抽芯鉚釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用介紹

夏新鑫

抽芯鉚釘，也可稱作盲鉚釘，是一種適用于單面鉚接的鉚釘，其可靠性高、連接強(qiáng)度大、壽命長(zhǎng)、操作使用方便，可用于鋁合金、結(jié)構(gòu)鋼和復(fù)合材料的連接，常在飛機(jī)不開敞部位的鉚接及維修中使用。抽芯鉚釘由釘桿、釘套、鎖圈和頂片四個(gè)部分組成，如圖1所示。其中，釘桿具有鋸齒狀頭部、斷頸槽和剪斷環(huán)；釘套在末端抽鉚成形時(shí)，頭部有一微小內(nèi)腔，鎖圈變形后進(jìn)入并充滿該內(nèi)腔；鎖圈作用是裝配在斷頸槽部位，鉚接后在釘頭中心可以看見，其作用是抽鉚時(shí)變形，鎖住釘桿和釘套；頂片是為鉚槍工作時(shí)提供抽鉚受力的基準(zhǔn)面。

圖1 抽芯鉚釘結(jié)構(gòu)示意圖

在國(guó)外，美國(guó)是最早生產(chǎn)和使用抽芯鉚釘?shù)膰?guó)家，目前最常用的有Cherry公司的CherryMax?型、CherryMax?‘AB’型、CherryLock?型，以及 Alcoa 公司的Huck-Clinch?型、HuckMax?型等產(chǎn)品[1]。

國(guó)內(nèi)在二十一世紀(jì)初，也成功研制了國(guó)產(chǎn)抽芯鉚釘，并編制了對(duì)應(yīng)的航標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，并在某型飛機(jī)上使用了多種規(guī)格數(shù)千件的抽芯鉚釘。

抽芯鉚釘可以在很多不開敞和封閉的結(jié)構(gòu)中，替代實(shí)心鉚釘或螺栓等緊固件，保證結(jié)構(gòu)的力學(xué)傳遞效果和安全可靠性。

1 抽芯鉚釘?shù)陌惭b方法及成形過程[2]

抽芯鉚釘?shù)陌惭b及成形過程如圖2所示。

圖2 抽芯鉚釘安裝成形示意圖

（1）將抽芯鉚釘插入鉚孔，然后將釘桿放入鉚槍的拉頭。端正位置，固定鉚槍后，開始抽拉釘桿；

（2）拉動(dòng)釘桿，釘桿與釘套之間產(chǎn)生相對(duì)位移。由于釘套被固定，釘桿上的剪斷環(huán)擠壓釘套鉆入釘套內(nèi)孔，形成盲端鐓頭，并使釘套膨脹，與結(jié)構(gòu)產(chǎn)生夾緊力；

（3）拉頭繼續(xù)拉動(dòng)釘桿，剪斷環(huán)從釘桿整體上被剪斷下來，使釘桿及套在釘桿上的鎖圈能繼續(xù)穿過釘套移動(dòng)。當(dāng)鎖圈觸及到頂片后，鎖圈即被壓迫變形，形成填充釘套端頭凹槽的“安全鎖”；

（4）“安全鎖”鎖圈填充釘套端頭凹槽，釘桿和釘套完全被鎖在一起。拉頭繼續(xù)拉動(dòng)釘桿使釘桿斷頸槽在釘套頭部平面被拉斷，使夾層形成可靠的連接。

抽芯鉚釘成形后的剖面圖如圖3所示。

圖3 抽芯鉚釘成形后剖面圖

抽芯鉚釘?shù)闹饕惭b特點(diǎn)是孔必須略大于釘桿的直徑，以便釘桿的膨脹部分插入。孔松動(dòng)是抽芯鉚釘在裝配過程中普遍存在的問題，可以通過兩種方法改善：一是計(jì)算疊層厚度與夾層長(zhǎng)度，使材料的疊層厚度正好落在抽芯鉚釘夾層長(zhǎng)度范圍的中間；二是在安裝抽芯鉚釘前確定零件間的所有間隙都已消除。

2 抽芯鉚釘成形要求

抽芯鉚釘安裝完成后，鎖圈必須與釘頭頂面保持齊平或者在頂面之下，允許鎖圈毛刺高度最大0.005″.釘頭齊平度從釘頭頂面到斷頸槽平滑面測(cè)量所得，具體要求如表1所列及圖4所示。

表1 釘頭齊平度要求

圖4 釘頭齊平度要求示意圖

3 抽芯鉚釘?shù)倪x擇

抽芯鉚釘有 1/8″、5/32″、3/16″和 1/4″等幾種直徑可供選擇，在維修等特殊應(yīng)用時(shí)可以選擇直徑加大1/64″的加大件。為便于識(shí)別，正常件的頂片是金色的，加大件的頂片是銀色的。

抽芯鉚釘?shù)膴A持長(zhǎng)度是范圍值，最大夾持與最小夾持相差1/16″，零件尾號(hào)等于最大夾持的16倍。如：零件尾號(hào)是“-04”，那么最大夾持等于1/4″，最小夾持等于 3/16″，夾持范圍即是 3/16″~1/4″，如圖 5 所示。

圖5 抽芯鉚釘?shù)闹睆脚c夾持長(zhǎng)度

抽芯鉚釘有凸頭及埋頭兩種釘頭類型，材料涉及鋁合金、合金鋼、不銹鋼、蒙乃爾合金及鎳合金等，表面處理方式有鍍鎘或者鈍化。

為選擇適合夾持長(zhǎng)度的抽芯鉚釘，可以使用專業(yè)量尺測(cè)量夾層厚度，如圖6所示。

圖6 選擇夾持尾號(hào)

4 抽芯鉚釘?shù)膽?yīng)用

抽芯鉚釘可安裝在飛機(jī)的水平安定面、機(jī)翼以及發(fā)動(dòng)機(jī)短艙等處。另外雖然其是單面連接緊固件，但也可以用于不必要單面安裝的地方。在許多非結(jié)構(gòu)零件中，如內(nèi)部裝置、地板、除冰設(shè)備等，并不一定需要實(shí)心鉚釘，使用抽芯鉚釘可以節(jié)省時(shí)間、金錢、勞動(dòng)力和重量等。

抽芯鉚釘為抗剪型緊固件，不可以在飛機(jī)如下區(qū)域中使用：

（1）高應(yīng)力區(qū)域；

（2）在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上或周圍的任何區(qū)域：在這些位置，松動(dòng)的抽芯鉚釘零件可能會(huì)被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口；

（3）機(jī)翼連接裝置、控制面板的鉸鏈托架、固定尾面連接裝置或類似的臨界位置；

（4）需液體密封區(qū)域；

（5）承受拉力、有可能將釘頭拔出的連接處。

5 結(jié)束語

抽芯鉚釘?shù)奶攸c(diǎn)是可以改善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化工藝安裝、降低裝配噪音及生產(chǎn)成本等，但國(guó)內(nèi)的抽芯鉚釘產(chǎn)品，尤其是復(fù)材用抽芯鉚釘與國(guó)外產(chǎn)品還有差距，比如在種類、加工制造和理論研究上尚待提高。在我國(guó)發(fā)展先進(jìn)飛機(jī)的過程中，還應(yīng)該加強(qiáng)抽芯鉚釘在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)應(yīng)用上的研究及開發(fā)，使其形成一套完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，保證飛機(jī)先進(jìn)性及質(zhì)量水平。

[1]CHERRYMAX?Process Manual.www.cherryaerospace.com，2015/2/3[Z].

[2]陳興安.機(jī)械鎖緊鼓包型抽芯鉚釘[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2002.