RU2481916C2

RU2481916C2 - Method of jointing parts together

Info

Publication number: RU2481916C2
Application number: RU2011132170/02A
Authority: RU
Inventors: Леонид Александрович Полиновский
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2013-05-20
Also published as: RU2011132170A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: proposed method can be used for riveting the parts together. Rivet rod is formed at base part by its local friction heating with the help of rotary tool to generate friction heat, creation of plasticized zone and transfer of plasticized metal inside said tool. Mating part with preformed hole is fitted on made rod. Closing head is formed at rod end by rotary tool unless plasticized zone is formed to stop tool rotation, to increase pressure and to upset rivet.

EFFECT: lower labour input, ruled out defects in welding zone.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области соединения металлических деталей и может быть использовано в авиастроении, судостроении и других отраслях машиностроения.The invention relates to the field of joining metal parts and can be used in aircraft, shipbuilding and other engineering industries.

Известен способ получения соединения деталей, из которых одна является базовой, а вторая - сопрягаемой деталью с предварительно сформированным отверстием, включающий образование соединения базовой и сопрягаемой деталей с помощью стержня заклепки, получаемого путем заполнения отверстия сопрягаемой детали расплавленным присадочным металлом. Стержень заклепки имеет замыкающую головку в виде наплыва присадочного металла, сплавленного с поверхностью металла над отверстием детали (см. патент РФ №2375161, МПК B23K 9/173).A known method of producing a connection of parts, one of which is the base, and the second - the mating part with a pre-formed hole, including the formation of the connection of the base and mating parts using a rivet rod, obtained by filling the holes of the mating parts with molten filler metal. The rivet core has a locking head in the form of an influx of filler metal fused with the metal surface above the hole of the part (see RF patent No. 2375161, IPC B23K 9/173).

Способ имеет ограниченное применение из-за высокой трудоемкости и возможности получения качественного соединения деталей только из однородных металлов, так как заполнение отверстия сопрягаемой детали осуществляют присадочным металлом в расплавленном состоянии.The method has limited use due to the high complexity and the possibility of obtaining high-quality joining of parts from only homogeneous metals, since the filling of the hole of the mating part is carried out by a filler metal in the molten state.

Известен способ получения соединения деталей, при котором для крепления сопрягаемой детали с отверстием в базовой детали также формируют отверстие, в котором размещают стержень заклепки и приваривают его к базовой детали, затем на стержне монтируют сопрягаемую деталь с отверстием (см. заявка ФРГ №4125748, МПК В23K 9/20).A known method of producing a connection of parts, in which for fixing the mating part with the hole in the base part, a hole is also formed in which the rivet rod is placed and welded to the base part, then the mating part with the hole is mounted on the rod (see application No. Germany No. 4125748, IPC B23K 9/20).

Недостатками известного способа являются: ограниченность применения и высокая трудоемкость изготовления. Ограниченность применения связана с тем, что при образовании сварного соединения с жесткой деталью возникают дефекты в виде трещин. Этот способ можно применять только для малоответственных конструкций.The disadvantages of this method are: limited application and high complexity of manufacturing. Limited application is due to the fact that when a welded joint with a rigid part is formed, defects in the form of cracks occur. This method can only be used for low-liability structures.

Технической задачей настоящего изобретения является расширение технологических возможностей способа и снижение трудоемкости изготовления соединения.The technical task of the present invention is to expand the technological capabilities of the method and reduce the complexity of manufacturing compounds.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения соединения деталей, одна из которых является базовой, а вторая - сопрягаемой деталью с предварительно сформированным отверстием, включающем образование жесткого соединения одной из деталей со стержнем заклепки, монтаж на нем второй детали с отверстием и формирование на стержне замыкающей головки, первоначально из базовой детали образуют стержень путем локального фрикционного нагрева поверхностного слоя с помощью вращающегося инструмента с обеспечением генерирования тепла трения и создания пластифицированной зоны, перемещение пластифицированного металла во внутреннюю полость инструмента, затем на образованный стержень, устанавливают сопрягаемую деталь и на выступающей части стержня формируют замыкающую головку воздействием вращающегося инструмента на него до образования пластифицированной зоны, после чего вращение прекращают, увеличивают давление и осуществляют осадку.The problem is achieved in that in the method of obtaining the connection of parts, one of which is the base, and the second is the mating part with a preformed hole, including the formation of a rigid connection of one of the parts with a rivet rod, mounting a second part with a hole on it and forming on the rod the locking head, initially from the base part form the rod by local frictional heating of the surface layer using a rotating tool with heat generation friction and create a plasticized zone, moving the plasticized metal into the internal cavity of the tool, then on the formed rod, set the mating part and form a closing head on the protruding part of the rod by the action of a rotating tool on it until the plasticized zone is formed, after which the rotation is stopped, the pressure is increased and sedimentation is carried out .

При осуществлении способа используется инструмент из термостойкого материала, например твердого сплава или керамики. Инструмент выполнен в виде втулки, соотношение наружного D и внутреннего d диаметров которой определяется из соотношения: (8-12)≥D/d≥(Н/h_m+1)^0,5, где H - высота стержня; h_m - максимально допустимая глубина выдавливаемого поверхностного слоя.When implementing the method, a tool is used from a heat-resistant material, for example, hard alloy or ceramic. The tool is made in the form of a sleeve, the ratio of the outer D and inner d diameters of which is determined from the ratio: (8-12) ≥D / d≥ (N / h _m +1) ^0.5 , where H is the height of the rod; h _m - the maximum allowable depth of the extruded surface layer.

Параметры инструмента обеспечивают течение металла в его центральную полость и не вызывают недопустимого ослабления базовой детали. Слишком большое отношение D/d (более 8-12) вызывает увеличение сопротивлению течению металла в центральную зону и снижает стойкость инструмента. Максимально допустимая глубина выдавливаемого поверхностного слоя зависит от механических свойств материала и толщины базовой детали и определяется из условия прочности. Для деталей средней толщины из конструкционной стали:The parameters of the tool ensure the flow of metal into its central cavity and do not cause unacceptable weakening of the base part. Too large a D / d ratio (more than 8-12) causes an increase in resistance to the flow of metal into the central zone and reduces the tool life. The maximum allowable depth of the extruded surface layer depends on the mechanical properties of the material and the thickness of the base part and is determined from the strength condition. For parts of medium thickness made of structural steel:

h_m(0,1…0,2)δ,h _m (0,1 ... 0,2) δ,

где δ - толщина базовой детали.where δ is the thickness of the base part.

Применение инструмента при соотношении наружного и внутреннего диаметров более 8-12 создает значительное сопротивление при выдавливании пластифицированного металла в центральное отверстие и не обеспечивает формирование стержня. Применение инструмента при соотношении наружного и внутреннего диаметров менее (Н/h_m+1)^0,5 (где H - высота стержня; h_m - максимально допустимая глубина выдавливаемого поверхностного слоя) приводит к недопустимому ослаблению базовой детали.The use of the tool with a ratio of outer and inner diameters of more than 8-12 creates significant resistance when extruding plasticized metal into a central hole and does not provide for the formation of a rod. The use of the tool with a ratio of outer and inner diameters less than (N / h _m +1) ^0.5 (where H is the rod height; h _m is the maximum allowable depth of the extruded surface layer) leads to unacceptable weakening of the base part.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана стадия фрикционного нагрева поверхностного слоя базовой детали; на фиг.2 - заключительная стадия образования соединения после установки сопрягаемой детали.The invention is illustrated by drawings, in which figure 1 shows the stage of frictional heating of the surface layer of the base part; figure 2 - the final stage of formation of the connection after installation of the mating parts.

Способ осуществляется в следующей последовательности: к поверхности базовой детали 1 (фиг.1) подводят вращающийся инструмент 2 с центральным отверстием 3 и создают контактное давление, которое обеспечивает интенсивный нагрев поверхностного слоя базовой детали до температуры размягчения, перемещение пластифицированного металла в центральную полость инструмента 3 и формирование в ней путем обратного выдавливания стержня заклепки 4, на который затем (фиг.2) устанавливают сопрягаемую деталь 5 и формируют замыкающую головку 6. При этом осуществляют фрикционный нагрев концевой части стержня вращающимся инструментом 7, затем вращение инструмента прекращают, а осевое давление увеличивают и путем осадки формируют замыкающую головку.The method is carried out in the following sequence: a rotating tool 2 with a central hole 3 is brought to the surface of the base part 1 (Fig. 1) and contact pressure is created, which provides intensive heating of the surface layer of the base part to the softening temperature, transfer of plasticized metal to the central cavity of the tool 3 and the formation in it by reverse extrusion of the rod of the rivet 4, on which then (Fig.2) establish the mating part 5 and form the locking head 6. In this case, vlyayut frictional heating of the end portion of the rod 7 rotating tool, then the tool rotation is stopped, and an axial pressure is increased and the precipitation form by the trailing head.

Режимы формирования обеспечивают эффективный локальный нагрев металла.Formation modes provide effective local heating of the metal.

Пример реализации. Базовая деталь изготавливалась из рельсовой стали толщиной 20 мм, вторая деталь толщиной 6 мм с отверстием 11 мм была изготовлена из стали 20. Инструмент выполнен в виде втулки при соотношении наружного и внутреннего диаметров 2,5. Угловая скорость инструмента составила 234 с¹, контактное давление 24 МПа. Диаметр и высота стержня составляли 10 мм, а толщина выдавливаемого слоя около 2 мм. Затем на стержне устанавливали деталь с отверстием и при угловой скорости около 300 с¹ производили фрикционный нагрев и последующее формирование замыкающей головки. Дефекты в полученном соединении отсутствовали.Implementation example. The base part was made of rail steel 20 mm thick, the second part 6 mm thick with a hole of 11 mm was made of steel 20. The tool is made in the form of a sleeve with a ratio of external and internal diameters of 2.5. The angular velocity of the tool was 234 s ¹ , contact pressure 24 MPa. The diameter and height of the rod were 10 mm, and the thickness of the extruded layer was about 2 mm. Then, a part with a hole was mounted on the rod, and at an angular velocity of about 300 s ¹ , frictional heating was performed and the subsequent formation of the closing head. There were no defects in the obtained compound.

Предложенный способ по сравнению с прототипом позволяет уменьшить трудоемкость и исключить дефекты, которые имеют место в зоне сварного соединения. Формирование стержня из материала базовой детали позволяет исключить сверление отверстий в базовой детали, изготовление и крепление дополнительных крепежных элементов. Это позволяет повысить надежность и снизить затраты на выполнение соединения.The proposed method in comparison with the prototype can reduce the complexity and eliminate defects that occur in the weld zone. The formation of the rod from the material of the base part eliminates the drilling of holes in the base part, the manufacture and fastening of additional fasteners. This improves reliability and reduces the cost of making the connection.

Claims

1. A method of obtaining a connection of parts, one of which is the base, and the second is an interfaced part with a preformed hole, including the formation of a rigid connection of one of the parts with a rivet rod, mounting a second part with a hole on it and forming a locking head on the rod, characterized in that initially, a rivet rod is formed from the base part by local frictional heating of the surface layer using a rotating tool to ensure the generation of friction heat, anija plasticized zone and moving the plasticized metal into the internal cavity of the tool, then formed rod mating part and mounted on the projecting portion of the rod forming the closing head.

2. The method according to claim 1, characterized in that the locking head is formed by the action of a rotating tool on the rod until a plasticized zone is formed, after which the rotation is stopped, the pressure is increased and sedimentation is carried out.