到其它类型的结构件的用途,例如连接到连接或稳定元件(称为夹子或楔子)或直接连接到桁条和/或翼型条。第二部件作为含有纤维复合材料的第一部件的接合配合件,可以包括相同材料或不同材料。优选地,穿过第一和第二部件的共享的通孔通过激光钻孔在共用制造步骤中制造。以这种方式,定位的复杂性被保持为最小。然而,还可以想到通过激光钻孔以两个单独的步骤或以两步法来制造共享的通孔。例如,这可能在部件包括不同材料并且激光钻孔因此需要不同的工艺参数的情况下是有利的。在这种情况下,部件因此可以在激光钻共享的通孔之前以搭接定位,或者只是在激光钻共享的通孔之后与共享的通孔自然一致地定位。有利的实施方式及对本专利技术的改进可以在从属权利要求中找到。在优选的改进中,激光钻孔使用高能激光束进行。在这种情况下,激光束的强度在使得可以使纤维复合材料的基体材料和纤维都蒸发的范围中。特别地,这是激光功率在千瓦范围中的激光束。出于此目的,特别是固体激光器,例如盘式激光器(例如Nd:YAG:钕掺杂钇铝石榴石)或纤维激光器(例如,镱纤维激光器)是可以想到的。还可以想到使用高功率气体激光器,特别是二氧化碳激光器。特别地,这可以是高亮度激光束。亮度通常是光束质量的特征值。在高亮度下,高光本文档来自技高网...
用于制造纤维复合部件的铆接部分的方法

【技术保护点】
一种用于制造纤维复合部件的铆接部分(17)的方法,其包括下述步骤:以与第二部件(2;2’)搭接的方式来定位包含纤维复合材料的第一部件(1);激光钻出至少穿过第一部件(1)的纤维复合材料的共享的通孔(3);将铆钉(4)插入通孔(3)中;以及将铆钉(4)固定在第一和第二部件(1,2;1,2’)上。

【技术特征摘要】
2016.06.08 DE 102016210115.31.一种用于制造纤维复合部件的铆接部分(17)的方法,其包括下述步骤:以与第二部件(2;2’)搭接的方式来定位包含纤维复合材料的第一部件(1);激光钻出至少穿过第一部件(1)的纤维复合材料的共享的通孔(3);将铆钉(4)插入通孔(3)中;以及将铆钉(4)固定在第一和第二部件(1,2;1,2’)上。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,激光钻孔使用高能激光束(5)进行,特别是使用具有在千瓦范围内的激光功率的高能激光束。3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,第二部件(2)同样包含纤维复合材料,所述纤维复合材料在激光钻孔期间被钻通。4.根据前述权利要求中至少一项所述的方法,其特征在于,纤维复合材料包含碳纤维,碳纤维中的一些通过激光钻孔被部分地钻通。5.根据前述权利要求中至少一项所述的方法,其特征在于,激光束(5)以适合于期望的孔径的方式被扩大或散焦,以用于激光钻孔。6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,激光束(5)初始被更严重地扩大或散焦,并且随后越来越小地下降到期望的孔径,以形成通孔(3)的锥形入口(21),该锥形入口(21)被形成为用于装埋铆钉头(22)。7.根据前述权利要求中至少一项所述的方法,其特征在于,至少第一部件(1)以平面形式提供,和/或第一部件(1)与第二部件(2;2’)的多个共享的通孔(3)通过激光钻孔形成为沿第一部件(1)的边缘(14)延伸的直线,铆钉(4)被插入每个通孔(3)中并且被固定到第一和第二部件(1,2;1,2’)上以形成特别均匀的连续接合线(13)。8.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员:保罗·约恩彼得·林德
申请(专利权)人:空中客车运营有限公司
类型:发明
国别省市:德国,DE

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