[發明專利]一種抽芯鉚釘、以及鉚接方法

在審

• 申請號: 202110430937.2
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113137419A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 閔峻英;張凱;王云慶;廖品翔;林建平
• 申請（專利權）人: 同濟大學;一浦萊斯精密技術（深圳）有限公司
• 主分類號: F16B19/10
• 分類號: F16B19/10
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 侯凍

本發明涉及一種抽芯鉚釘、以及鉚接方法，抽芯鉚釘包括鉚套和芯軸，所述鉚套包括鉚體、以及鉚體上端的上帽沿，所述芯軸包括軸桿、以及軸桿下端的尖頭部，所述軸桿穿設在鉚體中，且尖頭部抵接鉚體下端，所述鉚體由上至下包括主連接段和下鉚段，所述主連接段側面為錐面、且半徑上大下小，所述主連接段用于穿插在被鉚接工件中，且主連接段的長度大于等于被鉚接工件的厚度，所述下鉚段側面為圓柱面、或者為半徑上大下小的錐面，且下鉚段上端半徑與主連接段下端半徑相同；在鉚接過程中，所述鉚套下端部分能在向上拉拔芯軸的過程中被尖頭部沿軸向壓縮成鼓或者沿徑向擠壓膨脹而形成下鉚帽，且下鉚帽與上帽沿一起將被鉚接工件鉚接住。

技術領域

本發明涉及鉚接技術領域，特別是涉及一種抽芯鉚釘、以及鉚接方法。

背景技術

近年來，由于航空航天、汽車等領域輕量化的要求越來越高，鋁合金、鎂合金等材料，以及封閉/半封閉零部件的應用越來越廣泛，如何實現金屬/非金屬材料及封閉/半封閉結構件的高強度連接成為實現輕量化的關鍵。

針對上述問題，美國GM提出了一種新型鉚接工藝——攪拌摩擦單面鉚接工藝(Friction Stir Blind Riveting,FSBR)，其利用具有一定轉速與進給速度的鉚釘穿透與連接被連接工件，具有連接強度高、工藝約束少的優勢。FSBR工藝中的鉚釘一般由芯軸與鉚套(包括上帽沿與下鉚體)兩部分組成，其中芯軸結構(尤其是下端尖頭部結構)決定了鉚接過程的穿透力，鉚套結構則決定了接頭強度。通過單向拉伸實驗對接頭進行力學性能測試時，發現當被連接工件的強度較高時，接頭失效模式通常為鉚釘的下鉚體斷裂。對接頭拉伸過程的鉚釘進行受力分析可知，在接頭拉伸初期，鉚釘軸線與被穿透的工件孔壁平行，此時下鉚體受到沿徑向的壓力；隨著不斷拉伸，鉚釘在彎矩的作用下發生傾斜，即下鉚體開始受到沿其軸向的拉力，最終下鉚體被拉斷而導致連接失效。結合接頭剖面觀察作進一步分析發現，由于鉚釘制造與裝配工藝問題，芯軸與鉚套之間存在同軸度誤差，因此芯軸帶動鉚套旋轉穿透工件時會發生徑向跳動，導致穿透后的工件孔壁直徑大于下鉚體直徑，即下鉚體外表面與孔壁工件材料之間存在間隙，而間隙的存在使鉚釘在接頭拉伸過程中更容易發生傾斜而導致鉚套被拉斷。

此外，對于強度較高的被連接工件，為了保證鉚接效果，增加下鉚體壁厚是提高接頭強度的有效手段。對于現有的鉚釘結構，鉚體壁厚的增加方式有兩種：a.下鉚體外表面直徑沿徑向變大，b.下鉚體內表面直徑沿徑向減小。然而，由于現有鉚體的內外表面均為圓柱形，因此通過方式a使鉚體壁厚變大的同時會使芯軸頭部尺寸變大，從而導致鉚釘需要的穿透力變大；通過方式b使鉚體壁厚變大的同時會使芯軸直徑減小，強度變低，進而導致芯軸在拉拔時過早發生斷裂而導致鉚體無法很好鎖緊被連接件。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明要解決的技術問題在于提供一種抽芯鉚釘、以及鉚接方法，能夠同時提升鉚體強度并消除鉚釘穿透后鉚體與工件孔壁之間的間隙，保證鉚接強度，確保鉚接效果。

為實現上述目的，本發明提供一種抽芯鉚釘，包括鉚套和芯軸，所述鉚套包括鉚體、以及鉚體上端的上帽沿，所述芯軸包括軸桿、以及軸桿下端的尖頭部，所述軸桿穿設在鉚釘管中，且尖頭部抵接鉚體下端，所述鉚體由上至下包括主連接段和下鉚段，所述主連接段側面為錐面、且半徑上大下小，所述主連接段用于穿插在被鉚接工件中，且主連接段的長度大于等于被鉚接工件的厚度，所述下鉚段側面為圓柱面、或者為半徑上大下小的錐面，且下鉚段上端半徑與主連接段下端半徑相同；在鉚接過程中，所述鉚套下端部分能在向上拉拔芯軸的過程中被尖頭部沿軸向壓縮成鼓或者沿徑向擠壓膨脹而形成下鉚帽，且下鉚帽與上帽沿一起將被鉚接工件鎖緊。

進一步地，所述下鉚段側面為錐面，且其錐度與主連接段錐面的錐度相同。

進一步地，所述被鉚接工件的厚度為t，所述主連接段的長度為H、上端半徑為r₁、下端半徑為r₂，所述鉚套與芯軸的同軸度誤差為所述主連接段錐面的錐角α滿足公式

進一步地，所述鉚套在上帽沿下端面設有一圈容屑槽。