СПОСОБ КЛЕПКИ Российский патент 1997 года по МПК B21J15/02 

Изобретение относится к области клепально-сборочных работ и может быть использовано при клепке смешанных пакетов, содержащих детали из волокнистых композиционных материалов.

Как известно, размерностабильные несущие конструкции являются относительно новым и, следовательно, малоизлученным классом конструкций, назначение которых состоит в обеспечении сохранности взаимного линейного и углового положения их базовых элементов как при силовом, так и при тепловом нагружении. Создание размерностабильных конструкций с применением деталей из волокнистых композиционных материалов имеет ряд особенностей и, прежде всего, в области образования механических точечных соединений, например, заклепочных соединений.

Известен способ клепки, преимущественно смешанных пакетов, содержащих детали из волокнистых композиционных материалов, при котором в пакете образуют отверстие, в него со стороны детали из металла устанавливают заклепку, затем на выступающей части ее стержня размещают прокладную шайбу, фиксируют пакет усилием с последующим образованием замыкающей головки путем приложения сжимающего усилия к торцу заклепки [1]
Соединения, полученные указанным известным способом, не отвечают требованиям, предъявляемым к размерностабильным конструкциям.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение прочностных характеристик силовых точек при гарантировании необходимых деформационных характеристик, удовлетворяющих разностабильным конструкциям.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе клепки, преимущественно смешанных пакетов, содержащих детали из волокнистых композиционных материалов, при котором в пакете образуют заклепку, затем на выступающей части ее стержня размещают подкладную шайбу, фиксируют пакет усилием с последующим образованием замыкающей головки путем приложения сжимающего усилия к торцу заклепки, производят регламентируемую раздачу стержня заклепки в зоне линии разъема пакета соединяемых деталей, для чего отверстия в пакете выполняют ступенчатыми, располагая ступень большего диаметра и переходную поверхность между ступенями в детали из металла, используют заклепку с утолщением на примыкающей к закладной головке части стержня, имеющем длину, равную высоте ступени большего диаметра, в процессе установки заклепки производят запрессовку ее утолщения в ступень большего диаметра с образованием зазора между поверхностью закладной головки заклепки, а после образования замыкающей головки ее фиксируют и производят осевое перемещение закладной головки относительно замыкающей головки до устранения имеющегося зазора.

Способ по данному изобретению позволяет реализовать следующие технологические возможности:
уменьшение концентрации напряжений в детали из волокнистого композиционного материала посредством выполнения в ней отверстия относительно меньшего диаметра,
создание регламентируемого поля упруго-пластических (упругих) напряжений по периметру отверстия как в детали из металла так и в детали их волокнистого композиционного материала.

В результате весьма существенно повышается жесткость силовой точки, поскольку эксплуатационную нагрузку воспринимают одновременно и заклепки и детали, составляющие пакет.

Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 изображено исходное положение пакета и ступенчатой заклепки с размещенной на ее стержне подкладной шайбой перед образованием замыкающей головки. На фиг. 2 стадия окончания процесса образования замыкающей головки заклепки, на фиг. 3 стадия окончания процесса перемещения закладной головки относительно замыкающей головки заклепки.

Способ осуществляют следующим образом:
В смешанном пакете, содержащем деталь 1 из волокнистого композиционного материала, например, боралюминия и деталь 2 из металла, например, алюминиевого сплава АМГ 6, выполняют ступенчатое отверстие. Затем, используя заклепку 3, например, из алюминиевого сплава В 65, имеющую ступенчатый стержень и поднутрение в его торцевой части, производят ее установку в пакет при одновременной запрессовке в деталь 2 по диаметру утолщения. Причем, на завершающей стадии установки заклепки 3 в пакет между ее закладной головкой и поверхностью детали 2 формируется зазор "δ". Аналогичный зазор "d" имеет место между торцем утолщения на стержне заклепки 3 и опорной поверхностью ступени в детали 2. После чего пакет размещают на поддержание 4 и на выступающей части стержня заклепки 3 размещают подкладную шайбу 5. Пакет фиксируют с усилием Р_приж. (фиг. 1).

Далее образуют замыкающую головку заклепки 3 (фиг. 2).

Затем замыкающую головку заклепки 3 фиксируют на поддержке 6 и прикладывают сжимающее импульсное усилие Р к закладной головке. В результате наличия ступенчатой формы стержня заклепки 3 имеет место деформация только части стержня с меньшей площадью поперечного сечения. Следует подчеркнуть, что одновременно с этой раздачей части стержня происходит заполнение заклепкой 3 свободного объема, ограниченного торцем утолщения на стержне заклепки 3 и опорной поверхностью ступени детали 2.

Таким образом, перемещение закладной головки заклепки 3 относительно замыкающей головки сопровождается регламентируемой раздачей пакета по местоположению линии его разъема. При исходном диаметре меньшего поперечного сечения стержня заклепки на завершающей стадии перемещения закладной головки он возрастает до величины d₁. Тогда степень деформации этого сечения стержня заклепки 3 может быть рассчитана:
e=(d₁-d)/d
Искомая связь между степенью деформации "ε" и величиной зазора "d" выражается следующим образом:
δ =[(1+ε)²-1]•l
где l длина меньшего поперечного сечения заклепки 3 в пределах от замыкающей головки до опорной поверхности ступени (толщина пакета по местоположению линии его разъема).

Оптимальная величина "ε" может быть определена экспериментально в условиях, учитывающих характер приложения эксплуатационной нагрузки.

В отработке технологических режимов клепки использовались смешанные пакеты, создающие детали из боралюминия и деталь из алюминиевого сплава АМГ 6. Первая из них имела толщину 1,1 мм, перекрестную схему армирования при объемной доле упрочняющих волокон, равной 50% Деталь из сплава АМГ 6 имела толщину 4 мм.

В пакете методом штамповки выполнялись ступенчатые отверстия с диаметром ступени, равным 5,0 мм, ее глубиной 2,0 мм и диаметром отверстия, равным 4,0 мм.

Заклепки из алюминиевого сплава В 65 имели утолщения с диаметром 5 + 0,015-0,050 мм и длиной, равной 2,0 мм. В заклепке со стороны торца стержня выполнялись поднутрения диаметром 2,0 мм и глубиной 6,0 мм.

Подкладная шайба выполнялась из алюминиевого сплава Д 16 и имела внешний диаметр, равный 8,0 мм.

Предварительными экспериментами была установлена величина оптимальной степени деформации детали из боралюминия, равная 2% Исходя из этого рассчитывали величину зазора d:
δ= (1,0+0,02)²-1•3,1 = 0,13 мм
Технологическая оснастка выполнялась из инструментальной стали У 8А, выполненной по 7-му квалитету точности.

Сжатие пакета производилось на гидравлическом прессе с развиваемым усилием в 40 кН.

Образование замыкающей головки заклепки и перемещение закладной ее головки осуществлялось с применением ударника массой 450 г, разгоняемым магнитно-импульсной установкой МИУ 10 при скоростях деформирования в диапазоне 12,3-18 м/с.

Склепанные пакеты проходили испытания на 3-х точечный изгиб при статическом нагружении. Было выявлено, что жесткость силовых точек, а следовательно, и фрагментов конструкции в целом возросла на 60-80% на нижних уровнях и более, чем на 100% на высоких уровнях.

Изобретение применимо при выполнении заклепочных соединений в процессе изготовления ответственных силовых наборов конструкций летательных аппаратов, судовых конструкций и других изделий машиностроения.

Использование: при выполнении заклепочных соединений на конструкциях, содержащих детали из волокнистых композиционных материалов. Сущность изобретения: в пакете соединяемых деталей выполняют ступенчатое отверстие, располагая ступень большего диаметра и переходную поверхность между ступенями в детали из металла. Заклепку с утолщением на стержне, имеющим длину, равную высоте ступени большего диаметра, устанавливают в отверстие пакета. При этом производят запрессовку утолщения в ступень большего диаметра, образуя зазор между поверхностью детали из металла и опорной поверхностью закладной головки заклепки. Затем образуют замыкающую головку заклепки путем приложения сжимающего усилия к ее торцу, после чего осуществляют осевое перемещение закладной головки относительно замыкающей до устранения имеющегося зазора. 3 ил.

Способ клепки преимущественно смешанных пакетов, содержащих детали из волокнистых композиционных материалов, при котором в пакете образуют отверстие, в него со стороны детали из металла устанавливают заклепку, затем на выступающей части ее стержня размещают подкладочную шайбу, фиксируют пакет усилием с последующим образованием замыкающей головки путем приложения сжимающего усилия к торцу заклепки, отличающийся тем, что производят регламентируемую раздачу стержня заклепки в зоне линии разъема пакета соединяемых деталей, для чего отверстие в пакете выполняют ступенчатым, располагая ступень большего диаметра и переходную поверхность между ступенями в детали из металла, используют заклепку с утолщением на примыкающей к закладной головке части стержня, имеющим длину, равную высоте ступени большего диаметра, в процессе установки заклепки производят запрессовку ее утолщения в ступень большего диаметра с образованием зазора между поверхностью детали из металла и опорной поверхностью закладной головки заклепки, а после образования замыкающей головки ее фиксируют и производят осевое перемещение закладной головки относительно замыкающей головки до устранения имеющегося зазора.