Неразъемное соединение деталей и способ его получения

 

Изобретение относится к машиностроению , а именно к неразъемным соединениям металлических деталей с композиционными . Цель изобретения - повышение надежности соединения при эксплуатации его в условиях переменных температур и расширение номенклатуры соединяемых деталей. В неразъемном соединении, содержащем

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (53)5 F 16 В 5/00, 19/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4760948/27 (22) 20.11.89 (46) 30.03.92. Бюл. М 12 (71) Научно-производственное объединение

"Композит" (72) Ю.И.Кадун, В.H.Òðèêîçîâ и А.Ф.Бульдяев (53) 621,88(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1366736, кл. F 16 В 19/06, 1986... Ж 1723373 А1 (54) НЕРАЗЪЕМНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к неразьемным соединениям металлических деталей с композиционными. Цель изобретения —. повышение надежности соединения при эксплуатации его в условиях переменных температур и расширение номенклатуры соединяемых деталей.

В неразъемном соединении, содержащем

1723373 пакет деталей и крепежные элементы из композиционного материала, в отверстия под эти .крепежные элементы, выполненные в детали из однородного материала устанавливают набор шайб 8 из углеродного волокна, Перпендикулярно оси отверстий на детали из однородного материала размещают каркас другой детали, укрепляя его прошивом углеродной нитью 5. Пропускают волокна каркаса крепежного элемента через шайбы 8 и каркас 4 второй детали насквозь, размещая свободные концы волокон каркаса крепежного элемента со стороны каркаса второй детали на наружИзобретение относится к машиностроению, в частности к соединениям металлической детали с композиционной.

Известно соединение для крепления деталей, выполненных из разных материалов, например металлической станины машины и бетонного фундамента. Оно выполнено из пучка проволок, одним концом который закреплен в массиве фундамента. а другим — в резьбовой втулке, взаимодействующей с гайкой, при этом пучок проволок свободно пропущен через отверстия в закрепляемой детали, Известен, способ получения соединения, включающий заделку конца пучка проволоки в бетон .при формировании фундамента с дальнейшим пропусканием второго конца пучка через отверстия металлической станины и натяжение пучка с помощью гайки.

Недостатками указанных соединения и способа являются возможность относи" ельного перемещения скрепленных деталей в направлении, перпендикулярном пучку, и неравномерность нагружения волокон пучка, что уменьшает несущую способность скрепленной конструкции.

Известно также неразъемное соедине ние металлической детали с полимерной композиционной деталью с помощью крепежного элемента стержневого типа, размещенного в отверстии металлической детали. Крепежные элементы выполнены из композиционного материала. состоящем из пропитанных полимером и полимеризованных волокон. При этом концы волокон не заполнены полимером и представляют собой свободные волокна. Эти свободные неполимериэованные концы пучка волокон размещены на поверхности сопряжения металлической детали с полимерной компози5

40 ной поверхности последней, а также со стороны первой детали 2 на наружной поверхности последней, При этом все свободные волокна каркаса крепежного элемента 3 размещают на наружных поверхностях соответствующих деталеи веерообразно, протягивая их от одного отверстия до другого, соседнего с ним, а насыщения всех упомянутых каркасов матрицей осуществляют одновременно. Использование изобретения позволяет исключить отрыв крепежного элемента от детали, а следовательно, повысить прочность соединения, 2 с. и 1 з,п, ф-лы, 4 ил. ционной деталью и скреплены с ней с помощью клея и полимерного состава, Известен способ соединения металлической детали с полимерной композиционной деталью. включающий установку крепежного элемента в виде пучка волокон, заполненных полимером, в отверстие металлической детали, наложение полимерной композиционной детали на металлическую и полимерлзацию крепежного элемента и полимерной композиционной детали. При этом пучок волокон крепежного элемента заполняют полимером только в средней части и после установки крепежного элемента в отверстие металлической детали раскладывают волокна крепежного элемента по внутренней, сопрягаемой поверхности металлической детали и наносят на эту поверхность клей, а полимеризацию крепежного элемента и полимерной композиционной детали производят одновременно со склеиванием деталей, Известные неразьемное соединение металлической детали с полимерной композиционной деталью и способ его осуществления являются наиболее близкими кпредлагаемым, Однако известные неразьемное соединение и способ его получения не обеспечивают работоспособности соединения, особенно при повышенной температуре эксплуатации, Недостаток усиливается при переменном термоциклическом нагружении соединения, Это обусловлено наличием клеевого состава на поверхностях соединения деталей и конструктивными особенностями заделки концов волокон крепежных элементов, заключающимися в размещении их на поверхности соединения деталей. Изза этого при эксплуатаций соединения воз1723373 можно отслоение полимерной детали от металлической. B этом случае, т.е, после раскрытия стыка, при н.аличии усилий, действующих на отрыв деталей друг от друга, имеет место отрыв (отдирание) волокон пучка от поверхности полимерной матрицы.

Кроме этого, известные технические решения ограничивают номенклатуру соединяемых деталей. Так, например, они не обеспечивают работоспособность соединения при одностороннем соединении композиционной детали с инородной, так как установленный в этом случае в отверстие металлической детали крепежный элемент самодемонтируется при повышенной температуре.

Цель изобретения — обеспечение работоспособности соединения при эксплуатации его в условиях переменных температур путем исключения демонтажа деталей, а также расширение номенклатуры соединяемых деталей, На фиг. 1 показано неразьемное соединение трубы из композиционного материала с трубой из металла; на фиг. 2— неразъемное соединение плит; на фиг. 3— узел! на фиг. 1; на фиг. 4 — вид по стрелке А на фиг, 1;, Неразьемное соединение деталей содержит деталь 1 из армированного композита (на фиг, 1 это охватывающая наружная труба, на фиг. 2 — плита), деталь 2 из инородного материала, например из металла, и крепежный элемент 3, выполненный в виде штифта. Композиционный материал, иэ которого изготовлена деталь 1, содержит армиоующий каркас 4, выполненный из слоев ткани, например, углеродной марки Урал

Т-22 (ТУ 6-06-31-318-81), прошитых с целью исключения межслоевых расслоений углеродной нитью 5, например, Урал Н (ТУ 6-0631-512-85). В детали 2 выполнены отверстия

6 переменного. сечения, например, с фасками 7 с обоих концов. Отверстия размещены в шахматном порядке, как показано на фиг, 4. В отверстиях 6 размещены армирующие каркасы крепежных элементов 3, выполненные иэ набора круглых шайб 8; изготовленных из утолщенной, например четырехслойной, ткани Урал ТМ-4/22 (ТУ 606-31-391-81) или иэ графитового войлока;

Диаметр шайб 8 равен среднему значению диаметра отверстия 6 в месте расположения каждой шайбы. Шайбы скреплены между собой углеродными нитями 9, выполненными в виде пучка. Конец пучка углеродных нитей размещен в детали 1 из композиционного материала. Углеродные нити 9 введены в деталь 1 перпендикулярно слоям волокон ее армирующего каркаса и проходят через все слои ткани армирующего каркаса 4. Слои тканей армирующих каркасов 4 и 8 вместе с нитями 5 и 9 связаны однородным матричным материалом 10.

Способ получения соединения деталей

1 и 2 включает следующие технологические операции. В детали 2 из однородного материала выполняют сквозные отверстия 6 с фасками 7. Для детали 1 из композиционного материала формируют армирующий кар5

10 кас. Осуществляют это методом выкладки углеродной ткани, если деталь 1 плоская, армирующего каркаса крепежного элемента 3 производят установкой в отверстия 6 перпендикулярно их осям последовательно одна на другую шайб 8, которые вырезают из углеродной ткани. Затем, сочленив де20 таль 2 с армирующим каркасом детали 1, прошивают пучком углеродных нитей 9 совместно шайбы 8 и слои углеродной ткани каркаса детали 2. Прошивку осуществляют насквозь с укладкой пропущенных нитей на наружных поверхностях соединяемых деталей от одного отверстия до другого, соседнего с ним, Подготовленную таким образом заготовку насыщают углеродной матрицей, например, путем пропитки расплавленным пеком и последующей карбонизации.

-Выполнение штифтов из композиционного материала позволяет осуществить монолитное соединение их с композитной

35 деталью, обеспечивая при этом надежную механическую связь.

Насыщение армирующих каркасов крепежных штифтов и детали из композита однородной монолитной матрицей позволяет

45 исключить воэможность возникновения термонапряжений в месте соединения штифтов с деталью. Эти напряжения могут возникать при разных матрицах, так как при этом велика вероятность в отличиях их к,т.р, Соединения армирующих каркасов штифтов и композитной детали посредством механической связи позволяет исключить отрыв штифта от детали. Прочная

50 механическая связь между армирующими каркасами крепежных штифтов и композитной детали достигается за счет их сквозной прошивки углеродной нитью. Армировка прошивными нитями повышает прочность места стыка штифта и композитной детали на срез. Применение сквозной прошивки каркасов штифтов и каркаса детали из композита усиливает штифты и саму деталь из композита. Нити хорошо воспринимают продольную нагрузку штифта. или методом намотки, если она круглая, с последующей прошивкой полученного па15 кета углеродной нитью 5, Формирование

1723373

10 одного материала.

2. Соединение деталей по и, 1, о т л ич а ю щ е е.с я тем, что сквозное отверстие первой детали выполнено на выходах с фас ками.

3. Способ получения неразъемного соединения деталей, включающий выполнение сквозных отверстий в первой детали из материала с однородной структурой, изготов5 ление армирующего каркаса, крепежных элементов из волокон, изготовление каркаса второй детали, насыщение матрицей средней части каркаса крепежных элементов, насыщение матрицей каркаса второй детали, установку крепежных элементов в сквозные отверстия с размещением свободных волокон одного конца каркаса на поверхности первой детали и установку второй детали на другую ее поверхность, о т л и ч а5 ю шийся тем, что, с целью повышения надежности соединения при эксплуатации его в условиях, переменных температур, изготовление армирующего каркаса крепежных элементов, изготовление каркаса второй детали, установку крепежных элементов в сквозные отверстия и установку второй детали на первую осуществляют одновременно перед насыщением армирующих каркасов матрицей, формируя каркас второй детали на одной из поверхностей первой детали и.укрепляя его на последней прошивом углеродной нитью, укладывая в сквозные отверстия шайбы из углеродного волокна последовательно одну на другую и перпендикулярно оси отверстий, пропуская волокна каркаса крепежного элемента через упомянутые шайбы и каркас второй детали насквозь, размещая свободные концы волокон каркаса крепежного элемента со

5 стороны каркаса второй детали на наружной поверхности последней, при этом все свободные волокна каркаса крепежного элемента размещают на наружных поверхностях соответствующих деталей веерробразно, протягивая их от одного отверстия до другого, соседнего с ним, а насыщение всех упомянутых каркасов матрицей осуществляют одновременно. тов

30 из металла, при этом вторая деталь и кре- 35

50

Выполнение отверстий с фасками на наружной поверхности позволяет исключить проскальзывание штифта при его продольном нагружении за счет образования головки. Повышению прочности головки способствует выполнение прошивки стежками, используя для ввода-вывода нити соседние отверстия каркасов штифтов, так как нити на изгибе, т.е. в фаске, размещаются веерообразно, армируя таким образом композиционный материал головки штифтов.

Круговая последовательность при выполнении стежков способствует равномерному расположению армировки в головках штифВыполнение отверстий с фасками на внутренней поверхности металлической детали, соприкасающейся с поверхностью детали из композита, позволяет увеличить площадь поперечного штифта,.работающую на срез.

Предлагаемое исполнение соединения и способ его осуществления позволяют обеспечить работоспособность соединения при переменных температурах эксплуатации, исключая его самодемонтаж, и расширить номенклатуру соединяемых деталей, Формула изобретения

1. Неразъемное соединение деталей, содержащее пакет деталей и крепежный элемент, установленный в сквозном отверстии первой детали, выполненной из материала с однородной структурой, например пежный элемент выполнены из композиционного материала,. композиционный материал второй детали состоит из армирующего каркаса в виде слоев волокон и матрицы, материал крепежного элемента состоитиз матрицы и армирующего каркаса в виде пучка волокон, конец которого размещен во второй детали, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности соединения при эксплуатации его в условиях переменных температур, армирующий каркас крепежного элемента снабжен пакетом шайб из углеродного волокна, расположенных перпендикулярно волокнам пучка и выполненных диаметром, равным диаметру сквозного отверстия первой детали, а армирующий каркас второй детали выполнен с прошивочной нитью, размещенный во второй детали конец пучка волокон крепежного элемента расположен перпендикулярно слоям волокон ее армирующего каркаса и скреплен с ним, при этом матрицы крепежно-, го элемента и второй детали выполнены из

1723373

Составитель Ю. Кадун

Техред М.Моргентал

Корректор О. Кундрик

Редактор А. Огар

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

Заказ 1055 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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