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[交流] 先进复合材料讲义（十二）：复合材料紧固件详解

本内容较多，将分多次进行分享，更多内容，复合材料前沿公众号！

与复合层压板一起使用的紧固件

许多公司为复合结构生产专用紧固件，常用的紧固件有几种:螺纹紧固件、锁紧螺栓、盲螺栓、盲铆钉和用于软结构的专用紧固件，如蜂窝板。金属和复合结构的紧固件之间的主要区别是材料、螺母和螺帽的所占直径。

防腐蚀措施

当与大多数紧固件材料一起使用时，玻璃纤维和凯夫拉纤维增强复合材料都不会引起腐蚀问题。然而，碳纤维增强的复合材料在与铝或镉等材料一起使用时是相当负极的，后者是用于紧固件防腐的常见镀层。

紧固件材料

钛合金Ti-6Al-4V是用于碳纤维增强复合材料结构的紧固件最常见的合金。奥氏体不锈钢、高温合金(如A286)、多相合金(如MP35N或MP159)和镍合金(如合金718)似乎也与碳纤维复合材料非常兼容。

夹层蜂窝结构紧固件系统

可调支撑预紧力(ASP)紧固系统提供了一种简单的紧固复合材料、软芯、金属或其他材料的方法，这些材料对紧固件夹紧或安装力条件敏感。锁紧力可以在最大推荐扭矩限制内无限调节，在安装锁箍期间没有进一步的负载。该紧固件有两种类型。Asp®具有全柄，2Asp®具有先导型柄。如图76及图77所示：

（图76）ASP紧固件系统

（图77）ASP紧固件系统安装顺序

Hi-Lok®和Huck-Spin®锁紧螺栓紧固件

大多数用于飞机工业的复合材料一级结构采用Hi-Loks®(Hi-Shear Corp.)或Huck- Spin®锁定螺栓固定，用于永久安装。Hi-Lok®是一种螺纹紧固件，在螺纹端结合了一个内六角键，以应对安装过程中施加在接箍上的扭矩。该接箍包括易碎部分，在预定的扭矩值分离。如图78所示

（图78）Hi-Lok® 安装

该锁紧螺栓包括一个锁箍，锁箍被压入环形凹槽中。它有两种类型:拉式和桩式。拉式是最常见的，其中一个易碎的针尾是用来反应轴向负荷的锁箍锻压。当锻压负荷达到预定的极限时，针尖在危险的凹槽处脱落。Hi-Lok®和拉式Huck-Spin®锁栓的安装可以由一名技术人员在结构的一侧完成。另一方面，桩型锁紧螺栓需要在紧固件头部的一侧提供支撑，以应对压模操作。这种方法通常用于细节结构的自动装配，在这些装配中联接不是问题。

与金属结构相比，复合结构紧固件的具体差异很小。对于Hi-Lok®，材料兼容性是唯一的问题;不建议使用铝套。标准项圈通常采用A286, 303不锈钢和钛合金。Huck-Spin®锁栓需要一个帽子状的接箍，其中包含一个法兰，以在安装过程中分散高轴承负载。设计用于复合结构的锁栓销有六个环形凹槽，而金属结构有五个。如图79及图80所示。

（图79）Huck-Spin®锁紧螺栓

（图80）Huck-spin®安装顺序

Eddie-Bolt®紧固件

Eddie-Bolt®紧固件(美铝公司)在设计上类似于Hi- Loks®，是碳纤维复合材料结构的天然选择。Eddie-Bolt®销在螺纹部分设计有凹槽，允许在安装过程中使用特殊设计的配合螺母或接箍进行积极锁定。接合螺母有三个垂片，作为驱动肋。

在安装过程中，在预定的预紧力下，垂片将螺母材料压缩到螺旋的凹槽中，并形成锁紧特性。复合结构的优点是可以使用钛合金螺母，既兼容又节省重量，不用担心磨损。螺母自由旋转，并在安装周期结束时建立锁定功能。图81所示

（图81） Eddie Bolts® 埃迪螺栓

Cherry's E-Z Buck®(CSR90433)空心铆钉

桃型空心端E-Z Buck®铆钉由钛铌合金制成，具有40 KSI的剪切强度。E-Z Buck®铆钉设计用于油箱的双冲洗应用。这种类型的铆钉的主要优点是，它所需要的力不到相同材料的固体铆钉的一半。铆钉安装有自动铆接设备或铆钉挤压机。特殊的可选模具，确保挤压机在安装过程中始终居中，避免造成结构的损坏。图82所示

（图82）桃型E-Z buck空心铆钉

盲紧固件

复合材料结构不像金属飞机那样需要那么多的紧固件，因为加强筋和倍压筋是与外壳共固化的，省去了许多紧固件。在复合材料结构中，飞机面板的尺寸增加了，这导致了后部无法接近。因此，在这些区域必须使用盲紧固件的螺钉和螺母板。许多制造商为复合结构生产盲紧固件;下面将讨论其中一些案例。

盲螺栓

Cherry Maxibolt®（桃型马克西螺栓）采用钛材料，与复合结构兼容。maxibolt®的抗剪强度为95 KSI。它可以使用G-83或等效的气动-液压安装工具从一侧安装，有100°平头、130°埋头和突出头三种风格。图83所示

图83：桃型马克西螺栓的钛金属

Alcoa UAB™盲螺栓系统是为复合结构设计的，有钛和不锈钢两种材料。UAB™盲螺栓系统有100°平头、130°埋头和突出头三种类型。

Accu-Lok™盲紧固系统是专为复合结构设计的，在这种结构中只能进入结构的一侧。它结合了高关节预紧力和大直径痕迹在暗面。大的占地面积使分布的联合预紧力在更大的区域，几乎消除了分层复合结构的可能性。Accu-Lok™的抗剪强度为95 KSI，有100°平头、130°埋头和突出头三种类型。Monogram设计的一个类似的紧固件被称为Radial-Lok®。图84所示

（图84）Accu-Lok™ 安装

低热纤维

低热紧固系统使用复合材料广泛用于航空航天硬件。低热纤维力紧固件的强度相当于铝的三分之二重量。该复合紧固件与碳纤维和玻璃纤维具有良好的材料相容性。

复合结构中的螺钉和螺母板

如果面板必须定期拆卸进行维护，建议使用螺钉和螺母板代替Hi-Loks®或盲紧固件。复合结构中使用的螺母板通常需要三个孔:两个用于附着螺母板，一个用于可拆卸螺钉，尽管无铆接螺母板和粘合剂连接螺母板不需要钻和锥两个额外的孔。

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