[发明专利]一种CFRP构件无损铆接装置以及无损铆接方法

权利要求书

1.一种CFRP构件无损铆接装置，包括顶铁(1)、铆钉(2)、CFRP构件(3)、沉头垫圈(4)、定位套(5)、铆模(6)、带沉头衬套(7)，所述顶铁(1)的上方设置有所述铆钉(2)，所述铆钉(2)穿过所述CFRP构件(3)、所述沉头垫圈(4)、所述定位套(5)，所述沉头垫圈(4)位于所述CFRP构件(3)上方，所述定位套(5)位于所述沉头垫圈(4)的上方，所述CFRP构件(3)和所述铆钉(2)之间设置有所述带沉头衬套(7)，所述定位套(5)上方设置有所述铆模(6)；

所述沉头垫圈(4)为圆形垫片，中间带锥形沉头通孔，所述沉头垫圈(4)无沉头孔的表面与所述CFRP构件(3)表面贴合，所述带沉头衬套(7)头部为椎状壳体，尾部为圆柱壳体，所述沉头垫圈(4)沉头锥度包括30°、45°、60°、90°、120°、135°和150°，所述带沉头衬套(7)锥度包括30°、45°、60°、90°、120°、135°和150°；

所述定位套(5)为鼓状结构，所述定位套(5)制作材料为硅胶或橡胶，中间为鼓状腔体，顶部和底部带圆孔，顶部带环形凸脊。

2.根据权利要求1所述的一种CFRP构件无损铆接装置，其特征在于：所述铆模(6)尾端带螺纹，铆接时所述铆模(6)尾端与铆接装置进行螺接。

3.根据权利要求1所述的一种CFRP构件无损铆接装置，其特征在于：所述铆模(6)头部带环形凹槽。

4.一种CFRP构件无损铆接方法，其特征在于：

对于普通CFRP通孔结构，其铆接过程包括：

步骤一、固定CFRP构件(3)，将铆钉(2)放入CFRP构件(3)的铆接孔内，顶铁(1)顶持铆钉(2)钉头；

步骤二、铆模(6)通过铆接装置的螺纹孔与铆接装置螺接，定位套(5)安装在铆模(6)头部的环形凹槽上，将沉头垫圈(4)套在铆钉(2)镦头端，定位套(5)顶住垫圈，铆模(6)头部表面与铆钉(2)镦头表面贴合；

步骤三、启动铆接装置，铆接装置激励铆模(6)沿直线运动，带动定位套(5)产生弹性形变，进一步压紧沉头垫圈(4)，防止滑移，同时，铆模(6)挤压铆钉(2)镦头端，因为沉头垫圈(4)的存在，CFRP构件(3)内的钉杆径向膨胀受到限制，不发生挤压破坏，仅铆钉(2)钉头产生塑性形变填满沉头孔形成镦头，完成铆接；

为使铆钉(2)变形完全填满钉孔间隙和沉头垫圈(4)的沉头，基于体积不变原理，钉杆外伸量和沉头锥度以及钉孔间隙的关系满足：

其中：h为沉头垫圈沉头部分深度、D为沉头垫圈内径、θ为沉头垫圈沉头锥度、H为沉头垫圈厚度、D₁为CFRP构件铆接孔直径、δ为CFRP构件单块板厚度、d为铆钉直径、ΔL为铆钉钉杆外伸量；

或对于CFRP沉头孔结构，其铆接过程包括：

步骤一、固定CFRP构件(3)，将带沉头衬套(7)放入CFRP构件(3)沉头孔内，再将铆钉(2)放入带沉头衬套(7)孔内，顶铁(1)顶持铆钉(2)钉头；

步骤二、铆模(6)通过铆接装置的螺纹孔与铆接装置螺接，定位套(5)安装在铆模(6)头部的环形凹槽上，定位套(5)顶住带沉头衬套(7)，铆模(6)头部表面与铆钉(2)镦头表面贴合；

步骤三、启动铆接装置，铆接装置激励铆模(6)沿直线运动，带动定位套(5)产生弹性形变，进一步压紧带沉头衬套(7)，防止滑移，同时，铆模(6)挤压铆钉(2)镦头端，因为带沉头衬套(7)的存在，CFRP构件(3)内的钉杆径向膨胀受到限制，不发生挤压破坏，仅铆钉(2)钉头产生塑性形变填满沉头孔形成镦头，完成铆接；

为使铆钉(2)变形完全填满铆钉(2)与带沉头衬套(7)之间间隙和带沉头衬套(7)的沉头，基于体积不变原理，钉杆外伸量、钉孔间隙和带沉头衬套(7)的沉头锥度的关系满足：

其中：H₁为带沉头衬套的沉头部分深度、d₁为带沉头衬套的圆柱段内径、α为带沉头衬套的沉头孔锥度、H₂为带沉头衬套的总高度、d为铆钉直径、ΔL为铆钉钉杆外伸量。