[发明专利]一种抽芯铆钉、以及铆接方法

说明书

本发明涉及一种抽芯铆钉、以及铆接方法，抽芯铆钉包括铆套和芯轴，所述铆套包括铆体、以及铆体上端的上帽沿，所述芯轴包括轴杆、以及轴杆下端的尖头部，所述轴杆穿设在铆体中，且尖头部抵接铆体下端，所述铆体由上至下包括主连接段和下铆段，所述主连接段侧面为锥面、且半径上大下小，所述主连接段用于穿插在被铆接工件中，且主连接段的长度大于等于被铆接工件的厚度，所述下铆段侧面为圆柱面、或者为半径上大下小的锥面，且下铆段上端半径与主连接段下端半径相同；在铆接过程中，所述铆套下端部分能在向上拉拔芯轴的过程中被尖头部沿轴向压缩成鼓或者沿径向挤压膨胀而形成下铆帽，且下铆帽与上帽沿一起将被铆接工件铆接住。

技术领域

本发明涉及铆接技术领域，特别是涉及一种抽芯铆钉、以及铆接方法。

背景技术

近年来，由于航空航天、汽车等领域轻量化的要求越来越高，铝合金、镁合金等材料，以及封闭/半封闭零部件的应用越来越广泛，如何实现金属/非金属材料及封闭/半封闭结构件的高强度连接成为实现轻量化的关键。

针对上述问题，美国GM提出了一种新型铆接工艺——搅拌摩擦单面铆接工艺(Friction Stir Blind Riveting,FSBR)，其利用具有一定转速与进给速度的铆钉穿透与连接被连接工件，具有连接强度高、工艺约束少的优势。FSBR工艺中的铆钉一般由芯轴与铆套(包括上帽沿与下铆体)两部分组成，其中芯轴结构(尤其是下端尖头部结构)决定了铆接过程的穿透力，铆套结构则决定了接头强度。通过单向拉伸实验对接头进行力学性能测试时，发现当被连接工件的强度较高时，接头失效模式通常为铆钉的下铆体断裂。对接头拉伸过程的铆钉进行受力分析可知，在接头拉伸初期，铆钉轴线与被穿透的工件孔壁平行，此时下铆体受到沿径向的压力；随着不断拉伸，铆钉在弯矩的作用下发生倾斜，即下铆体开始受到沿其轴向的拉力，最终下铆体被拉断而导致连接失效。结合接头剖面观察作进一步分析发现，由于铆钉制造与装配工艺问题，芯轴与铆套之间存在同轴度误差，因此芯轴带动铆套旋转穿透工件时会发生径向跳动，导致穿透后的工件孔壁直径大于下铆体直径，即下铆体外表面与孔壁工件材料之间存在间隙，而间隙的存在使铆钉在接头拉伸过程中更容易发生倾斜而导致铆套被拉断。

此外，对于强度较高的被连接工件，为了保证铆接效果，增加下铆体壁厚是提高接头强度的有效手段。对于现有的铆钉结构，铆体壁厚的增加方式有两种：a.下铆体外表面直径沿径向变大，b.下铆体内表面直径沿径向减小。然而，由于现有铆体的内外表面均为圆柱形，因此通过方式a使铆体壁厚变大的同时会使芯轴头部尺寸变大，从而导致铆钉需要的穿透力变大；通过方式b使铆体壁厚变大的同时会使芯轴直径减小，强度变低，进而导致芯轴在拉拔时过早发生断裂而导致铆体无法很好锁紧被连接件。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种抽芯铆钉、以及铆接方法，能够同时提升铆体强度并消除铆钉穿透后铆体与工件孔壁之间的间隙，保证铆接强度，确保铆接效果。

为实现上述目的，本发明提供一种抽芯铆钉，包括铆套和芯轴，所述铆套包括铆体、以及铆体上端的上帽沿，所述芯轴包括轴杆、以及轴杆下端的尖头部，所述轴杆穿设在铆钉管中，且尖头部抵接铆体下端，所述铆体由上至下包括主连接段和下铆段，所述主连接段侧面为锥面、且半径上大下小，所述主连接段用于穿插在被铆接工件中，且主连接段的长度大于等于被铆接工件的厚度，所述下铆段侧面为圆柱面、或者为半径上大下小的锥面，且下铆段上端半径与主连接段下端半径相同；在铆接过程中，所述铆套下端部分能在向上拉拔芯轴的过程中被尖头部沿轴向压缩成鼓或者沿径向挤压膨胀而形成下铆帽，且下铆帽与上帽沿一起将被铆接工件锁紧。

进一步地，所述下铆段侧面为锥面，且其锥度与主连接段锥面的锥度相同。

进一步地，所述被铆接工件的厚度为t，所述主连接段的长度为H、上端半径为r₁、下端半径为r₂，所述铆套与芯轴的同轴度误差为所述主连接段锥面的锥角α满足公式

进一步地，所述铆套在上帽沿下端面设有一圈容屑槽。