Способ потайной клепки и устройство для его осуществления

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 В 21 J 15/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ эрих

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П.1НТ СССР

1 (21) 4329301/31-27 (22) 19.11.87 (46) 15. 12.89. Бюл. 11 - 46 (71) Куйбышевский авиационный институт им. акад. С.П.Королева (72) С.И.Козий, Е.В,Гончарова, Ю.А.Вашуков, Т.b.Êoçèé и А.В.Власов (53) 621 ° 884(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1355346, кл. В 21 J 15/02, 23.04.86. (54) СПОСОБ ПОТАЙНОЙ КЛЕПКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 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.

„„SU 1528598 А 1

Элемент 1 пакета из волокнистого композиционного материала размещен на матрице 2 и зафиксирован при@имом 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

Р, на пуансон 7 заклепка 6.и ФК 5

l 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 эа счет возникшего натяга. 2 с. и

1 э.п. ф-лы, 5 ил.

1528598

Изобретение относится к клепальносборочным работам авиационной промышленности, в частности к способам клепки тонколистовых пакетов преимущес .венно из волокнистых композиционных материалов.

Целью изобретения является повышение качества соединения эа счет ооеснечения неравномерной деформации стенок отверстия по толщине элемента, в котором размещена закладная

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

На фиг. 1 показано исходное положение оснастки перед деформированием

Мол..ческой втулки, «а фиг. 2 — стадия деформирования конической втулки, на фнг. 3 — схема действия сил, возникающих при внедрении стального 25 фигурного кольца во втулку; на фиг. 4 — пакет в сборе перед образованием замыкающей головки; на фиг.5 зависимость "частота колебаний— чнс.ro циклов колебаний", 3 Земент 1 пакета из волокнистого композиционного материала, например углеппастика,размещен на матрице 2 и "=,афиксиpoвaн прижимом 3. В элементе 1 предварительно выполнено коническое отверстие. И последнее беззазорно (плотно) устанавливают коническую втулку 4, например, из алюмиу плевого сплава, Отверстия в матрице

2, прюкиме 3 и втулке 4 соосны. В стверстие 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 а 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

P (фиг. 2) на пуансон 7 имеет место перемещение заклепки 6 и фигурного кольца 5 в направлении матрицы 2.

11о месту контакта цилиндрического участка кольца 5 со втулкой 4 дейст35

55 вует нормальная сила N которая имеет свои проекции — вертикальную P

Ь и горизонтальную Р„ (фиг. 3). При этом вертикальная составляющая Рц силы вызывает внедрение фигурного кольца 5 н коническую втулку 4, а горизонтальная составляющая 1, — 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 l. После снятия деформирующего усилия Р с пуансона

7 закладная головка заклепкИ 6 будет удерживаться во втулке 4 за счет натяга, Величина образующего натяга будет неравномерной, так на поверхности элемента 1 со стороны аэродинамического контура он будет минимальным, а со стороны второго элемента 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

13 к — D

D; где П „ — диаметр цилиндрического отверстия втулки на конечной стадии ее деформирования, D — исходный диаметр втулки в

1 рассматриваемом i-том сечении.

В результате по толщине верхнего элемента 1 пакета образуется неодно1 родное 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

1528598 образование замыкающей головки заклепкии по известной технологии.

Работа силовой точки, образованной по предлагаемой технологии, в условиях вибрационной нагрузки представляется следующим образом, Вследствие прижатия элементов пакета 1 и 8 н 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 эапрессонке закладной головки заклепки 6 во втулку 4. 11оследнее 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 нызонут разрушение последнего. Сказанное поясняется следующим образом. Работа силовой точки в процессе нибронагружения описывается зависимостью вида

f q (N), I где f — уровень резонансной частоты собственных колебаний пакета из волокнистого композиционного материала с силовой точкой;

N — число циклов колебаний пакета с силовой точкой до разрушения элемента 1 пакета.

Графически эта зависимость отображена на фиг. 5 и состоит из участков: прямолинейного и криволинейного. Если по толщине элемента 1 пакета нет градиента деформаций, т.е. имеет место равномерная деформация, то зависимость f = g(N) описывается кривой

ЕСД, причем на участке ЕС с числом циклов колебаний N силовая точка

1 работает. без образования каких-либо дефектов. В этот период работа н точке контакта втулки 4 с материалом элемента 1 пакета (точка А) накапливаются энакопеременные упругие деформации, которые, достигнув предельных значений вследствие усталости материала, вызывают поянление 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 2Х).

Укаэанное падение частоты описывается

КРНВоН СД.

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

1 Бсиэов 111 112 °

20 где N, — число циклов колебаний, передаваемых силовой точкой без образования каких-либо дефектов, N< — число циклов колебаний, пе25 редаваемых силовой точкой при наличии дефектов.

Если по толщине элемента 1 пакета имеется градиент деформаций, то зависимость f = ч (М) описывается криной 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 определяется

И * + М

40 вредл, э где N3 — число циклов колебаний, передаваемых силовой точкой при наличии дефектов.

1. врелл бевов

45 Предлагаемый способ опробован при потайной клепке тонколистовых пакетов иэ углепластика КМУ-4Л толщиной ,1,5 мм 2 = 3,0 мм. Угол конусности

d равнялся 10 . Коническая втулка

5Q 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 сраннению с ресурсом силовой точки, полученной технологией, по прототипу, повысился на 40-50Х.

1528598

Формула изобретения

1. Способ потайной клепки преимущественно тонколистовых пакетов из волокнистых композиционных материалов, заключающийся в образовании отверстия в одном из элементов пакета, установке в него цилиндрической закладной головки заклепки и ее фиксации относительно него, последующем размещении на стержне заклепки остальных элементов пакета, шайбы и образовании замыкающей головки в два перехода, отличающийся тем, что, с целью повышения качества соединения путем обеспечения неравномерной деформации стенок отверстия по толщине элемента, в котором размещена закладная головка, отверстие в элементе под закладную головку выполняют коническим, в последнем без зазора размещают коническую втулку, Ьр высота которой соответствует толщине элемента, а установку цилиндрической закладной головки в отверстие элемента и ее фиксацию осуществляют путем деформирования конической втулки в радиальном направлении до диаметра, равного диаметру закладной головки, 10

2. Устройство для потайной клепки, содержащее плиту, прижим и пуансон, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено фигурным кольцом, выполненным из высокопрочного материала и имеющим на наружной поверхности конический и цилиндрический участки равной высоты, при этом фигурное кольцо расположено соосно с

20 пуансоном.

3. Устройство по и. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что фигурное кольцо выполнено из закаленной стали.

1528598 а.Ч

Фиг.5

Составитель А.Буров

Редактор А.Долинич Техред Л.Олийнык Корректор Л.Бескид

Заказ 7594/ 13 Тираж 572 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101