PL215908B1 - Nit dwustronny - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest nit dwustronny stosowany zwłaszcza do połączeń konstrukcji o wysokich wymaganiach wytrzymałościowych, na przykład elementów płatowców lotniczych. Nit dwustronny zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że stanowi go nit tulejowy (2) z ukształtowanym łbem (5) i częścią łączącą w kształcie tulei (6), której zewnętrzna (7) lub wewnętrzna walcowa powierzchnia jest wklęsła a jej zewnętrzna średnica w górnej i dolnej strefie jest równa średnicy otworu wykonanemu w łączonych elementach, natomiast jej wysokość jest co najmniej równa ich łącznej grubości, oraz nit trzpieniowy (1) również z ukształtowanym łbem (3) częścią łączącą (4) w kształcie trzpienia walcowego o średnicy równej średnicy wewnętrznej tulei nita tulejowego (2) i długość równej głębokości otworu (8) w tulei (6) nita tulejowego (2) powiększonej o naddatek na spęczenie, którego wielkość jest zależna od różnicy objętości otworu w łączonych elementach, a objętość trzpienia (4) i tulei (6) złożonego nita dwustronnego w strefie łączonych elementów przed spęczeniem nita trzpieniowego (1).

Description

Przedmiotem wynalazku jest nit dwustronny stosowany zwłaszcza do połączeń konstrukcji o wysokich wymaganiach wytrzymałościowych na przykład elementów płatowców lotniczych.

Aktualnie znanych jest bardzo wiele rozwiązań połączeń nitowych charakteryzujących się różnorodnymi kształtami nitów łączących poszczególne elementy jak również sposobami ich wykonania.

Do najnowszych połączeń coraz powszechniej stosowanych w konstrukcjach różnych obiektów należy zaliczyć nitowanie zrywalnymi nitami rurkowymi, czy też nitowanie bezotworowe - self piercing riveting - samo przebijające nitowanie. Również stosowane jest wykonywanie połączeń bez użycia nitów przez odpowiednie odkształcenie plastyczne łączonych elementów.

Nitowanie zrywalnymi nitami rurkowymi jest już metodą nitowania powszechnie stosowaną. Rurkowe nity zrywalne produkowane są w szerokim zakresie wymiarów i asortymentu zastosowanych materiałów. Umożliwiają one jednostronny montaż nitu i jego zakuwanie w otworze łączonych elementów. Z tego powodu mogą być stosowane do wykonywania połączeń w przypadku, gdy utrudniony jest dostęp do jednej ze stron łączonych elementów. Jednakże ich zastosowanie ogranicza się do łączenia cienkościennych elementów, niezbyt mocno obciążonych. Również zacisk nitu w otworze wy maga użycia specyficznej nitownicy: ręcznej lub pneumatycznej. Niekorzystna ze względu na korozyjne działanie środowiska eksploatacji nitu jest powierzchnia jego łba, z płytszym lub głębszym otworem, o chropowatej powierzchni bez pokrycia anty korozyjnego. pozostałe po zerwaniu kołka rozprężnego.

Nitowanie bezotworowe jest znacznie nowszą metodą nitowania. Polega ono na łączeniu cienkich elementów głównie blach i taśm za pomocą specjalnych. rurowych nitów, które w trakcie wykonywania połączenia przebijają górny element łączony i natrafiając na dalszy opór u dolnym elemencie, wciskają się w niego równocześnie ulęgając odpowiedniej deformacji i zakotwiczeniu w nim. Do wprasowania nitu w łączone elementy konieczne jest użycie matryc i stempli o specyficznej powierzchni roboczej i ściśle określonym zakresie ruchu. W czasie nitowania, w pierwszej fazie procesu, następuje wciskanie nitu w górną część połączenia. Po zetknięciu dolnej części połączenia z matrycą nit przebija górną część a dolna część połączenia wraz z nitem odkształcając się przebiera odpowiedni kształt. W fazie ostatniej następuje wypełnienie wykroju matrycy i uformowanie połączenia. Kształt matrycy powoduje uformowanie nitu tak, aby dociskał on górny arkusz blachy do arkusza dolnego. Przy^prawidłowo przeprowadzonej operacji nitowania nie powinno nastąpić przebicie dolnego arkusza przez nit. Całość operacji wymaga jednego, nieprzerwanego skoku roboczego stempla, jednakże przebieg procesu jest zbyt złożony i trudny do projektowania. Odkształcenie materiału dolnej, łączonej części jest na granicy odkształcalności granicznej materiału i może prowadzić do jego pękania. W miejscu połączenia dochodzi do znacznej deformacji łączonych elementów.

Technika łączenia bez nitów, polega na połączeniu kilku warstw materiałów o tej samej lub różnej grubości, przez ich przetłaczanie na zimno przy użyciu stempla oraz matrycy. Możliwe jest również umieszczanie między materiałami warstw pośrednich takich jak papier, klej. uszczelnienie i tym podobnych. Istnieje wiele różnorodnych odmian tej metody. Wadą jej jest znaczne przeformowanie materiału w miejscu połączenia, wymagające zastosowania znacznych sił jak również i złożona topografia złącza.

Istotną wadą wyżej opisanych połączeń poprzez nitowanie bezotworowe, jak również poprzez przetłoczenie jest to, że powodują deformacje plastyczną łączonych elementów, zmieniając ich strukturę oraz wprowadzając w strefie poszczególnych nitów lub przetłoczeń znaczne naprężenia. Dotyczy to również połączeń nitowych nie opisanych wyżej, tak poprzez zakuwanie nitów po wprowadzeniu ich do otworów wykonanych w łączonych elementach. W niewielkim stopniu dotyczy to nitowania zrywalnymi nitami, ale ich zastosowanie w konstrukcjach o znacznych obciążeniach i narażonych na agresywne oddziaływanie otoczenia jest praktycznie niedopuszczalne.

W celu wyeliminowania w możliwie największym stopniu wymienionej wady opracowano nową konstrukcje dwustronnego Nita, który zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że stanowi go nit tulejowy z ukształtowanym łbem i częścią łączącą w kształcie tulei, której zewnętrzna lub wewnętrzna walcowa powierzchnia jest wklęsła a jej zewnętrzna średnica w górnej i dolnej strefie jest równa średnicy otworu wykonanego w łączonych elementach, natomiast jej wysokość jest co najmniej równa ich łącznej grubości, oraz nit trzpieniowy również z ukształtowanym łbem i częścią łączącą w kształcie trzpienia walcowego o średnicy równej średnicy wewnętrznej tulei nita tulejowego i długości równej głębokości otworu w tulei nita tulejowego powiększonej o naddatek na spęczenie, którego wielkość

PL 215 908 B1 jest zależna od różnicy objętości otworu w łączonych elementach a objętości trzpienia i tulei złożonego nita dwustronnego w strefie łączonych elementów przed spęczniem nita trzpieniowego.

Połączenia wykonane przy stosowaniu rozwiązania konstrukcyjnego nita według wynalazku są praktycznie wolne od naprężeń w strefie otworu z zakutym nitem. Możliwe to się stało dzięki podzieleniu nita na dwa elementy o odpowiednio dobranych wymiarach i ukształtowaniu w odniesieniu do wykonanego otworu w łączonych elementach. W nowym rozwiązaniu przedmiotowego połączenia deformacjom plastycznym podlegają tylko elementy nita z minimalnym wpływem na jego bezpośrednie otoczenie. Jest to niezwykle ważne przy połączeniach nitowych, zwłaszcza w konstrukcjach pracujących w trudnych warunkach, zwłaszcza poszycia płatowców do samolotów, helikopterów i tym podobnych.

Poza wymienionym ważnym argumentem na stosowanie nita dwustronnego według wynalazku w odpowiedzialnych połączeniach narażonych na dynamiczne obciążenia jest możliwość stosowania na nit trzpieniowy i tulejowy różnych materiałów o zróżnicowanych własnościach wytrzymałościowych i plastycznych. Pozwala to tworzyć zestawy nitów dające w zależności od wymagań połączenia o odpowiedniej odporności na drgania, agresywne środowisko i tym podobne.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym na fig. 1 pokazano nit trzpieniowy a na fig. 2 nit tulejowy z wklęsłą zewnętrzną powierzchnią walcową, natomiast na fig. 3 ten nit tulejowy z wklęsłą powierzchnią wewnętrzną jego części tulejowej, z kolei na fig. 4, fig. 5 i fig. 6 zobrazowano w schematycznym ujęciu kolejne fazy wykonania połączenia przy stosowaniu nitów według wynalazku, przy czym nit tulejowy posiada tuleje z zewnętrzną powierzchnią wklęsłą a na fig. 7, fig. 8 i fig. 9 przedstawiono kolejne fazy wykonania połączenia przy stosowaniu nita tulejowego z wklęsłą powierzchnią wewnętrzną tulei.

Dwustronny nit według wynalazku. Jak to już wcześniej opisano składa się z dwóch elementów nita trzpieniowego 1 pokazanego na fig. 1 oraz nita tulejowego 2 który został przedstawiony na fig. 2. Nit trzpieniowy posiada ukształtowany łeb 3 oraz trzpień 4 o średnicy zewnętrznej d tr i wysokości h tr. Z kolei nit tulejowy 2 analogicznie jak nit trzpieniowy 1 posiada ukształtowany łeb 5, z którym integralną całość stanowi część ukształtowana w formie tulei 6 z otworem 8 i zewnętrznej wklęsłej powierzchni 7. Wysokość htu tulei 6 jest uzależniona od łącznej grubości g łączonych elementów 9 i pokazanych na fig. 4. W celu wykonania połączenia elementów 9 i 10, wykonano w nich otwór 11 o średnicy do równej zewnętrznej średnicy dtu tulei 6 nita tulejowego 2.

Do otworu 11 wprowadzony jest nit tulejowy 2 jak to pokazano na fig. 4 a następnie do otworu 8 tulei 6 wprowadzany jest trzpień 4 nita trzpieniowego 1 co zobrazowano na fig. 5. Tak przygotowany zestaw umieszcza się na prasie ze wspornikiem mieszcząc ym łeb 5 nita tulejowego 2 i odpowiednio ukształtowanym narzędziem, które nie uwidoczniono na rysunku, dokonuje się spęczenia trzpienia 4 nita trzpieniowego 1 i ukształtowanie połączenia nitowego co pokazano na fig. 6.

Na kolejnych fig. 7, fig. 8 i fig. 9 pokazano poszczególne fazy wykonania połączenia, analogicznie jak to wcześniej opisano, przy zastosowaniu nita tulejowego 12 przedstawionego na fig. 3. Nit tulejowy 12 charakteryzuje się tym że w jego tulei 6 powierzchnia wewnętrzna 13 jest wklęsła. Ukształtowane połączenie według tej alternatywy pokazano na fig. 9.

Wymienione przykłady nie wyczerpują wszystkich możliwości wykonywania połączeń nitowych przy zastosowaniu nita dwustronnego według wynalazku.

Claims (1)

1. Nit dwustronny, znamienny tym, że stanowi go nit tulejowy (2) z ukształtowanym łbem (5) i częścią łączącą w kształcie tulei (6), której zewnętrzna (7) lub wewnętrzna (13) walcowa powierzchnia jest wklęsła a jej zewnętrzna średnica (dtu) w górnej i dolnej strefie jest równa średnicy (do) otworu (11) wykonanemu w łączonych elementach (9) i (10), natomiast jej wysokość jest co najmniej równa ich łącznej grubości (g), oraz nit trzpieniowy (1) również z ukształtowanym łbem (3) częścią łączącą (4) w kształcie trzpienia walcowego o średnicy (dtr) równej średnicy (dot) wewnętrznej tulei (6) nita tulejowego (2) i długość (htr) równej głębokości hot otworu (8) w tulei (6) nita tulejowego (2) powiększonej o naddatek na spęczenie, którego wielkość jest zależna od różnicy objętości otworu (11) w łączonych elementach (9) i (10) a objętość trzpienia (4) i tulei (6) złożonego nita dwustronnego w strefie łączonych elementów (9) i (10) przed spęczeniem nita trzpieniowego (1).