Способ потайной клепки и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК B21J15/02 

(21)4329301/31-27

(22)19.11.87

(46) 15.12.89. Бюл. № 46

(71)Куйбьпиевский авиационный институт им. акад. С.П.Королева

(72)С.И.Козий, Е.В.Гончарова, Ю.А.Вашуков, Т.Б.Козий и А.В.Власов

(53)621.884(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1355346, кл. В 21 J 15/02, 23.04.86.

(54)СПОСОБ ПОТАЙНОЙ Ю1ЕПКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57)Изобретение относится к клепаль- но-сборочным работам, в частности,

к способам клепки тонколистовых пакетов, преимущественно из волокнистых композиционных материалов. Цель - повышение качества соединения за счет обеспечения неравномерной деформации стенок отверстия по толщине элемента, в котором размещена закладная головка.

Элемент 1 пакета из волокнистого композиционного материала размещен на матрице 2 и зафиксирован прижимом 3, В элементе 1 образовано коническое отверстие, в которое плотно устанавливают коническую втулку (KB) 4, Б отверстие КБ 4 устанавливают фигурное стальное кольцо (ФК) 5. В осевом отверстии ФК 5 по посадке движения размещают стержень заклепки 6. На закладной головке заклепки 6 размещают пуансон 7. ФК 5 имеет конический и цилиндрический участки равной высоты. При воздействии импульсной силы Р на пуансон 7 заклепка 6. и ФК 5 перемещаются в направлении матрицы 2. В результате движения ФК 5 KB 4 раздается и становится цилиндрической. Головка заклепки 6 заходит в отверстие KB 4 и удерживается там за счет возникшего натяга. 2 с. и 1 3.п. ф-лы, 5 ил.

с &

(Л

Изобретение относится к клепально - сборочным работам, в частности к способам клепки тонколистовых пакетов преимущественно из волокнистых композиционных материалов. Цель - повышение качества соединения за счет обеспечения неравномерной деформации стенок отверстия по толщине элемента, в котором размещена закладная головка. Элемент 1 пакета из волокнистого композиционного материала размещен на матрице 2 и зафиксирован прижимом 3. В элементе 1 образовано коническое отверстие, в которое плотно устанавливают коническую втулку (КВ) 4. В отверстие КВ 4 устанавливают фигурное стальное кольцо (ФК) 5. В осевом отверстии ФК 5 по посадке движения размещают стержень заклепки 6. На закладной головке заклепки 6 размещают пуансон 7. ФК 5 имеет конический и цилиндрический участки равной высоты. При воздействии импульсной силы Pτ на пуансон 7 заклепка 6 и ФК 5 перемещаются в направлении матрицы 2. В результате движения ФК 5 КВ 4 раздается и становится цилиндрической. Головка заклепки 6 заходит в отверстие КВ 4 и удерживается там за счет возникшего натяга. 2 с.1 з.п. ф-лы, 5 ил.

тиж

ел tc

00

ел

00

uil

Изобретение относится к клепально сборочным работам авиационной промышленности, в частности к способам клеш; тонколистовых пакетов преиму- щесгвенно из волокнистых композиционных материалов.

Целью изобретения является повышение качества соединения за счет обеспечения неравномерной деформации стенок отверстия по толщине элемента и котором размещена закладная головка.

Указанная цель обеспечивается тем что в поверхностном слое наружного элемента пакета отсутствуют растягивающие напряжения, что повьшает стойкость соединения к возникновению поверхностных дефектов типа трещин.

На фиг. 1 показано исходное положение оснастки перед деформированием icoiiTiqecKoA втулки, на фиг. 2 - стади деформирования конической втулки; на фнг. 3 - схема действия сил, возникающих при внедрении стального фигурного кольца во втулкуj на фиг, 4 - пакет в сборе перед образованием замыкающей головкиj на фиг.5 зависимость частота колебаний - число циклов колебаний.

Элемент 1 пакета из волокнистого композиционного материала, например углепластика размещен на матрице 2 и зафиксирован прижимом 3. В элементе I предварительно выполнено коническое отверстие. В последнее беззазорно (плотно) устанавливают коническую втулку А, например, из алюмиу ниезого сплава. Отверстия в матрице 2, прижиме 3 и втулке 4 соосны. В отверстие втулки 4 устанавливают фигурное кольцо 5, выполненное из стали в закаленном состоянии. В осевом отверстии фигурного кольца 5 по посадке движения размещают стержень заклепки 6, На цилиндрической закладной головке заклепки 6 в, отверстии прижима 3 устанавливают цилиндрический пуансон 7. Фигурное кольцо 5 имеет конический и цилиндрический участки равной высоты. Образование потайного соединения реализуется следующим образом.

При воздействии импульсной силы Р (фиг. 2) на пуансон 7 имеет место перемещение заклепки 6 и фигурного кольца 5 в направлении матрицы 2. Но месту контакта цилиндрического участка кольца 5 со втулкой 4 действует нормальная сила N, которая имеет свои проекции - вертикальную Р и горизонтальную Р (фиг. 3). При этом вертикальная составляющая Рц силы вызывает внедрение фигурного кольца 5 в коническую втулку 4, а горизонтальная составляющая Р - увеличение диаметра втулки 4 до максимальной его величины, определяемой диаметром цилиндрического участка фигурного кольца 5. В результате движения фигурного кольца 5 относительно неподвижной в осевом направлении втулки 4 имеет место упрочнение материала втулки. Движение пуансона 7 обеспечивает последовательно перемещение фигурного кольца 5 относительно втулки 4 и в конечной стадии - размещение закладной головки заклепки 6 в элементе 1. С целью обеспечения устойчивости процесса раздачи втулки 4 высота конического и цилиндрического участков равна

толщине элемента 1. После снятия

деформирующего усилия Р/р с пуансона 7 закладная головка заклепки 6 будет удерживаться во втулке 4 за счет натяга. Величина образующего натяга рудет неравномерной, так на поверхности элемента 1 со стороны аэродинамического контура он будет минимальным, а со стороны второго злемен та пакета - максимальным. Величина возможного максимального натяга для

любого из волокнистых композиционных материалов может быть найдена экспериментально.

Степень деформации втулки в произвольном сечении определяется по

формуле

с DK - DC

.- ,

где D - диаметр цилиндрического от- верстия втулки на конечной

стадии ее деформированияi и J - исходный диаметр втулки в рассматриваемом i-том сечении.

и результате по толщине верхнего элемента 1 пакета образуется неоднородное поле упругих напряжений (или упруго-пластических напряжений для традиционных материалов). Далее на выступающую часть стержня заклепки 6 размещают второй элемент 8 пакета, устанавливают подкладное кольцо 9 (фиг. 4) и производят

образование замыкающей головки заклепки по известной технологии.

Работа силовой точки, образованной по предлагаемой технологии, в условиях вибрационной нагрузки представляется следующим образом.

Вследствие прижатия элементов пакета 1 и 8 в процессе образования замыкающей головки заклепки 6 между элементами пакета возникает определенное по величине нормальное давление, которое предопределяет и силы трения между названными элементами пакета. Причем направление действия сил трения совпадает с направлением от периферии -к оси стержня заклепки 6, Таким образом, силы трения снижают уровень действия растягивающих окружных напряжений, возникающих в элементе 1 пакета со стороны элемента 8, при запрессовке закладной головки заклепки 6 во втулку 4. Последнее объясняет и тот факт, что разрушение силовой точки происходит по свободной поверхности аэродинамического контура элемента 1 пакета.

Поскольку исходный уровень напряжений в точке А (фиг, 4) меньше, чем в точке В, то силовая трчка способна передать определенное число колебаний до того момента, когда предельные деформации в точке А элемента 1 пакета вызовут разрушение последнего. Сказанное поясняется следующим образом. Работа силовой точки в процессе вибронагружения описьша- ется зависимостью вида f if(N),

где f - уровень резонансной частоты собственных колебаний пакета из волокнистого композиционного материала с силовой

точкой;

N - число циклов колебаний пакет с силовой точкой до разрушения элемента 1 пакета. Графически эта зависимость отображена на фиг. 5 и состоит из участков прямолинейного и криволинейного. Есл по толщине элемента 1 пакета нет градиента деформаций, т,е, имеет место равномерная деформация, то зависимость f i/(N) описывается кривой ЕСД, причем на участке ЕС с числом циклов колебаний N силовая работает без образования каких-либо дефектов, Б этот период работа в точке контакта втулки А с материалом элмента 1 пакета (точка А) накапливаются знакопеременные упругие деформации, которые, достигнув предельных значений вследствие усталости мате- риала, вызьшают появление микротрещин (точка С), С распространением и ростом микротрещин в материале пакета вследствие диссипации (рассеяния)

энергии уровень резонансной частоты падает (допустимый предел падения частоты для волокнистых композиционных материалов принято считать 2%jf. Указанное падение частоты описывается

г кривой СД,

Таким образом, наработка силовой точки с равномерным нагружением элемента 1 пакета определяется

N5c,3oe N, -ь Nj,

0 где N - число циклов колебаний, передаваемых силовой точкой без образования каких-либо дефектов;

N - число циклов колебаний, 5 редаваемых силовой точкой

при наличии дефектов. Если по толщине элемента 1 пакета имеется градиент деформаций, то зависимость f Q (N) описывается кри- Q вой ЕСД , Причем число циклов колебаний, передаваемых силовой точкой, будет большим по сравнению с ранее рассмотренным случаем. Распространение же трещин из-за наличия градиента деформаций в элементе 1 пакета будет происходить медленнее, т,е, по кривой СД ,

Тогда наработка силовой точки определяется0 „релл N, - N,,

где N, - число циклов колебаний, передаваемых силовой точкой при наличии дефектов,

- - , - -чл (

Даже при N7 N, N. g,..

5 Предлагаемый способ опробован при потайной клепке тонколистовых пакетов из углепластика КМУ-4Л толщиной ,1,5 мм к 2 3,0 мм. Угол конусности о равнялся 10°, Коническая втулка

0 изготавливалась из алюминиевого сплава Д16АТ, заклепка - из алюминиевого сплава В95Т1, В качестве нагружающего устройства использовалась магнитно-импульсная установка МИУ-10 при

энергиях разряда до 1,5 кДЖ, Ресурс силовой точки по сравнению с ресурсом силовой точки, полученной технологией, по прототипу, повысился на 40-50%,

5

Формула изобретения

5

0

высота которой соответствует толщине элемента, а установку цилиндрической закладной головки в отверстие элемента и ее фиксацию осуществляют путем деформирования конической втулки Б радиальном направлении до диаметра, равного диаметру закладной головки.

I

3.Устройство по п. 2, отличающееся тем, что фигурное кольцо выполнено из закаленной стали.