Способ образования неразъемного соединения и крепежный элемент для его осуществления

Изобретение относится к клепальносборочным работам, в частности к способам клепки пакетов преимущественноиз волокнистых композиционных материалов.Цель изобретения - повышение надежности работы соединения в условияхдлительной эксплуатации,На фиг.1 приведен крепежный элемент 10в пакете. деталей, исходное положение;на фиг.2 - узел 1 на Фиг.1; на Фиг.3конструкция втулки; на Фиг.4 - конструкция вкладыша; на Фиг.5 - готовоенеразъемное соединение.15В пакете 1 из волокнистых композиционных материалов типа углепластиков методом пробивки или сверления выполняют цилиндрическое отверстие. Далее с противоположных. сторон пакета1 размещают крепежный элемент, представляющий собой две втулки 2 с Фланцами и кольцевыми канавками на стенках отверстий, Торцы втулок 2 не име,ют контакта, так как суммарная длинастержней втулок 2 меньше толщины пакета 1. В отверстие, образованное втулками 2, устанавливают цилиндрическийвкладыш 3, имеющий две пары кольцевыхканавок. Вкладьпп располагают такимобразом, чтобы кольцевые канавки втулок 2 размещались между кольцевымиканавками на цилиндрическом вкладыше3, Контролируют выполнение этого условия по расположению торца вкладьппа3 в плоскости торца втулки 2. 35Для получения соединения пакет 1по Фланцам втулок 2 Фиксируют усилиемР прижима,Образование неразьемного соединения осуществляют в виде перехода. На 40первом переходе к вкладышу 3 прикладывают импульсное усилие Р (фиг,1),деформируя его упруго-пластически вцаправлении продольной оси. Первоначальной пластическая деформация происходит по местоположению так называемых "ослабленных" сечений, т.е. покольцевым канавкам вкладьппа, Деформирующее:усилие Р вызывает внедрениематериала вкладыша из зоны меньшего 50диаметра в зону с исходным диаметром,обуславливая вытеснение материала иээтой зоны в радиальном направлении(Фиг.2), т.е, в направлении кольцевыхканавок втулок 2, При пластическойдеформации вкладыша 3 происходит упрочнение материала и в большей степени в области кольцевых канавок, т.к.здесь" происходят наиболее интенсивные деформации, На втором переходе осадкувкладыша 3 производят до момента обеспечения требуемого размера внутреннегодиаметра Э втулок 2 (оптимальная величина последнего определяется экспериментально),Необходимое сжимающее усилие Р, назаполнение кольцевых канавок втулок2 определяется по Формулеф с 1, +0,82 В /к(с 1, + 0,82 В) 2 + (0,59+ 0,13 - )х (й, -- 0,59 В)где Э - диаметр кольцевых канавоквтулок 2;й, - диаметр кольцевых канавокстержня 3.Диаметр Й кольцевых канавок стержня3 определяют исходя из условия Р Ргде Р - усилие, необходимое для раз- .дачи стержня 3 со втулками 2 на втором этапе.Деформация вкладыша 3 обеспечиваетраздачу втулок 2 в радиальном направлении и давление Р на стенках отверстия пакета 1 (Фиг.5). В результате,имеет место поле упругих напряженийпо периметру силовой точки,Расчет геометрических размеровкольцевых канавок на втулках 2 можетбыть осуществлен следующим образом.Определяют величину силы трения,необходимую на удержание вкладьппа 3во втулке 2,Рт енк = и ПТ р Ргде Пь - диаметр стержня 3, после егосовместной радиальной Формации со стенками втулок 2;Т. - длина вкладыша 3 после егоосевой пластической деформации;Р - радиальное давление на стенках втулок 2 после окончанияпроцесса осевого пластического сжатия вкладыша 2;- коэфФициент трения междувкладышем 3 и втулками 2.Дополнительное усилие Рсре , Фиксирующее вкладьпп 3 относительно втулок 2, определяется величиной усилияна срез материала вкладыша 3 по местувыполнения кольцевых канавок.Тогда общее усилие, потребное наразрушение соединения, имеет видРраэр = Ртреник + Рсреьр 1 Рчреиактгде Ь - коэффициент, показывающий восколько раз возрастает усилие, 1569074.необходимое на разрушение силовой точки, к аналогичному усилию для силовой точки, выполненной по известной технологии. Рассчитывают геометрические параьетры канавок на втулках 2: 2 Р ь зл - = Р и, где Р - поверхность среза материала вкладыша 3 по месту кольцевых канавок втулок 2; л с с - прочность материала вкладыша3 на сдвиг. Площадь Р = и ВВ (фиг.4), 0.Рт Ь2 В Ъ если задана величина В, В2 пк с,весли задана величина Р, причем Р,акс = д + 0,58, где Й - диаметр цилиндрического вкладьппа; 8 - толщина стенок втулок,Отсюда следует, что. глубина кольцевых канавок ее не превышает 0,258Кольцевые канавки на внутренних поверхностях втулок размещены на расстоянии, равном половине их длины, что выбрано из соображения равномерности деформации по длине вкладыша.Расстояние между двумя ближайшими кольцевыми канавками С выбрано конструктивно и равно; С = (0,85-0,95)В, где В - ширина кольцевых канавок втулок. Ширина кольцевых канавок вкладыша К = (0,05-0,08)Ь, где Ь - длина вкладыша, выбрана конструктивно и подтверждена экспериментами, проведенными на материале Д 16.Условием для обеспечения рав 1 омерного заполнения канавок является равенство перемещаемого материала вкладьппа в канавку втулки:к ".(р з Р) ВС 12 ( 211) 21 отсюда получают соотношение между шириной К и глубиной Ь канавок где й - диаметр вкладыша; Р- диаметр кольцевых канавок вовтулках; В " ширина кольцевых канавок вовтулках.П р и м е р. Рассчитывают геометри. ческие параметры крепежного элемента.= 0)мм,Ь = 0,5 (й -Детали пакета были изготовлены из30 углепластика КМУл.Втулки.и вкладыши были изготовлены из алюминиевых сплавов Д 16 Т и Д 16 М.Вкладьпп имел начальную длину 23 мми на нем были выполнены четыре кольцевые канавки глубиной и шириной 1 мм нинтервалах (6-7); (8-9); (16,5-17,5);(18,5-19,5) мм. Втулки имели высоту13,5 и 9 мм и кольцевые канавки винтервалах (7-8) и (4,5-5,5) мм от40 торцов фланцев каждой втулки соответственно,Первый переход осуществляли нагружением вкладыша импульсной энергией(11,6 кДж). Второй переход осуще 45 ствлялся нагружением вкладыша импульсной энергией (И = 2,0 кДж).Багружение пуансона осуществлялосьс помощью магнитоимпульсной установкиМИУ. Масса уадрника 450 г,50 Резльтать испытании готовых соединений показали, что. усилие на вы-.прессовку вкладьна крепежного элемента из соединения составляет 180-2007от усилия соединения выполненногопо известному способу,Формула и з о б р е т е н и я1. Способ образования неразьемного соединения преимущественно на пакеОпределяют величину силы трения,удерживающую стержень во втулкерпфЬ. р. РВ = (й + 2 и) = 10,004 мкм, приэтом И = 2 мкм (перемещение стенкивтулки измерялось на микроскопеУИМ1); Ь = 21 мм; ц = 0,2 - коэффициент трения алюминий-алюминий,Усилие деформирования определялосьэкспериментально Рп = 9000 Н, Р15 МПа, Рт " 1980 НКоэффициент, показывающий во сколько раз возрастает усилие, необходимоена разрушение силовой точки, принимают и = 2, Глубина кольцевых выемокна втулках 0,25 Япри Я = 2,0 мм, тогда 1)к = с 1 + 058 = 110 ммШирина кольцевых выемок20 Рто иВ-- = 1,2 мм,21 ксдьгде ,4 ь = 150 МПа (для Д 16 АМ).Расстояние между ближайшими проточками С = 1,02 мм. Ширина кольце 25 вых проточек К 1,15 мм.Глубина кольцевых проточектах из волокнистого композиционного материала, заключающийся в образовании отверстия в деталях пакета, установке в него с противоположных сторон двух втулок с фланцами, размещении в отверстиях втулок вкладыша и его закреплении относительно втулок путем осевого сжатия, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения надежности работы соединения н услониях10 длительной эксплуатации, используют втулки с кольцевыми канавками на внутренних поверхностях отверстий.,и вкладьпп с двумя порами кольцевых канавок на боковой поверхности, при15 этом вкладьпп в отверстиях втулок размещают таким образом чтобы кольцевая канавка каждой из втулок ограничивалась парой кольцевых канавок вкладыша, закрепление вкладыша относительЯ но втулок осуществляют в два перехода: вначале путем осевого пластического сжатия вкладыша с локальным затеканием материала вкладыша в кольце вые канавки втулок, а затем осуществляют совместное деформирование вкла-, дыша и втулок путем сжатий вкладыша с однонременной раздачей втулокв радиальном направлении,2. Крепежный элемент для образования неразьемного соединения, содержащий две втулки с фланцами и вкладыш,о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтокольцевые канавки на.внутренних поверхностях втулок выполнены от торцафланца на расстоянии, равном половине их длины, глубина канавок составляет 0,25 Я, где толщина Я стенок втулок,а кольцевые канавки на вкладыше выполняют шириной К и глубиной Ь, связанных между собой соотношением:р 2 Д 2Ь=О,Ьй-а " в,где д - диаметр вкладыша;0- диаметр кольцевых канавок навтулках;В - ширина кольцевых канавок навтулках,расстояние между канавками в каждойпаре. составляет С = Я,85-0,95), арасстояние от торца вкладыша до болееудаленного края ближней канавки составляет половину длины соответстнующей втулки.11569074 Составитель А,Буро Редактор Л,Зайцев ректор М.Максимишинец ехред Л.Сердюк 3 Подписи Ти Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина,ЗаказВНИИПИ осударственного комитета и 113035, Москва, Жизобретениям и открытиям при ГКНТ ССС5, Раушская наб., д, 4/5