本國際PCT專利申請要求2014年3月7日提交的美國臨時專利申請序列號61/949,449的優(yōu)先權(quán)，所述美國臨時專利申請的全部內(nèi)容以引用方式并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開一般來說涉及復(fù)合材料，并且更具體來說，涉及在包括復(fù)合材料或其他材料的緊固零件中有用的復(fù)合緊固件。

技術(shù)背景

纖維增強型聚合樹脂復(fù)合材料由于它們的強度重量特性而越來越來廣泛地被使用于飛機結(jié)構(gòu)中。用于將復(fù)合零件固定在一起的當(dāng)前緊固方法可能需要相對復(fù)雜的工具和程序。例如，鈦緊固件已經(jīng)用來固定復(fù)合零件，但是此類緊固件相對昂貴。另外，由于復(fù)合材料的材料和機械性質(zhì)，鈦鉚釘?shù)氖褂眯枰冗M的鉆孔技術(shù)以避免或最小化復(fù)合零件中的應(yīng)力集中。替代地，由于可導(dǎo)致鋁與復(fù)合材料中的碳之間的電化學(xué)腐蝕的相容性問題，鋁鉚釘?shù)氖褂每赡懿贿m于固定由復(fù)合材料制成的零件。

對于飛機應(yīng)用，導(dǎo)電金屬緊固件在具有極低導(dǎo)電性的復(fù)合材料中的使用也可能引起與電磁干擾(EMI)和雷擊保護相關(guān)聯(lián)的一些問題。

因此希望改進。

概述

本公開描述復(fù)合緊固件、相關(guān)聯(lián)坯件以及用于此類緊固件的安裝的方法和設(shè)備。還公開結(jié)構(gòu)組件，所述結(jié)構(gòu)組件包括此類緊固件和面板或其他零件，所述其他零件包括復(fù)合材料和/或其他材料。本文所公開的緊固件和相關(guān)聯(lián)坯件可以使用于飛機、汽車和/或其他應(yīng)用中。

一方面，本公開描述一種復(fù)合鉚釘坯件，其中所述坯件包括細長主體，所述細長主體具有軸線和沿所述軸線的長度，其中所述主體包括編結(jié)增強纖維，所述編結(jié)增強纖維嵌入主體內(nèi)側(cè)并且支撐在基質(zhì)材料中。

編結(jié)增強纖維可以延伸主體的長度。

主體可沿其長度具有大致上均勻的橫向橫截面。

基質(zhì)材料可以包括熱塑性塑料。

例如，基質(zhì)材料可以包括以下各項中的任一個：尼龍、聚醚酰亞胺(PEI)、聚醚砜(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)和聚醚酮酮(PEKK)。

纖維可包括碳。

纖維可包括玻璃。

在一些實施方案中，纖維中的至少一些可以從主體的軸線的介于15度與30度之間的傾斜角定向。

在一些實施方案中，纖維中的至少一些可以約20度的傾斜角定向。

主體中的增強纖維的體積分數(shù)可在55％與63％之間。

主體中的增強纖維的體積分數(shù)可為約60％。

主體可包括拉擠桿和壓縮模制桿中的一個。

纖維可以雙軸編結(jié)布置。

另一方面，本公開描述一種復(fù)合緊固件坯件。所述坯件包括細長主體，所述細長主體具有縱軸和沿所述軸線的長度，所述主體沿其長度具有大致上均勻的橫向橫截面，所述主體包括連續(xù)增強纖維，所述連續(xù)增強纖維嵌入主體內(nèi)側(cè)并且延伸主體長度，所述增強纖維支撐在基質(zhì)材料中并且增強纖維在主體長度內(nèi)的至少部分在不平行于主體軸線的方向上延伸。

基質(zhì)材料可包括熱塑性塑料。

例如，基質(zhì)材料可以包括以下各項中的任一個：尼龍、聚醚酰亞胺(PEI)、聚醚砜(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)和聚醚酮酮(PEKK)。

纖維可包括碳。

纖維可包括玻璃。

纖維可為編結(jié)的。

纖維可以雙軸編結(jié)布置。

在一些實施方案中，纖維中的至少一些可以從主體的縱軸的介于15度與30度之間的傾斜角定向。

在一些實施方案中，纖維中的至少一些可以約20度的傾斜角定向。

主體中的增強纖維的體積分數(shù)可在55％與63％之間。

主體中的增強纖維的體積分數(shù)可為約60％。

主體可包括拉擠桿和壓縮模制桿中的一個。

另一方面，本公開描述一種復(fù)合結(jié)構(gòu)組件。所述結(jié)構(gòu)組件包括：

第一零件，其中形成有第一孔洞；

第二零件，其中形成有第二孔洞，第一零件和第二零件相對于彼此定位，使得第一孔洞至少部分地與第二孔洞對準；以及

復(fù)合鉚釘，其通過第一孔洞和第二孔洞將第一零件和第二零件固定在一起，所述復(fù)合鉚釘包括主體，所述主體具有編結(jié)增強纖維，所述編結(jié)增強纖維嵌入主體內(nèi)側(cè)并且支撐在基質(zhì)材料中。

鉚釘可包括與第一零件接合的第一精加工末端和與第二零件接合的第二精加工末端，所述精加工末端中的至少一個包括纖維錨定人工制品，所述纖維錨定人工制品用來在精加工末端中的所述至少一個的熱成型期間至少部分地控制纖維的變形。

基質(zhì)材料可包括熱塑性塑料。

纖維可包括碳。

纖維可包括玻璃。

纖維可以雙軸編結(jié)布置。

另一方面，本公開描述另一種復(fù)合結(jié)構(gòu)組件。所述結(jié)構(gòu)組件包括：

第一零件，其中形成有第一孔洞；

第二零件，其中形成有第二孔洞，第一零件和第二零件相對于彼此定位，使得第一孔洞至少部分地與第二孔洞對準；以及

復(fù)合鉚釘，其通過第一孔洞和第二孔洞將第一零件和第二零件固定在一起，所述復(fù)合鉚釘包括如本文所公開的坯件，所述坯件具有與第一零件接合的第一精加工末端和與第二零件接合的第二精加工末端。

另一方面，本公開描述一種飛機，所述飛機包括本文所公開的結(jié)構(gòu)組件中的一個或多個。

另一方面，本公開描述一種復(fù)合鉚釘。所述鉚釘包括：主體，所述主體具有編結(jié)增強纖維，所述編結(jié)增強纖維嵌入主體內(nèi)側(cè)并且支撐在基質(zhì)材料中，所述主體包括用于接合第一零件的第一精加工末端和用于接合第二零件的第二精加工末端。

在一些實施方案中，所述精加工末端中的至少一個可包括纖維錨定人工制品，所述纖維錨定人工制品用來在所述精加工末端中的所述至少一個的精加工期間至少部分地控制纖維的變形。

基質(zhì)材料可包括熱塑性塑料。

纖維可包括碳。

纖維可包括玻璃。

纖維可以雙軸編結(jié)布置。

另一方面，本公開描述一種用于安裝復(fù)合鉚釘?shù)姆椒āＫ龇椒òǎ?/p>

將復(fù)合鉚釘坯件插入零件中的孔洞中；

在坯件插入孔洞中之后：

通過熱成型坯件的第一末端來精加工坯件的第一末端；以及

通過熱成型坯件的第二末端來精加工坯件的與第一末端相對的第二末端。

精加工坯件的第一末端可包括錨定坯件的第一末端的部分以至少部分地控制嵌入坯件內(nèi)側(cè)的增強纖維的變形。

精加工坯件的第二末端可包括錨定坯件的第二末端的部分以至少部分地控制嵌入坯件中的纖維的變形。

在一些實施方案中，所述方法可包括在將坯件插入孔洞中之前，將坯件加熱到足以允許第一末端和第二末端的精加工的溫度。

在一些實施方案中，所述方法可包括在將坯件插入孔洞中之后，將坯件加熱到足以允許第一末端和第二末端的精加工的溫度。

精加工第二末端可包括使第二末端變形以填充零件中的埋頭孔，并且精加工第一末端可包括屈曲第一末端。

另一方面，本公開描述一種用于安裝復(fù)合鉚釘?shù)脑O(shè)備。所述設(shè)備包括：

第一精加工構(gòu)件，其被配置成定位在已插入有復(fù)合鉚釘坯件的零件的第一側(cè)上，并且通過將壓力施加于坯件的第一末端來精加工坯件的第一末端；

第二精加工構(gòu)件，其被配置成定位在已定位有坯件的零件的第二側(cè)上，并且通過將壓力施加于坯件的第二末端來精加工坯件的第二末端；以及

加熱元件，其被配置來將坯件加熱到足以允許坯件的第一末端和第二末端通過第一精加工構(gòu)件和第二精加工構(gòu)件熱成型的溫度。

加熱元件可被配置來在坯件處于零件外側(cè)時加熱所述坯件。

加熱元件可熱連接到第一精加工構(gòu)件和第二精加工構(gòu)件中的至少一個，以引起坯件通過第一精加工構(gòu)件和第二精加工構(gòu)件中的所述至少一個的加熱。

在一些實施方案中，第一精加工構(gòu)件和第二精加工構(gòu)件中的至少一個可包括纖維錨定特征部，所述纖維錨定特征部被配置來在坯件的至少一個相關(guān)聯(lián)的第一末端和第二末端的熱成型期間至少部分地控制坯件中的增強纖維的變形。

纖維錨定特征部可包括凹部。

在一些實施方案中，第一精加工構(gòu)件和第二精加工構(gòu)件中的至少一個熱連接到主動冷卻裝置。

第一精加工構(gòu)件可以包括壓頭，所述壓頭設(shè)置在套筒內(nèi)側(cè)，其中所述套筒可相對于壓頭移動。

本申請的主題的這些和其他方面的進一步細節(jié)將從以下包括的詳細描述和附圖顯而易見。

附圖描述

現(xiàn)在參考附圖，其中：

圖1A是示例性復(fù)合鉚釘坯件的示意性透視圖；

圖1B是可嵌入圖1A的坯件內(nèi)側(cè)的增強纖維的紗線的示例性編結(jié)結(jié)構(gòu)的示意性表示；

圖2A是可用來產(chǎn)生圖1A的坯件的增強纖維的紗線的示例性編結(jié)結(jié)構(gòu)的示意性透視圖；

圖2B是圖2A的處于壓縮狀態(tài)中的編結(jié)結(jié)構(gòu)的示意性透視圖；

圖3是可用來產(chǎn)生圖1A的坯件的增強纖維的紗線的另一個示例性編結(jié)結(jié)構(gòu)的示意性立面圖；

圖4A至圖4D示意性地例示根據(jù)一個實施方案的用于使用安裝設(shè)備安裝圖1的坯件的示例性方法；

圖5A至圖5C示意性地例示根據(jù)另一個實施方案的用于使用另一個安裝設(shè)備安裝圖1的坯件的另一個示例性方法；

圖6是包括使用圖1的坯件形成的鉚釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)組件的橫截面圖；

圖7是圖5A至圖5C的安裝設(shè)備的精加工構(gòu)件的橫截面圖；

圖8是根據(jù)另一個實施方案的另一個示例性安裝設(shè)備的頂部平面圖；

圖9A至圖9D示意性地例示用于使用圖8的安裝設(shè)備安裝圖1的坯件的另一個示例性方法；以及

圖10示意性地例示用于使用不同類型的精加工構(gòu)件安裝圖1的坯件的另一個示例性方法。

詳細描述

通過參考附圖描述各種實施方案的方面。

本公開涉及包括復(fù)合材料的緊固件。在各種實施方案中，本公開公開了復(fù)合緊固件、相關(guān)聯(lián)坯件以及用于此類緊固件的安裝的方法和設(shè)備。本公開還公開了并入此類復(fù)合緊固件的結(jié)構(gòu)。本文所公開的緊固件和相關(guān)聯(lián)坯件可用來將零件固定在一起，所述零件包括包含復(fù)合材料的零件。本文所公開的緊固件和相關(guān)聯(lián)坯件可用來將零件固定在一起，所述零件包括包含金屬材料(例如，鋁)的零件。本文所公開的緊固件和相關(guān)聯(lián)坯件還可使用于包括金屬材料和復(fù)合材料的混合結(jié)構(gòu)中。因此，本文所公開的緊固件和相關(guān)聯(lián)坯件可使用于飛機、汽車和/或其他應(yīng)用中。在一些實施方案中，本文所公開的緊固件可至少部分減輕與復(fù)合零件中使用的常規(guī)金屬緊固件相關(guān)聯(lián)的關(guān)于飛機內(nèi)側(cè)的電磁干擾屏蔽和靜電放電和/或異種材料的電化學(xué)腐蝕的一些問題。

圖1A是示例性復(fù)合緊固件(例如，鉚釘)坯件10(下文中被稱為“坯件10”)的示意性透視圖。如以下進一步解釋的，坯件10可為用于將兩個或更多個零件固定在一起的適合緊固件的前體。即使從坯件10獲得的緊固件的機構(gòu)可不同于常規(guī)金屬鉚釘，但是使用坯件10獲得的緊固件的功能在一些實施方案中可具有與常規(guī)鉚釘?shù)墓δ艿南嗨菩?，并且因此在本申請中可被稱為“鉚釘”。然而，術(shù)語“鉚釘”不意圖限制本文所公開的緊固件或坯件的結(jié)構(gòu)或功能。

坯件10可以包括細長主體12，所述細長主體具有縱軸A和長度L。主體12可具有大體上圓柱形形狀。例如，主體12可具有大體上圓形的橫向橫截面，但是主體12也可以具有其他橫截面形狀。在各種實施方案中，主體12可沿長度L具有大致上均勻的橫截面，但是主體12也可以具有沿其長度L改變的橫截面形狀和/或大小。

主體12可包括呈紗線14形式的增強纖維的固結(jié)，所述紗線嵌入適合的基質(zhì)材料16中。主體12可通過已知的或其他拉擠或壓縮模制過程或其他適合的制造過程產(chǎn)生。例如，適合的拉擠過程可用來形成所需直徑和結(jié)構(gòu)的連續(xù)拉擠桿，可從所述連續(xù)拉擠桿切割所需長度的多個坯件10。替代地，主體12可包括壓縮模制桿。因此，包括增強纖維的紗線14可嵌入主體12內(nèi)側(cè)并且由基質(zhì)材料16支撐?；|(zhì)材料16(例如，坯件10的第二相)可作用來將增強纖維一起保持在所需形狀中，保護增強纖維并且通過增強纖維分散負載。紗線14的末端在圖1A的坯件10的末端12A處示出。在拉擠過程期間，集合在一起以使坯件10固結(jié)的每個紗線14可包括摻和的多個增強纖維以及基質(zhì)材料16的多個細絲。替代地或另外，紗線14中的一個或多個可包括在被固結(jié)之前以基質(zhì)材料16粉末涂布或以其他方式浸漬的增強纖維。在拉擠或其他固結(jié)過程期間，基質(zhì)材料16可至少部分熔化并且與紗線14壓縮在一起，以便形成所需直徑和組成的固結(jié)(例如，熱成型)桿，可從所述固結(jié)桿切割一個或多個坯件10。

在各種實施方案中，基質(zhì)材料16可包括適合的熱塑性塑料或其他可熱成形材料。例如，基質(zhì)材料16可包括以下各項中的一個或多個：如聚酰胺的尼龍、聚醚酰亞胺(PEI)、聚醚砜(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)和聚醚酮酮(PEKK)。雖然本公開中所描述和示出的示例性實施方案主要針對如熱塑性塑料的可熱成形材料的使用，但是其他類型的材料可適合于用作基質(zhì)材料16。在一些實施方案中，坯件10中的基質(zhì)材料16可例如包括如B階熱固樹脂的熱固性材料，所述熱固性材料可通過熱的施加軟化并且因此在坯件10的安裝期間形成。在一些實施方案中，基質(zhì)材料16可例如包括環(huán)氧樹脂，所述環(huán)氧樹脂可通過暴露于紫外(UV)光固化，使得包括UV可固化樹脂的示例性坯件10可根據(jù)需要定位并成形以用于安裝并且隨后以UV光的施加固化。玻璃或?qū)V光至少部分透明的其他材料作為用于紗線14中所使用的增強纖維的材料的使用可通過允許至少一些UV光通過增強纖維更有效地穿透基質(zhì)材料16來促進UV可固化基質(zhì)材料的固化。

在紗線14中所使用的增強纖維可例如包括通常在復(fù)合材料或其他適合材料的增強中使用的任何適合的材料。在各種實施方案中，增強纖維可包括無機材料，包括玻璃或碳絲。例如，增強纖維可包括S-2玻璃纖維和/或E玻璃纖維。紗線14可不必包括全部相同材料的增強纖維。例如，每個紗線14可包括不同材料的增強纖維以實現(xiàn)所需材料和機械性質(zhì)。在一些實施方案中，不同紗線14可包括不同材料的增強纖維。在一些實施方案中，增強纖維可為連續(xù)的或不連續(xù)的，并且任選地具有不同長度。

坯件10中的增強纖維的材料、增強纖維的大小、每紗線14的增強纖維的數(shù)目和紗線14的數(shù)目可基于用于從坯件10獲得的緊固件的具體應(yīng)用和所需性質(zhì)加以選擇。例如，坯件10的具體結(jié)構(gòu)可基于如大小約束、環(huán)境和操作條件以及期望由緊固件支撐的負載的類型和量級的因素加以選擇。例如，在一些實施方案中，可為適當(dāng)?shù)氖鞘褂酶髯跃哂兄睆綖?μm(0.00024英寸)的約12,000個碳纖維的紗線。例如，為了產(chǎn)生直徑為約4.75mm(0.1875英寸)的坯件，此類碳纖維的20個紗線可用來形成拉擠桿，可從所述拉擠桿切割坯件10。在拉擠之前，此類紗線14可還包括直徑為約20μm(0.00079英寸)的熱塑性塑料細絲，所述熱塑性塑料細絲與增強纖維摻和，使得熱塑性塑料可在拉擠之后形成基質(zhì)材料16。

增強纖維相對于坯件10中的基質(zhì)材料16的體積分數(shù)也可以基于具體應(yīng)用加以選擇。例如，在一些實施方案中，主體12中的增強纖維的體積分數(shù)可為大約60％。在一些實施方案中，主體12中的增強纖維的體積分數(shù)可介于約55％與約63％之間。在一些實施方案中，主體12中的增強纖維的體積分數(shù)的適合范圍可介于約30％與約70％之間。在一些實施方案中，主體12中的增強纖維的體積分數(shù)的適合范圍可介于約50％與約60％之間。

紗線14以及因此增強纖維可由基質(zhì)材料16支撐并且嵌入主體12內(nèi)側(cè)。每個紗線14可包括大體上遵循共同路徑并且在主體12的第一末端12A與第二末端12B之間延伸的一組增強纖維。在各種實施方案中，紗線14以及因此增強纖維可沿主體12的整個長度L連續(xù)地延伸。紗線14可設(shè)置在距主體12的核心區(qū)域(例如，距軸線A)的各種徑向距離處，使得增強纖維可遍及主體12的橫截面設(shè)置在各種位置處。例如，一個或多個紗線14可設(shè)置在主體核心區(qū)域附近或主體核心區(qū)域處和/或在主體12外部區(qū)域附近或主體12外部區(qū)域處。在一些實施方案中，紗線14中一個或多個可遵循在坯件10的沿直徑方向相對的表面部分之間延伸的相應(yīng)路徑同時交叉坯件10的軸線A。在一些實施方案中，一個或多個紗線14也可以設(shè)置在主體12外表面附近或主體12外表面上。例如，除了或替代具有嵌入主體12內(nèi)側(cè)的紗線14，一個或多個紗線14還可以設(shè)置在主體12外表面上方(即，纏繞在主體12外表面上)。

圖1B是可嵌入坯件10內(nèi)側(cè)的紗線14的示例性編結(jié)結(jié)構(gòu)20的示意性表示。圖1B可例示圖1A中示出的區(qū)域1B中的紗線14。在各種實施方案中，紗線14中的至少一些可遵循一條路徑，其中所述路徑的至少部分具有不平行于主體12的軸線A的定向。例如，紗線14可以螺旋方式或沿從軸線A發(fā)散的其他方向在主體12的第一末端12A與主體12的第二末端12B之間延伸。在各種實施方案中，兩個或更多個紗線14可沿主體12的長度L的至少一部分編結(jié)在一起。例如，多個紗線14可以從軸線A測量的所需傾斜角(例如，編結(jié)角)α編結(jié)在一起。雖然坯件10可包括不平行于軸線A的一個或多個紗線14或其部分，但是坯件10也可以包括大致上平行于軸線A的一個或多個紗線14。例如，在一些實施方案中，坯件10可以包括編結(jié)紗線14和單向紗線14的組合。

紗線14的傾斜角α可基于具體應(yīng)用和期望緊固件經(jīng)受的負載加以選擇。例如，紗線14較接近平行于軸線A的相對小的傾斜角α(例如，如圖1B中所示)可從由坯件10形成的緊固件提供較高的拉伸強度和剛性。替代地，相對較大的傾斜角(例如，如圖2中所示)可從由坯件10形成的緊固件提供較高的環(huán)箍強度和剛性。在一些實施方案中，坯件10可取決于所需的性質(zhì)而包括以較小傾斜角的紗線14和以較大傾斜角的紗線14的組合。因此，可為可能的是通過選擇用于增強纖維的一個或多個傾斜角來在一定程度上定制由坯件10產(chǎn)生的緊固件的機械性質(zhì)。對于一些應(yīng)用，約20度的傾斜角可為適合的。在一些實施方案中，介于約15度與約30度之間的一個或多個傾斜角可為適合的。在一些實施方案中，介于約5度與約95度之間的一個或多個傾斜角可為適合的。

圖2A是可用來產(chǎn)生坯件10的增強纖維的紗線14的示例性編結(jié)結(jié)構(gòu)22的示意性透視圖。如所示，編結(jié)結(jié)構(gòu)22可具有雙軸和管狀構(gòu)造，但是也可以在一些應(yīng)用中使用其他已知或其他類型的編結(jié)結(jié)構(gòu)，如一個或多個三軸編結(jié)、三維編結(jié)、單向纖維和/或隨機定向纖維。例如，可以在一些實施方案中使用類似于鞋帶或繩索的其他編結(jié)結(jié)構(gòu)。編結(jié)結(jié)構(gòu)22可用于坯件10的拉擠，如以上所解釋。

圖2B是處于壓縮狀態(tài)中的編結(jié)結(jié)構(gòu)22的示意性透視圖。如圖2A中所示的雙軸編結(jié)在所述雙軸編結(jié)沿其長度拉伸或壓縮時，可能能夠變形，如圖2B中所示，而不引起對增強纖維的顯著損壞。例如，像中國式手指網(wǎng)套(Chinese finger trap)，當(dāng)編結(jié)結(jié)構(gòu)22被拉伸或拉長時，編結(jié)結(jié)構(gòu)22的直徑可減少，或當(dāng)編結(jié)結(jié)構(gòu)22被壓縮時，編結(jié)結(jié)構(gòu)22的直徑可增加。當(dāng)編結(jié)結(jié)構(gòu)22的直徑隨著編結(jié)結(jié)構(gòu)22被拉伸或壓縮而增加或減少時，紗線14可在交叉點處旋轉(zhuǎn)而不引起增強纖維的顯著彎曲。在一些應(yīng)用中，這種現(xiàn)象可為有利的，因為如以下所解釋，當(dāng)坯件10通過被壓縮到孔洞中來安裝時，編結(jié)結(jié)構(gòu)22的直徑可增加直到所述編結(jié)結(jié)構(gòu)變得與孔洞壁接觸為止，并且還可以符合孔洞特征部，如孔洞中的埋頭孔或其他不規(guī)則物。因此，在一些應(yīng)用中，坯件10的使用可不需要在使用鈦鉚釘時可能需要的高精度鉆孔技術(shù)。另外，在一些應(yīng)用中，坯件10的使用可不需要所產(chǎn)生鉚釘與零件之間的密封劑的使用，鉚釘被形成至所述零件中。

圖3是可以用來產(chǎn)生坯件10的增強纖維的紗線14的另一個示例性編結(jié)結(jié)構(gòu)24的示意圖。編結(jié)結(jié)構(gòu)24可用于坯件10的拉擠，如以上所解釋。編結(jié)結(jié)構(gòu)24可以包括多個嵌套的管狀雙軸編結(jié)24A、24B和24C。除了本文所示那些編結(jié)結(jié)構(gòu)之外的其他編結(jié)結(jié)構(gòu)可用于坯件10的拉擠。還可以在相同坯件10中使用不同編結(jié)結(jié)構(gòu)的組合。例如，嵌套(例如，同心)編結(jié)24A、24B和24C可具有相同或不同結(jié)構(gòu)參數(shù)(例如，增強纖維的大小和類型、紗線的大小和數(shù)目、傾斜角、編結(jié)結(jié)構(gòu)等)。

圖4A至圖4D示意性地例示用于使用坯件10安裝復(fù)合鉚釘?shù)姆椒?。如以上所述，坯?0可用來將兩個或更多個零件固定在一起。例如，如由圖4A至圖4D中所示，坯件10可用來固定兩個重疊面板26、28(例如，搭接接頭)。面板26、28中一個或多個可包括復(fù)合材料，坯件10的材料可與所述復(fù)合材料相容。替代地或另外，面板26、28中一個或多個可包括金屬材料，如鋁。例如，包括玻璃增強纖維的坯件10可適合于將鋁零件(例如，飛機蒙皮)緊固在一起。面板26、28可例如包括飛機結(jié)構(gòu)零件，如固定翼飛機或直升機的機身或機翼部件。然而，坯件10也可以用來固定其他類型的零件。在一些應(yīng)用中，坯件10也可以用來至少部分填充零件中的孔洞，而不一定將兩個零件固定在一起。坯件10的組成可被選擇，使得其可與面板26、28的材料相容。例如，由復(fù)合材料制成的坯件10可適合于固定包括相同或相容材料的面板26、28，使得可減少或避免電化學(xué)腐蝕的風(fēng)險。

如圖4A至圖4D中所示，用于使用坯件10安裝復(fù)合鉚釘?shù)姆椒砂ǎ簩⑴骷?0插入孔洞中，所述孔洞在面板26、28中的一個或多個中延伸；以及在坯件10插入所述孔洞中之后：通過熱成型坯件10的第一末端12A來精加工坯件10的第一末端12A；以及通過熱成型坯件10的第二末端12B來精加工坯件10的與第一末端12A相對的第二末端12B。在面板26、28中的一個或多個中延伸的孔洞可為完全延伸穿過一個或多個面板26、28的孔洞。例如，當(dāng)坯件10用來填充單個面板中的孔洞時，孔洞可延伸穿過單個面板。替代地，當(dāng)坯件10用來將面板26和面板28固定在一起時，孔洞可以包括設(shè)置在面板26中的第一通孔和設(shè)置在面板28中的第二通孔，其中第一通孔和第二通孔至少部分對準在一起以允許坯件10通過所述第一通孔和所述第二通孔。

圖4A至圖4D還示出用于使用坯件10安裝鉚釘32的設(shè)備34。設(shè)備34可以包括精加工構(gòu)件，所述精加工構(gòu)件包括用于精加工坯件10的第一末端12A的第一壓頭36和用于精加工坯件10的第二末端12B的第二壓頭38。雖然設(shè)備34示出兩個壓頭36、38的使用，但是設(shè)備34的一些實施方案可具有僅一個可移動壓頭36并且壓頭38可以靜止支撐構(gòu)件替換，坯件10可被推動抵靠所述靜止支撐構(gòu)件，并且所述靜止支撐構(gòu)件還具有適合于精加工坯件10的第二末端12B的形狀。壓頭36、38可各自可移動地設(shè)置在相應(yīng)熱絕緣體40中。熱絕緣體40可各自具有環(huán)形形狀并且包括陶瓷材料或具有相對低的導(dǎo)熱性的其他適合材料。在一些實施方案中，熱絕緣體40可具有陶瓷套管的形式。相對的絕緣體40可用來在坯件10的安裝期間在面板26與面板28之間的搭接接頭上施加壓力。

在圖4A中，坯件10已經(jīng)插入在面板26中以及在面板28中形成的孔洞中。如以下所解釋，坯件10可在插入孔洞之前被加熱，或可在插入孔洞時處于環(huán)境溫度下。一旦插入，坯件10的第一末端12A和第二末端12B可通過熱成型來精加工。例如，坯件10的末端12a和12B兩者可分別使用第一壓頭36和第二壓頭38大致上同時或每次一個地精加工。第一壓頭36和第二壓頭38可分別用來將熱和壓力兩者施加于第一末端12A和第二末端12B，以便執(zhí)行坯件10的熱成型。圖4將第一壓頭36和第二壓頭38兩者示為最初處于相對冷的(例如，環(huán)境)溫度下。

在圖4B中，壓力可由第一壓頭36和第二壓頭38施加以便壓縮坯件10。熱也可被施加于第一壓頭36和/或第二壓頭38。通過第一壓頭36施加于坯件10的第一末端12A的熱和壓縮力的組合可引起坯件10的基質(zhì)材料16的軟化和/或熔化，并且可引起坯件10的第一末端12A的變形(即，熱成型)。第一末端12A的變形可使第一末端12A符合孔洞的形狀并且也符合第一精加工腔體，如由第一壓頭36、面板26以及相關(guān)聯(lián)絕緣體40界定的埋頭孔。

在圖4C中，熱還可以被施加于第二壓頭38以便精加工(例如，屈曲)坯件10的第二末端12B。通過第二壓頭38施加于坯件10的第二末端12B的熱和壓縮力的組合可引起坯件10的基質(zhì)材料16的軟化和/或熔化，并且可引起坯件10的第二末端12B的變形。第二末端12B的變形(即，熱成型)可使第二末端12B符合孔洞的形狀并且也符合由第二壓頭38、面板28以及相關(guān)聯(lián)絕緣體40界定的第二精加工腔體。

在圖4D中，坯件10的第一末端12A和第二末端12B已經(jīng)分別被精加工(例如，熱成型)為第一精加工末端32A和第二精加工末端32B。換言之，坯件10已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合鉚釘32。第一精加工末端32A可與面板26接合并且第二精加工末端32B可與面板28接合，以便將面板26和面板28固定在一起。圖4D也將第一壓頭36和第二壓頭38兩者示出為冷的(即，處于低于熱成型坯件10所需要的溫度的溫度下)。例如，第一壓頭36和第二壓頭38中的一個或兩個可主動冷卻以便從復(fù)合鉚釘32移除熱并且在熱成型之后加速復(fù)合鉚釘32的凝固。第一壓頭36和第二壓頭38中的一個或兩個可使用如空氣或其他適合的流體的適合的冷卻流體冷卻。一旦復(fù)合鉚釘32已經(jīng)冷卻到所需溫度或凝固狀態(tài)，壓頭36、絕緣體40和壓頭38可以從面板26和28移除，并且設(shè)備34可移動到另一個位置以重新開始使用另一個坯件10安裝另一個復(fù)合鉚釘32的過程。

圖5A至圖5C示意性地例示用于使用另一個安裝設(shè)備42安裝坯件10的另一個示例性方法。圖4A至圖4D的設(shè)備34和圖5A至圖5C的設(shè)備42可以共用一些相似性，因此已在本公開中使用相同參考數(shù)字標識相同元件。使用設(shè)備42，在被插入分別在面板26和面板28中形成的第一孔洞26A和第二孔洞28A中之前，坯件10可在處于面板26和28外側(cè)時被加熱。坯件10在處于面板26和28外側(cè)時的加熱可限制轉(zhuǎn)移到面板26和28的熱量。因此，設(shè)備42可包括設(shè)置在絕緣體40內(nèi)側(cè)的加熱器44。加熱器44可包括電加熱器，所述電加熱器具有環(huán)形構(gòu)造并且適合于將坯件10加熱到允許坯件10的熱成型的溫度。例如，加熱器44可包括電阻加熱器或為感應(yīng)加熱單元的一部分。絕緣體40可防止來自加熱器44的熱中的一些轉(zhuǎn)移到面板26。設(shè)備42可還包括用于在坯件10已經(jīng)被加熱到適合于熱成型的溫度之后將坯件10推動到孔洞26A、28A中的第一壓頭36。替代設(shè)備34的第二壓頭38，設(shè)備42可以包括靜止支撐構(gòu)件46，所述靜止支撐構(gòu)件可具有類似于用于精加工坯件10的第二末端12B的屈曲棒的功能。設(shè)備42可還包括成型環(huán)48，所述成型環(huán)可與面板26直接接觸并且可輔助精加工(例如，熱成型)坯件10的第一末端12A。一個或多個適合的冷卻裝置50可熱連接到第一壓頭36和支撐構(gòu)件46。替代地，公共冷卻裝置50可熱連接到第一壓頭36和支撐構(gòu)件46兩者。

圖5A示出回縮的壓頭36和在插入穿過面板26和面板28的孔洞26A、28A中之前由加熱器44加熱的坯件10。

圖5B示出朝向支撐構(gòu)件46推進并且在坯件10上施加向下力以從而引起坯件10的變形的壓頭36，所述坯件已經(jīng)加熱到允許熱成型的溫度。在由壓頭36施加的壓力下，坯件10可變形并且填充由孔洞28A和支撐構(gòu)件46界定的腔體，以便形成復(fù)合鉚釘32的第二精加工末端32B(在圖5C和圖6中示出)。如圖5B中所示，孔洞28A可包括埋頭孔，所述埋頭孔可由坯件10填充。坯件10還可以向外變形以填充孔洞26A和28A。

圖5C示出復(fù)合鉚釘32的第一精加工末端32A的形成。一旦第二精加工末端32B已經(jīng)形成，絕緣體40可回縮(即，突起)一些距離，使得壓頭36、絕緣體40、面板26和成型環(huán)48可界定腔體，所述腔體可在壓頭36在坯件10上施加壓力時由坯件10填充。因此，當(dāng)絕緣體40部分回縮時，可維持由壓頭36施加的壓力，使得可填充所界定的腔體，以便形成復(fù)合鉚釘32的第一精加工末端32A。例如，即使絕緣體40可回縮，面板26和28上的壓力仍然可通過支撐構(gòu)件46和成型環(huán)48維持。因此，在一些實施方案中，貫穿安裝鉚釘32的過程，可始終存在施加在面板26與28之間的搭接接頭上的壓力。冷卻裝置50可從壓頭36和支撐構(gòu)件46汲取熱以便促進復(fù)合鉚釘32的冷卻和凝固。一旦復(fù)合鉚釘32已經(jīng)冷卻到所需溫度或凝固狀態(tài)，壓頭36、絕緣體40、成型環(huán)48和支撐構(gòu)件46可從面板26和28移除，并且設(shè)備42可移動到另一個位置以重新開始使用另一個坯件10安裝另一個復(fù)合鉚釘32的過程。

圖6是結(jié)構(gòu)組件30的橫截面圖。例如，結(jié)構(gòu)組件30可包括：面板26，其中形成有第一孔洞；面板28，其中形成有第二孔洞；以及復(fù)合鉚釘32(即，由坯件10形成)，其通過第一孔洞和第二孔洞將面板26和面板28固定在一起。面板26和面板28可相對于彼此定位，使得第一孔洞至少部分地與第二孔洞對準。另外，復(fù)合鉚釘32可包括主體，所述主體具有如以上所述嵌入主體中并且支撐在基質(zhì)材料16中的編結(jié)增強纖維。復(fù)合鉚釘32可還包括與面板26接合的第一精加工末端32A和與面板28接合的第二精加工末端32B。在一些實施方案中，精加工末端32A、32B中的至少一個可包括纖維錨定人工制品52，如以下所解釋，所述纖維錨定人工制品可用來在精加工末端32A、32B中的至少一個的熱成型期間至少部分地控制復(fù)合鉚釘32內(nèi)側(cè)的增強纖維的變形。如圖6中所示，纖維錨定人工制品52可包括從第一精加工末端32A和第二精加工末端32B中的每一個延伸的突起，但是纖維錨定人工制品52的其他構(gòu)造也可為適合的。

圖7是安裝設(shè)備42的精加工構(gòu)件的未示出其間的結(jié)構(gòu)組件30的橫截面圖。壓頭36、絕緣體40和支撐構(gòu)件46的相對位置對應(yīng)于圖5中所示的在第一精加工末端32A的熱成型期間的那些位置。如圖7中所示，當(dāng)坯件10被熱成型并且形成復(fù)合鉚釘32的第一精加工末端32A時，壓頭36的下極端在絕緣體40的下極端上方的距離T處。由壓頭36與絕緣體40的下末端之間的距離T界定的凹部充當(dāng)纖維錨定特征部54，以便在坯件10的熱成型期間至少部分地控制嵌入坯件10內(nèi)側(cè)的增強纖維的變形。類似纖維錨定特征部54(例如，凹部)也可以界定在支撐構(gòu)件46中。纖維錨定特征部54的存在可導(dǎo)致對應(yīng)纖維錨定人工制品52形成在復(fù)合鉚釘32的第一精加工末端32A上并且形成在第二精加工末端32B上。

在坯件10的壓縮以及第一精加工末端32A和第二精加工末端32B的熱成型期間，纖維錨定特征部54可接收并至少部分錨定紗線14的末端，并且防止紗線14的末端在隨機且不可預(yù)測的方向上偏轉(zhuǎn)，如果精加工構(gòu)件(例如，壓頭36、絕緣構(gòu)件40和支撐構(gòu)件46)在熱成型期間不提供增強纖維的任何形式的錨定或引導(dǎo)，所述偏轉(zhuǎn)否則可發(fā)生。在一些實施方案中，纖維錨定特征部54的使用可對尤其在第一精加工末端32A和第二精加工末端32B中的增強纖維的變形提供一些控制，并且從而改善熱成型以及復(fù)合鉚釘32的機械性質(zhì)的可重復(fù)性和可預(yù)測性。

圖8是根據(jù)另一個實施方案的另一個示例性安裝設(shè)備60的頂部平面圖。設(shè)備60以及以上所述的設(shè)備34和42可共用一些相似性，因此已在本公開中使用相同參考數(shù)字標識相同元件。設(shè)備34、42和60或其零件可在操作期間由一個或多個操作員支撐或可由適合的結(jié)構(gòu)(例如，裝配架)支撐。設(shè)備60可以包括：第一框架62，其可被配置成定位在結(jié)構(gòu)組件30的第一側(cè)上；以及第二框架64，其可被配置成定位在結(jié)構(gòu)組件30的第二(例如，相對)側(cè)上。第一框架62和第二框架64可通過一個或多個夾具66或其他適合的結(jié)構(gòu)或設(shè)備60的操作員朝向彼此推動。第一框架62和第二框架64朝向彼此的推動可使壓縮力通過絕緣體40被施加在結(jié)構(gòu)組件30上，所述絕緣體設(shè)置在結(jié)構(gòu)組件30的相對側(cè)上。

第二壓頭38可與第二框架64相關(guān)聯(lián)并由所述第二框架支撐，并且可以被配置成通過輪子68致動。輪子68的轉(zhuǎn)動可引起第二壓頭38通過適合的螺紋接合(未示出)的推進和回縮。輪子68對于致動第二壓頭38的使用可提供第二壓頭38的適合的位置控制。第二壓頭38的其他致動裝置可用來控制第二壓頭38的位置。加熱器44也可以與第二框架64相關(guān)聯(lián)，使得坯件10可在插入在結(jié)構(gòu)組件30的面板26、28中形成的孔洞中之前由加熱器44加熱。

第一壓頭36可與第一框架62相關(guān)聯(lián)并由所述第一框架支撐，并且可以被配置成通過致動器70致動。例如，第一壓頭36可以通過一個或多個定位螺絲連接到致動器70。致動器70可包括一個或多個氣動缸或其他液壓致動器，所述一個或多個氣動缸或其他液壓致動器被配置來維持由第一壓頭36施加的所需力并且從而在坯件10的安裝期間維持坯件10上的所需壓力。其他致動裝置可用來控制由第一壓頭36施加的力。因此，在一些實施方案中，第二壓頭38可為位置控制的并且第一壓頭36可為力控制的。

第一壓頭36可設(shè)置在套筒72內(nèi)側(cè)。套筒72可為相對于第一壓頭36可移動的并且也為相對于絕緣體40可移動的。套筒72可延伸到相關(guān)聯(lián)絕緣體40中并且還連接到鎖定板74或從所述鎖定板脫離。套筒72可為使用手柄76圍繞所述套筒的縱軸可旋轉(zhuǎn)的，以便將套筒72與鎖定板74鎖定在一起或從鎖定板74解鎖套筒72。例如，鎖定板74可通過適合的緊固件剛性地緊固到框架62或整合到第一框架62。鎖定板74可還包括鎖定特征部，所述鎖定特征部可用來將套筒72鎖定在其第一(即，鎖定)位置中，如圖9A和圖9B中所示。例如，鎖定板74上的鎖定特征部可與套筒72上的對應(yīng)鎖定特征部合作，以便在套筒72處于第一定向時(例如，在手柄76如圖9A和圖9B中所示降低時)防止套筒72回縮，并且在套筒72處于第二定向時(例如，在手柄76如圖9C和圖9D中所示上升時)允許套筒72回縮。緊固到框架62或與所述框架成整體的任何其他適合的結(jié)構(gòu)可用來鎖定和解鎖套筒72。

因此，套筒72可為通過手柄76相對于第一壓頭36可移動的。另外，在第一壓頭36通過致動器70朝向結(jié)構(gòu)組件30的初始推進期間，可相對于套筒72推進第一壓頭36直到推動器80與扣件82接觸。推動器80可緊固到致動器70并且與第一壓頭36一起被推進?？奂?2可緊固到套筒72或與所述套筒成整體。例如，扣件82可包括套筒72的具有增加的外徑的一部分。因此，一旦推動器80與扣件82接觸，來自致動器70的推進力可以傳輸?shù)降谝粔侯^36和套筒72兩者，使得第一壓頭36和套筒72可朝向結(jié)構(gòu)組件30推動并且在坯件10的熱成型中合作。

彈簧84可以設(shè)置在扣件82與套管78之間。因此，當(dāng)致動器70通過推動器80和扣件82朝向結(jié)構(gòu)組件30推動套筒72時，致動器70還可以引起彈簧84的壓縮。然而，當(dāng)套筒72通過手柄76的上升旋轉(zhuǎn)到所述套筒的第二(即，解鎖)位置時，彈簧84可在沒有由致動器70通過推動器80施加在扣件82上的反作用力的情況下，通過推動套筒72(的扣件82)遠離結(jié)構(gòu)組件30來輔助套筒72的回縮。

第一配件86可固定到第一框架62以允許如空氣的冷卻流體引入第一框架62內(nèi)側(cè)，以主動冷卻第一壓頭36和套筒72。類似地，第二配件88可固定到第二框架64以允許如空氣的冷卻流體引入第二框架64內(nèi)側(cè)，以主動冷卻第二壓頭38和加熱器44。

圖9A至圖9D示意性地例示用于使用安裝設(shè)備60安裝坯件10的另一個示例性方法。安裝坯件10的步驟在圖9A至圖9D中順序地示出。圖9A至圖9D僅示出設(shè)備60的在面板26和28附近的部分以例示坯件10的安裝。使用設(shè)備60，在插入面板26和面板28中之前，坯件10可在處于面板26和28外側(cè)時被加熱。因此，坯件10可在第二壓頭38回縮時由加熱器44加熱。一旦坯件10已加熱到適合于熱成型的溫度，可推進第二壓頭38，以便推動坯件10穿過在面板26和28中形成的孔洞，如圖9A中所示，同時相對少至沒有的壓力由第一壓頭36施加，并且第一壓頭36因此被允許回縮以適應(yīng)坯件10的插入。在一些實施方案中，當(dāng)坯件10最初插入穿過面板26和28時，第一壓頭36可已經(jīng)回縮。

圖9A示出處于完全延伸位置中的第二壓頭38。如以上關(guān)于設(shè)備42所解釋，第二壓頭38可定位在不到絕緣體40的與面板28接觸的表面的距離處，以便界定可充當(dāng)纖維錨定特征部(類似于圖7中所示的特征部54)的凹部。在這個階段，套筒72可處于其第一(即，鎖定)位置中并且抵靠面板26完全延伸，如由手柄76的降低位置所指示。

圖9B示出復(fù)合鉚釘32的第二精加工末端32B的精加工。當(dāng)坯件10仍然處于適合于熱成型的溫度下時，第二壓頭38處于其延伸位置中并且套筒72抵靠面板26處于所述套筒的完全延伸位置中，第一壓頭36可通過由致動器70進行的適合的力的施加延伸。第一壓頭36的延伸可使坯件10填充由面板28、第二壓頭38和相關(guān)聯(lián)絕緣體40界定的腔體(例如，埋頭孔)，并且從而產(chǎn)生復(fù)合鉚釘32的第二精加工末端32B。

圖9C示出在第二精加工末端32B已經(jīng)熱成型之后并且為圖9D中所示的第一精加工末端32A的精加工作準備的套筒72遠離面板26的解鎖和回縮。套筒72的回縮可通過經(jīng)由使手柄76上升來將套筒72旋轉(zhuǎn)到所述套筒的第二(即，解鎖)位置并且隨后通過手柄76手動回縮套筒72遠離面板26來實現(xiàn)。套筒72的旋轉(zhuǎn)和回縮可以由操作員手動進行，或可提供適合的致動器作為設(shè)備60的一部分來進行套筒72的旋轉(zhuǎn)和回縮。

圖9D示出復(fù)合鉚釘32通過產(chǎn)生(例如，屈曲)第一精加工末端32A的形成。如以上所解釋，在第一壓頭36的沖程的最終部分期間，套筒72和第一壓頭36兩者由致動器70一起推進。如圖9D中所示，第一壓頭36的前端可在套筒72的前端后面，使得可產(chǎn)生纖維錨定特征部(例如，圖7中所示的此類凹部54)。由第一壓頭36和套筒72施加于坯件10的壓力可使坯件10填充由第一壓頭36、套筒72、面板26和相關(guān)聯(lián)絕緣體40界定的腔體，以便產(chǎn)生復(fù)合鉚釘32的第一精加工末端32A。一旦第一精加工末端32A已經(jīng)產(chǎn)生，設(shè)備60的部分可被主動冷卻以加速復(fù)合鉚釘32的冷卻和凝固。例如，空氣或其他冷卻流體源可用來主動冷卻第一壓頭36、套筒72、第二壓頭38和加熱器44。一旦復(fù)合鉚釘32已冷卻到所需溫度或凝固狀態(tài)，設(shè)備60可移動到另一個位置以重新開始在相同面板26和28上或在不同零件上使用另一個坯件10安裝另一個復(fù)合鉚釘32的過程。

圖10示意性地例示用于使用不同類型的末端精加工構(gòu)件安裝坯件10的另一個示例性方法。圖10從圖10的左側(cè)到右側(cè)例示安裝的不同階段。在圖10的左側(cè)開始，坯件10可通過在面板26中形成的第一孔洞26A和在面板28A中形成的第二孔洞28A插入。隨后，第一壓頭36和第二壓頭38(即，末端精加工構(gòu)件)可用來將坯件10壓縮到孔洞26A和28A中并且產(chǎn)生復(fù)合鉚釘32的精加工末端32A和32B?？杉訜岬谝粔侯^36和第二壓頭38中一個或兩個以便引起坯件10的熱成型。替代地或另外，坯件10可在插入孔洞26A和28A中之前被加熱到適合的熱成型溫度。第一壓頭36和第二壓頭38中一個或兩個可具有半球形形狀，以便在復(fù)合鉚釘32上產(chǎn)生對應(yīng)半球形精加工末端32A和32B。在圖10的右側(cè)，第一壓頭36的另一個實施例被示出為具有用于將坯件10壓縮到在面板26中形成的埋頭孔中的平坦面。在任何情況下，第一精加工末端32A可與面板26接合并且第二精加工末端32B可與面板28接合。

以上描述僅意味著是示例性的，并且相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，可在不脫離所公開的本發(fā)明的范圍的情況下對所述實施方案做出改變?？稍诓幻撾x權(quán)利要求書的主題的情況下以其他特定形式體現(xiàn)本公開。另外，雖然本文所公開和所示的坯件、緊固件、組件、設(shè)備和方法可包括特定數(shù)目的元件或步驟，但是坯件、緊固件、組件、設(shè)備和方法可以被修改以包括另外的或更少的此類元件或步驟。本公開還意圖涵蓋并且包括技術(shù)上的所有適合的變化。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)對本公開的回顧將顯而易見落入本發(fā)明范圍內(nèi)的修改，并且此類修改意圖落入隨附權(quán)利要求書內(nèi)。