设计插入件并且通过干涉将插入件配合到非金属材料的开口中的方法技术

用于将插入件(18)插入复合材料(10)的孔(12)中的方法包括：使所述插入件的温度下降至使所述插入件的材料收缩至第一周边的降低的温度；在所述降低的温度下将所述插入件插入所述复合材料的所述孔中；以及容许所述插入件的所述温度从所述降低的温度增加至操作温度。在所述操作温度下，所述插入件呈现第二周边大于所述第一周边，以便由于在所述插入件与所述复合材料之间的干涉而保持在所述复合材料内，所述干涉是使得将结构负载从所述插入件传递至所述复合材料并且使得在所述操作温度下所述插入件从所述复合材料脱离导致所述复合材料受到损坏。

A method for designing inserts and inserting them into openings of non-metallic materials through interference.

A method for inserting an insert (18) into a hole (12) of a composite material (10) includes: reducing the temperature of the insert to a reduced temperature of the material of the insert to the first peripheral; inserting the insert in the hole of the composite material at the reduced temperature; and allowing the inserted part. The temperature is increased from the reduced temperature to the operating temperature. At the operating temperature, the insert presents a second peripheral greater than the first peripheral so that the interference of the insert and the composite material is kept in the composite material, the interference is made to transfer the structure load from the insert to the composite material and so that the operation is made. The composite material is damaged due to temperature separation of the insert from the composite material.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】设计插入件并且通过干涉将插入件配合到非金属材料的开口中的方法相关申请的交叉引用本专利申请要求2015年9月10日提交的英国专利申请号1516039.3的优先权。专利
本专利技术涉及设计插入件并且通过干涉将所述插入件配合到非金属材料(诸如复合材料或聚合物材料)的开口中的一种或多种方法。更具体地，本专利技术涉及设计插入件并且通过干涉将所述插入件冻结配合到复合材料或聚合物材料的开口中的方法。所述插入件例如可以是插塞或套管。背景和相关技术的描述如由非金属材料构造飞行器方面的技术人员应理解，存在将插入件定位到所述材料的开口或孔中变得必要的情况。所述插入件除其他可能之外可以是固体插塞或套管。在一个设想实例中，堵塞在复合材料中不正确地(诸如以错误的大小或在不正确的位置处)钻探的孔可能是必要的。在另一个设想实例中，将套管插入开口中以将轴容纳在其中可能是令人希望的。例如，套管可提供合适的位置以便使轴旋转。如本领域的技术人员应理解，复合材料在将插塞或套管插入其中时存在唯一挑战。具体地，常见地在飞行器的构造中使用的复合材料通常由悬浮在树脂基体中的多个层片的纺织碳纤维织物形成。当将插塞或套管插入复合材料中时，必须要注意避免复合材料的脱层。复合材料上太多压力还可导致复合材料开裂和/或受到损坏。此外，对于用充足的干涉配合到开口中的插塞或套管而言，阻止插塞和/或套管从开口移除或脱离是重要的。如果干涉不够充足，那么套管或插塞可能不经意地从开口移除。如果干涉太紧，由插塞和/或套管施加在开口的内部直径上的压力可能如此大以致于复合材料开裂或以其它方式变得损坏。当将插塞或套管插入复合材料中时的另外的挑战在于腐蚀问题可产生。具体地，制成插入件的材料可与制成复合材料的材料不能兼容。在不兼容性的一些情况下，插入件可与复合材料化学地和/或电化学地反应，从而导致材料中的一者或两者腐蚀。而且，当将插入件定位在复合材料中时，对复合材料的处置存在限制。具体地，在将插塞或套管插入复合材料中之前加热所述复合材料是不智的。加热复合材料可影响复合材料的物理特性。单独地，插入件的热膨胀系数(“CTE”)应被选择成使得插入件的CTE与复合材料的CTE兼容。如果两种材料的CTE是不兼容的，那么存在插入件和/或复合材料中的一者或两者可能经历微开裂的可能性。现有技术对以上所列举出的困难中的一个或多个并未提供合适的解决方案。因此，用于将插塞或套管插入复合材料的开口中的改进的方法是令人希望的。专利技术概要本专利技术解决相对于现有技术的不足中的一个或多个。具体地，本专利技术提供用于将插入件插入复合材料的孔中的方法，所述方法包括：使插入件的温度下降至使插入件的材料收缩至第一周边的降低的温度；在降低的温度下将插入件插入复合材料的孔中；以及容许插入件的温度从降低的温度增加至操作温度。在操作温度下，插入件呈现第二周边大于第一周边，以便由于在插入件与复合材料之间的干涉而保持在复合材料内，所述干涉是使得将结构负载从插入件传递至复合材料并且使得在操作温度下插入件从复合材料脱离导致复合材料受到损坏。在一个设想实施方案中，干涉避免了使复合材料微开裂。另外，本专利技术的方法可包括选择用于插入件的材料，所述材料拥有补充复合材料以当插入件处于操作温度下时基本上避免使复合材料产生微开裂的热膨胀系数。在一个非限制性实施方案中，设想操作温度处于约-70℃(约-94°F)与约160℃(约320°F)之间。本专利技术设想涵盖复合材料包括悬浮在树脂基体中的多个碳纤维层的一个实施方案。另外，设想插入件是插塞、套管或轴中的至少一个。在其他实施方案中，插入件可以是选自包括如下各项的组的至少一种材料：聚合物、聚醚醚酮(“PEEK”)、聚芳醚酮(“PAEK”)、聚醚酮酮(“PEKK”)、聚苯砜(“PPSU”)、用钢加强的聚合物(“SRP”)、聚氮丙啶(“PEI”)、聚苯硫醚(“PPS”)、聚邻苯二甲酰胺(“PPA”)和聚四氟乙烯(“PTFE”)陶瓷，诸如三水合氧化铝，蒙脱土，粘土，滑石，云母，硅石，飞灰，硅灰石，高岭土，钛，抗腐蚀不锈钢，钢，铁，铁合金，铜、镍和锡的合金，铜，铜的合金，镍，镍的合金，锡，和锡的合金。此外，所述材料还可包括如下中的至少一种：碳粉末、30％的碳、碳纤维、40％的碳纤维、短碳纤维、碳黑、碳纳米管、玻璃纤维、芳纶纤维、石墨烯、银、银颗粒、纳米颗粒银、镍、金、铜和半导体氧化物。在添加半导体氧化物的情况下，半导体氧化物可以是氧化锌、二氧化锡和二氧化钛中的至少一种。在一个非限制性实施方案中，使插入件的温度下降包括将插入件浸入液态氮中。在另一个非限制性实施方案中，使插入件的温度下降包括将插入件暴露于干冰。设想当将插入件插入孔中时可采用工具。另外，在本专利技术的选择的实施方案中，设想插入件的周边是滚花的、开槽的、磨砂的、粗糙的或以其它方式定形中的至少一种以增强与孔的周边的接合。关于本专利技术的方法，设想在降低的温度下插入件的第一周边小于孔的周边。此外，设想在操作温度下插入件的第二周边与孔的周边共同延伸。此外，插入件的温度可辐射地、传导地、对流地或感应地中的至少一种升高。根据本专利技术的一个实施方案，在插入之后，插入件的第一侧与复合材料的第一侧齐平并且插入件的第二侧与复合材料的第二侧齐平。在本专利技术的另一个实施方案中，插入件是包括中心部分和围绕所述中心部分的多个卷绕层的插塞。如果这样的话，中心部分和卷绕层可由不同材料构造。插入件被制造成处于与其希望的尺寸0.0005”的典型公差内。在替代性实施方案中，本专利技术提供飞行器部件，所述飞行器部件包括复合材料，所述复合材料包括穿过复合材料的厚度延伸的孔，和定位在孔内的插入件。插入件包括由碳纤维增强的PEEK材料。插入件通过在插入件与复合材料之间的干涉保留在孔内。本专利技术的另外方面从以下的段落将变得明显。附图简述现在将结合本专利技术的附图来描述本专利技术，在附图中：图1是提供用于本专利技术的一种环境的复合材料的一部分的图形的顶视图；图2是图1中所示的复合材料的图形的顶视图，其中插塞的第一实施方案在降低的温度下插入复合材料的孔中；图3是图2中所示的复合材料的图形的顶视图，其中插塞在达到操作温度时膨胀来填充孔；图4是图1中所示的复合材料的图形的顶视图，示出套管在降低的温度下插入复合材料的孔中；图5是图4中所示的复合材料的图形的顶视图，其中套管在达到操作温度时膨胀来填充孔；图6是简述由本专利技术设想的一种方法的流程图；图7是图4中所示的复合材料的图形的侧视图，示出用于将套管插入复合材料的孔中的第一操作；图8是图7中所示的复合材料的图形的侧视图，示出用于将套管插入复合材料的孔中的第二操作；图9是图8中所示的复合材料的图形的侧视图，示出用于将套管插入复合材料的孔中的第三操作；图10是图9中所示的复合材料的图形的侧视图，示出用于将套管插入复合材料的孔中的第四操作；图11是在将套管定位在复合材料的孔中并且达到操作温度之后所述套管的图形的侧视图；图12是图4中所示的复合材料的图形的侧视图，示出图7中所示的工具的变型；图13是图1中所示的复合材料的图形的顶视图，其中插塞的第二实施方案在降低的温度下插入复合材料的孔中；图14是图13中所示的复合材料的图形的顶视图，其中插塞在达到周围温度时膨胀来填充孔；并且图15是图1中所示的复合材料的图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将插入件插入复合材料的孔中的方法，其包括：使所述插入件的温度下降至所述插入件的材料收缩至第一周边的降低的温度；在所述降低的温度下将所述插入件插入所述复合材料的所述孔中；以及容许所述插入件的所述温度从所述降低的温度增加至操作温度，其中在所述操作温度下，所述插入件呈现第二周边大于所述第一周边，以便由于在所述插入件与所述复合材料之间的干涉而保持在所述复合材料内，所述干涉是使得将结构负载从所述插入件传递至所述复合材料并且使得在所述操作温度下所述插入件从所述复合材料脱离导致所述复合材料受到损坏。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.10 GB 1516039.31.一种用于将插入件插入复合材料的孔中的方法，其包括：使所述插入件的温度下降至所述插入件的材料收缩至第一周边的降低的温度；在所述降低的温度下将所述插入件插入所述复合材料的所述孔中；以及容许所述插入件的所述温度从所述降低的温度增加至操作温度，其中在所述操作温度下，所述插入件呈现第二周边大于所述第一周边，以便由于在所述插入件与所述复合材料之间的干涉而保持在所述复合材料内，所述干涉是使得将结构负载从所述插入件传递至所述复合材料并且使得在所述操作温度下所述插入件从所述复合材料脱离导致所述复合材料受到损坏。2.如权利要求1所述的方法，其中所述干涉避免使所述复合材料微开裂。3.如权利要求1所述的方法，其还包括：选择用于所述插入件的材料，所述材料拥有补充所述复合材料以当所述插入件处于所述操作温度下时基本上避免使所述复合材料产生微开裂的热膨胀系数。4.如权利要求1所述的方法，其中所述操作温度处于约-70℃(约-94°F)与约160℃(约320°F)之间。5.如权利要求1所述的方法，其中所述复合材料包括悬浮在树脂基体中的多个碳纤维层。6.如权利要求1所述的方法，其中所述插入件是插塞、套管或轴中的至少一种。7.如权利要求1所述的方法，其中所述插入件包括选自包括如下各项的组的至少一种材料：聚合物、聚醚醚酮(“PEEK”)、聚芳醚酮(“PAEK”)、聚醚酮酮(“PEKK”)、聚苯砜(“PPSU”)、用钢加强的聚合物(“SRP”)、聚氮丙啶(“PEI”)、聚苯硫醚(“PPS”)、聚邻苯二甲酰胺(“PPA”)和聚四氟乙烯(“PTFE”)陶瓷，诸如三水合氧化铝，蒙脱土，粘土，滑石，云母，硅石，飞灰，硅灰石，高岭土，钛，抗腐蚀不锈钢，钢，铁，铁合金，铜、镍和锡的合金，铜，铜的合金，镍，镍的合金，锡，和锡的合金。8.如权利要求7...

【专利技术属性】
技术研发人员：科林·塞缪尔·汉纳，罗伯特·塞缪尔·威尔逊，威廉·克里斯托弗·坎贝尔，
申请(专利权)人：肖特兄弟公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB