抽芯鉚釘的結構原理及應用介紹

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、連接強度大、壽命長、操作使用方便，可用于鋁合金、結構鋼和復合材料的連接，常在飛機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；釘套在末端抽鉚成形時，頭部有一微小內腔，鎖圈變形后進入并充滿該內腔；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，其作用是抽鉚時變形，鎖住釘桿和釘套；頂片是為鉚槍工作時提供抽鉚受力的基準面。

圖1 抽芯鉚釘結構示意圖

在國外，美國是最早生產和使用抽芯鉚釘的國家，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?型等產品[1]。

國內在二十一世紀初，也成功研制了國產抽芯鉚釘，并編制了對應的航標標準，并在某型飛機上使用了多種規格數千件的抽芯鉚釘。

抽芯鉚釘可以在很多不開敞和封閉的結構中，替代實心鉚釘或螺栓等緊固件，保證結構的力學傳遞效果和安全可靠性。

1 抽芯鉚釘的安裝方法及成形過程[2]

抽芯鉚釘的安裝及成形過程如圖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）拉動釘桿，釘桿與釘套之間產生相對位移。由于釘套被固定，釘桿上的剪斷環擠壓釘套鉆入釘套內孔，形成盲端鐓頭，并使釘套膨脹，與結構產生夾緊力；

（3）拉頭繼續拉動釘桿，剪斷環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穿過釘套移動。當鎖圈觸及到頂片后，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。拉頭繼續拉動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

抽芯鉚釘的主要安裝特點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：一是計算疊層厚度與夾層長度，使材料的疊層厚度正好落在抽芯鉚釘夾層長度范圍的中間；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 抽芯鉚釘的選擇

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

抽芯鉚釘的夾持長度是范圍值，最大夾持與最小夾持相差1/16″，零件尾號等于最大夾持的16倍。如：零件尾號是“-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 抽芯鉚釘的直徑與夾持長度

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。

為選擇適合夾持長度的抽芯鉚釘，可以使用專業量尺測量夾層厚度，如圖6所示。

圖6 選擇夾持尾號

4 抽芯鉚釘的應用

抽芯鉚釘可安裝在飛機的水平安定面、機翼以及發動機短艙等處。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。在許多非結構零件中，如內部裝置、地板、除冰設備等，并不一定需要實心鉚釘，使用抽芯鉚釘可以節省時間、金錢、勞動力和重量等。

抽芯鉚釘為抗剪型緊固件，不可以在飛機如下區域中使用：

（1）高應力區域；

（2）在噴氣發動機上或周圍的任何區域：在這些位置，松動的抽芯鉚釘零件可能會被吸入發動機的進氣口；

（3）機翼連接裝置、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）需液體密封區域；

（5）承受拉力、有可能將釘頭拔出的連接處。

5 結束語

抽芯鉚釘的特點是可以改善結構設計、簡化工藝安裝、降低裝配噪音及生產成本等，但國內的抽芯鉚釘產品，尤其是復材用抽芯鉚釘與國外產品還有差距，比如在種類、加工制造和理論研究上尚待提高。在我國發展先進飛機的過程中，還應該加強抽芯鉚釘在復合材料結構應用上的研究及開發，使其形成一套完整的標準體系，保證飛機先進性及質量水平。

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

[2]陳興安.機械鎖緊鼓包型抽芯鉚釘[D].西安：西北工業大學，2002.