ЗАКЛЕПКА

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в других отраслях народного хозяйства для получения неразъемных соединений.
Для производства клепальных работ разработаны и применяются специальные типы заклепок из металлических сплавов, замыкающая головка которых может быть образована специальным инструментом или способом, это: заклепки с сердечником, штырьковые, гайкопистоны и взрывные двухкамерные заклепки [Горюнов Ю.Б. Клепальные работы. - М.: Военное издательство МО СССР, 1960. - С.54-67]. Недостатком всех этих заклепок из различных металлических материалов является то, что они сами по своей сути являются несовместимыми с соединяемыми деталями, если последние выполнены из полимерных композиционных материалов, кроме того, такие заклепочные соединения обладают невысокой прочностью.
Известна заклепка [А.с. СССР №1810627, МПК F16B 19/06, опубл. 10.10.92 г.] представляющая собой стержень из композиционного волокнистого материала невысокой жесткости с волокнами, ориентированными вдоль оси заклепки, снабженной оболочкой в виде втулки из родственного соединяемым деталям композиционного материала, волокна которого имеют высокую удельную прочность на срез и ориентированы вдоль оси заклепки. Втулка имеет длину, соответствующую толщине соединяемых деталей, при этом стержень заклепки с одной стороны выполнен с закладной головкой, а с другой стороны без пропитки клеевой композицией пакуется плотно упакованным в полиэтиленовой обечайке внутри втулки, которая укреплена на закладной головке заклепки.
Недостатком такой заклепки является то, что в местах установки таких специальных заклепок возникают внешние и подповерхностные повреждения в виде трещин и сколов, которые возникают в результате разрушения
связующего полимерного композиционного материала (ПКМ) соединяемых деталей при их постановке. Это существенно снижает прочность заклепочного соединения.
Наиболее близкой является заклепка [Патент RU 2261374 МПК 7 F16B 19/06, B21J 15/02, опубл. 2005.09.27,], содержащая стержень из композиционного материала с волокнами, ориентированными вдоль оси заклепки причем она снабжена оболочкой в виде втулки из препрега, родственного соединяемым деталям композиционного волокнистого материала, волокна которого имеют высокую удельную прочность на срез после полимеризации и ориентированы вдоль оси втулки, имеющей длину большую, чем толщина соединяемых деталей (на высоту конусной части головки стержня), для образования закладной головки из оболочки, а также фторопластовой обечайкой, при этом стержень выполнен из материала, волокна которого имеют невысокую жесткость, с конусной головкой на одном конце, стержень установлен во фторопластовой обечайке в плотном контакте с ней, а фторопластовая обечайка установлена в упомянутой втулке, находящейся на конусной головке, при этом внешний диаметр втулки равен диаметру конусной головки стержня.
Основным недостатком этих заклепок является сложность их изготовления и нетехнологичность монтажа, использование втулки из препрега, фторопластовой обечайки, клеевой композиции, наносимой при помощи шприца.
Техническим результатом является высокая технологичность и повышение ресурса надежности получаемого неразъемного заклепочного соединения деталей.
Технический результат достигается в заклепке, содержащей стержень из полимерного композиционного материала, выполненный в виде прутка круглого сечения, предварительно вытянутого при температуре высокоэластичности материала до достижения им диаметра, равного диаметру отверстия соединяемых деталей, и до длины большей, чем толщина соединяемых деталей на четыре диаметра прутка для образования закладной и замыкающей головок, и охлажденного под нагрузкой.
Предварительная вытяжка прутка вдоль одного направления способствует тому, что макромолекулы полимерной составляющей материала преимущественно ориентируются в этом направлении, уменьшается конформационный набор. Формируется структура, в которой цепи выпрямлены и уложены почти параллельно друг другу. Расстояние между цепями уменьшается, межмолекулярные связи суммируются по длине макромолекул, энергия межмолекулярного взаимодействия резко возрастает и становится соизмеримой с энергией химической связи. Т. е. чем больше межцепное взаимодействие, тем выше прочность. Известно, что для ориентированных полимеров при их растяжении вдоль направления ориентации характерны более высокие значения прочности и модуля упругости, а также более низкая деформируемость по сравнению с изотропными материалами. Важно отметить, что при этом снижается относительное удлинение в сравнении с неориентированными полимерами, а стержень, изготовленный из такого прутка будет иметь еще более высокую прочность при пониженных температурах, т.к. расширяется температурный интервал вынужденной эластичности и снижается температура хрупкости одноосноориентированного полимера. Более плотная упаковка одноосноориентированных макромолекул в сечении стержня, безусловно, приведет к повышению прочности на срез.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена заклепка до расклепывания закладной и замыкающей головок, а на фиг.2 - момент расклепывания с помощи оправки.
Заклепка содержит стержень 1 из полимерного композиционного материала, выполненный, например, в виде прутка круглого сечения. Диаметр стержня равен диаметру отверстий соединяемых деталей 2 и 3. Длина его на четыре диаметра стержня больше, чем толщина соединяемых деталей для расклепывания закладной и замыкающей головок.
Пруток круглого сечения из полимерного композиционного материала предварительно вытягивают вдоль его оси при температуре высокоэластичности материала до достижения им диаметра, равного
диаметру отверстия соединяемых деталей, затем пруток охлаждают до температуры окружающей среды. Вытяжка прутка приводит к одноосной ориентации макромолекул полимерной составляющей композиции вдоль оси прутка, что влечет за собой, во-первых, увеличение прочности вдоль оси прутка, во-вторых, рост плотности упаковки макромолекул в сечении прутка, а это повышает прочность заклепочного соединения при работе на срез. Ориентацию макромолекул фиксируют, охлаждая пруток до температуры окружающей среды. Затем нарезают из прутка стержни заклепок длиной больше, чем толщина соединяемых деталей на четыре диаметра. Стержень вводят в соосные отверстия деталей 2 и 3 так, чтобы с обоих концов он выступал на два диаметра стержня, прогревают до температуры декристаллизации материала и расклепывают выступающие концы стержня с помощью оправки 5 для формирования закладной и замыкающей головок.
Эффективность от применения полезной модели достигается за счет за счет высокой технологичности получаемого неразъемного заклепочного соединения деталей, кроме того, использование полезной модели позволит повысить надежность заклепочного соединения и ресурс работы, а применение заклепок из пластических материалов обеспечить высокую прочность работы соединения на срез, значительно уменьшая при этом усилие при клепке. Особенно это актуально, если заклепки являются совместимыми с соединяемыми деталями и выполнены из полимерных композиционных материалов.