Способ клепки

 

Использование: отрасли народного хозяйства, где требуется клепка конструкций, содержащих детали из волокнистых композиционных материалов. Сущность изобретения: отверстие в детали из композиционного материала выполняют диаметром больше, чем диаметр отверстия в детали из некомпозиционного материала. Заклепку выполняют со ступенчатым стержнем с диаметрами ступеней, равными диаметрам отверстий в деталях, при этом ступень большего диаметра примыкает к закладной головке, длина этой ступени выполнена меньше толщины детали из волокнистого композиционного материала. В процессе фиксации пакета деталь из некомпозиционного материала перемещают до ее контакта с кольцевой площадкой между ступенями стержня. 3 ил.

Изобретение относится к клепально-сборочным работам, а более точно - к способу клепки конструкций, содержащих смешанные элементы, в том числе из волокнистых композиционных материалов.

Известен способ клепки, при котором в пакете выполняют отверстие, устанавливают в него заклепку, фиксируют пакет усилием сжатия с последующим образованием замыкающей головки путем осевого пластического сжатия выступающей над пакетом части стержня заклепки [1] .

Известный способ клепки не может обеспечить повышенных прочностных характеристик силовой точки из-за нерегламентируемой раздачи стержня заклепки на толщине пакета. Последнее является причиной разрушения детали из волокнистого композиционного материала.

Известен также способ клепки, преимущественно смешанных пакетов, содержащих детали из волокнистого композиционного материала и некомпозиционного материала, включающий образование отверстий в деталях пакета, их сборку, установку в отверстие заклепки, фиксацию пакета сжимающим усилием и образование замыкающей головки путем пластического сжатия выступающей из пакета части стержня заклепки [2] .

Известный способ клепки не устраняет взаимного влияния элементов пакета друг на друга, особенно важного при восприятии пакетом изгибных деформаций. В результате давления элемента пакета из некомпозиционного материала на элемент пакета из волокнистого композиционного материала, в последнем по периметру отверстия возникают дефекты типа трещин, сколов и т. п. , что снижает ресурс работы соединения. Возникновение подобных дефектов в элементе пакета из волокнистого композиционного материала возможно в отдельных случаях и на этапе клепки.

Цель изобретения - создать способ клепки, который бы повысил прочностные характеристики заклепочного соединения и ресурс его работы за счет устранения возможности образования различного рода дефектов по периметру отверстия элемента пакета из волокнистого композиционного материала как на этапе клепки, а также в процессе работы соединения.

Это решается способом клепки, преимущественно смешанных пакетов, содержащих детали из волокнистого композиционного материала и некомпозиционного материала, включающим образование отверстий в деталях пакета, их сборку установку в отверстие заклепки, фиксацию пакета сжимающим усилием и образование замыкающей головки путем пластического сжатия выступающей из пакета части стержня заклепки, согласно изобретению отверстие в детали из композиционного материала выполняют диаметром больше, чем диаметр отверстия в детали из некомпозиционного материала, заклепку выполняют со ступенчатым стержнем с диаметрами стержней, равными диаметрам отверстий в деталях, при этом ступень большего диаметра примыкает к закладной головке, длина этой степени выполнена меньше толщины детали из волокнистого композиционного материала, а в процессе фиксации пакета деталь из некомпозиционного материала перемещают до ее контакта с кольцевой площадкой между ступенями стержня.

Осуществление способа клепки позволяет повысить прочностные характеристики соединения и ресурс его работы.

Это объясняется тем, что при использовании заклепки со ступенчатым стержнем, когда ступень располагают на линии разъема пакета, устраняется какое-либо вредное влияние элемента пакета из некомпозиционного материала на элемент пакета из волокнистого композиционного материала по периметру соединения. Так, перемещение элемента пакета из некомпозиционного материала в процессе фиксации пакета ограничивают наперед заданной величиной. Процесс же образования замыкающей головки заклепки не сопряжен восприятием нагрузки элементом пакета из волокнистого композиционного материала, что предотвращает его нежелательное деформирование. Кроме того, в процессе клепки обеспечивается фиксация заклепки в элементе пакета из некомпозиционного материала, что создает осевые сжимающие напряжения по периметру отверстия в элементе из некомпозиционного материала.

На фиг. 1 изображено исходное положение закрепки и смешанного пакета перед его фиксацией осевым усилием; на фиг. 2 - стадия окончания фиксации пакета осевым усилием Р_приж.; на фиг. 3 - заклепочное соединение.

Вариант осуществления изобретения состоит в следующем. В смешанном пакете (фиг. 1), содержащем элемент 1 из некомпозиционного материала, например алюминиевого сплава В95, и элемент 2 из волокнистого композиционного материала, например боралюминия, выполняют ступенчатое отверстие: в элементе 1 - d₁, в элементе 2 - d₂; причем диаметр d₂ превышает диаметр d₁.

Предварительно на части длины стержня заклепки 3 (со стороны закладной головки), меньшей чем толщина элемента 2 пакета на величину , выполняют утолщение, например, осадкой в замкнутом объеме. Ступенчатую заклепку 3 устанавливают беззазорно в ступенчатое отверстие пакета со стороны элемента 2 пакета.

Собранный пакет устанавливают на поддержку 4, затем производят фиксацию пакета сжимающим усилием Р_приж. В результате упругого сжатия элемента 2 пакета по толщине обеспечивают контакт элемента 1 пакета с кольцевой поверхностью ступени заклепки 3. Величину же абсолютной упругой деформации элемента 2 пакета выбирают исходя из результатов испытаний (фиг. 2).

Прикладывая импульсное усилие P к торцу стержня заклепки 3, осуществляют образование ее замыкающей головки путем осевого пластического сжатия выступающей над пакетом части стержня. Следует подчеркнуть, что при образовании замыкающей головки заклепки деформирующее усилие весьма незначительно передается на пакет.

Способ прошел опытно-промышленную проверку при клепке смешанных пакетов, содержащих элементы из волокнистых композиционных материалов.

Использовались элементы пакета из алюминиевого сплава В95 и боралюминия (объемная доля упрочняющих волокон составляла 50% ) толщиной соответственно 2,0 мм и 3,0 мм. В пакете выполнялось ступенчатое отверстие: в элементе из В95 диаметром 4,0 мм, в элементе из боралюминия диаметром 5,0 мм. На заклепке из алюминиевого сплава В65 обработкой давлением формировали ступенчатый стержень. Большая ступень, примыкающая к закладной головке, имела длину 2,95 мм, а меньшая - 7,0 мм при диаметре, равном 4,0 мм. Абсолютная величина упругой деформации элемента из боралюминия составляла 0,05 мм и находилась экспериментально.

Фиксацию пакета сжимающим усилием осуществляли на прессе ПГР-4 с максимально развиваемым усилием в 40 кН.

Импульсную клепку пакетов выполняли ударником массой 450 г, разгоняемым до скоростей 20-21 м/с посредством магнитно-импульсной установки МИУ-10 при уровне запасаемой ей энергии в 2,5 кДж.

Проведенные испытания на знакопеременную нагрузку показали, что силовые точки, выполненные по новой технологии, имели увеличенный ресурс в среднем на 23% . В то же время следует подчеркнуть повышение прочностных характеристик (в среднем на 17% ), выявленные испытаниями на растяжение.

Изобретение применимо при выполнении заклепочных соединений на конструкциях летательных аппаратов, судовых конструкциях подводного плавания и т. д. , содержащих элементы из волокнистых композиционных материалов. (56) Абибов А. Л. и др. Технология самолетостроения. М. : Машиностроение, 1982, с. 502.

Авторское свидетельство СССР N 1660825, кл. В 21 J 15/02, 1991.

Формула изобретения

СПОСОБ КЛЕПКИ преимущественно смешанных пакетов, содержащих детали из волокнистого композиционного материала и некомпозиционного материала, включающий образование отверстий в деталях пакета, их сборку, установку в отверстие заклепки, фиксацию пакета сжимающим усилием и образование замыкающей головки путем пластического сжатия выступающей из пакета части стержня, заклепки, отличающийся тем, что отверстие в детали из композиционного материала выполняют диаметром больше, чем диаметр отверстия в детали из некомпозиционного материала, заклепку выполняют со ступенчатым стержнем с диаметрами ступеней, равными диаметрам отверстий в деталях, при этом ступень большего диаметра примыкает к закладной головке, длина этой ступени выполнена меньше толщины детали из волокнистого композиционного материала, а в процессе фиксации пакета деталь из некомпозиционного материала перемещают до ее контакта с кольцевой площадкой между ступенями стержня.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3