[發(fā)明專(zhuān)利]冷加工在復(fù)合材料和金屬堆中的孔

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410495340.6
• 申請(qǐng)日: 2014-09-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104552440A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·D·約翰;N·A·艾倫;J·A·唐-賽特;A·B·勞倫斯
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 波音公司
• 主分類(lèi)號(hào): B26F1/16
• 分類(lèi)號(hào): B26F1/16;B23B35/00
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)大體涉及在金屬中的孔的冷加工，并且更具體地涉及用于冷加工在金屬和復(fù)合材料層的堆中的孔的方法和工具。

背景技術(shù)

在復(fù)合材料和金屬構(gòu)件之間有時(shí)需要形成緊固的接頭。例如，在航空工業(yè)中，金屬拼接元件可以被用于將復(fù)合材料機(jī)身框架的各區(qū)段連結(jié)在一起。同樣地，金屬剪切帶可以被緊固至復(fù)合材料外部蒙皮。

在緊固的金屬結(jié)構(gòu)中的孔周?chē)臐撛诮饘倨谀軌蛲ㄟ^(guò)“冷加工”孔來(lái)減小。一種冷加工的方法包含放置對(duì)開(kāi)套筒在孔中，并且拉動(dòng)心軸通過(guò)套筒。對(duì)開(kāi)套筒的使用允許單側(cè)處理孔并且屏蔽孔以免于心軸的高干涉所產(chǎn)生的摩擦力。拉動(dòng)心軸通過(guò)套筒擴(kuò)展并且導(dǎo)致在圍繞孔的金屬結(jié)構(gòu)中的材料的徑向塑性流動(dòng)，從而將該材料置于張力狀態(tài)中。在去除心軸后，在圍繞該孔的結(jié)構(gòu)中存在殘余壓縮應(yīng)力的環(huán)形區(qū)，其可以延伸到超過(guò)孔的邊緣一個(gè)直徑。

然而，當(dāng)冷加工形成在金屬和復(fù)合材料層的堆中的孔時(shí)，問(wèn)題被提出。對(duì)開(kāi)套筒在冷加工處理期間的擴(kuò)展會(huì)導(dǎo)致圍繞孔的復(fù)合材料層的不期望的變形，且/或產(chǎn)生聚集在對(duì)開(kāi)套筒上的復(fù)合材料殘余。這個(gè)問(wèn)題的一種解決方法包含拆卸堆、冷加工在金屬層中的孔并且然后將層重新組裝成堆。然而，這個(gè)解決方法是耗時(shí)的、勞動(dòng)強(qiáng)度大的且在一些應(yīng)用中可能是不實(shí)際的。

因此，需要一種方法和工具，其用于冷加工在復(fù)合材料和金屬堆中的孔而不用拆卸堆且可以從堆的一側(cè)執(zhí)行。

發(fā)明內(nèi)容

所公開(kāi)的實(shí)施例提供一種用于冷加工在緊固接頭中的復(fù)合材料和金屬層的堆中的孔的方法和裝置。該方法可以不需要拆卸堆來(lái)執(zhí)行在金屬層中的孔的冷加工。該方法減少或消除在冷加工處理期間復(fù)合材料層的不期望的變形，并且還可以減小或消除復(fù)合材料碎片和這些碎片在冷加工工具上的聚集。所公開(kāi)的冷加工方法可以從堆的一側(cè)執(zhí)行。

根據(jù)一個(gè)公開(kāi)的實(shí)施例，提供用于冷加工通過(guò)至少一個(gè)金屬層和至少一個(gè)復(fù)合材料層構(gòu)成的堆的孔的方法。工具被放置在孔中，并且干涉僅形成在工具和金屬層之間。該工具用于僅向金屬層施加向外的徑向力。該工具通過(guò)徑向擴(kuò)展為與金屬層接觸且同時(shí)維持在工具和復(fù)合材料層之間的間隙來(lái)施加向外的徑向力。可以通過(guò)在工具和金屬層之間插入材料，或通過(guò)從在孔周?chē)膹?fù)合材料層去除材料以在復(fù)合材料層和工具之間形成突出的金屬帶，來(lái)獲得干涉。

根據(jù)另一公開(kāi)的實(shí)施例，提供冷加工通過(guò)復(fù)合材料和金屬層的堆的孔的方法。對(duì)開(kāi)套筒被放入孔內(nèi)，并且然后被擴(kuò)展為僅與金屬層接觸同時(shí)維持在復(fù)合材料層和對(duì)開(kāi)套筒之間的間隙。壓縮應(yīng)力通過(guò)對(duì)開(kāi)套筒僅被施加到金屬層。對(duì)開(kāi)套筒通過(guò)拉動(dòng)心軸通過(guò)對(duì)開(kāi)套筒被擴(kuò)展。通過(guò)在對(duì)開(kāi)套筒和每個(gè)金屬層之間插入材料，在復(fù)合材料層和對(duì)開(kāi)套筒之間維持間隙。該間隙也可以通過(guò)在對(duì)開(kāi)套筒和每個(gè)金屬層之間插入材料被維持。插入材料可以通過(guò)添加材料到圍繞孔的金屬層或通過(guò)添加材料到對(duì)開(kāi)套筒被執(zhí)行。

根據(jù)進(jìn)一步公開(kāi)的實(shí)施例，提供用于冷加工在復(fù)合材料和金屬層堆中的孔的工具。該工具包括能夠被插入孔內(nèi)的且具有圍繞工具構(gòu)件圓周地延伸的增加直徑的帶的可擴(kuò)展工具構(gòu)件。所述增加直徑的帶適于接觸且將壓縮應(yīng)力僅施加至堆中的金屬層。可擴(kuò)展工具構(gòu)件可以是對(duì)開(kāi)套筒和心軸中的一個(gè)。

總之，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供冷加工通過(guò)至少一個(gè)金屬層和至少一個(gè)復(fù)合材料層構(gòu)成的堆的孔的方法，其包括放置工具在孔中；僅在工具和金屬層之間形成干涉；以及使用工具將向外的徑向力僅施加到金屬層。

有利地，該方法中使用工具施加向外的徑向力通過(guò)徑向地?cái)U(kuò)展工具為與金屬層接觸且同時(shí)維持在工具和復(fù)合材料層之間的間隙被實(shí)現(xiàn)。

有利地，該方法中形成所述干涉包括在工具與金屬層之間插入材料。

有利地，該方法中插入材料通過(guò)僅在工具和金屬層之間放置套管被實(shí)現(xiàn)。

有利地，該方法中插入材料包括在工具上形成材料帶。

有利地，該方法中在工具上形成材料帶通過(guò)火焰噴涂、電鍍、微焊接和蝕刻中的一種被實(shí)現(xiàn)。

有利地，該方法中在工具與金屬層之間插入材料包括施加材料至圍繞孔的金屬層。

有利地，該方法中施加材料至金屬層通過(guò)電鍍和微焊接中的一種被實(shí)現(xiàn)。

有利地，該方法中形成干涉通過(guò)從在孔周?chē)膹?fù)合材料層去除材料以在復(fù)合材料層和工具之間形成突出的金屬帶被實(shí)現(xiàn)。

有利地，該方法中放置工具在孔中包括放置套筒在孔中，并且使用工具施加向外的徑向力包括通過(guò)拉動(dòng)心軸通過(guò)套筒擴(kuò)展套筒。