Способ соединения деталей трубчатыми заклепками и устройство для его осуществления

784400 А 1 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9 В 21 3 15/04, Р 16 В 19/06 НТНОЕ РСТВЕННО СТВО ССС ТЕНТ СССР,.(Г ОПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС строе" имеющую головку.истержень на внешне остро-", :, выходящей за пределы соединяемых дет и т,п- лей, части которого выполнены кольцевыканавки и смонтировай герметизирующи- " элемейт в виде кольца из пластического м ие, со- .териала с наружной конусной поверхноепку, ":. стью. Изобретение относится. нию и может быть использо ении, авиастроении,-энерго для соединения деталей.машино ано в суд троении Известно заклепочное соединендержащее соединяемые детали и закл 1 : .,:,:.: .- :.2 21) 4905836/27: ,: .:, , Ширения, превышающим коэффициентлиней- (22) 2012,90- .;:.;.: .,.: . ного расширенияматеРиала соедийяемых 46) 30.12,92; Бюл. Ь 48 .: : .:.,":,. :деталей. Диаметр отверстия заклепки равен (71) Научно-исследовательский институт . Овн = 0 2 ж(с:,д + йзакл) Макс) где Р - натехнологии и организации произвОдства ружный диаметр заклепки; с.д и йэакл содвигателей, Каэайское моторостроительное ответственно, коэффициейты линейного производственное объединение и Рыбия-: расширения материала соединяемйх детаское моторосгроительное производствей-.":. лей и материала заклепки; Макс - максиное объединение. .-,. .мальная рабочая температура соедийения. 72) ВЛ,Карасев, М;Г,Хабибуллин, Н,Л,Ма-, На наружной или внутренней поверхностикаровский, С.И.Гайдай, В.М.Торбин, В.И.Го- . заклепки симметрично от ее середины выринов и С,В,Карасев. :;:;.;.:.: полнены кольцевые канавки, уменьшаю-56) АвторскоЕ свидетельствоСССР .: - ." щиеся по глубине от средней канавки к М 501202,кл,Р 1685/04;1976. .",:;: крайним согласно соотношеАвторское свидетельство СССР :.:;.:",:, н и ю а /ап+1=Ьп+1/Ь2, где а - глубина1. . Ь 1196548, кл. Р 16 В 19/06, 1985.,., .-. канэвкй в и-м сечении; й, - расстояние межОрлов П.И. Основы конструйрования- . : дуосями канавок. Вотверстиезаклепкиус- ЗСправочно-методическое пособие, книга 2, . танавливают оправку в виде цЭнговойМ.: Машиностроение, 1977, с,210, рис, 212.д," втулки с конйческим отверстием и разме-": (54) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ .щенйым в ней коническйм стержнем, ОбТРУБЧАТЫМЙ ЗАКЛЕПКАМИ И УСТРОЙ- .жимкой и поддержкой, вцполненнцми с а СТВО ДЛЯ. ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ . . .", подпружиненными опорными шайбами,(57) Использование: сборочно-клепальные,осуществляют образование замыкающих работы. в машиностроении, судостроении, . головок, при этом опорные шайбы контакти-а авиастроейии.Сущность изобретения; в от- .: руют с оправкой, а диаметр отверстия в за- . верстие пакета соединяемых деталей уста-. - лейке остается постоянным, 2 с. и 1 з,п. цр навливают трубчатую заклепку. из:флы,8 ил. материала скоэффициентом линейного рас-:..;:; ЪС1784400 актор Л Проиэаодстеенно издательский комбинат "Патент",с. У л. Гагарина, 101 Заказ 4336ВНИИП Составитель В.Карасевродная ТехредМ.Моргентал Корректор П.Гереши Тираж "Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб,. 4/51784400 3 4Йзвестно соедйнение деталей, содер- Канавки на наружной, либо на внутренжащееустановленную в отверстиях соеди- ней поверхности трубчатой заклепки выполняемых деталей заклепку, имеющую нены симметрично уменьшающимися постержень,закладную и замыкающие голо- глубине от ее середийы к концам согласновкии компенсатор на торце головки; .:5 соотношению.,Наиболее близким известным техниче-ским решением является неразъемное сое-э Ьл +1динение деталей трубчатйми зацепками,а +1 11включающее"устВ%ку заклепкй в отверСтияпакетасоеДийяемых деталей и образо где ап - величина глубины канавки в и-мвзйиезамыкающих головокпутемсечении;приложения двухстороннего осевого усилия . Ь - расстояние по осям между канавкак торцам заклепки при сохранениидиамет-мирэотверстия заклепки постоянным, .:. :. Кроме этого достижение поставленнойНедостатком дайногосоединения явля цели обеспечивается устройством для рзсется невозможн 6 сть использования его в:.клепывания трубчатой заклепки в отверсти-соединениях, работающих в широком диа- . ях соединяемых деталей за счет новогопазоне температур, так как при различных конструктивного выпблнения поддержки,температурах происходит различное Рас-. обжимки и оправки, что обеспечивает своширение материала, что приводит к взаимо бодное удаление оправки без изменения еедействию" материалов заклепки и : фрысоединения, в "результате чего пРойсходитЛегкое удаление оправки после клепкипотеря натяга и образовайие межДУ ними . трубчатой заклепки обеспечивается тем, что.зазора и; как следствие, последуащему вы- устройство снабжено двумя подпружийен-паданию заклепки, Кроме этого устройство 25 ными опорными шайбами, расположенны для клепки трубчатых заклепоК имеет неу- ми на рабочих торцах обжимки идовлетворительнуФ ориентацию рабочего. поддержки, ко 1 орые имеют соосно им выинструмента - поддержки и обжиМкй дета-:.: полненные цилиндрические углубления, гделей отйосительно плоскостей соединяемыМ; размещается оправка; выполненная в видедеталей,что может привести к поломке оп цанговой втулки с внутренним коническимравки, поскольку она жестко, закреплена е.:., отверстием, установлейной,с возможнопоДАержке, .:;: " -;.:.: : стью контакта с опорными шайбами и разцелью изобретения являетСя повыше- " мещенным вней коническимстержнем, приние надежностй соедйненияпрй югозксплу-, этом конические йоверхности оправки иатации в широком диапазоне рабочих 35 стержня выполнены в виде конуса Морзе.температур, облегчейие удалейия оправки "Расйределение материала заклепкииз отаерстия заклепки и пОвышенйе надеж-- равномерно по всей поверхности отверстияности устройства, ., :.:,., : .:.соединяемйх деталей обеспечивает созда Сущность изобретения заключается в". ние натяга и надежную работу. Это достигатом;чтоприсоединенииприменяютзаклеп ется путем создания симметричнойку определенной конструкции, которая концентрации напряжений по всей поверх обеспечивает равномерное Распределение ности заклепки от середины к ее концам заматериала по высоте соединения за счет: . счет нанесенияканавок, являющихся конизменения концентрации йэпряжений в на- . центраторами напряжений, глубина котосечкзхот середййы к ее койцзм, при этом 45 рых выбирается из экспериментальнокоэффициент, лйнейного расширения мате-: - выведенного соотношенйя:,риала заклепки выбирают большим коэффициента линейного расширений материалаасоединенных деталей; а диаметр отверстия: з +, =двн в заклепке выбирают из соотношения: 50что обеспечивает йри воэдействии постобвн =П аж(ас.д+Оэакл)Ьакс 3,:,: янного по величине двухстороннего прогде О - наружный диаметр ззклбпки - - -дольного усилия последовательнуюа,д- коэффициент линейного расши- деформацию ззю 1 епки по сечениям, имеюрения материала соединенных деталей; 55 щим большую концентрацию напряжений кааааа- коэффициент линейноГО Расши меньшим при одийаковой величине теореренйяматериэлазаклепки; . тическаго коэффициента концентрациина 1 - . максимальная рабочаятемпера- пряжений, Концентрация напряженийтура, возникает в местах резкого изменения очер1784400таний детали, в данном случае в канавках по трации ад = -,поверхности заклепки, Кроме этого, обрат=- , который сопоставим сное отношение расстояний между соседних йканавок увеличивает жесткость соответст- Для обеспечениля о еспечения последовательностивующих частей заклепки, что так не способ деформация в сечении канавки задаетсяствует последовательной деформации оптимальнцм коэффициентом концентрачастей заклепки от середины к ее концам, ции и глубиной канавкиНн вки и определяем нужапряжения, вычисляемые по формуле ный радиус кривизны канавки.сопротивления материалов без учета кон- . При расклеп вари расклепывании такой заклепкицентрации напряжений, т.е, по формуле 10 внутренний диаметр поддерживается поггн = - , являются номинальными, а факти- стоянным за счет оправки, выполненной ввиде конической втулки и конического стерческое напряжение в зоне концентрации у жня, сопряжения поверхностей которых выдна канавки съкс значительно больше (Ъ.полнены по типу конуса Морзе. ДанноеОтношение Ъ,/ц, характеризует сте внутреннее отверстие позволяет обеспепень концентрации напряжений и назцва- читьработусоединениявширокомдиапэзоется теоретическим коэффициентом не рабочих температур, т,к, коэффициентконцентрации напряжений при их упругом линейного расширенияматериала заклепкираспределении, обозначаемым асг, т.е. больше коэффициента линейного расширеОма 20 ния материала соединяемых деталей и впроцессе нагрева материал заклепки расРаспределения напряжений в деталях ширяется больше и увеличивает натяг посложной формы и значения величин ао на- поверхностям соединения и уменьшает диходят либо теоретически на основе . аметр отверстия, что,.исключает вы аботкметодов тео иии гор упругости, либо экспери отверстий и не приводит к образованиюментально методом фотоупругости, тензб- овальности заклепки.метрированием и тр р т.д. Введение данного способа с применеНа максимальное напряжение сущест- нием трубчатой заклепки указанной формывенно влияет только та часть поверхности с канавками определеннойглубины обеспеканавки, которая находится в высоконапря чивает получение надежности натягапо йоженной зоне, Форма заклепки на достаточ- верхности отверстйй соединяемых деталей,ном удалении от канавки не оказывает а наличие отверстия"ьзаклепк"Дв личину максимального напря- ром, равным сумме коэффицйентов линейжения в ее окрестности, Из этого следует, ного расширения материа 1 а ар, для круглои канавки в первую 35 соединяемых деталей, обеспечивает наочередь важна кривизна радиуса, в то время дежную работу соединения при максимэлькак влияние боковых узлов и глубины игра- . ной рабочей температуре.слчае аискивют лишь второстепенную роль. В нашем Для осуществления данног бго спосо ау р д у кривизны канавки не постоя- разработано устройство, которое обеснен во вс ех сечениях и обеспечивает макси вает свободное удаление оправки из отвере о еспечимальные напряжения во всех сечениях стия заклепки после окончания кд еличины, а нормальные напряжения Способ соединения деталей, трубчатаялепки,разной величины, поэтому, задаваясь по- заклепка и устройство для осуществлениястоянным теоретическим коэффициентом способа выполняются следующим образом.концентрации напряжения во всех канав Детали, предназначенные для соединеках заклепки и, изменяя только радиус кри- ния, собирают в пакет, если детали имеютвиэнц концентратора, мы обеспечиваем взаимную ориентацию ипройзводят растаким образом достижение поставленной сверливание отверстий в соответствии сцели. требованием чертежа, в котором указано50 место расположения отверстий, диаметр иПоэтому, исходя из расчетных сообра- шероховатость поверхности, (Рэссверливэжений при определении коэффициента кон-ние можно производить и в спецйальномцентрации следует принимать во внимание кондукторе, который обеспечивает точноетолько те параметры, которые характеризу= ",взаимное расположение отеерстий), Послеют контур искажейной области конструк рассверливания отверстия подвергаютсяд о случае только глубину" зЖЙеровэнйю с наружйых сторон деталей вканавка а и ее радиус кривизны р. Тогда по соответствии с чертежом, в которомуказанаизвестной из сопротивления материалов . глубина и угол зенкеровэния, а также шеформуле определяем коэффициент концен=, " роховатость поверхности. В собранный пакет помещается предлагаемая трубчатаязаклепка, выполненная с возможностью изменения концентрации напряжений по асейдлине, путем нанесения на ее наружной иливнутренней поверхности канавок разнойглубины и радиусов концентрации, изменяющихся от середины заклепки к ее концам, .при этом внутренний диаметр трубчатой заклепки выполнен в соответствии с соотношением:бвн = О 2 Л(ас,д +азакл) Ьакс ),Расклепывание трубчатой заклепки. вотверстиях соединяемых деталей осуществляется устройством, которое снабжено оправкой, выполненной в виде цанговойвтулки с внутренним коническим отверстием и размещенным в ней коническим стержнем, а поддержка и обжимка выполнены ссоосными отверстиями, в которых размеща- .етея оправка и стержень, при этом оправкарасположена в отверстиях поддержки и обжимки, а для лучшего сопряжения поверхностей оправка и конический стерженьвыполнены по типу конуса Морзе.На фиг,1 представлена схема выполнения способа на примере соединения деталей трубчатой заклепкой с канавкой нанаружной поверхности; на фиг.2-трубчатаязаклепка с канавкой на наружной поверхности; на фиг.З - схема распределения напряжений по сечениям заклепки,изображенной на фиг.2; на фиг,4 - схемаустройства для расклепывания трубчатойзаклепки; на фиг.5 - сечение А-А на фиг.4;на фиг.6 - заклепочное соединение, выполненное предложенным способом; на фиг. 7- трубчатая заклепка с канавками на внутренней поверхности; на фиг.8 - схема распределения напряжений по сечениямзаклепки, изображенной на фиг.7.Способ соединения деталей, изготовление трубчатой заклепки и применение устройства для осуществления данногоспособа выполнялись в следующей технологической последовательности.Детали 1 и 2, подготовленные для соединения, собирались в пакет и производилирассверливание 12 отв.; в соответствии счертежом ф 10,1+0,16;производят зенкерование рассверленных отверстий у деталей 1,2 с наружныхсторон собранного пакрта на глубинуимм+ 5 под углом 90, шероховатость+1Вз=20;изготавливают заклепки 3, для данныхотверстий диаметр заклепки 0=10 мм, а высота Н выполняется йз расчета полного заполнения объема отверстия, т.е.Чзакл Чотв+Чкомп Чотверстия в заклепке. При этом внутренний диаметр (бвн) отверстия определяли по выражению: бвн = О Р ж (ас.д + азакл) 1 макс,5 где О - наружный диаметр заклепки, равен10 мм;ас.д - коэффициент линейного расши"рения материала соединяемых деталей, равен 0,000011 для стали;10 азакл - коэффициент линейного расширения материала заклепки, равен 0,0000120для сплава на основе Ее;тмакс - максимальная рабочая температура для данного соединения 800 С,15 Тогда б 3,14(0,000011+ 0,000012) 800=-1,2 мма глубину насечек бп, величину шага канавок пп, и диаметр сечения по насечкам фиг,2определяли. обеспечивая соотношение20 ап йп+1ап+1 Ь тогдаао-.=4 по=0,25 бо=2,0а 1=2 Ь 1-0,5 бт=6,0 25 аг=1 Ьг=1,0 бг=8,0аз=0,5 йз=2,0 бз=9,0а 4=0,25 п 4=4,0 б 4=9,585-1,25 65=8,0б 5=9,75необходимо учесть, что чистота боковых поверхностей треугольных канавок должнабыть в пределах Ва=1,25+0,64, что обеспечитлучшую диффузию(сцепления при деформации);определяем величину номинального на пряжения (Ъ по сечениям без учета конценРтрации по известной формуле он = -Г" 9 ф".ф 1 ЫЯ-).Зн(ц) определяем величину радиуса концентраторов напряжений Рпо сечениям заклепки при ее расклепывании. в упругой зоне деформации обеспечиваязависимостьопределяем величину номинального напряжения он по сечениям внутренних канавок без учета концентрации;Ро 6 от 6 Т 1 101 9 Д)Р Р ОООО--Т 50 РТЬЭ.бб 5 2 %Р РР Р 5000Т 6,5.256 ЬТ,2 5 Т,2Р Ртв,т з,т ро 1 н 5,2Р Р 5 оооТ 6,5 605 Т 046 Т 045" - " -в Я ЪН 221.5 нф);Ь 1 .,(60) 5,нЛТЩР 50 ооТ 6,5 т,т Тб,о Тб,Ьф2 .НТДопределяем величину радиуса концентраторов напряжений р по сечениям заклепки при ее расклепывании в упругой25 зоне деформации, обеспечивая зависимость,ТТ МЗКС Исходя из известного, что5 ТТ МЭКСРп Он где ао - глубина насечки на поверхности заклепки в и-ом сечении и задаваясь, что10- :2тЪэксСн НаХОДИМ (тмэкс =2 СЪн/эп 2 антогдаРп Ттн или, - " =2,отсюда эп эпили - = 4, тогда рп эп ОмэксРп Он 30 Эп и+1ап+1 Ь тогдаао=4а 1=2а 2=1аз=0,5а 4=0,25а 5=0,125 9,2 5,2 3,2 2,2 1,7.1,45 Т 1 о= 0,25тт 1= 0,5Ьг= 1,0Ьз=2,0ц= 4,0п 5= 8,0 оо= б 1= С 12= бз= б 4= б 5= ап=4 р,а 1 2Р 1 = - = - =054 4эг 1РРт = - = - = 0254 4Рз = = - =0125аз 0,54 4р 4 = - = -- =0 0625.а 4 0,254 4а 5 01254 4Проведем расчеты в случае нанесенияканавок нэ внутреннюю поверхность заклепки в след. техн. последовательности,Определяем глубину внутренней канавки ап, величину шага внутренней канавки Ь,диаметр сечения по канавкам фиг.7, обеспечивая соотношение ао 4Ъ= - = - =1 04 4а 1 2Р 1= - = - =0 54 435 а 2 1т Рт: - = - =0 25Рг 4 4р: - =0 125аз 054 440 Р 4= = 4 =00625;а 4 0,25а 5 0,125 0,0325,Таким образом, чтобы обеспечить вог всехсечениях заклепки пб канавкамодина 45 ковую величину необходимо канавки выполнять получейного радиуса, что позволитполучить последовательное деформирование заклепки от ее середины к концам взоне упругой деформации, т.е, обеспечит50 достижение поставленной заявителем цели.В подготовленное отверстие вставляютзаклепку 3, изготовленную по вышеизложенной технологии, во внутреннее отверстие которой вставляется оправка,выполненная в виде цанговой втулки 4 свнутренним коническим отверстием и коническим стержнем 5, поверхность которогоплотно сопрягается с конической поверхностью оправки 4. Собранное соединение устанавливается в штамп фиг.4, обжимка 6 и поддержка 7 которого выполнены с соосными отверстиями, в которых размещается оправка 4 и стержень 5, опирающиеся на опорные шайбы 8 и 9, имеющие параллельные рабочие поверхности и соединения с пружинами 10 и 11. Расклепывание производится воздействием 2- стороннего продольного усилия величиной в 9 тонн, что обеспечивает натяг по поверхностям отверстий соединения и заклепки Зо , что достигается последовательной деформацией заклепки от центра к периферии. После окончания клепки отводят обжимку 6 и поддержку 7 и ударом молотка (на черт, не по.казан) по стержню 5, выполненному, например, по типу конуса Морзе для лучшего сопряжения поверхностей стержня и втулки удаляют его из соединения, а цанговая втулка 4 складывается и легко выпадает из отверстия, таким образом сохраняя внутреннее отверстие при клепке, Выступы с обеих сторон деталей 1,2 удаляют заподлицо с поверхностью пакета.Так как рабочие плоскости обжимки 6 и поддержки 7 параллельны и ориентированы перпендикулярно оси заклепки, боковые силы, вызывающие поперечное смещение штампа относительно заклепки, в процессе клепки соединения отсутствуют. Поэтому соединение может использоваться при любом угле клиновидности и осуществляться одним и тем же штампом.Формула изобретения 1, Способ соединения деталей трубчатыми заклепками, включающий установку . заклепки в отверстие пакета соединяемых деталей и образование замыкающих головок путем приложения двустороннего осевого усилия к торцам заклепки при сохранении диаметра отверстия заклепки постоянным, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности соединения при его эксплуатации в широком диапазоне рабочих температур, заклепку выполняют из материала с коэффициентом линейного расширения, превышающим коэффициент линейного расширения материала соединяемых деталей, диаметр отверстиязаклепки выбирают из соотношения5 бвн = О 2 л(Ус,д + сзэкл) 1 макс),где О - наружный диаметр заклепки;ас,д, и акл - соответственно коэффициенты линейного расширения материаласоединяемых деталей и материала заклеп 10 ки;тмакс - максимальная рабочая температура соединения,а на наружной или внутренней поверхностизаклепки симметрично от ее середины вы 15 полняют кольцевые канавки, уменьшающиеся по глубине от средней канавки ккрайним согласно соотношению ап Ьп+120 а +1где ап - глубина канавки в п-сечении;пп - расстояние между осями канавок,2. Устройство для соединения деталейтрубчатыми заклепками, содержащее соос 25 но установленные обжимку, поддержку и. размещенную между ними оправку для поддержания диаметра отверстия заклепки постоянным, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью облегчения удаления оправки из отверстия заклепки и повышения надежностиустройства, она снабжено двумя опорнымишайбами, на рабочих торцах обжимки и поддержки соосно им выполнены цилиндрические углубления, оправка выполнена в видеЗ 5 установленной с воэможностью контакта сопорными шайбами цанговой втулки с коническим отверстием и размещенным в нейконическим стержнем, при этом опорныешайбы размещены в углублениях поддерж 40 ки и обжимки и подпружинены относительно них.3. Устройство поп.2, отл и ч а ю щ е ес я тем, что конические поверхности оправки и стержня выполнены в виде конуса Морзе,