Заклепка, способ клепки и заклепочное соединение Советский патент 1993 года по МПК B21J15/00 F16B19/06 

Изобретение относится к элементам крепления, в частности заклепкам для соединения листов в области аэронавтики и установке указанных элементов и полученным соединениям.

Целью изобретения является повышения качества клепки.

На фиг.1 представлена предлагаемая заклепка, осевое сечение; на фиг,2 - сечение листов, просверленных с целью формирования заклепочных соединений; нафиг.З, 4 и 5 - фазы способа соединения; на фиг.6 - сечение полученного соединения; на фиг,7

- диаграмма напряжений сжатия между листами и заклепкой.

Заклепка выполнена из алюминиевого сплава и предназначена для выполнения соединения листов из алюминиевого спла-. ва.

Эта заклепка имеет цилиндрический стержень 1, который простирается вдоль оси, и головку 2 большего диаметра, расположенную на одном конце этого стержня. Заклепка предназначена для введения в отверстие, выполненное в соединяемых листах (рис.2), которое имеет цилиндрическое сверление 3, в котором должен разместиться стержень 1, и с одной стороны фрезерованную полость 4, в которой должна разместиться головка 2.

Цилиндрический стержень 1 заклепки имеет диаметр - dr- меньший, чем диаметр

- dt - сверления 3 отверстия с тем, чтобы обеспечить зазор, максимально равный 0,1 мм; между стержнем и сверлением. Длина стержня 1 .выбирается такой, чтобы он выступал из листов с противоположной от головки 2 стороны.

Эта головка 2 является фрезерованной и имеет цилиндрическую закраину 5 и конический участок 6, угол конусности которого может быть классически равным 120° (угол при вершине).

Фрезерованная полость 4 отверстия . имеет такой же угол с тем, чтобы принять указанный конический участок 6 и раскрыться на поверхности листов зенковкой 7.

Цилиндрическая закраина 5 головки имеет диаметр - Dr -, меньший диаметра зенковки 7 отверстия - Dt - с тем, чтобы обеспечить зазор, максимально равный 0,5 мм между головкой и зенковкой.

Кроме того, фронтальная поверхность головки заклепки снабжена кольцевой канавкой 8, которая выполнена приблизительно на продолжении внешней поверхности стержня 1. В примере внутренняя кромка 9 этой канавки располагается на окружности диаметра - di - так, чтобы di dr ± 0,3 dr;

Эта канавка 8 имеет дно 10 полукруглого сечения и боковые поверхности 11, раскрываясь с небольшим уклоном к фронтальной поверхности; под небольшим уклоном понимают угол раскрытия, приблизительно равный 3°.

Толщина е канавки 8 не является критической величиной и может быть предусмотрена на практике в диапазоне 0,08 dr - 0,12 dr.

Канавка 8 образует между дном 10 и основанием головки 2 зону наименьшей толщины ZM, которая образует центральный участок головки 12, расположенный ближе к оси, и периферийный участок 13, расположенный с другой стороны. Глубина - р - канавки, отнесенная к высоте - h - г.оловки устанавливается так, чтобы под воздействием давления сплющивания головки деформации этих участков центрального 12 и

периферийного 13 были бы независимо (или мало связаны). В примере заклепки из легкого сплава алюминия отношение p/h может находиться в диапазоне 0,1-0,5, в частности порядка 0,3.

Кроме того, фронтальная поверхность головки 2 является плоской в центральном участке, причем уровень ее находится ниже уровня периферийного участка; этот периферийный участок является выпуклым и неравномерным по толщине, имеющим поднимающийся участок 14, соединяющийся с плоским срезом 15 соединительной галтелью 16.

Разница А уровней между центральным участком и периферийным участком

(плоский срез) в рассматриваемом примере

составляет 0,05 мм - 0,2 мм. Кроме того (см.

рис. 2 и 3), уровень центрального участка

предусмотрен так, чтобы выступать на расстояние AI над поверхностью листов, а уровень периферийного участка на расстояние Д2, так что: 0,2 м ,4 мм и 0,05 мм Аг-А1 Д 0,2мм.

В-качестве примера отметим, что следующие значения дают хорошие результаты для заклепки из сплава алюминия (2017 или 2117) с диаметром - dr - порядка 4 мм, имеющей головку с диаметром - 6Г - порядка 6 мм:

А1-0,2мм, ,4мм.

Установка описанной выше заклепки показана на фиг.З, 4 и 5 и состоит во введе- нии заклепки в отверстие в листах так, что- бы стержень 1 проходил через сверление 3 и выступал концом, противоположным головке, и чтобы указанная головка 2 размеща- ласъ в фрезерованной полости 4 отверстия (фиг.З).

Подбойник В и наковальня Т (классические) позволяют, затем, расплющить головку 2 и сформировать вторую головку 17 на торце стержня заклепки. Сплющивание головки 2 происходит в две фазы: одна фаза предварительного сплющивания (фиг,4), где подбойник сплющивает периферийный участок и не находится еще в контакте с центральным участком. Этот периферийный участок, отсоединенный от центрального участка канавкой 8, подвергается радиальному распуханию, показанному стрелкой Г.

Затем, подбойник В опирается на центральный участок и сплющивает также этот последний (фиг.5); распухание периферийного участка продолжается (стрелка Fg), в то время как центральный участок подвергается радиально-осевой текучести (стрелка Ff), что порождает расширение на уровне зоны соединения между стержнем и головкой заклепки и в стержне, Вторая головка 17 формируется одновременно на другом конце стержня,,

Фиг.6 показывает сечение полученного соединения, а фиг,7 дает распределение радиальных напряжений сжатия дс между листами и заклепкой. Можно различать три зоны, где напряжения сжатия обусловлены различными явлениями; зона xi (вблизи закраины головки), где напряжения сжатия обусловлены распуханием периферийного участка 2Р, зона Х2 (вблизи соединения головка/стержень), где напряжения сжатия обусловлены текучестью центрального участка 2С и его расширением, причем эти напряжения проходят через максимум М этой зоны, и зона хз, где напряжения обусловлены распуханием стержня в процессе формирования второй головки.

Формула изобретения

1. Заклепка содержащая стержень, предназначенный для размещения в отверстии пакета соединяемых деталей, с расположенной на одном его конце потайной головкой, предназначенной для деформации сплющиванием в процессе установки, при этом на торцовой поверхности головки выполнена кольцевая канавка, разделяющая ее на центральную и периферийную зоны, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества клепки, внутренняя кромка канавки расположена на окружности диаметра r ± 0,3d r, d г - диаметр стержня, J

2. Заклепка по п.1,отличающаяся тем, что боковая поверхность потайной го- 5 ловки выполнена в виде цилиндра.

3. Заклепка по п.2, отличающаяся тем, что она выполнена из легкого алюмини- евого сплава, а отношение глубины канавки к высоте головки находится в пределах 0,1-0,5. 0 4. Заклепка по п.2 или 3, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что высота головки в центральной зоне выполнена меньше высоты головки в периферийной зоне. - .

5. Заклепка по п.4, о т л и ч а ю щ а я с я 5 тем, что разность высот головки в периферийной и центральной зонах расположена в диапазоне 0,05-0,2 мм.

6. Заклепка по пп.2-5, отличающаяся тем, что торцовая поверхность головки

0 периферийной зоны соединена с боковой цилиндрической поверхностью конической галтелью.

7. Заклепка по пп.2-6, отличающаяся тем, что кольцевая канавка выполнена

5 с шириной Е (0,08-0,12) dr.

8. Заклепка по пп.2-7, о т л и ч а ю щ а- я с я тем, что кольцевая канавка выполнена с дном полукруглого сечения и увеличивающейся шириной от дна.

0. 9. Способ клепки, при котором в пакете деталей сверлят отверстие с зенковкой, устанавливают в отверстие заклепку с потайной закладной головкой, на торцовой поверхности которой выполнена кольцевая

5 канавка, разделяющая ее на центральную и периферийную зоны, с превышением торцо вой поверхности заклепки над плоскостью пакета, от л ичающийся тем, что, с целью повышения качества клепки, потайную го0 ловку в центральной зоне выполняют с превышением высоты над -плоскостью пакета величиной А1, а в периферийной зоне Aiz, при этом указанные превышения находятся в пределах 0,2 мм Д 0,4 мм.

5 0,05 м Да - AI 0,2 мм

10, Заклепочное соединение деталей с помощью заклепки с потайной закладной головкой, отличающееся тем, что максимум контактных напряжений между

0 заклепкой и деталями расположен в .зоне соединения стержня заклепки- с потайной закладкой головкой.

ф#г2

Использование: изобретение относится к элементам крепления для выполнения соединений, в частности к заклепкам. Сущность изобретения: элемент имеет стержень 1 и головку 2, предназначенную для деформирования сплющиванием в процессе установки. На фронтальной поверхности эта головка имеет кольцевую канавку 8, располагающуюся вокруг оси и вблизи продолжения внешней поверхности стержня. Эта канавка образует в головке два участка, один - центральный 12, а другой - периферийный 13, предназначенные для независимой деформации под воздействием сплющивания. Изобретение позволяет значительно улучшить распределение напряжений сжатия между элементом крепления и соединяемыми материалами. Оно гарантирует удовлетворительное радиальное рас- пухание головки, а также достаточное растекание к стержню и зоне соединения, между стержнем и головкой 3 с.ч. 7 з.п. ф-лы, 7 ил. Зг СО С

фиг.З

1 S1