緊固件是把兩個(gè)或兩個(gè)以上零件(或部件)連接成整體時(shí)所采用的一系列機(jī)械零件的總稱，是重要的通用基礎(chǔ)機(jī)電產(chǎn)品，在工業(yè)中具有舉足輕重的作用，被譽(yù)為“工業(yè)之米”[1]。緊固件材料主要包括碳素鋼、合金鋼、不銹鋼、鈦合金、高溫合金等[2]。

近些年，隨著航空航天領(lǐng)域?qū)?a href="http://www.autoetherbot.com/" target="_blank">航空緊固件的需求不斷增加其材料出現(xiàn)較大變化。航空緊固件主要分為軍/民機(jī)用緊固件、航空發(fā)動(dòng)機(jī)用緊固件、其他緊固件等[3]。不同服役環(huán)境對(duì)航空緊固件性能要求也有所不同，一般來(lái)說(shuō)，在發(fā)動(dòng)機(jī)等高溫部位要求緊固件具有耐高溫、高強(qiáng)、高抗疲勞性等特點(diǎn)，往往使用高溫合金；在溫度較低的部位，主要以合金鋼和不銹鋼為主[4]。除了傳統(tǒng)的緊固件產(chǎn)品，新型緊固件產(chǎn)品也在不斷發(fā)展，主要為專用緊固件、復(fù)合材料緊固件以及智能化緊固件。專用緊固件包括機(jī)身絕緣毯用特殊緊固件和雷電電流傳導(dǎo)緊固件[5]；復(fù)合材料緊固件為復(fù)合材料夾緊螺母[6]和新型高溫緊固件系統(tǒng)[7]。

高鎖緊固系統(tǒng)包括高鎖螺栓和與之配套的高鎖螺母。高鎖螺栓結(jié)合了鉚釘和螺栓的功能，強(qiáng)度等級(jí)比較高，是通過(guò)利用螺栓的過(guò)盈量與結(jié)構(gòu)件造成的干涉配合和較高的預(yù)緊力組合作用來(lái)提高接頭抗疲勞強(qiáng)度的一種螺栓。從載荷力角度來(lái)說(shuō)，高鎖螺栓分為抗拉型和抗剪型兩大類別。與普通螺栓相比，高鎖螺栓最大特點(diǎn)就是能夠高強(qiáng)度永久性安裝。高鎖螺栓的頭部，通常有兩種基本頭型可供選擇。對(duì)于剪切應(yīng)用，可以選用沉頭或緊湊的凸頭；對(duì)于抗拉應(yīng)用，可以選擇MS24694型沉頭或常規(guī)的凸頭。另外高鎖螺栓的尾部，最開(kāi)始采用的是六角凹槽形式，隨后發(fā)展出五瓣凹槽，以便更好地驅(qū)動(dòng)安裝[8]。

鉚釘是由頭部和釘桿兩部分構(gòu)成的一類緊固件，用于緊固連接兩個(gè)帶通孔的零件(或構(gòu)件)，使之成為一個(gè)整體。抽芯鉚釘，又稱哈克拉鉚釘或盲拉釘，是一類單面鉚接用的鉚釘，特別適用于不便采用普通鉚釘(須從兩面進(jìn)行鉚接)的鉚接場(chǎng)合，常在飛機(jī)不開(kāi)敞部位的鉚接及維修中使用[9-10]。抽芯鉚釘從結(jié)構(gòu)上分為鉚套與釘桿兩部分，因其具有高緊固力、永不松動(dòng)及高抗剪切力等優(yōu)良的性能被廣泛應(yīng)用于航空飛機(jī)、現(xiàn)代鋁合金客車車身及重卡自卸車型車架的連接[11]，其緊固方式是用抽芯鉚釘專用設(shè)備將兩個(gè)結(jié)合件夾緊后，

將套入的環(huán)狀套環(huán)(不帶螺紋的螺帽)的金屬擠壓并充滿到帶有多條環(huán)狀溝槽栓柱的凹槽內(nèi)，使得套環(huán)與栓柱緊密結(jié)合。抽芯鉚釘為抗剪型緊固件，不能在高應(yīng)力區(qū)域、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上或周圍的任何區(qū)域、需液體密封區(qū)域及承受拉力的區(qū)域使用。航空用抽芯鉚釘在耐腐蝕、耐高溫、比強(qiáng)度等方面有很高的要求，選材主要以鋁合金、不銹鋼、高溫合金和鈦合金等為主。

由于復(fù)合材料在飛機(jī)、汽車、輪船等方面大量應(yīng)用，使得對(duì)高鎖緊固件及抽芯鉚釘輕量化、高強(qiáng)比、耐腐蝕及多功能的需求愈來(lái)愈大[12]。本文通過(guò)分析近代高鎖緊固件及抽芯鉚釘?shù)拇H發(fā)展情況，討論了發(fā)展過(guò)程中的技術(shù)路線，分析其迭代邏輯，最后對(duì)其研究和發(fā)展進(jìn)行了展望。

1、緊固件用材料分類

1.1緊固件常用高溫合金材料

國(guó)外飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)用高鎖螺栓材料主要為In718、A286、MP159、Rene41和Waspaloy，而對(duì)于高鎖螺母一般使用的材料為A286等。

(1)GH2132(國(guó)外牌號(hào)A286)為時(shí)效硬化鐵基高溫合金，以Fe-25Ni-15Cr為基體，使用少量的鉬、鈦、鋁、釩和微量硼等元素綜合強(qiáng)化而得。該合金在-253~500℃具有較高的屈服強(qiáng)度和持久蠕變強(qiáng)度[13]。

采用GH2132生產(chǎn)的緊固件種類繁多，其主要產(chǎn)品集中在900MPa級(jí)的螺母、1100MPa級(jí)的HB系列螺栓、1300MPa級(jí)的NAS系列高強(qiáng)度螺栓以及試驗(yàn)芯棒等[14]。

(2)GH4169(國(guó)外牌號(hào)In718)為沉淀強(qiáng)化型鎳基高溫合金，基體為奧氏體，該合金在-253~650℃具有良好的綜合性能，650℃以下的屈服強(qiáng)度居變形高溫合金首位，并具有良好的抗疲勞、抗輻射、抗氧化和耐腐蝕性能。其中，航空發(fā)動(dòng)機(jī)緊固件使用環(huán)境嚴(yán)酷，其連接件要求具有耐高溫、高強(qiáng)度、高抗疲勞性，并要求具有良好的防松性等特點(diǎn)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)用螺栓90%以上采用的是GH4169[15]。GH4169主要用作高強(qiáng)度螺栓、螺母、螺釘、螺套等，集中在1275和1512MPa兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)[14]。

(3)GH4738(國(guó)外牌號(hào)Waspaloy)是一種γ′Ni3(Al,Ti)相沉淀硬化型鎳基高溫合金，在-253~815℃具有強(qiáng)度高、抗氧化、耐腐蝕、熱加工與焊接性能好、冷變形加工性能好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有良好的強(qiáng)韌性匹配，從而成為700℃以上航空航天用緊固件的重要選材[16]。但近些年隨著航空領(lǐng)域的發(fā)展，性能的提高越來(lái)越依賴于先進(jìn)材料和先進(jìn)工藝技術(shù)，鈦合金、先進(jìn)復(fù)合材料的使用量基本上代表了航空飛機(jī)的先進(jìn)程度。鈦合金具有密度低、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫、無(wú)磁等優(yōu)良性能，被譽(yù)為“飛行金屬”，廣泛用做宇航飛行器緊固件[17-19]。

1.2緊固件常用鈦合金材料

鈦合金作為航空緊固件的重要材料，主要有以下幾種。

(1)TC4鈦合金TC4鈦合金是一種中等強(qiáng)度的兩相鈦合金，也是研究和應(yīng)用最多的鈦合金材料，緊固件用鈦合金材料大多數(shù)是TC4鈦合金。TC4鈦合金制造緊固件時(shí)，只能采用熱鐓，且必須采用專門的熱墩設(shè)備和加熱設(shè)備，合金固溶時(shí)效后的抗拉強(qiáng)度最高達(dá)到1100MPa，剪切強(qiáng)度在650MPa左右，由于TC4鈦合金淬透性差，固溶時(shí)效時(shí)TC4鈦合金緊固件截面尺寸一般在19mm以下。TC4鈦合金緊固件包括螺栓、高鎖螺栓、抽釘、螺釘和環(huán)槽鉚釘?shù)龋渲蠺C4大多數(shù)螺栓已經(jīng)在國(guó)內(nèi)飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)載設(shè)備、航天飛行器和衛(wèi)星中獲得了大量應(yīng)用[2]。

(2)TC6鈦合金TC6鈦合金是一種綜合性能良好的馬氏體型α+β型雙相鈦合金，既可以在退火狀態(tài)下使用，也可以熱處理強(qiáng)化，其制造的零部件可在400℃下工作6000h以上、450℃下工作2000h以上。400℃高溫拉伸強(qiáng)度大于720MPa、伸長(zhǎng)率大于14%、斷面收縮率大于40%[20]。

(3)TB3鈦合金TB3鈦合金是一種可熱處理強(qiáng)化的亞穩(wěn)定β型鈦合金，名義成分為Ti-10Mo-8V1Fe-3.5Al。該合金的主要優(yōu)點(diǎn)是固溶處理狀態(tài)具有優(yōu)異的冷成形性能，其冷鐓比可達(dá)2.8，合金固溶時(shí)效后可獲得較高的強(qiáng)度，主要用于制造1100MPa級(jí)高強(qiáng)度航空航天緊固件[21]。

(4)TB5鈦合金TB5鈦合金是一種亞穩(wěn)定β型鈦合金,名義成分為Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al。該合金具有優(yōu)異的冷成形性能，其冷成形能力與純鈦相當(dāng)，可在固溶狀態(tài)下進(jìn)行各種復(fù)雜零件的冷成形(如鉚釘鉚接)，時(shí)效后室溫拉伸強(qiáng)度可達(dá)1000MPa以上，該合金由于V元素含量高，抗氧化性能較差，一般在200℃以下的工作環(huán)境中使用，但是其具有優(yōu)異的抗腐蝕性能[22]。

2、高鎖緊固系統(tǒng)代際發(fā)展

隨著航空技術(shù)的發(fā)展對(duì)飛機(jī)的要求不斷提高，作為飛機(jī)重要組成部件的高鎖緊固件也不斷更新迭代，從最初的只能選擇過(guò)盈配合的高鎖緊固件系統(tǒng)，到現(xiàn)在的質(zhì)量更輕、性能更優(yōu)的最新高鎖緊固件系統(tǒng)，其發(fā)展經(jīng)歷可以大致概括為四代。

2.1第一代高鎖緊固系統(tǒng)

由于飛機(jī)構(gòu)造的特殊性，絕大多數(shù)的螺紋緊固件要求單側(cè)安裝，且不可預(yù)制螺紋。為了適用這一需求，自20世紀(jì)50年代起，六角凹槽高鎖螺栓就被開(kāi)發(fā)出來(lái)并作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，廣泛用于飛機(jī)裝配中，如圖1所示[23]。從圖1中可見(jiàn)，這并不是一個(gè)傳統(tǒng)意義上的緊固系統(tǒng)，在螺栓的端面上(靠近螺紋側(cè))帶有一個(gè)六角凹槽，使其可以借助外力讓螺栓在安裝過(guò)程中保持靜止而不受螺母旋轉(zhuǎn)的影響[23]。

HI-LOK螺栓被美國(guó)波音公司稱作六方驅(qū)動(dòng)高鎖螺栓，其與一個(gè)帶六角螺帽的螺母配合在一起達(dá)到安裝的目的。當(dāng)擰緊力矩達(dá)到規(guī)定值后，六角螺帽被剪斷。這種HI-LOK螺栓的優(yōu)點(diǎn)是擰緊時(shí)不需要力矩板手。因?yàn)椴粫?huì)施加過(guò)量的預(yù)載荷，緊固件釘桿本身并不會(huì)被顯著拉伸，因而緊固件的直徑也不會(huì)減少，故可承受剪切載荷。HI-LOK螺栓有拉伸型凸頭、剪切型凸頭、拉伸型埋頭和剪切型埋頭，主要型號(hào)為HL10/HL12(螺栓)、HL70/HL75(螺母)。

HI-LOKTM(HL)被稱為是第一代高鎖緊固系統(tǒng)，可被應(yīng)用在緊公差配合和過(guò)渡配合下。HI-LOK螺栓釘桿的直徑與螺紋的外徑在尺寸上相差很小，并且在釘桿過(guò)渡區(qū)域不存在過(guò)渡半徑，這就造成了在金屬連接應(yīng)用中，第一代高鎖緊固系統(tǒng)不適用于干涉配合應(yīng)用，只能選擇輕微的過(guò)盈配合。

2.2第二代高鎖緊固系統(tǒng)

HI-TIGUETM(HLT)系列實(shí)際上是HI-LOKTM的下一代產(chǎn)品，可認(rèn)為是第二代高鎖緊固系統(tǒng)。由于第一代高鎖緊固系統(tǒng)不適用于干涉配合，由此發(fā)展出第二代高鎖緊固系統(tǒng)，其特點(diǎn)是在螺紋釘桿上有一個(gè)鼓包，且螺紋長(zhǎng)度較第一代長(zhǎng)，是第一款主要適用于干涉配合的高鎖緊固系統(tǒng)。將HI-TIGUE螺栓裝入干涉配合的安裝洞中時(shí)，釘桿上的鼓包會(huì)對(duì)安裝洞的內(nèi)壁起到類似冷加工的作用，這樣在整個(gè)釘桿就位的過(guò)程中，可有效提高構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度。HI-TIGUE螺栓的螺紋外徑與釘桿直徑尺寸差略微增大一些，目的是最大限度地降

低高干涉配合條件下螺紋對(duì)安裝孔損傷的可能性，但其缺點(diǎn)是螺紋處加長(zhǎng)導(dǎo)致螺栓質(zhì)量增加。該系列主要型號(hào)為HLT10/HLT12(螺栓)、HLT70/HLT78(螺母)。由于輕量化需求越來(lái)越高，現(xiàn)在基本上選用HI-LITETM就能滿足要求。HI-LOK與HI-TIGUE系列結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)比如圖2所示。

2.3第三代高鎖緊固系統(tǒng)

隨著航空應(yīng)用對(duì)于輕量化的追求，第三代高鎖緊固系統(tǒng)逐漸建立起來(lái)。早期的HI-LOKTM與HI-TIGUETM已經(jīng)基本被HI-LITETM(HST)取代；其中HL和HLT的螺栓稱為標(biāo)準(zhǔn)型高鎖螺栓，HST的螺栓稱為輕型高鎖螺栓。與前兩代相比，第三代高鎖緊固系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)如下：①在保證強(qiáng)度的前提下，重新設(shè)計(jì)螺紋收尾區(qū)域的幾何外形，使釘體與第一道承受載荷的螺紋之間的過(guò)渡區(qū)域縮短，使高鎖螺栓尺寸更小，質(zhì)量更輕，如圖3所示。②螺紋收尾區(qū)域縮短，降低了與之配套的高鎖螺母沉孔深度，進(jìn)而降低了高鎖螺母的總長(zhǎng)度，達(dá)到減少高鎖螺栓長(zhǎng)度的效果，使其與高鎖螺栓過(guò)渡區(qū)域的幾何外形相配合[24]。優(yōu)化設(shè)計(jì)的HI-LITE比HI-LOK在降低質(zhì)量方面效果顯著，尤其是抗剪型，其質(zhì)量可降低13%，而且適用于干涉配合。其中抗拉應(yīng)用為HST12/HST13(螺栓)、HST78/HST95(螺母)；抗剪應(yīng)用為HST10/HST11(螺栓)、HST79/HST97(螺母)?？估涂辜粜透哝i螺栓其結(jié)構(gòu)相同，只是多數(shù)情況下抗剪型大都選擇鋁合金(如7075-T73)高鎖螺母，如HST1380鋁合金雙六角面高鎖螺母。

Veri-LiteTM為第三代高鎖緊固系統(tǒng)的典型代表，是在HI-LITETM的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改良出來(lái)的。

Veri-LiteTM通過(guò)降低螺紋收尾長(zhǎng)度，使配合高鎖螺母能夠更近地?cái)Q至高鎖螺栓軸肩，導(dǎo)致高鎖螺母沉孔深度降低，進(jìn)而降低高鎖螺母長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)整個(gè)緊固系統(tǒng)進(jìn)一步減重。2000年，Aero-LiteTM對(duì)Veri-LiteTM進(jìn)一步改進(jìn)，使螺紋收尾區(qū)域與高鎖螺母形狀精確配合，使高鎖螺母能夠擰至高鎖螺栓軸肩，導(dǎo)致高鎖螺母沉孔深度進(jìn)一步降低。以上3種緊固系統(tǒng)屬于第三代高鎖緊固系統(tǒng)，都是通過(guò)優(yōu)化螺紋收尾區(qū)，降低高鎖螺栓沉孔深度，來(lái)實(shí)現(xiàn)減重目標(biāo)。

2.4第四代高鎖緊固系統(tǒng)

隨著全球航空市場(chǎng)的急速增長(zhǎng)，以及對(duì)更輕、更省油飛機(jī)的需求正在不斷推動(dòng)新飛機(jī)項(xiàng)目的增加。

復(fù)合材料的應(yīng)用提供了一個(gè)可行的解決方案，這就敦促飛機(jī)制造商要努力尋求適應(yīng)復(fù)材特殊要求的產(chǎn)品和安裝系統(tǒng)。20世紀(jì)90年代初期，LISIAerospace公司應(yīng)法國(guó)達(dá)索飛機(jī)公司的要求開(kāi)發(fā)一系列針對(duì)復(fù)合材料的新的緊固件系統(tǒng)，第四代高鎖緊固件系統(tǒng)逐漸發(fā)展起來(lái)，包括HSTR、HLR等。相比第三代高鎖緊固件系統(tǒng)，其特點(diǎn)是高鎖螺栓的五瓣凹槽取代了六角凹槽。LISIAerospace設(shè)計(jì)的HSTRTM/HLRTM產(chǎn)品是帶ASTERTM凹槽的HI-LITETM和HI-LOKTM螺栓。HSTRTM和HLRTM緊固件主要開(kāi)發(fā)適用于間隙、過(guò)渡和中等過(guò)盈配合應(yīng)用，這些緊固件用于固定由金屬或混合金屬/復(fù)合材料結(jié)構(gòu)組成的組裝體。表1為當(dāng)前可用的常見(jiàn)HSTRTM/HLRTM的基本型號(hào)以及當(dāng)前常見(jiàn)的HSTRTM/HLRTM螺栓配套螺母基本型號(hào)(*表示常用產(chǎn)品型號(hào))。

LISI發(fā)布的Aster?五瓣凹槽系統(tǒng)與傳統(tǒng)六角凹槽相比，Aster?五瓣凹槽系統(tǒng)幾乎已經(jīng)克服了傳統(tǒng)六角凹槽的缺陷，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。Aster?五瓣凹槽系統(tǒng)具有更大的表面積，在安裝過(guò)程中是“面接觸”(或稱“面驅(qū)動(dòng)”)，允許驅(qū)動(dòng)力分散在更寬的表面上，而不是點(diǎn)或者線上，因?yàn)榻佑|面積的增加而允許適當(dāng)?shù)販p小凹槽的深度，這樣在不影響緊固件產(chǎn)品性能的前提下，解決了內(nèi)六角凹槽容易磨損的情況，因此不會(huì)造成對(duì)五瓣凹槽的傷害，這使得Aster?五瓣凹槽系統(tǒng)(例如HSTR11)比傳統(tǒng)六角凹槽(例如HST11)的機(jī)械性能也更加優(yōu)越，性能提高10%~38%，與之配套的鈦合金高鎖螺母為STR系列。復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、比模量高、抗疲勞性能以及減振性能好等特性，得到了飛機(jī)設(shè)計(jì)師的青

睞。目前全球具有代表性的兩款機(jī)型B-787和A350的復(fù)材使用占比都已達(dá)到50%以上，空客稱其A350XWB飛機(jī)的復(fù)材使用占比更是高達(dá)53%。但飛機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件裝配卻是一個(gè)不小的難題，對(duì)于采用復(fù)合材料的飛機(jī)構(gòu)件來(lái)說(shuō)，一些傳統(tǒng)的裝配方法(敲擊或擠壓等)是被禁止的，因?yàn)檫@可能會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生分層和劈裂。此后，工程師采用液氮冷縮裝配法使螺栓在超低溫下尺寸收縮，然后迅速將其放入安裝孔內(nèi)，待其恢復(fù)常溫后與安裝孔形成干涉(過(guò)盈)配合。但是這種工藝方法過(guò)于復(fù)雜，可操作性不強(qiáng)且安全性較差，難以被普遍采用，只能用于極少數(shù)特殊部位的緊固件安裝[25]。

為了解決飛機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件裝配的一系列工藝難題，全球多家航空緊固件廠商都致力于新型緊固件的開(kāi)發(fā)，以適應(yīng)現(xiàn)代飛機(jī)新材料發(fā)展要求，這其中之一就是LISI的STL?系列襯套-錐形高鎖螺栓。繼Aster?五角凹槽系統(tǒng)以后，LISI于2010年9月發(fā)布了STL?系列襯套-錐形高鎖螺栓(Sleeve-TaperHi-Lite?)。這并不是一個(gè)傳統(tǒng)意義上的緊固螺栓，其顯注特征是帶有一個(gè)“襯套”，這個(gè)襯套由不銹鋼制成，外圓是標(biāo)準(zhǔn)圓柱體，與安裝孔間隙配合，襯套具有良好的導(dǎo)電性可用于防雷擊措施，解決復(fù)合材料導(dǎo)電性能差的問(wèn)題。而襯套的內(nèi)圓是帶有錐度的圓柱孔，與STL?螺栓帶錐度的釘桿部位匹配。安裝前，襯套會(huì)被預(yù)裝在安裝孔內(nèi)，并在整個(gè)安裝過(guò)程中不產(chǎn)生軸向位移，以形成對(duì)孔的保護(hù)。隨著螺栓的拉入，不銹鋼襯套會(huì)產(chǎn)生“徑向膨脹”，一旦安裝完成，螺栓與孔形成干涉/過(guò)盈配合且對(duì)安裝孔無(wú)傷害。

2015年又發(fā)布了與之搭配的STR?(STARLITETM)鈦合金六角螺母系列，采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證強(qiáng)度的前提下最大限度地降低了質(zhì)量。相比于普通鋼螺母，STR?系列螺母質(zhì)量降低了75%，其型號(hào)如STR60/80等，外觀如圖5所示。這就形成了一個(gè)專門針對(duì)復(fù)材結(jié)構(gòu)的、完整而優(yōu)越的緊固系統(tǒng)。

LISI在2017年發(fā)布了第二代Aster?系統(tǒng)，如圖6所示。第二代Aster?系統(tǒng)相比于第一代Aster?系統(tǒng)最大的變化是增大了接觸面積，使扭矩作用于一個(gè)更大的區(qū)域，從而使應(yīng)力分布更加均勻并最小化。

LISI公司在五角凹槽的研發(fā)過(guò)程中，研究了各種形狀的凹槽，其中包括奇數(shù)和偶數(shù)凹槽，對(duì)其扭力傳遞和安裝工具的脫出性(Cam-Out)分別進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn)，弧面凹槽比直面凹槽具有更大的扭力傳遞能力；奇數(shù)凹槽比偶數(shù)凹槽具有更佳的脫出性，最終確定了五角凹槽為最佳，LISI稱其為Aster?系統(tǒng)。

正是因?yàn)锳ster凹槽相比內(nèi)六角凹槽可以保持更高的扭力，因此Aster凹槽特別適合復(fù)合材料應(yīng)用。綜上，在第一代的基礎(chǔ)上，第二代高鎖緊固件在螺紋過(guò)渡區(qū)域(螺紋外桿)添加鼓包，螺紋外徑與釘桿直徑尺寸差增加，高鎖螺母基本不變；第三代高鎖緊固件優(yōu)化螺紋收尾區(qū)域，縮短了螺紋長(zhǎng)度，進(jìn)一步降低高鎖螺母深孔長(zhǎng)度；最新一代高鎖緊固件重新設(shè)計(jì)高鎖螺栓尾部凹槽，內(nèi)六角凹槽變成五瓣凹槽，與之匹配的STR高鎖螺母采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，相比于第三代高鎖螺母，其減重達(dá)20%。

3、抽芯鉚釘代際發(fā)展

在20世紀(jì)50年代，抽芯鉚釘?shù)膭?chuàng)始人LouHuck利用胡克定律發(fā)明了首款抽芯鉚釘緊固件。抽芯鉚釘作為緊固件可以用于栓接或鉚接。由于抽芯鉚釘緊固件具有高緊固力、永不松動(dòng)及高抗剪力等性能，經(jīng)常被用來(lái)取代焊接。最初的抽芯鉚釘，其結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，是由一個(gè)帶有空心釘套的管狀鉚釘和一個(gè)穿過(guò)中心的芯桿組成。安裝時(shí)，將抽芯鉚釘組件插入并穿過(guò)連接部件上預(yù)制的孔中，通過(guò)使用專用的工具將芯桿頭部拉入到鉚釘本體中，使鉚釘本體膨脹，并使其在背面張開(kāi)，然后芯桿被拉斷，完成鎖緊。這類最初的抽芯鉚釘，實(shí)際是通過(guò)摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖緊的，即芯桿與釘套之間的摩擦力。但是在高振動(dòng)的應(yīng)用中，這種鎖緊方式是不可靠的，很容易發(fā)生脫落。為了克服這個(gè)問(wèn)題，逐漸出現(xiàn)了通過(guò)機(jī)械鎖緊的抽芯鉚釘。在安裝過(guò)程中，安裝工具以持續(xù)、穩(wěn)定的拉力拉動(dòng)芯桿直至鎖環(huán)在鉚釘釘套內(nèi)變形，鎖環(huán)變形后會(huì)填充在鉚釘釘套的凹槽內(nèi)，將芯桿與釘套牢固的鎖定在一起，工具繼續(xù)施加壓力，使芯桿在指定位置發(fā)生斷裂，繼而完成安裝。美國(guó)是最早生產(chǎn)和使用抽芯鉚釘?shù)膰?guó)家，CherryAerospace公司在第二次世界大戰(zhàn)后迅速發(fā)展，成為全球領(lǐng)先的航空航天單面連接緊固件設(shè)計(jì)和制造商，它的名字幾乎成為航空航天緊固件的代名詞，旗下Cherry系列鉚釘更是行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的系列。

現(xiàn)代飛機(jī)所用緊固件的總質(zhì)量可占飛機(jī)總重的5%~6%，一架中型飛機(jī)上的各類緊固件可達(dá)200~300萬(wàn)個(gè)。

隨著現(xiàn)代飛機(jī)對(duì)減重的強(qiáng)烈需求，復(fù)合材料逐漸取代傳統(tǒng)金屬，結(jié)構(gòu)上大量使用單面連接的抽芯鉚釘，主要用于封閉空間的永久性連接，其具有輕質(zhì)、比強(qiáng)度高、自鎖等特點(diǎn)。抽芯鉚釘結(jié)構(gòu)形式分為螺紋抽芯鉚釘和拉拔型抽芯鉚釘。螺紋抽芯鉚釘依靠螺紋鎖緊，拉拔型抽芯鉚釘依靠機(jī)械鎖緊。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)使用的螺紋抽芯鉚釘已發(fā)展出了多種結(jié)構(gòu)形式，以美國(guó)Monogram公司開(kāi)發(fā)的螺紋抽芯鉚釘最為典型，有芯桿露出型的Visu-Lok型抽芯鉚釘、芯桿平斷型Composi-Lok型抽芯鉚釘、干涉型Radial-Lok型抽芯鉚釘、主承力型Osi-Bolt型抽芯鉚釘?shù)龋€發(fā)展出自動(dòng)化連接的螺紋抽芯鉚釘類型。

用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的拉拔型抽芯鉚釘以美國(guó)Cherry公司的MaxiBolt最為典型。抽芯鉚釘代際發(fā)展種類繁瑣，錯(cuò)綜復(fù)雜，可按抽芯鉚釘結(jié)構(gòu)形式分為螺紋抽芯鉚釘和拉拔型抽芯鉚釘，以美國(guó)Monogram公司和Cherry公司的抽釘產(chǎn)品最具代表性。下文將按照這兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。

3.1螺紋抽芯鉚釘

3.1.1第一代螺紋抽芯鉚釘

第一代螺紋抽芯鉚釘如Visu-Lok?型抽芯鉚釘，Visu-Lok分為Visu-LokI和Visu-LokII型抽芯鉚釘，主要區(qū)別為有無(wú)驅(qū)動(dòng)螺母，材料主要為合金鋼、鋁、鈦合金、鎳合金等。專適用于金屬材料，斷裂后斷口需要修整；自鎖裝置可在劇烈振動(dòng)環(huán)境中防止松動(dòng)，頭部樣式具有凸頭和沉頭，適用于剪切和拉伸應(yīng)用[26]。Visu-LokII型抽芯鉚釘結(jié)構(gòu)如圖7所示。

3.1.2第二代螺紋抽芯鉚釘

第二代螺紋抽芯鉚釘如Composi-Lok?型號(hào)，用于復(fù)合材料或金屬結(jié)構(gòu)的抽芯鉚釘。

Composi-Lok管體比Visu-Lok管體長(zhǎng)，并且在接觸區(qū)域有一個(gè)沉孔，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)弱化區(qū)域，使管體的這一部分向外突出，形成具有典型特征的大鐘形，可對(duì)復(fù)合材料起到保護(hù)作用。該類型抽芯鉚釘材料包括鈦或CRES材料，以用來(lái)抵抗電偶腐蝕；相比于第一代，驅(qū)動(dòng)螺母進(jìn)一步簡(jiǎn)化，新結(jié)構(gòu)塑料嵌件確保管體的凸起部分360°均勻形成。Composi-LokII型抽芯鉚釘，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人安裝和銑平，涂漆表面具有美感，安裝完具有超平齊性。適用于金屬材料或復(fù)合材料的連接。Composi-LokII型抽芯鉚釘結(jié)構(gòu)如圖8所示。Composi-LokII型抽芯鉚釘主要型號(hào)包括MBF2110、MBF2111、MBF2120等。Composi-Lok3是Composi-Lok系列中最新的節(jié)省成本的設(shè)計(jì)。相比于第一代螺紋抽芯鉚釘而言，

Composi-Lok3抽芯鉚釘具有齊平斷裂功能，螺紋桿斷裂后無(wú)需二次銑平、銑削或研磨操作即可滿足空氣動(dòng)力學(xué)齊平度要求，這也是第二代螺紋抽芯鉚釘最大的特點(diǎn)，且更適用于復(fù)合材料的連接。

3.1.3第三代螺紋抽芯鉚釘

第三代螺紋抽芯鉚釘如MonogramAerospaceFasteners的新型Composi-LiteTM芯桿的材料由鈦合金替換了不銹鋼，是在Composi-LokTM型基礎(chǔ)上改良的抽釘，主要目的是為了滿足現(xiàn)代航空業(yè)對(duì)減重的迫切需求。在保證了原有Composi-Lok?型抽芯鉚釘優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，減輕了至少20%的質(zhì)量。Composi-LiteTM抽芯鉚釘主要型號(hào)包括MBF2140、MBF2141、MBF2143等。

3.1.4第四代螺紋抽芯鉚釘

第四代螺紋抽芯鉚釘如Radial-Lok?抽芯鉚釘。為了更好的適應(yīng)復(fù)合材料的裝配問(wèn)題，以及提供高抗疲勞強(qiáng)度和雷擊損壞保護(hù)。Radial-Lok?抽芯鉚釘由此發(fā)展而來(lái)，它是一款獨(dú)特的孔填充盲螺栓。

RadialLok獨(dú)特的填孔特性可產(chǎn)生均勻的徑向膨脹，產(chǎn)生更緊密的接頭，與傳統(tǒng)緊固件的優(yōu)勢(shì)對(duì)比，在機(jī)械性能方面更有優(yōu)勢(shì)，如圖9所示。

相比于第三代螺紋抽芯鉚釘，Radial-Lok?抽芯鉚釘在芯桿外部增加了襯套，用于鋁合金和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，適用于干涉配合。安裝后，整個(gè)緊固件夾持處360°徑向膨脹高達(dá)005″，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料孔壁的干涉；夾緊力更高、抗振性能和耐疲勞性能更好；可靈活選用3/16″至3/8″直徑的凸頭和100°平頭。Radial-Lok抽芯鉚釘主要型號(hào)包括MRL3210、MRL3212。

3.1.5第五代螺紋抽芯鉚釘

第五代螺紋抽芯鉚釘如OSI-Bolt?抽芯鉚釘。

OSI-Bolt?抽芯鉚釘是一種獨(dú)特的新型緊固系統(tǒng)，專門設(shè)計(jì)用于直接替代實(shí)心柄銷和套環(huán)系統(tǒng)；其剪切、拉伸和預(yù)緊性能達(dá)到甚至超過(guò)實(shí)心柄銷和套環(huán)系統(tǒng)，主要材料為鈦合金。OSI-Bolt?抽芯鉚釘具有較大的盲側(cè)占用面積，加上業(yè)界最高的預(yù)載荷，使其適用于復(fù)合材料和金屬機(jī)身。OSI-Bolt抽芯鉚釘主要型號(hào)包括BG2081、BG2028、BG2186等。由于Visu-Lok和Composi-Lok等典型螺紋抽芯鉚釘?shù)脑O(shè)計(jì)將螺紋置于剪切平面內(nèi)，使其剪切強(qiáng)度降至75KSI[27]，但OSI-Bolt?抽芯鉚釘將螺紋置于剪切平面外，使其剪切強(qiáng)度達(dá)到112KSl。

綜上，第一代螺紋抽芯鉚釘，依靠鎖環(huán)在釘體內(nèi)變形實(shí)現(xiàn)機(jī)械鎖緊，需要銑平；第二代螺紋抽芯鉚釘釘套長(zhǎng)度增加，增加嵌件，確保釘套凸起部分360°均勻形成，不需要銑平；第三代螺紋抽芯鉚釘芯桿采用鈦合金，較第二代螺紋抽芯鉚釘來(lái)說(shuō)實(shí)現(xiàn)減重20%；第四代螺紋抽芯鉚釘采用襯套設(shè)計(jì)，使裝配過(guò)程中產(chǎn)生均勻的徑向膨脹，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料孔壁的干涉，提供有效的雷擊損害保護(hù)，最新一代螺紋抽芯鉚釘把螺紋置于剪切平面外，使之剪切強(qiáng)度達(dá)112KSI。

3.2拉拔型抽芯鉚釘

3.2.1第一代拉拔型抽芯鉚釘

第一代拉拔型抽芯鉚釘如CherryMax?系列盲鉚釘，包括CherryMAX?鉚釘。CherryMAX?是一種鎖定主軸盲鉚釘，具有明顯可視機(jī)械鎖定裝置和安裝墊圈，可以消除磨損的砧座所帶來(lái)的問(wèn)題。由于在安裝過(guò)程中形成了大的盲側(cè)軸承表面，因此被稱為“凸起”緊固件，適用于薄板連接。CherryMAX?鉚釘作為可靠的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)緊固件，它具有“安全鎖定”鎖圈，可以更可靠地完成連接。CherryMAX?型抽芯鉚釘始于二十世紀(jì)80年代，其巧妙地在鼓包型抽芯鉚釘和拉絲型抽芯鉚釘?shù)幕A(chǔ)上，研發(fā)生產(chǎn)而成，不僅安裝后芯桿斷口平整，無(wú)需銑平，其內(nèi)置式設(shè)計(jì)使鎖緊可靠性更強(qiáng)，鎖環(huán)極不容易脫落，降低了裝配作業(yè)成本，使用單動(dòng)拉鉚槍就能完成作業(yè)，效率非常高[28]?？朔艘粋€(gè)大型軸承表面結(jié)構(gòu)中的弱點(diǎn)，即使在特別薄板層疊安裝應(yīng)用中，也能形成可靠而牢固的鉚接。該型抽芯鉚釘主要型號(hào)包括CR3212、CR3213、CR3214等。CherryMAX?型抽芯鉚釘如圖10所示。

3.2.2第二代拉拔型抽芯鉚釘

第二代拉拔型抽芯鉚釘如CherryMAX?‘AB’型抽芯鉚釘，如圖11所示。

CherryMAX?‘AB’型抽芯鉚釘是CherryMAX?型抽芯鉚釘?shù)纳?jí)版，它能在鉚接完成時(shí)鎖環(huán)處于芯桿的斷頸槽位置，如芯桿拉斷時(shí)，墊片頂緊鎖環(huán)，鎖環(huán)變形并緊貼芯桿，使鎖環(huán)最大限度地發(fā)揮鎖緊作用，也具有出色的孔填充能力。CherryMAX?‘AB’型抽芯鉚釘主要型號(hào)包括CR4172、CR4522、CR4622等。

3.2.3第三代拉拔型抽芯鉚釘

第三代拉拔型抽芯鉚釘如CherryLOCK?系列抽芯鉚釘。

CherryLOCK?系列盲鉚釘包括CherryLOCK?抽芯鉚釘和CherryLOCK?‘A’抽芯鉚釘，如圖12所示。CherryLOCK?是一個(gè)完整的剪切緊固系統(tǒng)。

該抽芯鉚釘類似于一個(gè)實(shí)心鉚釘，確保更高的拉伸和剪切強(qiáng)度；芯桿材質(zhì)為鋼和鉻鎳鐵合金，高芯桿斷裂載荷提供高預(yù)載荷，獲得較高的疲勞強(qiáng)度；較低的平頭高度，適用于薄板，可用于在厚板和薄板中實(shí)現(xiàn)最佳強(qiáng)度和性能，主要型號(hào)包括CR2248、CR2249等。

CherryLOCK?‘A’是一種單面使用，機(jī)械鎖定的拉絲緊固件，具有各種尺寸、材料和強(qiáng)度水平。該緊固件特別適用于需要出色的安裝孔填充性能。它具有全系列頭部樣式，直徑和握持長(zhǎng)度適合各種應(yīng)用要求，主要型號(hào)包括CR2172、CR2672等。

3.2.4第四代拉拔型抽芯鉚釘

最新一代拉拔型抽芯鉚釘：CherryMaxibolt?系列抽芯鉚釘，其芯桿、芯桿材料包括合金鋼和鈦合金；鎖緊環(huán)材料包括A-286耐腐蝕鋼和鉻鎳鐵合金，合金鋼制材料的剪切強(qiáng)度達(dá)112KSI。A-286材料的剪切強(qiáng)度為95KSI，主要用在高負(fù)荷結(jié)構(gòu)中。

Maxibolt?Plus盲鉚釘有-5、-6和-8直徑以及不銹鋼和鈦材料。創(chuàng)造了更大的盲側(cè)受力面積，它們?cè)诒“搴头墙饘賾?yīng)用中提供了卓越的性能。相比于上一代，CherryMaxibolt?鈦合金系列抽芯鉚釘具有擴(kuò)展的屬性，適用于金屬和復(fù)合材料應(yīng)用，擴(kuò)展的握持范圍可適應(yīng)不同的應(yīng)用厚度[2]。其提供齊平、無(wú)毛刺的安裝，無(wú)需銑平，通過(guò)使用具有獨(dú)特移位墊圈設(shè)計(jì)來(lái)提供快速一致的安裝。全鈦芯桿和釘套與特殊復(fù)合材料兼容，在安裝過(guò)程中不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的出口側(cè)造成分層，并提供高達(dá)7°的盲側(cè)斜率公差，實(shí)物圖如圖13所示。

CherryMaxibolt?系列抽芯鉚釘主要型號(hào)包括CR7310、CR7620、CR7770S等。綜上，第一代拉拔型抽芯鉚釘，安裝了墊圈，可以消除安裝過(guò)程中的磨損，內(nèi)置式鎖環(huán)設(shè)計(jì)使鎖緊可靠性更強(qiáng)，鎖環(huán)極不易脫落；第二代帶有擠壓法蘭的變形鎖定環(huán)，為芯桿提供永久的機(jī)械鎖；第三代具有出色的安裝孔填充能力，最新一代獨(dú)特的移動(dòng)墊圈設(shè)計(jì)提供快速一致的安裝，全鈦釘套和芯桿，與復(fù)合材料兼容，形成較大的盲側(cè)受力面積。

4、國(guó)外高鎖、抽釘?shù)难邪l(fā)模式與迭代邏輯

國(guó)外高鎖緊固件和抽芯鉚釘產(chǎn)品的一般研發(fā)模式是一個(gè)迭代的過(guò)程，包括以下步驟：①市場(chǎng)調(diào)研和用戶需求分析。研發(fā)團(tuán)隊(duì)需要了解市場(chǎng)需求和用戶需求，以便開(kāi)發(fā)出符合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品。這個(gè)過(guò)程可以通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研、競(jìng)爭(zhēng)分析、用戶訪談等方式進(jìn)行。

②產(chǎn)品設(shè)計(jì)和規(guī)劃。在了解市場(chǎng)需求和用戶需求的基礎(chǔ)上，研發(fā)團(tuán)隊(duì)需要進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和規(guī)劃。這個(gè)過(guò)程包括制定產(chǎn)品功能、特性、使用場(chǎng)景、技術(shù)方案等。

③樣品制作和測(cè)試。設(shè)計(jì)和規(guī)劃完成后，研發(fā)團(tuán)隊(duì)需要制作樣品并進(jìn)行測(cè)試。這個(gè)過(guò)程包括性能測(cè)試、安全測(cè)試等，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和性能符合預(yù)期。

④用戶反饋和改進(jìn)。樣品測(cè)試完成后，研發(fā)團(tuán)隊(duì)需要向用戶提供試用機(jī)會(huì)，并收集用戶反饋。根據(jù)用戶反饋，研發(fā)團(tuán)隊(duì)需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，以提高產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)和質(zhì)量。

⑤產(chǎn)品發(fā)布和推廣。經(jīng)過(guò)多次迭代和改進(jìn)后，研發(fā)團(tuán)隊(duì)可以發(fā)布產(chǎn)品并進(jìn)行推廣。

總之，產(chǎn)品的一般研發(fā)模式是一個(gè)迭代的過(guò)程，包括市場(chǎng)調(diào)研、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和規(guī)劃、樣品制作和測(cè)試、用戶反饋和改進(jìn)、產(chǎn)品發(fā)布和推廣等步驟。這個(gè)過(guò)程需要研發(fā)團(tuán)隊(duì)與市場(chǎng)人員、設(shè)計(jì)師、工程師、測(cè)試人員等各個(gè)部門的緊密合作，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和性能符合預(yù)期，并滿足市場(chǎng)需求和用戶需求[29]。

5、高鎖緊固件及抽芯鉚釘產(chǎn)品發(fā)展建議

5.1高鎖緊固件

(1)輕量化發(fā)展在強(qiáng)度允許的條件下，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡可能在保證強(qiáng)度的情況下減輕質(zhì)量。比如對(duì)緊固件頭型的選擇，在可允許的范圍內(nèi)，適當(dāng)減小緊固件的頭型尺寸，雖然單個(gè)緊固件減少的重量有限，但是在大批量安裝的情況下，宏觀減重效果非?？捎^。如高鎖螺母強(qiáng)度進(jìn)一步提升，可降低高鎖螺母沉孔深度，減輕結(jié)構(gòu)重量。隨著飛機(jī)先進(jìn)性的提高和航空材料技術(shù)的發(fā)展，對(duì)緊固件及其材料提出了更高的減重要求。Ferrero[30]提出了緊固件材料的兩步發(fā)展目標(biāo)。第一階段要求緊固件抗拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度分別達(dá)到1241和703MPa的水平，相應(yīng)的材料抗拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率應(yīng)分別達(dá)到1379、745MPa和10%的水平。第二階段期望緊固件的抗拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度分別達(dá)到1517和862MPa的水平，對(duì)材料的力學(xué)性能要求更高。

(2)自動(dòng)化發(fā)展當(dāng)前，國(guó)內(nèi)飛機(jī)裝配連接作業(yè)仍大量采用手工方式，其制造模式仍為手工作業(yè)為主、自動(dòng)化半自動(dòng)化裝配作業(yè)為輔。這種傳統(tǒng)的飛機(jī)制造模式，無(wú)論從作業(yè)質(zhì)量、作業(yè)精度上，還是作業(yè)效率上都無(wú)法滿足現(xiàn)代飛機(jī)制造的要求。國(guó)外在2017年巴黎航空展上，OPTIBLINDTM緊固件亮相，該系統(tǒng)專為自動(dòng)化裝配過(guò)程而設(shè)計(jì)，稱為“單側(cè)”組裝系統(tǒng)，機(jī)器人僅在結(jié)構(gòu)外部進(jìn)行操作。這種新型緊固件可滿足飛機(jī)制造商降低成本和提高生產(chǎn)率的要求。OPTIBLINDTM緊固件保證了與當(dāng)前“雙通道”緊固件相同的性能[31]。為保證將來(lái)國(guó)內(nèi)現(xiàn)代飛機(jī)，特別是大型民用飛機(jī)制造的高質(zhì)量、高精度、長(zhǎng)壽命、高效率的連接要求，根據(jù)國(guó)內(nèi)飛機(jī)制造上的先進(jìn)長(zhǎng)壽命高鎖緊固件連接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，參照國(guó)外軍、民機(jī)先進(jìn)長(zhǎng)壽命連接技術(shù)的總體應(yīng)用狀況，需要積極拓展先進(jìn)長(zhǎng)壽命連接技術(shù)的工藝研究，特別是面向新材料的連接制造工藝，如復(fù)合材料的連接等。

(3)數(shù)字化發(fā)展隨著航空航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展，高鎖螺母與高鎖螺栓在軍民飛機(jī)上被大量使用。大力開(kāi)展在線檢測(cè)技術(shù)研究，飛機(jī)裝配過(guò)程中大量采用機(jī)械連接，每個(gè)連接位置的質(zhì)量都將直接影響整個(gè)飛機(jī)的裝配質(zhì)量，每個(gè)連接位置質(zhì)量檢測(cè)與控制的好壞，也就成為控制飛機(jī)總體裝配質(zhì)量的關(guān)鍵。隨著對(duì)結(jié)構(gòu)安全性、可靠性要求的不斷提高,結(jié)構(gòu)損傷的在線監(jiān)測(cè)和診斷日益引起人們的高度重視。結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)監(jiān)控，預(yù)防性維修，實(shí)時(shí)監(jiān)控飛機(jī)關(guān)鍵、重要鏈接區(qū)域的健康狀態(tài)，需要智能化的高鎖緊固件。

5.2抽芯鉚釘

(1)目前，飛機(jī)制造大量采用新型復(fù)合材料，但因復(fù)合材料會(huì)與鋁材和鋼材等材質(zhì)的緊固件發(fā)生接觸性電化學(xué)腐蝕，各大飛機(jī)制造廠逐漸傾向于使用比強(qiáng)度高、耐腐蝕的鈦及鈦合金材質(zhì)的緊固件。但鈦合金緊固件造價(jià)高昂，選用新型防護(hù)涂層消除或減少接觸性電化學(xué)腐蝕。

(2)一般抽芯鉚釘在結(jié)構(gòu)上包括芯桿、釘套和其他配件，為了實(shí)現(xiàn)緊固的功能，需要在安裝過(guò)程中讓釘套變形，因此釘套的材料均選擇塑性好但強(qiáng)度較低的材料，由此導(dǎo)致抽芯鉚釘?shù)目辜裟芰ζ毡樾∮谕睆揭?guī)格的高強(qiáng)度螺栓，且抽芯鉚釘?shù)目估阅芤草^低，因此盡可能提高抗拉抗剪強(qiáng)度尤為重要。

(3)一般抽芯鉚釘輕量化方向發(fā)展，在保證抗拉抗剪強(qiáng)度的情況下，芯桿選用輕質(zhì)材料，如鈦合金，可使抽芯鉚釘?shù)男阅芴嵘?，且重量減輕。

(4)抽芯鉚釘釘套的握持長(zhǎng)度能自由適應(yīng)一定的安裝厚度，無(wú)需選擇特定型號(hào)的抽芯鉚釘。

6、結(jié)論

(1)通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化高鎖緊固件穩(wěn)定性不斷提高，同時(shí)輕量化也在不斷突破。在第一代的基礎(chǔ)上，第二代高鎖緊固件在螺紋過(guò)渡區(qū)域(螺紋外桿)添加鼓包，螺紋外徑與釘桿直徑差距增加，使其最大限度地降低高干涉配合條件下，螺紋對(duì)安裝孔損傷的可能性，高鎖螺母與上一代相比基本不變；第三代高鎖緊固件通過(guò)優(yōu)化螺紋收尾區(qū)域，縮短了螺紋長(zhǎng)度，進(jìn)一步降低高鎖螺母深孔長(zhǎng)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減重目標(biāo)。最新一代高鎖緊固件重新設(shè)計(jì)高鎖螺栓尾部凹槽，內(nèi)六角凹槽改為五瓣凹槽，提高了結(jié)構(gòu)可靠性，與之匹配的STR高鎖螺母采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)減重20%。

(2)通過(guò)關(guān)鍵部件的材料替換以及新設(shè)計(jì)的使用，螺紋抽芯鉚釘質(zhì)量在不斷降低，強(qiáng)度在不斷提高。第一代螺紋抽芯鉚釘依靠鎖環(huán)在釘體內(nèi)變形實(shí)現(xiàn)機(jī)械鎖緊，但需要銑平；第二代管體長(zhǎng)度增加，且在管體接觸區(qū)域設(shè)計(jì)一個(gè)沉孔，產(chǎn)生弱化區(qū)域，對(duì)復(fù)合材料起到保護(hù)作用；同時(shí)增加嵌件，確保套筒凸起部分360°均勻形成，不需要銑平；第三代芯桿采用鈦合金，減輕了至少20%的重量；第四代采用襯套設(shè)計(jì)，使裝配過(guò)程中產(chǎn)生均勻的徑向膨脹，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料孔壁的干涉，提供有效的雷擊損害保護(hù)，最新一代把螺紋置于剪切平面外，使之剪切強(qiáng)度達(dá)112KSI。

(3)通過(guò)鎖環(huán)的改進(jìn)以及墊圈設(shè)計(jì)的進(jìn)步，拉拔型抽芯鉚釘?shù)目煽啃栽诓粩嗵岣撸瑫r(shí)安裝也更加便利。

第一代拉拔型抽芯鉚釘，安裝了墊圈，可以消除安裝過(guò)程中的磨損，內(nèi)置式鎖環(huán)設(shè)計(jì)使鎖緊可靠性更強(qiáng)，鎖環(huán)極不易脫落，解決了薄板層疊安裝問(wèn)題；第二代帶有擠壓法蘭的變形鎖環(huán)，可以為芯桿提供永久的機(jī)械鎖；第三代具有出色的安裝孔填充能力，最新一代獨(dú)特的移動(dòng)墊圈設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種快速一致的安裝方法，全鈦合金釘套和芯桿與復(fù)合材料兼容，形成較大的盲側(cè)受力面積，并提供高達(dá)7°的盲側(cè)斜率公差，特別適用于金屬和復(fù)合材料應(yīng)用。

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