RU2007249C1

RU2007249C1 - Method of making flush joint

Info

Publication number: RU2007249C1
Authority: RU
Inventors: С.И. Козий; В.С. Макаров; Т.Б. Козий
Original assignee: Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад.С.П.Королева
Priority date: 1991-04-22
Filing date: 1991-04-22
Publication date: 1994-02-15

Abstract

FIELD: metal working. SUBSTANCE: first, holes are made in parts. Hole in part made of homogeneous metal shall have cavity for manufactured head of rivet. Depth of this cavity exceeds height of manufactured head of rivet. Rivet is inserted in hole and is fixed by side surface of manufactured head. Located on rivet shank are other parts of stack and packing washer. Point of rivet is formed in two stages. In fixing the rivet, its manufactured head is additionally fixed by end surface by means of plastic compression of material of part over perimeter of cavity for manufactured head forming strengthened layer whose thickness is determined by relationship given in description. EFFECT: high strength and tightness of load-bearing points and extended technological capabilities. 5 dwg

Description

Изобретение относится к клепально-сборочным работам и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства при производстве потайных заклепочных соединений на конструкциях, содержащих детали из волокнистых композиционных материалов. The invention relates to riveting and assembly work and can be used in all sectors of the economy in the manufacture of blind rivet joints on structures containing parts from fibrous composite materials.

Известен способ образования соединения при одностороннем подходе, при котором в пакете выполняют отверстие, устанавливают в него с натягом заклепку из термообработанной стали, далее на выступающую часть стержня размещают кольцо из пластичного материала, после чего, зафиксировав заклепку от осевого перемещения, осуществляют пластическое сжатие материала кольца (1). A known method of forming a connection with a one-sided approach, in which a hole is made in the bag, a rivet made of heat-treated steel is inserted with an interference fit, then a ring of plastic material is placed on the protruding part of the rod, after which the rivet is fixed from axial movement, plastic compresses the ring material (1).

Недостатками известного способа образования соединения являются:
относительно большой вес силовой точки, что неприменимо для пакетов, содержащих детали из волокнистых композиционных материалов;
высокая себестоимость производства соединения из-за необходимости обеспечения натяга при постановке заклепки в отверстие пакета.The disadvantages of the known method of forming compounds are:
relatively large weight of the power point, which is not applicable for packages containing parts of fibrous composite materials;
the high cost of production of the compound due to the need to ensure interference when setting the rivet in the hole of the package.

Известен также способ образования потайного соединения, включающий выполнение в одной из деталей отверстие с полостью для закладной головки заклепки, установку в него заклепки с фиксацией по боковой поверхности закладной головки, последующее размещение на стержне заклепки остальных элементов пакета, подкладной шайбы, и образование замыкающей головки в два перехода (2). There is also known a method of forming a countersunk connection, including making a hole with a cavity for the rivet head in one of the parts, installing a rivet in it with fixing on the lateral surface of the mortgage head, subsequent placement on the rivet rod of the remaining elements of the package, a washer, and the formation of a locking head in two transitions (2).

К недостаткам известного способа следует отнести:
относительно небольшие усилия по фиксированию заклепки в элементе пакета;
сравнительно узкие технологические возможности, что ограничивает номенклатуру узлов, использующих известную технологию.The disadvantages of this method include:
relatively small efforts to fix the rivet in the package element;
relatively narrow technological capabilities, which limits the range of nodes using well-known technology.

Целью изобретения является повышение прочностных характеристик соединения и расширение технологических возможностей способа для выполнения односторонней клепки пакетов, содержащих детали из волокнистых композиционных материалов и однородного материала. The aim of the invention is to increase the strength characteristics of the connection and expanding the technological capabilities of the method for performing unilateral riveting of packages containing parts of fibrous composite materials and a homogeneous material.

Поставленная цель достигается тем, что в способе образования потайного соединения, включающем выполнение в одной из деталей отверстия с полостью для закладной головки заклепки, установку в него заклепки с фиксацией по боковой поверхности закладной головки, последующее размещение на стержне заклепки остальных эелментов пакета, подкладной шайбы и образование замыкающей головки в два перехода, полость для закладной головки выполняют в детали из однородного металла и глубиной, превышающей высоту закладной головки, а при фиксации заклепки производят дополнительное фиксирование по торцевой поверхности ее закладной головки путем пластического сжатия материала детали по периметру полости для закладной головки с формированием упрочненного слоя толщиной
h^* >

, где F_конуса - площадь конической поверхности закладной головки;
Р_клепки - усилие потребное для образования замыкающей головки (максимальное для одного из переходов)
Р - давление на контактной конической поверхности;
μ - коэффициент трения между стенками профилированной полости и поверхностью заклепки;
τ_сдв ^* - напряжение сдвига материала детали пакета в упрочненном слое.This goal is achieved by the fact that in the method of forming a countersunk connection, including making a hole in one of the parts with a cavity for the rivet head, installing a rivet in it with fixing on the side surface of the mortgage head, subsequent placement on the rivet rod of the remaining package elements, washer and the formation of the locking head in two transitions, the cavity for the embedded head is performed in a piece of homogeneous metal and with a depth exceeding the height of the embedded head, and when fixing the rivet additional fixation is made on the end surface of its embedded head by plastic compression of the material of the part along the perimeter of the cavity for the embedded head with the formation of a hardened layer with a thickness
h ^* >

where F _cone - the area of the conical surface of the embedded head;
R _riveting - the force required to form a locking head (maximum for one of the transitions)
P is the pressure on the contact conical surface;
μ is the coefficient of friction between the walls of the profiled cavity and the rivet surface;
τ _shear ^* is the shear stress of the material of the package part in the hardened layer.

На фиг. 1 показан смешанный пакет, содержащий деталь из волокнистого композиционного материала с выполненной со смещением относительно плоскости потая профилированной полостью; на фиг. 2 - исходное положение штамповой оснастки перед фиксацией заклепки в детали пакета; на фиг. 3 - окончание стадии процесса фиксации заклепки в детали пакета; на фиг. 4 - исходное положение штамповой оснастки перед образованием замыкающей головки заклепки; на фиг. 5 - фрагмент пакета с силовой точкой. In FIG. 1 shows a mixed bag containing a component of a fibrous composite material with a profiled cavity displaced relative to the plane of the sweat; in FIG. 2 - the initial position of the die tooling before fixing the rivets in the package details; in FIG. 3 - end of the stage of the rivet fixing process in the package part; in FIG. 4 - the initial position of the die tooling before the formation of the closing head of the rivet; in FIG. 5 - a fragment of a packet with a power point.

В смешанном пакете, содержащем деталь 1 из традиционного материала, например алюминиевого сплава В95Т, и деталь 2 из волокнистого композиционного материала, например бороалюминия, со стороны детали 1 выполняют профилированную полость с ее смещением относительно плоскости потая на величину "h". In a mixed bag containing a part 1 of a traditional material, for example, B95T aluminum alloy, and a part 2 of a fibrous composite material, for example boron aluminum, a profiled cavity is performed on the part 1 side with its offset relative to the sweating plane by an amount “h”.

Затем в профилированную полость устанавливают заклепку 3, имеющую глухую полость на выступающей части стержня. В силу смещенности профилированной полости относительно плоскости потая над закладной головкой заклепки 3 формируется цилиндрическая полость с диаметром, равным максимальному диаметру d закладной головки заклепки 3, и глубиной, равной h (фиг. 1). Then, a rivet 3 is installed in the profiled cavity, having a blind cavity on the protruding part of the rod. Due to the displacement of the profiled cavity relative to the sweating plane above the insert head of the rivet 3, a cylindrical cavity is formed with a diameter equal to the maximum diameter d of the insert head of the rivet 3 and a depth equal to h (Fig. 1).

Далее пакет фиксируют в штамповой оснастке между плитой 4 и прижимом 5 с усилием Р_пр. В плите 4 выполнено отверстие диаметром, равным диаметру заклепки 3, а в прижиме 5 - отверстие диаметром D, превышающим максимальный диаметр закладной головки заклепки 3. Отверстие в плите 4 и прижиме 5 соосные. В отверстие прижима 5 устанавливают пуансон 6 (фиг. 2).Next, the package is fixed in a die tooling between the plate 4 and the clamp 5 with a force P _pr A hole with a diameter equal to the diameter of the rivet 3 is made in the plate 4, and a hole with a diameter D exceeding the maximum diameter of the rivet head 3 is clamped in the clamp 5. The hole in the plate 4 and the clamp 5 are coaxial. A punch 6 is installed in the clamping hole 5 (Fig. 2).

Реализация изобретения осуществляется следующим образом. The implementation of the invention is as follows.

При воздействии импульсным усилием P_τ на торец пуансона 6 имеет место пластическое сжатие материала детали 1 в пределах кольцевой поверхности, ограничиваемой диаметрами D и "d" (фиг. 3).When exposed to pulsed force P _τ on the end face of the punch 6 there is a plastic compression of the material of the part 1 within the annular surface, limited by the diameters D and "d" (Fig. 3).

Последнее обуславливает заполнение свободного объема цилиндрического углубления в детали 1. На конечной стадии этого заполнения над закладной головкой заклепки 3 формируется упрочненный слой толщиной h*, и на боковой поверхности закладной головки заклепки 3 возникают радиальные давления (показаны стрелками). The latter causes the free volume of the cylindrical recess in the part 1 to be filled. At the final stage of this filling, a hardened layer of thickness h * is formed over the rivet 3 head, and radial pressures occur on the lateral surface of the rivet 3 head (shown by arrows).

Таким образом осуществляют фиксирование заклепки 3 в детали 1 с усилием, рассчитываемым по формуле
P= π˙d˙h^*˙τ_сдв ^*+
+F_конуса˙μ˙p, где τ_сдв ^* - напряжение сдвига материала детали 1 в упрочненном слое;
F_конуса - площадь конической поверхности закладной головки;
μ - коэффициент трения между стенками профилированной полости и поверхностью заклепки;
p- давление на контактной конической поверхности заклепки 3 - деталь 1.Thus, the rivets 3 are fixed in the part 1 with a force calculated by the formula
P = π˙d˙h ^* ˙τ _sdv ^* +
+ F of the _cone ˙μ˙p, where τ _shear ^* is the shear stress of the material of part 1 in the hardened layer;
F _cone - the area of the conical surface of the embedded head;
μ is the coefficient of friction between the walls of the profiled cavity and the rivet surface;
p- pressure on the contact conical surface of the rivet 3 - part 1.

Затем производят разборку штамповой оснастки, после чего на выступающую часть стержня заклепки 3 размещают подкладную шайбу 7 (фиг. 4). Then, the die tooling is disassembled, after which a washer 7 is placed on the protruding part of the rivet rod 3 (Fig. 4).

Далее в соответствии с техпроцессом по авт. св. N 829308 производят образование замыкающей головки заклепки 3 за два перехода. Для чего со стороны детали 2 производят сжатие пакета посредством прижима 8, в отверстие которого устанавливают обжимку первого перехода 9. Предварительно объем глухой полости в заклепке 3 заполняют вязкой средой 10. Further, in accordance with the technological process according to ed. St. N 829308 produce the formation of the closing head of the rivet 3 in two transitions. Why, from the part 2, the package is compressed by means of a clamp 8, in the hole of which the crimp of the first transition 9 is installed. Previously, the volume of the blind cavity in the rivet 3 is filled with a viscous medium 10.

Последовательно, выполняя два перехода, формируют замыкающую головку заклепки 3 (фиг. 5). Consistently, performing two transitions, form the closing head of the rivet 3 (Fig. 5).

При этом обязательным условием обеспечения требуемого качества соединения является соблюдение следующего неравенства
Р_клепки < Р
Исходя из этого неравенства, производят расчет толщины упрочненного слоя h
P_клепки<π˙d˙h^*˙τ_сдв ^*+F_конуса˙μ˙p, откуда
h^* >

Причем для различных сочетаний материалов детали 1 и заклепки 3 после экспериментальной обработки возможно установление рациональных границ последнего неравенства.In this case, the following inequality is a prerequisite for ensuring the required quality of the connection
R _riveting <P
Based on this inequality, the thickness of the hardened layer h is calculated
P _rivets <π˙d˙h ^* ˙τ _sdv ^* + F of the _cone ˙μ˙p, whence
h ^* >

Moreover, for various combinations of materials of part 1 and rivet 3 after experimental processing, it is possible to establish rational boundaries of the last inequality.

Способ прошел опытно-промышленную проверку при образовании потайного соединения на смешанном пакете толщиной 10 мм, содержащем деталь из алюминиевого сплава В95 толщиной 8 мм, и деталь из волокнистого композиционного материала - бороалюминия толщиной 2,0 мм. The method passed a pilot industrial test when forming a countersunk joint on a mixed bag 10 mm thick containing a part made of aluminum alloy B95 with a thickness of 8 mm and a part made of a fibrous composite material — boron aluminum 2.0 mm thick.

Профилированную полость изготавливали по известной технологии режущими методами. The profiled cavity was made using known methods by cutting methods.

Смещение профилированной полости относительно плоскости потая составляло 2,07 мм. The displacement of the profiled cavity relative to the sweating plane was 2.07 mm.

Заклепка из алюминиевого сплава В65 (ГОСТ 34084-80) имела диаметр стержня 4,0 мм и его длину - 13,0 мм, диаметр закладной головки равнялся 7,2 мм. The rivet made of aluminum alloy B65 (GOST 34084-80) had a core diameter of 4.0 mm and its length was 13.0 mm, the diameter of the embedded head was 7.2 mm.

Цилиндрическая полость в детали из сплава В95 имела диаметра 7,25 мм, глубину 4,07 мм. The cylindrical cavity in the B95 alloy part had a diameter of 7.25 mm and a depth of 4.07 mm.

Упрочненный слой в детали из сплава В95 имел размеры: диаметр 10 мм; толщину 1,0 мм. The hardened layer in the B95 alloy part had dimensions: diameter 10 mm; thickness 1.0 mm.

Технологическая оснастка изготовлялась из стали У8А по 7-му квалитету точности и имела твердость после закалки HRC_э 56. . . 58 ед.The tooling was made of U8A steel according to the 7th accuracy class and had hardness after hardening HRC _e 56.. . 58 units

Фиксирование заклепки в детали из сплава В95 и образование замыкающей головки осуществлялось с использованием в качестве энергопривода магнитно-импульсной установки МИУ-10, разгоняющей ударник массой 450 г при энергиях разряда соответственно в 1,6 и 2,0 кДж. The rivets in the B95 alloy part were fixed and the closing head was formed using the MIU-10 magnetic pulse installation, which accelerates a projectile with a mass of 450 g at discharge energies of 1.6 and 2.0 kJ, respectively.

Толщина упрочненного слоя h* рассчитывалась по приведенной ранее формуле при следующих конкретных значениях входящих параметров:
усилие клепки - Р клепки 9100 Н = 9,1 кН;
площадь конуса заклепки - F_конуса = 37,4 мм²;
коэффициент тре- ния μ = 0,1;
напряжение сдви-
га с учетом упроч-
нения для сплава В95 τ_сдв ^* = 320 МПа;
давление на кони-
ческой поверхнос- ти р = 200 МПа.The thickness of the hardened layer h * was calculated according to the above formula for the following specific values of the input parameters:
riveting force - R riveting 9100 N = 9.1 kN;
rivet cone area - F _cone = 37.4 mm ² ;
friction coefficient μ = 0.1;
voltage shift
ha taking into account
the variations for the B95 alloy τ _sdv ^* = 320 MPa;
pressure on
surface p = 200 MPa.

В экспериментах толщина упрочненного слоя равнялась 1,0 мм. In the experiments, the thickness of the hardened layer was 1.0 mm.

Проведенные испытания склепанных пакетов по новой технологии выявили увеличение прочностных характеристик силовых точек на 19% по сравнению с прочностными характеристиками аналогичных пакетов, склепанных по известной технологии. The tests of riveted packages using the new technology revealed an increase in the strength characteristics of power points by 19% compared with the strength characteristics of similar packages riveted using the known technology.

Предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом эффективно, поскольку:
повышает прочностные характеристики силовых точек, обуславливаемые формированием сжимающих остаточных напряжений по периметру профилированной полости со стороны потая;
расширяет технологические возможности за счет обеспечения возможности односторонней клепки;
улучшает герметичность соединения обеспечением радиального давления на контактной поверхности деталь пакета - заклепка;
повышает жесткостные характеристики силовой точки из-за устранения возможности осевого перемещения заклепки в процессе эксплуатации изделия;
использование технологического процесса рационально и в технологических процессах двусторонней клепки. (56) Орлов П. И. Основы конструирования. М. , Машиностроение, 1972, с. 199, рис. 218 д, е.The proposed technical solution in comparison with the prototype is effective because:
increases the strength characteristics of power points, caused by the formation of compressive residual stresses along the perimeter of the profiled cavity from the sweat side;
expands technological capabilities by providing the possibility of one-sided riveting;
improves the tightness of the connection by providing radial pressure on the contact surface of the package detail - rivet;
increases the stiffness characteristics of the power point due to the elimination of the possibility of axial movement of the rivet during operation of the product;
the use of the technological process rationally and in the technological processes of double-sided riveting. (56) Orlov P.I. M., Mechanical Engineering, 1972, p. 199, fig. 218 d.

Авторское свидетельство СССР N 1528597, кл. В 21 J 15/02, 1989. USSR author's certificate N 1528597, cl. In 21 J 15/02, 1989.

Claims

METHOD OF EDUCATION OF A SECRET JOINT, which includes making a hole with a cavity for a rivet head in one of the parts, installing a rivet in it with fixing on the side surface of the mortgage head, subsequent placement of the remaining elements of the packet on the rivet rod, a washer and the formation of a locking head in two transitions, characterized in that, in order to increase the strength characteristics of the connection and expand the technological capabilities of the method for performing unilateral riveting of packages containing details of fibrous composite materials and a homogeneous metal, the cavity for the embedded head is made into parts of a homogeneous metal and with a depth exceeding the height of the embedded head, and when the rivet is fixed, additional fixation is made along the end surface of its embedded head by plastic compression of the material of the part around the perimeter of the cavity for the embedded heads with the formation of a hardened layer with a thickness
h ^*