СПОСОБ КЛЕПКИ Российский патент 1996 года по МПК B21J15/02 F16B19/06 

Изобретение относится к области клепально-сборочных работ, в частности, к клепке смешанных пакетов, содержащих деталь из волокнистого композиционного материала.

Технологическое обеспечение повышенных прочностных характеристик силовых точек при клепке пакетов, содержащих детали из разномодульных материалов, невозможно без учета восприятия силовыми точками эксплуатационной нагрузки. И объясняется это прежде всего большой степенью свободы заклепок относительно друг друга. Кроме того, при стандартном шаге между заклепками, равном трем диаметрам закладной головки, существенно снижается общая жесткость пакета из-за перфорации деталей, его составляющих.

Таким образом, повышение жесткостных и прочностных характеристик конструкции, содержащей детали из волокнистых композиционных материалов, возможно только при увеличенном шаге между заклепками и условии ограничения степеней свободы заклепок относительно друг друга.

Известен способ клепки смешанных пакетов, содержащих деталь из волокнистого композиционного материала, при котором в пакете выполняют цилиндрическое отверстие, в него устанавливают заклепку, фиксируют пакет сжимающим усилием и производят образование замыкающей головки за два перехода [1]
Известный способ клепки не устраняет возможности взаимного перемещения заклепок относительно друг друга при восприятия эксплуатационной нагрузки.

Известен также способе клепки, преимущественно смешанных пакетов, содержащих деталь из волокнистого композиционного материала, при котором выполняют в пакете соединяемых деталей отверстие, устанавливают в него со стороны детали из волокнистого композиционного материала заклепку с закладной головкой, фиксируют пакет сжимающим усилием и образуют замыкающую головку заклепки путем пластического деформирования выступающей из склепываемого пакета части стержня заклепки (2).

Указанный известный способ не исключает перемещение заклепок друг относительно друга при образовании заклепочного шва.

В основу настоящего изобретения положена задача по созданию способа клепки смешанных пакетов, содержащих деталь из волокнистого композиционного материала, который бы обеспечил повышенные жесткостные и прочностные характеристики склепываемой конструкции за счет увеличенного шага между заклепками, а также устранения возможного перемещения заклепок друг относительно друга.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе клепки, преимущественно смешанных пакетов, содержащих деталь из волокнистого композиционного материала, при котором выполняют в пакете соединяемых деталей отверстие, устанавливают в него со стороны детали из волокнистого композиционного материала заклепку с закладной головкой, фиксируют пакет сжимающим усилием и образуют замыкающую головку заклепки путем пластического деформирования выступающей из склепываемого пакета части стержня заклепки, при образовании заклепочного шва отверстия в пакете под заклепки выполняют ступенчатыми со ступенью большего диаметра, расположенной со стороны детали из волокнистого композиционного материала и имеющей высоту, превышающую толщину последней, используют заклепки, стержень которых имеет глухую цилиндрическую полость со стороны торца и ступенчатую большего диаметра, примыкающей к закладной головке, а перед образованием замыкающих головок заклепок на боковой поверхности выступающей из пакета части стержня каждой из них формируют утолщение, расположенное в контакте с поверхностью детали из металла, путем приложения к стержню осевого усилия, обеспечивающего точение его материала в радиальном направлении, после чего производят соединение заклепок в шве подкрепляющими элементами посредством размещения последних на утолщениях стержней.

Кроме того, используют подкрепляющие элементы из материала с высокой удельной прочностью и жесткостью, посредством которых соединяют более чем две заклепки.

Осуществление данного способа клепки позволяет повысить прочностные и жесткостные характеристики склепываемых конструкций, работающих как в условиях статических, динамических, а также вибрационных нагрузок. Это объясняется там, что при эксплуатационной нагрузке, например, статическом трехточечном изгибе, деформирование конструкции не сопровождается поворотом силовых точек относительно друг друга. Для этого в предлагаемом способе клепки предусмотрено использование подкрепляющих элементов из материала с высокой удельной прочностью и жесткостью.

В результате при трехточечном изгибе имеет место разрушение конструкции между силовыми точками, где располагаются две детали пакета с полным поперечным сечением и подкрепляющий элемент из материала с высокой удельной жесткостью и прочностью.

Фиг. 1 изображает смешанный пакет со ступенчатым отверстием; фиг.2 - исходное положение пакета, заклепки и технологической оснастки перед фиксированием заклепки по меньшему сечению стержня; фиг.3 исходное положение заклепки, пакета и штамповой оснастки перед образованием утолщения на стержне заклепки; фиг. 4 стадия окончания процесса образования утолщения на стержне заклепки; фиг.5 размещение на утолщении стержня подкрепляющего элемента из высокопрочного и высокомодульного материала; исходное положение штамповой оснастки перед образованием замыкающей головки заклепки; фиг.6 силовая точка; фиг.7 соединение двух заклепок по утолщениям на их стержнях.

Вариант осуществления изобретения.

В пакете, содержащем деталь 1 из волокнистого композиционного материала, например, бороалюминия, и деталь 2 из конструкционного алюминиевого сплава, например, сплава Д16, выполняют ступенчатое отверстие (фиг.1). Далее в него, со стороны детали 1, устанавливают заклепку 3, имеющую ступенчатый стержень, и фиксируют пакет прижимом 5 с усилием Р_приж.. После этого на выступающей части стержня заклепки 3 размещают втулочный пуансон 4 и производят обжатие материала детали 2 на стержне заклепки 3 (фиг.2). В результате на свободной поверхности детали 2 по местоположению силовой точки формируется углубление диаметром "d" и глубиной "h". Затем втулочный пуансон 4 и прижим 5 заменяют на прижим 6, имеющий центральное ступенчатое отверстие (фиг.3). Причем диаметр ступени равен диаметру "d", а глубина ступени "h₁" рассчитывается по формуле:
h₁ h_y h,
где h_y высота утолщения на стержне заклепки 3.

Заполнив глухую полость заклепки 3 вязкой средой 7 на торце ее стержня располагают пуансон 8 и пакет фиксируют сжимающим усилием Р_приж.. Далее переходят к образованию утолщения на стержне заклепки 3.

Для этого, воздействуя импульсным усилием P_τ на торец пуансона 8, вызывают его перемещение в направлении пакета. При этом возрастающее давление вязкой среды 7 способствует выдавливанию материала заклепки 3 в свободный объем ступени в прижиме 6 (фиг.4). Затем на утолщениях заклепок 3 размещают подкрепляющий элемент 9 из материала с высокой удельной прочностью и жесткостью, например, бороалюминия. После чего производят образование замыкающих головок заклепок 3, предварительно разместив подкладные шайбы 10 на стержня заклепок 3, в соответствии с технологией, отраженной в а.с. N 928.308 (фиг. 5-7).

Следует подчеркнуть, что подкрепляющий элемент в зависимости от требований конструкции изделия и характера передаваемых эксплуатационных нагрузок, может иметь произвольную форму: линейную, замкнутую, ветвящуюся, плоскую, гнутую и т.д.

Новый способ прошел опытно-промышленную проверку приклепке смешанных пакетов, содержащих деталь из металлокомпозита бороалюминия.

Склепанные стержни имели следующие геометрические размеры: длину 850 мм, ширину 30 мм, толщину детали из алюминиевого сплава Д16 6 мм, толщину детали из волокнистого композиционного материала 1,1 мм. Бороалюминий имел перекрестную схему армирования и объемную долю волокон, равную 50% Ступенчатые заклепки, изготавливаемые из алюминиевого сплава В 65, имели диаметр утолщения 5,040 мм; длину утолщения 2,0 мм; общую длину ступенчатого стержня 12 мм.

Клепку проводили на пневмоскобе с использованием в качестве энергопривода магнитно-импульсной установки МИУ-10. Усилие сжатия пакета составляло 5 кН.

Шаг между заклепками составлял 50 мм и превышал стандартный шаг в 2 раза.

Образование замыкающих головок заклепок осуществляли на технологической оснастке из стали У8А, выполненной на 7-му квалитету точности.

Подкрепляющие элементы выбирались в виде полосы длиной 500 мм и шириной 30 мм и изготавливались из бороалюминия со схемой перекрестного армирования и объемной долей упрочняющих волокон, равной 50%
Отверстие в деталях из бороалюминия и подкрепляющих элементах выполнялись гидродинамической пробивкой с точностью 5,01 мм.

Подкладные шайбы изготавливались из сплава Д16 и имели толщину, равную 1,0 мм.

Испытания, проведенные на трехточечный изгиб показали увеличение прочностных и жесткостных характеристик в среднем более чем на 70% по сравнению с аналогичными характеристиками на изгиб трехслойных пакетов, склепанных при шаге между заклепками в 50 мм и по известной технологии клепки (по технологии прототипа).

Изобретение применимо при клепке конструкций летательных аппаратов, содержащих детали из волокнистых композиционных материалов, а также в судостроении и других отраслях машиностроения, где предъявляются повышенные требования к прочностным и жесткостным характеристикам изделий.

Использование: в области клепально-сборочных работ, в частности, при клепке смешанных пакетов, содержащих деталь из волокнистого композиционного материала. Сущность изобретения: в пакете соединяемых деталей выполняют ступенчатые отверстия под заклепки, ступени большего диаметра которых расположены со стороны детали из волокнистого композиционного материала и имеют высоту, превышающую толщину последних. В отверстия со стороны детали из волокнистого композиционного материала устанавливают заклепки с закладными головками и глухой цилиндрической полостью со стороны торца. Стержни заклепок имеют ступенчатую форму. Затем на выступающей части стержня каждой заклепки формируют утолщение, расположенное в контакте с поверхностью детали из металла, путем приложения к стержню осевого усилия, обеспечивающего течение его материала в радиальном направлении. После этого производят соединение заклепок в шве подкрепляющими элементами посредством размещения последних на утолщениях стержней. Затем осуществляют образование замыкающих головок заклепок путем пластического деформирования выступающих из пакета частей стержней. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ клепки преимущественные смешанных пакетов, содержащих деталь из волокнистого композиционного материала, при котором выполняют в пакете соединяемых деталей отверстие, устанавливают в него со стороны детали из волокнистого композиционного материала заклепку с закладной головкой, фиксируют пакет сжимающим усилием и образуют замыкающую головку заклепки путем пластического деформирования выступающей из склепываемого пакета части стержня заклепки, отличающийся тем, что при образовании заклепочного шва отверстия в пакете под заклепки выполняют ступенчатыми со ступенью большого диаметра, расположенной со стороны детали из волокнистого композиционного материала и имеющей высоту, превышающую толщину последней, используют заклепки, стержень которых имеет глухую цилиндрическую полость со стороны торца и ступенчатую боковую поверхность со ступенью большего диаметра, примыкающей к закладной головке, а перед образованием замыкающих головок заклепок на боковой поверхности выступающей из пакета части стержня каждой из них формируют утолщение, расположенное в контакте с поверхностью детали из металла, путем приложения к стержню осевого усилия, обеспечивающего течение его материала в радиальном направлении, после чего производят соединение заклепок в шве подкрепляющими элементами посредством размещения последних на утолщениях стержней. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют подкрепляющие элементы из материала с высокой удельной прочностью и жесткостью, посредством которых соединяют более чем две заклепки.