[发明专利]用于机械地连接金属部件和复合部件的方法和设备

说明书

技术领域

本发明一般涉及在两个或多个机械部件之间产生的耦合，更具体地，涉及机械地连接金属部件和复合部件的方法和设备。

背景技术

与本发明有关的工业领域使用两种类型的紧固件，间隙配合紧固件和干涉配合紧固件。间隙配合紧固件最好由螺母和螺栓作为示例。一般地，钻通要连接的两个部件的孔，并且螺栓的直径小于被穿过的孔的直径，其中垫圈和/或螺母螺纹穿到螺栓上，从而实现两个部件的机械连接。可替换的，代替使用螺母利用型煅过程/型煅工艺完成该组装。

当使用干涉配合紧固件时，一般遵循相同的过程。然而，该紧固件包括柄部分，其直径稍微大于钻孔的直径。一旦安装好，该柄部分将与两个部件中的孔限定的壁接触，并且螺母或型煅装置被连接到从该组件伸出的远端部分。当使用干涉配合紧固件时，液压或气动装置用于拉或推动该紧固件穿过孔，以便扩大的柄适当地放置在孔中。

当通过金属部件钻通孔时，产生毛口。这些金属元件的孔周围的毛口导致疲劳寿命降低(承载能力下降)。目前存在两种可接受的方法用于处理在航天结构中使用的金属部件中的毛口。在第一种方法中，一旦钻通要连接的两个部件的所有孔，就拆卸部件，以便可以对组件中的所有孔清理毛口。该过程是无效率的且昂贵的，因为其一般等同于将一个结构组装两次。

第二种方法也有缺点。该方法是为了增加被钻通成孔的部件的宽度，从而抵消疲劳寿命降低。在该组装过程中，避免了拆卸和清理毛口步骤，然而由额外的材料导致的重量增加在航天应用中一般是不可接受的。

本领域的当前状态是当连接金属部件和复合部件时并不使用如上所述的干涉配合紧固件。根据一般的看法，这对复合材料造成不可接受程度的损伤，并且到目前为止还未实施。然而，已知利用复合材料内的孔中的间隙配合套管，以及然后拉干涉配合紧固件通过该套管，以便其柄啮合套管，使得套管扩展并啮合复合材料中的孔的周边。

还已知，在金属材料和复合材料中形成同轴孔，其中复合材料中的孔的直径更大，以便可以获得金属的干涉配合和复合材料的间隙配合。这再次需要拆卸部件，从而获得直径更大的复合零件，且这是复杂且昂贵的过程。

发明内容

在一个方面，提供了连接复合结构和金属结构的方法。该方法包括对齐复合结构和金属结构，穿过对齐结构钻孔，产生对齐的孔，并将干涉配合紧固件穿过对齐的孔插入，以便该干涉配合紧固件啮合由钻孔形成的复合结构中的圆柱壁。

在另一个方面，提供了包括第一部件、第二部件和至少一个干涉配合紧固件的结构，其中该第一部件是利用复合材料制造并且包括在其上形成的至少一个孔，每个所述孔限定一个复合圆柱壁/复合材料圆柱壁，该第二部件是利用金属材料制造的并且包括在其上形成的至少一个孔，每个所述孔限定一个金属圆柱壁，并且至少一个干涉紧固件穿过对齐的孔插入所述第一部件和所述第二部件，所述至少一个干涉配合紧固件与复合圆柱壁直接接触。

在另一个方面，提供了包括第一部件、第二部件和套筒干涉配合紧固件的飞机，其中第一部件是由金属材料制造的，第二部件是由石墨环氧树脂材料制造的，套筒干涉配合紧固件在所述第一部件和所述第二部件之间提供连接物。

在又一个方面，提供了组装方法，该方法包括将钻通穿过复合结构和金属结构的至少一个孔，该复合结构和金属结构相互对齐，钻孔导致金属结构中至少一个毛口，并且将干涉配合紧固件穿过所述至少一个孔中的每个孔插入，以便与紧固件相关联的柄施加压力于金属部件上，抵消由毛口引起疲劳断裂的倾向，并且以便紧固件的柄直接啮合由钻通所述至少一个孔形成的复合结构中的圆柱壁。

已经讨论过的特征、功能和优势可以在各种实施例中单独地实施，或可以与其他实施例组合起来实施，进一步的细节可以参考下面的说明书和附图。

附图说明

图1是飞机生产和服务方法的流程图。

图2是飞机的方框图。

图3是示出了位于金属部件和复合部件关于彼此所固定位置的钻孔位置的数控钻孔-填充系统的图。

图4是示出了图3的数控钻孔-填充系统穿过金属部件和复合部件钻孔的图。

图5是示出了图3的数控钻孔-填充系统利用孔探针检查金属部件和复合部件中的孔直径、叠层厚度、斜面深度/槽深度(chamber depth)、间隙等的图。

图6是示出了图3的数控钻孔-填充系统将干涉配合紧固件送入进料头的图。

图7是示出了图3的数控钻孔-填充系统将干涉配合紧固件通过金属部件和复合部件插入钻孔中的图。