ЗАКЛЕПКА ДЛЯ ОДНОСТОРОННЕЙ КЛЕПКИ Российский патент 1999 года по МПК F16B19/08 

Изобретение относится к авиастроению, в частности к заклепкам для односторонней клепки.

Основное назначение - образование заклепочного соединения деталей из материалов с низкой прочностью на смятие, например, из композиционных материалов. Изобретение может быть использовано также в общем машиностроении для соединения аналогичных деталей машин.

Известны заклепки для односторонней клепки для соединения деталей преимущественно из композиционных материалов. Эти заклепки содержат корпус с внутренней резьбой, винт и деформируемый элемент, а постановка их в пакет соединяемых деталей производится методом вращения.

Недостатком этих заклепок является трудность нарезания внутренней резьбы корпусов, которые по условиям допустимости контакта с композиционным материалом, содержащим углеродные волокна (углепластиком), выполняется из труднообрабатываемых титановых сплавов.

Известны заклепки для односторонней постановки в безрезьбовом конструктивном исполнении, содержащие цилиндрический корпус с закладной головкой, заходной вогнутой фаской и цилиндрическим осевым отверстием, в котором размещен с натягом сердечник с технологическим хвостовиком и обрывной шейкой [1].

Недостатком подобных заклепок является то, что стопорение сердечника в корпусе за счет одного только натяга обеспечивает работоспособность заклепок только при статических нагрузках. В условиях длительного воздействия вибрационных нагрузок сердечник начинает перемещаться относительно корпуса, что приводит к отсутствию стяжки пакета соединяемых деталей или даже к "выползанию" сердечника из корпуса.

Известна заклепка для односторонней клепки, содержащая цилиндрический корпус с цилиндрическим осевым отверстием с заходной фаской на наружной поверхности с одной стороны и закладной головкой с другой стороны, установленный в отверстие с натягом сердечник с головкой и рабочей частью с одного конца и технологическим хвостовиком и обрывной шейкой с другого конца, а также с кольцевой выточкой на рабочей части сердечника со стороны обрывной шейки. Между головкой сердечника и заходной фаской корпуса установлена деформируемая втулка. На технологическом хвостовике сердечника размещено разрезное стопорное кольцо [2]. Постановка заклепки и пакет происходит за два цикла. Заклепка вводится в отверстие пакета соединяемых деталей до упора в поверхность одной из них закладной головки корпуса. Специальный постановочный инструмент прижимает закладную головку к поверхности и втягивает с натягом сердечник за хвостовик в отверстие корпуса. Втулка деформируется с образованием замыкающей головки в виде гофра с плоской опорной поверхностью.

Во втором цикле сборки производится запрессовка стопорного кольца в пространстве между корпусом и кольцевой выточкой сердечника, после чего происходит обрыв технологического хвостовика по обрывной шейке и постановка заклепки заканчивается образованием заклепочного соединения.

Недостатком заклепки является двухцикловая сборка, из-за чего длина сердечника увеличивается, что препятствует изготовлению его холодной высадкой. Также при этом усложняется конструкция постановочного инструмента и особенно его наладка.

Кроме того, заходная вогнутая фаска на корпусе выполняется, как правило, скругленной по окружности, что препятствует образованию высококачественной замыкающей головки заклепочного соединения, особенно у заклепок малых диаметров 3,0; 3,5, 4,0 мм, ходя именно крепеж малых диаметров рекомендован для соединения деталей из композиционных материалов. Зависимость качества образования замыкающей головки от формы вогнутой заходной части связана с тем, что форма должна обеспечить достаточный "вылет" деформируемой втулки за пределы линии пересечения цилиндрической и вогнутой части корпуса, чтобы произошел отгиб тонкостенной ступени втулки и при дальнейшем ее деформировании эта отогнутая часть не касалась цилиндрической части корпуса. С другой стороны длина заходной части также имеет определенные пределы. Кроме этого, вогнутая часть должна вписаться в узкий промежуток между наружной и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса. Толщина стенки корпуса, например для заклепки диаметром 4 мм, составляет всего 0,5 мм (наружный диаметр - 4 мм, внутренний диаметр - 3 мм), а для меньших типоразмеров менее 0,5 мм. Вписать часть окружности заходной части в такой узкий промежуток с обеспечением угла "вылета" втулки и высоты заходной части невозможно.

Предлагаемая конструкция заклепки для односторонней клепки решает задачу уменьшения габаритов и веса заклепок, повышения качества и упрощения технологии образования заклепочного соединения.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой, является заклепка для односторонней клепки, содержащая корпус в виде цилиндрической втулки с закладной головкой, стержень с технологическим хвостовиком с накаткой для захвата постановочным инструментом, обрывной шейкой с одного конца, головкой и рабочей частью с другого конца, деформируемую втулку, установленную на рабочей части сердечника между его головкой и концом корпуса, стопорное кольцо фасонного профиля между корпусом и сердечником, а со стороны наружной поверхности закладной головки расположенную упорную шайбу [3].

Заклепка вводится в отверстие соединяемых деталей и с помощью специального инструмента стержень втягивается в корпус, который удерживается от перемещения упорной шайбой. Втулка расклепывает выступающую из пакета часть корпуса, после чего выступающая из сердечника часть втулки срезается, а оставшаяся часть перемещается вместе с сердечником и стопорным кольцом. При достижении стопорным кольцом упорной шайбы, кольцо пластически деформируется и его материал заполняет канавку в отверстии корпуса, обеспечивая запирание соединения.

После этого технологический хвостовик отделяется по обрывной канавке. Сборка соединения производится за один цикл.

Такая конструкция заклепки устраняет недостатки предыдущей, однако ее невозможно использовать для соединения деталей из композиционных материалов, так как опорная поверхность замыкающей головки очень мала и образуются в зоне кромки отверстия.

Предлагаемая конструкция заклепки для односторонней клепки решает задачу улучшения качества образования замыкающей головки.

Для решения поставленной задачи в известной заклепке, содержащей цилиндрический корпус с заходной фаской на наружной поверхности с одной стороны и закладной головкой с другой стороны и с осевым отверстием, в котором установлен с натягом сердечник с головкой и с рабочей частью с одного конца и с технологическим хвостовиком с накаткой и с обрывной шейкой другого конца, на рабочей части которого выполнена кольцевая выточка и установлены деформируемая втулка, расположенная между головкой сердечника и концом корпуса с заходной фаской, и стопорное кольцо фасонного профиля, размещенное между корпусом и сердечником, а со стороны наружной поверхности закладной головки расположена удаляемая упорная шайба, заходная фаска выполнена вогнутой и имеет конический участок с углом конуса равным 6 - 10^o.

Выполнение заклепки с вогнутой заходной частью корпуса, переходящей в конический участок, обеспечивает улучшение качества образования замыкающей головки, что повышает надежность заклепочного соединения.

При угле конуса меньшем 6^o коническая часть становится практически перпендикулярной торцу корпуса, из-за чего невозможно обеспечить плавность перехода из конической части в вогнутую, и в результате кромка второй ступени деформируемой втулки будет врезаться в вогнутую часть корпуса.

При угле конуса большем 10^o коническая часть становится слишком пологой, а вогнутая часть очень короткой, недостаточной для "вылета" деформируемой втулки с заходной части корпуса.

На фиг. 1 изображена заклепка для односторонней клепки, общий вид, на фиг. 2 изображена заходная фаска, на фиг. 3 изображена заклепка после сборки.

Заклепка для односторонней клепки для соединения деталей 1 содержит цилиндрический корпус 2 с цилиндрическим осевым отверстием 3 и заходной вогнутой фаской 4 на наружной поверхности с одной стороны и закладной головкой 5 с другой. В отверстии 3 размещен сердечник 6, имеющий головку 7 на одном конце и технологический хвостовик 8 с обрывной шейкой 9 и накаткой 10 на другом. К головке 7 сердечника 6 примыкает цилиндрическая рабочая часть 11, на которой выполнена кольцевая канавка 12. На рабочей части 11 сердечника 6 между головкой 7 и заходной фаской 4 корпуса 2 расположена деформируемая втулка 13. Между корпусом 2 и сердечником 6 размещено стопорное кольцо 14 в контакте с поверхностью кольцевой канавки 12. Со стороны наружной поверхности закладной головки 5 установлена упорная шайба 15, а на внутренней поверхности выполнена кольцевая канавка 16. Заходная фаска 4 имеет конический участок 17, плавно переходящий в вогнутую часть 18.

Заклепка работает следующим образом.

Сначала производится сборка заклепки: сердечник 6 с размещенной на нем деформируемой втулкой 13 и стопорным кольцом 14 вставляется в отверстие 3 корпуса 2 до упора деформируемой втулки 13 в заходную фаску 4 корпуса, затем на сердечник 6 со стороны хвостовика 8 надевается упорная шайба 15.

Собранная заклепка вставляется в отверстие пакета 1 до упора закладной головки 5 корпуса 2 в поверхность соединяемой детали. С помощью специального постановочного инструмента упорная шайба 15 и закладная головка 5 корпуса 2 прижимаются к пакету 1 и одновременно постановочный инструмент втягивает сердечник 6 заклепки за технологический хвостовик 8 внутрь корпуса 2, деформируя втулку 13. При дальнейшем втягивании сердечника тонкостенная ступень деформируемой втулки 13 отгибается внутрь и упирается в поверхность пакета 1, образуя замыкающую головку 19 достаточно большой площади, то позволяет исключить возможность разрушения композиционного материала. Одновременно стопорное кольцо 14, перемещаясь вместе с сердечником 6 внутри корпуса 2, упирается в упорную шайбу 15 деформируется, затекая в кольцевую канавку 16 головки 5 корпуса 2 и препятствуя вместе с образованием замыкающей головкой 19 дальнейшему перемещению сердечника.

Вследствие этого нагрузка на сердечник резко возрастает и его технологический хвостовик 8 отрывается по обрывной шейке 9. Вместе с технологическим хвостовиком удаляется и упорная шайба 15, после чего постановка заклепки заканчивается образованием заклепочного соединения.

Использование предлагаемой конструкции улучшает качество образования замыкающей головки за счет усовершенствованной формы вогнутой заходной части корпуса, что в итоге повышает надежность заклепочного соединения.

Наиболее успешно предлагаемая заклепка используется в авиастроении для клепки композиционных материалов.

Источники информации:
1. Патент США N 4312613, кл. F 16 B 13/06, 1982.

2. Авторское свидетельство N 1760195 A1, кл. F 16 B, 19/08, 1991 г.

3. Патент США N 5.052.870, кл. F 16 B 13/04, 1990 г.

Изобретение относится к авиастроению, в частности к заклепкам. Заклепка для односторонней клепки содержит цилиндрический корпус (1) с заходной фаской на наружной поверхности, выполненной вогнутой и имеющей конический участок с углом конуса, равным 6^o - 10^o, с одной стороны и закладной головкой с другой стороны и с осевым отверстием, в котором установлен с натягом сердечник (6) с головкой и с рабочей частью с одного конца и с технологическим хвостовиком (8) с накаткой с обрывной шейкой с другого конца. На рабочей части сердечника (6) выполнена кольцевая выточка и установлена деформируемая втулка (13), расположенная между головкой сердечника и концом корпуса с заходной фаской. Между корпусом и сердечником размещено стопорное кольцо (14) фасонного профиля, а со стороны наружной поверхности закладной головки расположена удаляемая упорная шайба (15). Изобретение обеспечивает повышение качества, снижение габаритов и упрощение технологии. 3 ил.

Заклепка для односторонней клепки, содержащая цилиндрический корпус с заходной фаской на наружной поверхности с одной стороны и закладной головкой с другой стороны и с осевым отверстием, в котором установлен с натягом сердечник с головкой и с рабочей частью с одного конца и с технологическим хвостовиком с накаткой и с обрывной шейкой с другого конца, на рабочей части которого выполнена кольцевая выточка и установлены деформируемая втулка, расположенная между головкой сердечника и концом корпуса с заходной фаской, и стопорное кольцо фасонного профиля, размещенное между корпусом и сердечником, при этом со стороны наружной поверхности закладной головки расположена удаляемая упорная шайба, отличающаяся тем, что заходная фаска выполнена вогнутой и имеет конический участок, с углом конуса, равным 6 - 10^o.