Способ образования болтового соединения

 

СПОСОБ ОБРАЗОВАПИЯ БОЛТОВОГО СОЕДИНЕНИЯ, при котором в соединяемых деталях выполняют отверстие , дорнуют его и запрессовывают в него стержень болта, о тлич ающийся тем, что, с целью повышения несущей способности соединения, отверстие выполняют диаметром 0,6-0,65 диаметра стержня болта, после чего в материале соединяемых деталей в зопе отверстия создают радиальные сжимаю;щие напряжения величиной не менее предела текучести материала соединяемых деталей на глубину 1,05-1,1 радиуса стержня болта, а перед дорнованием выполняют чистовую пробивку отверстия диаметром, равным диаметру стержня болта. (Л С

С01ОЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4 (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ н aBTOPCKOMV СЗИДЕТВВСТВУ ю ь

° °

° °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Па ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3370019/25-27 (22) 29.12.81 (46) 30 ° 01.85.Бюл.В 4 .(72) С.И.Козий, А.Ю.Иголкин, В.А.Глущенков и М.В.Шемшурин (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени авиационный инстиTóT им. акад. C.g.Êîðîëåâà (53) 621.882 (088.8) (56) 1. Патент США И- 3072279, кл. 218"1, 1963.

2. Патент Франции Ф 2355193, кл. F 16 В 35/04, 1978 (прототип), (54)(57) СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ БОЛТОВОГО СОЕДИНЕНИЯ, при котором в соединяемых деталях выполняют от-SU 11 261 А верстие, дорнуют его и запрессовывают в него стержень болта, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью повышения несущей способности соединения, отверстие выполняют диаметром 0,6-0,65 диаметра стержня болта, после чего в материале соединяемых деталей в зоне отверстия создают радиальные сжимаю;щие напряжения величиной не менее предела текучести материала соединяемых деталей на глубину 1,05-1,1 радиуса стержня болта, а перед дорнованием выполняют чистовую пробивку отверстия диаметром, равным диаметру стержня болта. 3

1137261

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для выполнения высокоресурсных болтовых соединений.

Известен способ образования болтового соединения, со гласно которого с целью повышения производительности труда, совмещают операцию пробивки отверстия с одновременной постановкой в него крепежного элемента, которым осуществляют пробивку отверстия в пакете 51).

Известно устройство для осуществления способа образования соединения, содержащее установленный на стержне крепежного элемента пробивающий пуансон и матрицу с прижи-, мом (1 .

Данный способ повышает производительность труда. Однако он не повышает качества силовых точек, так как из-за наличия зазора межцу матрицей и торцом стержня крепежного элемента, неоднородной схемы напряженно-деформированного состояния обрабатываемого материала в процессе пробивки отверстия на тол щине пакета соединяемых деталей образуются три зоны: утяжки, пластического среза и скола. Наличие последних предопределяет различную прочность стенок отверстия на толщине пакета. Кроме того, наличие . зоны скола приводит к незаполняемости отверстия стержнем заклепки при образовании ее замыкающей головки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ образования высокоресурсного болтового соединения, при котором в соединяемых деталях выполняют отверстие, дорнуют его и запрессовывают в него стержень болта 1,22 °

Недостатком известного способа является отсутствие возможности осуществить чистовую пробивку отверстий в соединяемых деталях, что снижает производительность труда и несущую способность соединения.

Цель изобретения — повышение производительности труда и несущей способности соединения.

IIocTpâëåHíàÿ цель достигается тем, что согласно способу образования высокоресурсного болтового соединения, при котором в соединяемых деталях выполняют отверстие, дор5

1О

55 нуют его и запрессовывают в него стержень болта, отверстие выполняют диаметром 0,6-0,65 диаметра стержня болта, после чего в материале соединяемых деталей в зоне отверстия создают радиальные сжимающие напряжения величиной не менее предела текучести материала соединяемых деталей на глубину 1,05-1,1 радиуса стержня болта, а перед дор,нованием выполняют чистовую пробивку отверстия диаметром; равным диаметру стержня болта.

На фиг. 1 изображено исходное положение устройства для образования соединения; на фиг. 2 — стадия пробивки отверстия с одновременным дорнованием его стенок; на. фиг. 3 - соединение в сборе.

Высокоресурсное болтовое соединение деталей 1 и 2 с помощью болта 3 и гaNки 4 осуществляется посредством устройства, содержащего матрицу 5, на которой расположены соединяемые детали, а сверху над ними размещен прижим 6. На болту установлена дорнирующая насадка 7, выполненная с рядом кольцевых выступов 8.Дорнирующая насадка выполнена заодно. целое с пробивающим пуансоном 9.

В отверстиях соединяемых деталей установлен ступенчатый стержень 10, ступенью меньше диаметра, а ступень большего диаметра размещена в отверстии II матрицы и подпружинена упругим элементом. 12.

При этом большая ступень стержня размещена в отверстии матрицы по посадке движения, а ступень меньшего диаметра размещен, в отверстиях соединяемых деталей с натягом. Кольцевые выступы 8 дорнируняцей насадки выполнены с диаметрами по посадке движения по отношению к диаметру отверстия в матрице.

С целью центрирования пробивающего пуансона вместе с болтом на торце пуансона выполнен цилиндрический хвостовик 13 с диаметром, равным

25-30Х диаметра стержня болта.

Способ образования соединения осуществляется следующим образом.

В предварительно обработанные отверстия соединяемых деталей внедряют с натягом ступенчатый стержень 10.

В результате деформирования пред-. варительного отверстия по его

j 113776 периметру образуются зоны пластической и упругой деформаций. Глубина распространения пластических деформаций (d }:определяется из выражения: 5

=d exp(-оP(d (d ) ), 10 где сдв в упругой области

61 .Г2

25 где:

Е =-

Так как из условия постоянства объема - 1 = Е3, то радиальная деформация E может быть выражена через

ol© и диаметр предварительного отверстия д дремов. ст предв с прЕдв

Отсюда: ст

npe*t (+

2+ GK; где дц с — диаметр, на котором

1 происходит чистый сдвиг.

Распределение радиальных 6< и ,тангенциапьных 6 напряжений нахо-! дят из уравнений: в пластической области

6 = 2 P„d„/d - (1-(d (d 1 ), 6",-гг eÄdÄfd;".(1-(d,(d,) ); где ь — предел текучести материала соединяемых деталей

30 при сдвиге; = (О 58 0,7 ) o2

Р— нагрузка; текущий диаметр .

Х с(— внешний диаметр или раз2 мер заготовки.

Поскольку создаваемое поле статических напряжений (от запрессовкн) не распространяется более, чем на

3-5 диаметров болта, то можно найти

40 внешний диаметр заготовки (пакета): с12 = (3-5 1 аборта èñ болта матрицы

Р— давление на границе упругих

rp и пластических деформаций 45

При диаметре (d с 1, равном диаметру отверстия в матрице, в пластической зоне обрабатываемого 50 материала имеет место равенство ч -- — 4+ что свидетельствует о ч.- ю чистом сдвиге при пластической деформации данного сечения при внедрении ступенчатого стержня в предва- 55 рительное отверстие.

Поскольку радиальные напряжения на стенках предварительного отверстия в случае упруго-нластического деформнровання не менее р2 (vcловный предел текучести ), то становится возможным определение диаметра стержня Ист, заирессовываемого в предварительное отверстие .

dÄ= xp (P,d,-ОГ+Os (d dz() .

Далее определяют величину тангенциальных напряжений 4< от запрессовки штифта в предварительное отверстиее: — напряжение сдвига;

"сдв — 0,6 о

Определяют интенсивность напряжений C . на контактной поверхнос1 ти стержня с соединяемыми деталями для плоско-напряженного состояния:

Из условия степенной аппроксимации кривой упрочнения в процессе пласти;еской раздачи предварительного отверстия находят интенсивность деформаций Е,.: где k и . n — - константы упрочнения.

Для плоской схемы деформирования интенсивность деформаций может быть записана:

I .

Следовательно зная c1iið а Н

d ф ф„, Й;, Я; можно рассчитать и построить эпюру напряжений, создаваемую при запрессовке штифа в предварительное отверстие.

Поскольку для процесса чистого сдвига при пробивке отверстия специфично постоянство „8, то зная толщину соединяемых деталей (пакета) и диаметр болта d6« мотно най- ти усилие пробивки: я об= митои ы с э= болт cps

=7id ь 6 где о, — толщина соединяемых деталей.

В процессе внедрения болта с насадкой в обрабатываемый материал под его рабочим торцом возникает динамическое давление, величина которого определяется выражением:

Ф,„

Рароб 171 16олт "оде "c*э ндом ки болт болт

После перерезания слоев обрабатываемого материала, которые напряжены, происходит их разгрузка, При. этом воздействие обрабатываемого материала на выступы дорна вызывает пластическую деформацию разгрузки и затекание материала между выступами. Движение дорна относительно стенок отверстия осуществляет процесс дорнования.

Диаметр предварительного отверс" тия s соединяемых деталях рекомендуется в пределах 0,6-0,65 диаметра стержня болта, радиальные сжимающие напряжения! величиной не менее предела текучести материала соединяемых деталей и глубиной 1,05-1,1 радиуса стержня болта.

В случае необходимости придания большей жесткости по периметру чистового отверстия возможно использование разрезных по образующей втулок иэ упругого материала (металлореэина, полиуретан и др.), разме-. щенных под головкой болта и удаляе

37261 б мых после осуществления проЦесса пробивки.

Предлагаемый способ образования соединения прошел опытно- промышлен

5 ную проверку при получении высокоресурсного болтового соедчнения.

В экспериментах была использована оснастка, изготовленная по 2-му клас1g су точности из стали 8А с твердостью после закалки HRCI 57-61. Болт изготавливался из стали 30 ГСА и имел размеры посадочной части диаметром

+0,028

10 0 019, резьбовой части М5. Выс+0,019 тупы насадки имели размеры диаметром

-0,01о диаметр впадин 9 мм, диаметр цилиндрического хвостовика диаметром 3 oo8 длина 4 мм. Ступени стержня имели размеры диаметром !

О о о "о и 8,260 мм соответственно.

Предварительное отверстие в пакете соединяемых деталей из сплава

Д16АТ общей толщиной 9 мм имело диа25 метр 8,217, Фиксация пакета на матрице осуществлялась с помощью ручного гидравлического пресса, развивающего усилие до 4 т.с. Деформирующее нагружение производилось с помощью магнитно-импульсной установки МИУ-10 при энергии разряда 2,8 кДж. Подпором ступенчатому стержню служил цилиндр диаметром 9 из полиуретана марки СКУ-7Л,размещенный в отверстии

35 матрицы.

Проведенные эксперименты показали, З что выполнение операций пробивки высококачественного отверстия (точность соответствует 2-му классу, шероховатость поверхности разделения

0,32-) и постановки крепежного элемента за один разряд установки и в одной штамповой оснастке эффективно, поскольку сокращается число опера46 ций, повышается производительность труда, улучшается качество силовой точки .путем создания сжимающих ос-, таточных напряжений по периметру отверстия. Величина последних сосЬО тавляет 10-12 кг/мм.

1137261

1137261

Составитель И.Прокопичев

Редактор Н.Воловик Техред М,Кузьма

Корректор С.Шекмар;

Филиал ППП "Патент", г;Ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 10496/26 Тираж 812 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5