[发明专利]一种CFRP构件无损铆接装置以及无损铆接方法

说明书

本发明公开了一种CFRP构件无损铆接装置以及无损铆接方法，该CFRP构件无损铆接装置，包括顶铁、铆钉、CFRP构件、沉头垫圈、定位套、铆模、带沉头衬套，所述顶铁的上方设置有所述铆钉，所述铆钉穿过所述CFRP构件、所述沉头垫圈、所述定位套，所述沉头垫圈位于所述CFRP构件上方，所述定位套位于所述沉头垫圈的上方，所述CFRP构件和所述铆钉之间设置有所述带沉头衬套，所述定位套上方设置有所述铆模。本发明通过采用沉头垫圈和带沉头衬套的铆接方法，为钉头部分的变形提供一个缓冲约束区域，使铆钉大量的形变作用力作用在沉头垫圈的凹槽内，限制了CFRP构件内的钉杆径向膨胀，仅发生小量均匀变形，进而避免了CFRP构件的铆接损伤。

技术领域

本发明涉及航空航天制造技术领域，特别是涉及一种CFRP构件无损铆接装置以及无损铆接方法。

背景技术

复合材料凭借其优异的材料结构性能、高比强度和比模量以及显著的可设计性等优势，被广泛的应用于航空、航天、能源工程、汽车制造、风力发电及船舶制造等领域。以碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)为代表的先进复合材料具有高比强度、高比刚度，可剪裁设计和结构整体成型等优势，可使飞机结构减重10％～40％、降低结构设计成本15％～30％，因此，在新型飞机上的使用量大幅提高，应用范围也拓展到了主承力结构。美国RAH-66“科曼奇”直升机，所用复合材料占整个直升机结构重量的51％。美国海军用复合材料轴来替换Sacramento级补给舰的重20t，长10m、直径0.68m的钢轴，减重80％,制造成本降低50％。

工程实际中，CFRP连接构件大量存在，且是典型的整体结构薄弱环节，这是因为机械连接的方式破坏了CFRP构件整体结构的完整性，造成了应力集中、局部损伤等负面影响。复合材料的连接方式主要采用胶接、铆接、螺纹连接和混合连接。胶接连接强度高，防腐性好，但是胶接接头脆性大、各向异性、抗冲击性差。螺接是目前CFRP构件最主要的连接方法，具有可靠性高、传载大、可拆卸等优势，但成本较高，相同条件下是铆接的几倍到十几倍不等，且重量较铆接大，在有螺纹和无螺纹的螺杆交界处还易产生应力集中，发生断裂。铆接是飞机最重要的装配连接方法，成本低、可靠性高且工艺简单。铆接通过施加外载，使铆钉产生一定的形变与复合材料上的连接孔进行配合，包括间隙配合、过渡配合以及干涉配合。这些铆接方法的连接机理有两点，其一是通过铆钉的自身变形产生与孔周的紧密接触，其二是铆钉端部膨大变形锁住铆钉与孔的轴向移动。故铆接强度一方面决定于铆钉自身的变形能力和强度，另一方面决定于铆钉孔的强度，并且垫圈可以有效地抑制复合材料的拉脱失效，使失效形式转化为挤压失效，从而有效地提高接头的强度。然而，CFRP构件铆接过程中，钉杆膨胀不均匀，极易引起CFRP构件铆接损伤，例如复合材料层板局部剥层、基体局部压缩失效以及孔周围纤维断裂等。

为了避免将铆钉与工件进行直接铆接，引起大量安装损伤，申请号为201310554978.8的发明公开了一种带平头垫圈的电磁工艺铆接方法，该发明采用电磁铆接技术，并通过使用平垫圈和采用合适的钉孔间隙以及铆钉外伸量，使铆接过程中复合材料结构的安装损伤大幅度减小，从而提高了接头质量。但是，该发明所使用的平头垫圈在安装过程中不能固定，导致铆接安装时，垫圈容易滑移错位甚至掉落，铆接不方便，且铆接接头增加了平垫圈的额外重量。而申请号为201911380498.8的发明公开了一种铆接接头成形加工装置，解决了现有铆接设备在铆接板料时往往会出现偏差，不能很好地固定的问题。但是，该发明体积过于庞大，且拆卸板材较为不便，不适用于开敞性差、较为复杂的工况环境。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种CFRP构件无损铆接装置以及无损铆接方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种CFRP构件无损铆接装置，包括顶铁、铆钉、CFRP构件、沉头垫圈、定位套、铆模、带沉头衬套，所述顶铁的上方设置有所述铆钉，所述铆钉穿过所述CFRP构件、所述沉头垫圈、所述定位套，所述沉头垫圈位于所述CFRP构件上方，所述定位套位于所述沉头垫圈的上方，所述CFRP构件和所述铆钉之间设置有所述带沉头衬套，所述定位套上方设置有所述铆模。