Способ соединения деталей неразъемным заклепочным швом

Изобретение относится к области авиационной и космической техники и может быть использовано в конструкциях летательных и космических аппаратов. Способ соединения деталей неразъемным заклепочным швом характеризуется тем, что для создания неразъемных заклепочных швов используют составные в виде имеющих одну и ту же длину трубчатых корпусов и охватываемых последними стержневых сердечников металлические заклепки. Размещение трубчатых корпусов в соосных отверстиях обшивки и деталей каркаса и стержневых сердечников в трубчатых корпусах осуществляют на прессовой или скользящей посадке. Перед размещением в трубчатом корпусе стержневого сердечника на их контактирующие друг с другом поверхности наносят слой антифрикционной и антикоррозионной смазки. Клепку ведут в два этапа. На первом, предварительном, этапе каждый образуемый неразъемный заклепочный шов по длине делят фиксирующими положение обшивки относительно деталей каркаса группами в 1-5 последовательно расположенных заклепок с сформированными замыкающими головками на участки, имеющие длину L, равную 10-50 межосевых расстояний (шагов) tзак между осями смежных заклепок, и снимают внешние усилия натяжения обшивки. На втором, окончательном, этапе клепки формируют замыкающие головки заклепок, расположенных на участках шва между группами последовательно расположенных заклепок, имеющих замыкающие головки, сформированные на первом предварительном этапе клепки. Межосевые расстояния (шагов) tзак смежных заклепок и масса Мк каждого трубчатого корпуса превышают наружный диаметр d каждой заклепки и массу Мс каждого стержневого сердечника соответственно в 2-6 и 1,5-4,2 раз. В результате повышается прочность и качество заклепочного шва. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области авиационной и космической техники и может быть использовано в конструкциях летательных и космических аппаратов различного назначения повышенной пассажировместимости и грузоподъемности.

Известен из технической литературы Григорьев В.П., Клепка и клепальное оборудование в самолетостроении, М., Оборонгиз, 1948 способ сборки тонкостенных панелей самолета, включающий сверление отверстий в обшивке и деталях каркаса самолета, образование гнезд под потайные замыкающие головки заклепок, сопряжение обшивки с деталями каркаса, приложение к ней усилия натяжения обшивки с помощью тандеров и клепку.

Недостатками известного способа являются проблемы, возникающие в процессе сборки и клепки тонкостенных панелей, - неплавность, волнистость, "слабина", "хлопуны", провалы и выпучивание материала вокруг гнезд, радиальные трещины на кромках отверстий, несовпадение осей гнезд сопрягаемых деталей.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу соединения деталей неразъемным высокоресурсным клепаным швом является известный из патента Российской Федерации №2093297, кл.6 В 21 G 15/00, 1998 г. способ соединения деталей неразъемным высокоресурсным клепаным швом, включающий разметку и сверление в обшивке и деталях каркаса сквозных отверстий, сопряжение обшивки с деталями каркаса, обеспечивающее соосное размещение отверстий под заклепки в обшивке и сопряженных с ней деталей каркаса, фиксацию их взаимного расположения, размещение в сквозных соосных отверстиях заклепок, клепку последних с формированием их замыкающих головок посредством одновременных воздействий на торцы выступающих из сопряженных соосных отверстий обшивки и деталей каркаса концов заклепок направленными вдоль их продольной оси силовыми импульсами.

Недостатками наиболее близкого технического решения являются недостаточная надежность заклепочных швов при динамических нагрузках, малый срок эксплуатации собираемых с использованием заклепочных швов узлов, панелей летательных аппаратов тяжелее воздуха и космических объектов различного назначения и невозможность использования в вышеуказанных космических и авиационных аппаратах легких титаносодержащих материалов повышенной прочности и надежности.

Задачами изобретения являются обеспечение возможности использования при сборке панелей, обшивки, несущих узлов летательных аппаратов различного назначения преднапряженных клепаных швов из составных заклепок, в которых используются титаносодержащие материалы, обуславливающие повышение прочности и качества заклепочного шва за счет предотвращения растрескивания материала на боковой поверхности замыкающей головки и создания радиального натяга, бездефектное формообразование замыкающей головки составной заклепки и увеличение срока службы собираемых с помощью заклепочных швов панелей и узлов.

Поставленные задачи достигаются тем, что в способе соединения деталей неразъемным заклепочным швом, включающем разметку и сверление в обшивке и деталях каркаса сквозных отверстий, сопряжение обшивки с деталями каркаса, обеспечивающее соосное расположение отверстий под заклепки в обшивке и сопряженных с ней деталей каркаса, фиксацию их взаимного расположения, размещение в сквозных соосных отверстиях заклепок, клепку последних с формированием их замыкающих головок посредством одновременных воздействий на торцы выступающих из сопряженных соосных отверстий обшивки и деталей каркаса концов заклепок направленными вдоль их продольной оси силовыми импульсами, для создания неразъемных заклепочных швов используют составные в виде имеющих одну и ту же длину трубчатых корпусов и охватываемых последними стержневых сердечников металлические заклепки, размещение трубчатых корпусов в соосных отверстиях обшивки и деталей каркаса и стержневых сердечников в трубчатых корпусах осуществляют на прессовой или скользящей посадке, при этом перед размещением в трубчатом корпусе стержневого сердечника на их контактирующие друг с другом поверхности наносят слой антифрикционной и антикоррозионной смазки, а клепку ведут в два этапа, на первом, предварительном, из которых каждый образуемый неразъемный заклепочный шов по длине делят фиксирующими положение обшивки относительно деталей каркаса группами в 1-5 последовательно расположенных заклепок с сформированными замыкающими головками на участки, имеющие длину L, равную 10-50 межосевых расстояний (шагов) tзак между осями смежных заклепок, и снимают внешние усилия натяжения обшивки, на втором, окончательном, этапе клепки формируют замыкающие головки заклепок, расположенных на участках шва между группами последовательно расположенных заклепок, имеющих замыкающие головки, сформированные на первом предварительном этапе клепки, причем межосевые расстояния (шагов) tзак смежных заклепок и масса Мк каждого трубчатого корпуса превышают наружный диаметр d каждой заклепки и массу Мс каждого стержневого сердечника соответственно в 2-6 и 1,5-4,2 раз.

Кроме того, в способе соединения деталей неразъемным заклепочным швом в процессе формирования замыкающих головок заклепок воздействиями направленными вдоль их продольной оси силовыми импульсами к торцам выступающих концов заклепок могут быть приложены статические нагрузки, направленные оппозитно направлению силовых импульсов, при этом формирование замыкающих головок составных заклепок может быть произведено обжимками, имеющими углубления, формирующие замыкающие головки составных заклепок, причем при сверлении обшивки и деталей каркаса под размещение составных заклепок могут быть образованы гнезда под их потайные замыкающие головки.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Пакет деталей панели центроплана или крыла авиалайнера или какого-либо другого его агрегата, образующих последние после их соединения между собой неразъемными высокоресурсными клепаными швами, комплектуют и укладывают в порядке их расположения в собираемом узле, агрегате или панели между фиксаторами клепального станка. Затем пакет деталей соединяемых деталей каркаса и обшивки сопрягают между собой и фиксируют в этом положении, и, осуществив разметку соосных сквозных отверстий в пакете соединяемых деталей под составные заклепки, производят сверление этих соосных сквозных отверстий. После сверления отверстий под заклепки в них размещают заклепки, при этом для образования неразъемных заклепочных швов используют составные из имеющих одну и ту же длину трубчатых корпусов и охватываемых последними стержневых сердечников металлические заклепки, пластичность Рс стержневых сердечников которых превышает в 1,5-2,5 раз пластичность Рк охватывающих их трубчатых корпусов. Размещение составных заклепок в сквозных отверстиях обшивки и деталей каркаса и стержневых сердечников в трубчатых корпусах осуществляют на прессовой и/или скользящей посадке, при этом перед размещением в трубчатом корпусе стержневого сердечника на их контактирующие друг с другом поверхности наносят слой антифрикционной и антикоррозионной смазки. Процессы клепки ведут в два этапа, на первом, предварительном, из которых каждый образуемый неразъемный высокоресурсный заклепочный шов по длине делят фиксирующими положение обшивки относительно деталей каркаса группами в 1-5 последовательно расположенных заклепок с сформированными замыкающими головками на участки, имеющие длину L, равную 10-50 межосевых расстояний (шагов) tзак между осями смежных заклепок, а на втором, окончательном, этапе клепки формируют замыкающие головки заклепок, расположенных на участках шва между группами последовательно расположенных заклепок, имеющих замыкающие головки, сформированные на первом предварительном этапе клепки, причем межосевые расстояния (шагов) tзак смежных заклепок и масса Мк каждого трубчатого корпуса превышают наружный диаметр d каждой заклепки и массу Мс каждого стержневого сердечника соответственно в 2-6 и 1,5-4,2 раз. Формирование замыкающих головок каждой составной заклепки осуществляют посредством одновременных воздействий на торцы выступающих из сопряженных соосных отверстий обшивки и деталей каркаса концов заклепок направленными вдоль их продольной оси силовыми импульсами.

На фиг.1 схематично показаны этапы клепки неразъемного заклепочного шва; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1 в случае выполнения одной из замыкающих головок каждой составной заклепки потайной в увеличенном масштабе, и на фиг.3 - разрез по А-А на фиг.1 в случае выполнения замыкающих головок каждой составной заклепки выступающими из пакета соединяемых деталей в увеличенном масштабе.

Конкретные примеры осуществления предложенного способа.

Пример 1. Из предварительно изготовленных элементов панели центроплана комплектуют набор конструктивных элементов собираемой панели. Каждая панель центроплана имеет в собранном виде длину 6 метров и состоит из тонкостенной обшивки 1 из сплава 1163Т, имеющей толщину 6 мм, и деталей каркаса панели - стрингеров 2 из сплава 1163Т, имеющих толщину полок 6 мм. Затем собирают панель центроплана путем объединения составляющих ее деталей в единое целое продольными вдоль длины каждого из стрингеров 2 неразъемными высокоресурсными не потайными клепаными швами. Каждый из неразъемных высокоресурсных не потайных заклепочных швов выполнен составными заклепками 3 диаметром 6 мм с двумя выступающими 4 замыкающими головками. Шаг расположения заклепок 3 в шве равен tзак=30 мм. Выполнение продольных неразъемных заклепочных швов производят в два этапа:

- на первом этапе выполняют одиночные заклепочные соединения составными заклепками 3, разделяющими каждый неразъемный высокоресурсный клепаный шов на участки, имеющие длину L=15tзак=450 мм;

- на втором этапе выполняют заклепочное соединение составными заклепками 3 с шагом tзак=30 мм внутри каждого из участков, сформированных на первом этапе, перемещаясь вдоль клепаного шва от центра панели центроплана к ее краям.

Составные высокоресурсные заклепки 3 в данном случае представляют собой трубчатый корпус 5 длиной 26,4 мм, выполненный из титанового сплава с пределом прочности σв=1000 МПа, диаметром 6 мм, со вставленным в него по легкопрессовой посадке стержневым сердечником 6 из алюминиевого сплава с пределом прочности σ=440 МПа, диаметром 3 мм, с нанесенным на его поверхность перед запрессовкой антикоррозионным и антифрикционным покрытием.

Образование каждого отдельного заклепочного соединения производится в автоматическом режиме на автомате G-666 фирмы "Gemcor" в следующей последовательности:

- подводят клепальную головку автомата в позицию клепки;

- в месте образования соединения производят сжатие зажимами автомата соединяемых деталей пакета обшивки 1 и стрингеров 2 с удельным усилием, равным 20 МПа;

- выполняют в деталях пакета отверстие под заклепку 3 диаметром 6,05 мм;

- вставляют в отверстие составную заклепку 3;

- формируют одновременно обе выступающие 4 замыкающие головки высокоресурсной заклепки 3 приложением усилия клепки, равным 70 кН, при обеспечении стесненного образования выступающих 4 замыкающих головок путем применения профилированных обжимок, имеющих на рабочей поверхности конические лунки;

- отводят обжимки от торцов сформированных замыкающих головок 4, снимают усилие сжатия пакета и перемещают исполнительные механизмы клепального автомата в позицию образования следующего соединения.

Пример 2. Из предварительно изготовленных элементов нижней панели крыла авиалайнера комплектуют набор конструктивных элементов собираемой нижней панели крыла авиалайнера. Каждая нижняя панель крыла авиалайнера имеет в собранном виде длину 18 метров и состоит из тонкостенной обшивки 1 из сплава Д16 AT и деталей каркаса - стрингеров 2 из сплава В 95 Т2, при этом тонкостенная обшивка 1 нижней панели крыла авиалайнера и полки стрингеров 2 ее каркаса по длине от бортовой нервюры крыла разделены по длине крыла на последовательные зоны, в которых их толщины составляет соответственно:

- на длине 2000 мм от бортовой нервюры крыла толщина тонкостенной обшивки 1-8 мм;

- на длине от 2000 мм до 18000 мм от бортовой нервюры крыла толщина тонкостенной обшивки 1-6 мм;

- на длине 8000 от бортовой нервюры крыла толщина полок стрингеров 2-8 мм;

- на длине от 8000 мм до 18000 мм от бортовой нервюры крыла толщина полок стрингеров 2-6 мм.

Затем собирают нижнюю панель крыла авиалайнера путем объединения составляющих ее деталей в единое целое продольными (вдоль длины каждого из стрингеров 2) неразъемными высокоресурсными потайными клепаными швами. Каждый из неразъемных высокоресурсных потайных клепаных швов выполнен составными заклепками 3 диаметром 8 мм, 7 мм и 6 мм соответственно в зонах нижней панели крыла авиалайнера с толщиной пакета соединяемых деталей - 16 мм, 14 мм и 12 мм.

Шаг tзак расположения заклепок 3 в шве равен:

- для диаметра заклепок 38 мм - tзак=40 мм;

- для диаметра заклепок 37 мм - tзак=35 мм;

- для диаметра заклепок 36 мм - tзак=30 мм.

Следовательно, каждый из продольных (вдоль длины каждого из стрингеров 2) неразъемных потайных заклепочных швов имеет зоны протяженностью в 2000 мм, 6000 мм и 8000 мм с толщинами пакетов неразъемных соединяемых деталей соответственно 16 мм, 14 мм и 12 мм, при диаметрах составных заклепок 3 для каждой из зон соответственно 8 мм, 7 мм и 6 мм и длинах составных заклепок 3 в каждой из зон шва - 35 мм, 31 мм и 28 мм.

Составные высокоресурсные заклепки 3 в данном случае представляют собой трубчатые корпуса 5 длиной соответственно 35 мм, 31 мм и 28 мм, выполненные из титанового сплава с пределом прочности σв=1000 МПа, с наружными диаметрами 8 мм, 7 мм и 6 мм, со вставленными в них по легкопрессовой посадке стержневыми сердечниками 6 из алюминиевого сплава с пределом прочности σв=440 МПа, с диаметрами 4 мм, 3,5 мм и 3 мм, с нанесенным на их поверхности перед запрессовкой антикоррозионным и антифрикционным покрытием.

Образование каждого неразъемного потайного заклепочного шва осуществляют в два этапа, на первом из которых выполняют:

- в зоне шва протяженностью 2000 мм и толщиной пакета соединяемых деталей 16 мм выполняют группы заклепочных соединений составными заклепками 3 диаметром 8 мм и длиной 35 мм по 3 заклепки в группе с шагом tзак=40 мм при усилии клепки Рк=100 кН, разделяющие данную зону каждого неразъемного высокоресурсного клепаного шва на участки, имеющие длину L=15tзак=600 мм;

- в зоне шва протяженностью 6000 мм и толщиной пакета соединяемых деталей 14 мм выполняют группы заклепочных соединений составными заклепками диаметром 7 мм и длиной 31 мм по 3 заклепки в группе с шагом tзак=35 мм при усилии клепки Рк=80 кН, разделяющие данную зону каждого неразъемного заклепочного шва на участки, имеющие длину L=15tзак=525 мм;

- в зоне шва протяженностью 10000 мм и толщиной пакета соединяемых деталей 12 мм выполняют группы заклепочных соединений составными заклепками 3 диаметром 6 мм и длиной 28 мм по 2 заклепки в группе с шагом Fзак=30 мм при усилии клепки Рк=70 кН, разделяющие данную зону каждого неразъемного высокоресурсного клепаного шва на участки, имеющие длину L=15tзак=450 мм.

На втором этапе образования продольных (вдоль длины каждого из стрингеров 2) неразъемных высокоресурсных потайных клепаных швов выполняют заклепочные соединения составными заклепками 3 внутри участков, сформированных в зонах швов на первом этапе, перемещаясь вдоль клепаного шва от центра нижней панели крыла к ее краям. В следующей последовательности:

- выполняют заклепочное соединение в зоне шва длиной 6000 мм и толщиной 14 мм последовательно внутри ее участков составными заклепками 3 диаметром 7 мм и длиной 31 мм с шагом tзак=35 мм при усилии клепки Рк=80 кН;

- выполняют заклепочное соединение в зоне шва длиной 6000 мм и толщиной 16 мм последовательно внутри ее участков составными заклепками 3 диаметром 8 мм и длиной 35 мм с шагом tзак=40 мм при усилии клепки Рк=100 кН;

- выполняют заклепочное соединение в зоне шва длиной 6000 мм и толщиной 12 мм последовательно внутри ее участков составными заклепками 3 диаметром 6 мм и длиной 28 мм с шагом tзак=30 мм при усилии клепки Рк=70 кН.

Образование каждого отдельного потайного заклепочного соединения производится в автоматическом режиме на автомате G-666 фирмы "Gem-cor" в следующей последовательности:

- подводят клепальную головку автомата в позицию клепки;

- в месте образования соединения производят сжатие прижимами соединяемых деталей пакета (тонкостенная обшивка 1 и стрингер 2) с удельным усилием, равным 20 МПа;

- производят сверление отверстия под заклепку 3 и зенкование гнезда под потайную головку заклепки комбинированным инструментом - "сверлом-зенковкой";

- вставляют составную потайную заклепку 3 в отверстие в пакете;

- формируют (осаживают) одновременно выступающую 4 и потайную 7 замыкающие головки заклепки;

- отводят обжимки от торцов сформированных выступающей 4 и потайной 7 замыкающих головок и снимают усилие сжатия пакета;

- зачищают выступающую над поверхностью обшивки часть потайной 7 замыкающей головки заклепки пакета;

- перемещают исполнительные механизмы клепального автомата в позиции образования следующего соединения.

Эффект от использования заявленного способа соединения деталей неразъемным заклепочным швом заключается в повышении несущей способности последнего за счет преднапряжения элементов, образующих указанный заклепочный шов. Преднапряжение заклепочного шва достигается за счет образования в зоне одиночной силовой точки остаточных сжимающих тангенциальных напряжений, вызванных раздачей стержнем составной заклепки стенок отверстия в пакете скрепляемых деталей. Величина этой раздачи составляет 3,2%. Взаимодействие указанных сжимающих тангенциальных напряжений с растягивающими напряжениями, вызванными внешней переменной нагрузкой при работе клепаного шва, существенно меняет характеристики цикла нагружения заклепочного шва и увеличивает его эксплуатационный ресурс.

1. Способ соединения деталей неразъемным заклепочным швом, включающий разметку и сверление в обшивке и деталях каркаса сквозных отверстий, сопряжение обшивки с деталями каркаса, обеспечивающее соосное расположение отверстий под заклепки в обшивке и сопряженных с ней деталей каркаса, фиксацию их взаимного расположения, размещение в сквозных соосных отверстиях заклепок, клепку последних с формированием их замыкающих головок посредством одновременных воздействий на торцы выступающих из сопряженных соосных отверстий обшивки и деталей каркаса концов заклепок направленными вдоль их продольной оси силовыми импульсами, отличающийся тем, что для создания неразъемных заклепочных швов используют составные в виде имеющих одну и ту же длину трубчатых корпусов и охватываемых последними стержневых сердечников металлические заклепки, размещение трубчатых корпусов в соосных отверстиях обшивки и деталей каркаса и стержневых сердечников в трубчатых корпусах осуществляют на прессовой или скользящей посадке, при этом перед размещением в трубчатом корпусе стержневого сердечника, на их контактирующие друг с другом поверхности наносят слой антифрикционной и антикоррозионной смазки, а клепку ведут в два этапа, на первом, предварительном, из которых каждый образуемый неразъемный заклепочный шов по длине делят фиксирующими положение обшивки относительно деталей каркаса группами в 1-5 последовательно расположенных заклепок с сформированными замыкающими головками на участки, имеющие длину L равную 10-50 межосевых расстояний (шагов) tзак между осями смежных заклепок и снимают внешние усилия натяжения обшивки, на втором, окончательном, этапе клепки формируют замыкающие головки заклепок, расположенных на участках шва между группами последовательно расположенных заклепок, имеющих замыкающие головки, сформированные на первом предварительном этапе клепки, причем межосевые расстояния (шагов) tзак смежных заклепок и масса Мк каждого трубчатого корпуса превышают наружный диаметр d каждой заклепки и массу Mc каждого стержневого сердечника соответственно в 2-6 и 1,5-4,2 раз.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе формирования замыкающих головок заклепок воздействиями направленными вдоль их продольной оси силовыми импульсами к торцам выступающих концов заклепок прикладывают статические нагрузки, направленные оппозитно направлению силовых импульсов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование замыкающих головок составных заклепок производят обжимками, имеющими углубления, формирующие замыкающие головки составных заклепок.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при сверлении обшивки и деталей каркаса под размещение заклепок образуют гнезда под их потайные замыкающие головки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полому заклепочному соединению для монтажа контейнеров для перевозки и хранения жидкостей и сыпучих материалов, оснащенных поддонообразным основанием, расположенной на нем внутренней емкостью из пластика с закупориваемой заливной горловиной и опорожняющим патрубком для присоединения заборной арматуры, а также внешним корпусом, выполненным в виде решетчатой корзины или листового корпуса.

Изобретение относится к крепежным устройствам с односторонним доступом, содержащим стержень и втулку, установка которых осуществляется путем приложения относительного осевого усилия между стержнем и втулкой.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к заклепкам для односторонней клепки. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к заклепкам для односторонней клепки. .

Изобретение относится к авиастроению, в частности к заклепкам. .

Изобретение относится к металлическим конструкциям, преимущественно к строительным. .

Изобретение относится к крепежной проушине для непромокаемых чехлов и подобных покрытий из термопластичного пленочного материала, при этом проушина сконструирована в виде относительно тонкого, плоского и по существу кольцеобразного диска из пластикового материала с отверстием.

Изобретение относится к области соединения материалов с помощью заклепок для односторонней клепки. .

Изобретение относится к авиастроению, в частности к заклепочным соединениям, включающим заклепки, состоящие из нескольких деталей. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в механосборочном производстве при выполнении клепальных работ. .

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано в других отраслях народного хозяйства для получения неразъемных соединений. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при выполнении клепальных работ. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при клепальных работах. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для получения неразъемных заклепочных соединений при производстве и ремонте деталей из волокнистых полимерных композиционных материалов.

Изобретение относится к средствам крепления, в частности для бытовых электроприборов. .

Изобретение относится к области сборочно-клепальных работ и может быть использовано при клепке стержневыми заклепками. .

Изобретение относится к клепке металлических материалов. .

Изобретение относится к области соединения материалов с помощью заклепок для односторонней клепки. .
Наверх