Способ герметизации крепежного соединения Советский патент 1993 года по МПК F16B35/04 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к выполнению потайных болтовых и болт-заклепочных соединений в авиационных конструкциях, и может быть применено в авиа-, судо- и ракетостроении.

Цель изобретения - расширение функциональных и технологических возможностей за счет исключения -усилий запрессовки, а также, повышение герметичности и коррозионной стойкости при эксплуатации в агрессивных средах.

В результате использования предлагаемого способа герметизации крепежного соединения отпадает необходимость в приложении значительных усилий для запрессовки кольцевого выступа в материал детали, что делает возможным установку крепежного элемента в материал с более высокой или равной твердостью.

Кроме того, выполнение кольцевого углубления до установки крепежного элемента, исключающее приложение усилий запрессовки для вдавливания кольцевого выступа, дает возможность обеспечения герметичности при выполнении соединений по посадкам с зазором в сочетании с анкерными гайками (съемные панели крыла, люки и др.). Вышеперечисленные факторы влияют на расширение функциональных возможностей.

Исключение усилий запрессовки позволяет устанавливать болты с кольцевым выступом с помощью ручных или механических отверток при одностороннем подходе (например, при использовании анкерных гаек на съемных панелях крыла) или забивкой слесарным молотком, что расширяет технологические возможности обеспечения герметичности потайных крепежных соединений в конструкции планера самолета при любых сочетаниях твердости материала деталей в крепежных элементов.

у

Ј

00

GJ N ю ю о

со

Приведенные размеры кольцевого углубления позволяют обеспечить гарантированный контакт при сопряжении кольцевого выступа на потайной головке с кольцевым углублением в гнезде с учетом технологических отклонений и производственных погрешностей в процессе обработки гнезда и образования кольцевого углубления.

Заполнение кольцевого углубления герметизирующим составом перед установкой крепежа при эксплуатации в агрессивных средах повышает герметичность соединения и его коррозионную стойкость. Экспериментально установлено, что такое дополнительное заполнение микрозатворов и капилляров, образующихся при сопряжении кольцевого выступа на потайной головке с кольцевым углублением в случае выполнения его по верхнему допуску, гарантирует герметичность потайного соединения при работе в среде авиационного топлива, обладающего высокой проникающей способностью,

В случае работы потайных соединений в таких агрессивных средах, как морская среда, требующих защиты от проникающей коррозии, введением защитного покрытия в кольцевое углубление является надежным барьером от развития коррозии.

На фиг, представлено крепежное соединение, общий вид; на фиг,2 - узел I на фиг,1; на фиг.З - боек для выполнения кольцевого углубления методом чеканки.

Предлагаемый способ герметизации крепежного соединения реализуется следующим образом.

Пакет деталей 1, 2 соединяют путем установки болта 3 с конической потайной головкой 4 в выполненное в пакете отверстие 5 с раззенкованным на конус гнездом 6. Герметизацию осуществляют путем формирования уплотнительного узла 7 в виде кольцевого выступа 8 тороидальной формы, который выполняют на посадочной части 9 головки 4, и углубления 10, в которое входит выступ 8, и последующей стяжки пакета. Углубление 10 образуют на конической поверхности гнезда 6 после его раззенковки до установки болта 3 в отверстие 5 и выполняют его сопряженным с выступом 8 с геометрическими размерами, равными 0,9 - 1,1 от размеров последнего.

При эксплуатации в агрессивных средах в углубление 10 перед постановкой болта 3 вводят герметизирующий состав (например, жидкий герметик УЗОМЭС-5 или защитное покрытие (например, грунт ФНД-86), которые заполняя микрозазоры и капилляры (фиг.2), надежно предохраняют как от потери герметичности вследствие

проникновения топлива, так проникающей коррозии от воздействия морской среды или атмосферных осадков, Количество вводимого герметизирующего состава невелико и в отличие от сплошной герметизации крепежного соединения не вызывает существенного увеличения его веса. После постановки болта 3 наживляют шайбу 11 и стягивают пакет гайкой 12,

При формировании уплотнительного узла 7 кольцевое углубление 10 в гнезде 6 выполняют чеканкой или другим методом (например, механической обработкой).

Выполнение углубления чеканкой спецмальным инструментом - бойком повышает точность сопряжения, что влияет на повышение герметичности соединений.

Для сопряжения кольцевого выступа 8 на потайной головке 4 болта 3 с углублениями 10 инструмент для выполнения последнего, в частности, боек 13 для чеканки (фиг.З) имеет направляющую часть - цапфу 14, диаметр которой равен номинальному диаметру отверстия 5, а длина I направляющей цапфы устанавливается по меньшей мере 2/3 от толщины пакета, чем достигается хорошее центрирование инструмента в отверстии. Кроме того, рабочая поверхность 15 бойка копирует посадочную часть потайного болта 6. а исполнительные размеры рабочей поверхности 15 бойка (D, R, d) выбираются таким образом, чтобы с учетом технологических допусков обеспечивать выполнение кольцевого углубления с размерами в диапазоне 0,9 - 11, от номинальных режимов кольцевого выступа. При таком соотношении размеров кольцевого выступа и кольцевого углубления обеспечивается гарантированный контакт по всей длине окружности при наличии технологических отклонений в пределах допуска и создается барьер для потери герметичности.

Применение чеканки позволяет на 1-2 удара по бойку получить кольцевое углубление в гнезде, при этом происходит также некоторое упрочнение поверхностного слоя материала в этой зоне, что оказывает положительное влияние на ресурс соединения. Экспериментальным путем установлено преимущество получения кольцевых углублений чеканкой перед ик выполнением механической обработкой, требующей высокой точности изготовления фасонного режущего инструмента, контроля за его износом в процессе работы, тщательной настройки зенковальных упоров, контроля параметров углубления после обработки из- за возможных отклонений, вызванных динамикой процесса резания.

Пример. Для экспериментальной проверки предлагаемого способа герметизации были изготовлены панели со стрингерным набором из материалов: алюминиевого сплава Д164Т и титанового сплава ВТ22 (Зпан 5 мм, Scrp 7 мм). В панелях выполнялись потайные болтовые соединения по посадкам H9/f 9 титановыми болтами диаметром 6 мм. Параметры потайной головки соответствовали болтам по ОСТ 1 31041-79, размеры кольцевого выступа тороидальной формы соответствовали DK 8,7+0 1 мм, RK 0,6 - 0,65 мм, liK - 0,25 - 0,3 мм). Кольцевые углубления в гнезде под кольцевой выступ выполня- лись чеканкой бойками в параметрами рабочей части D а.бб40 05 мм, R 0,64005 мм, h 0,3 мм. В панелях из алюминиевых сплавов болтов устанавливались вручную завинчиванием в анкерные гайки, а в панелях из титановых сплавов с тарированной затяжкой гаек - моментом 7Н.М. Анализ макрошлифов соединений показал, что в обоих случаях обеспечивал контакт выступа на посадочной части болта с кольцевым уг- лублением.

Проведенные экспериментальные проверки герметичности соединений на образцах типа обшивка-стрингер с топливом ТС-1 под воздействием циклических нагрузок (внутри бокса создавалось давление 0,5 - 1,8 МПа) показало, что болтовые соединения в алюминиевых панелях, установленные ввинчиванием в анкерные гайки, имеют 68 - 70% герметичности без применения герметизирующего состава в кольцевом углублении и 100% герметичности с примене- нием герметизирующего состава. Постановка болтов с тарированной затяжкой моментом 7 Н.м. обеспечивает полную герметичность на базовом числе циклов при испытании.

Применение предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволяет обеспечить герметичность потайных болтовых и болт-заклепочных соединений при любых сочетаниях твердости материалов крепежного элемента и деталей пакета в беззазорных соединениях, а также при выполнении соединений по посадкам с зазором, т.е. рас- ширяет функциональные возможности. Кроме того, возможность выполнения герметичных соединений при небольших усилиях затяжки с использованием ручных

или механических отверток расширяет технологические возможности, упрощает операцию сборки.

Предложенный способ может быть также применен не только при производстве самолетных конструкций, но и при ремонте ныне эксплуатирующихся изделий, так как его применение взамен разобранных потайных болтовых и болт-заклепочных соединений с натягом обеспечивает восстановление ресурса и герметичности во вскрытие отверстия. При этом в большинстве случаев отпадает необходимость в замене крепежа на больший диаметр, использовании специального инструмента, чертежных болтов и т.д.

Формула изобретения

1.Способ герметизации крепежного соединения, состоящий из крепежного элемента с потайной конической головкой и пакета соединяемых деталей с твердостью материала, меньшей твердости материала крепежного элемента, отверстия которого раззенкованы на конус под гнездо для головки крепежного элемента, заключающийся в формировании уплотнительного узла в виде кольцевого выступа на посадочной части головки крепежного элемента и последующей стежки пакета, отличающийся тем, что для расширения функциональных и технологических возможностей за счет исключения усилий запрессовки, перед постановкой крепежного элемента в отверстие пакета соединяемых деталей в уплотнитель- ном узле дополнительно на конической поверхности гнезда под головку крепежного элемента формируют кольцевое углубление, соответствующее по форме и расположению кольцевому выступу на головке крепежного элемента, при этом геометрические параметры составляют 0,9 - 1,1 от номинальных геометрических параметров кольцевого выступа головки крепежного элемента.

2.Способ по п.1,отличающийся тем, что. с целью повышения герметичности и коррозионной стойкости при эксплуатации соединения в агрессивных средах, перед постановкой крепежного элемента в отверстие пакета соединяемых деталей в кольцевое углубление на поверхности гнезда вводят герметизирующий состав или защитное покрытие.

Использование: в машиностроении, в частности при выполнении потайных болтовых и болт-заклепочных соединений в авиационных конструкциях, и может быть применено в авиа-, судо- и ракетостроении. Сущность изобретения: способ заключается в формировании уплотнительного узла, состоящего из кольцевого выступа на посадочной части потайной головки болта и углубления, образованного на конической поверхности гнезда под потайную головку и сопряженного с выступом. Углубление образуют до постановки болта в отверстие с геометрическими размерами, равными 0.9 -1,1 от номинальных размеров выступа. 1 з.п.ф- лы, 3 ил.

y; pi/ai

cpve.Z

fO

фие.З