ЗАКЛЕПКА ДЛЯ ОДНОСТОРОННЕЙ КЛЕПКИ
RIVET FOR ONE-SIDE RIVETING

Область техники.
Изобретение относится к деталям машин для закрепления и соединения конструктивных элементов с помощью заклепок, в частности к заклепкам для односторонней клепки, и может быть использовано в самолетостроении и машиностроении, в частности, для соединения тонких пакетов из стали и алюминиевых сплавов для повышения прочностных и массовых характеристик соединений.
Уровень техники
Известен целый ряд конструкций заклепок для односторонней клепки, которые состоят из двух деталей: корпуса и сердечника. Постановка (клепка) в пакет соединяемых деталей производится методом втягивания сердечника в корпус с образованием замыкающей головки и отрыва хвостовика сердечника от его рабочей части по отрывной канавке.
К таким конструкциям относится «Заклепка для односторонней клепки с отрывным сердечником», предназначенная для установки в труднодоступных местах (2). Недостатком заклепки является сложность изготовления сердечника из-за наличия концевой канавки около его головки и корпуса из-за наличия трех кольцевых канавок на его наружной поверхности.
Известна «легкоудаляемая заклепка для односторонней клепки» (3), на головке которой выполнена отогнутая часть, при дальнейшем отгибе которой головка отрывается и заклепка удаляется из отверстия. Недостатком заклепки является сложность изготовления корпуса с отогнутой частью в массовом производстве.
Известна «металлическая заклепка для односторонней клепки». Известен целый ряд конструкций заклепок для односторонней клепки, которые состоят из двух деталей: корпуса и сердечника. Постановка (клепка) в пакет соединяемых деталей производится методом втягивания сердечника в корпус с образованием замыкающей головки и отрыва хвостовика сердечника от его рабочей части по отрывной канавке.
Известна «металлическая заклепка для односторонней клепки» (патент ФРГ №3341408, F16B 19/10, 1986 г.), состоящая из корпуса с полукруглой головкой и сердечника с отрывной канавкой между рабочей частью и технологическим хвостовиком и двумя полукруглыми головками, одна из которых расположена в начале рабочей части, а другая, меньшей высоты, на конце технологического хвостовика. Головка меньшей высоты служит для захвата ее постановочным инструментом, который втягивает другую головку сердечника внутрь корпуса, образуя замыкающую головку заклепочного соединения. Сборка соединения заканчивается отрывом сердечника по отрывной канавке.
Недостатком заклепки является наличие дополнительной головки меньшей высоты, что усложняет конструкцию сердечника и, особенно, технологию его изготовления.
Известна «Заклепка для односторонней клепки» по патенту РФ №2156895, F16B 19/10, 2000 г.
c
c
c
с
c
отр
к
к
к
к
Заклепка содержит пустотелый корпус с головкой и цилиндрической частью и расположенный внутри корпуса сердечник с головкой, рабочей частью, отрывной канавкой и технологическим хвостовиком. Головка сердечника выполнена цилиндрической, переходящей в сферическую, при этом отношение диаметра головки сердечника D к диаметру рабочей части сердечника d равно 1,23÷1,44, отношение диаметра головки сердечника D к высоте головки сердечника Н равно 1,55÷1,70, отношение диаметра рабочей части сердечника d к диаметру отрывной канавки сердечника d равно 1,23÷1,52, отношение диаметра головки корпуса D к высоте головки корпуса Н равно 5,0÷5,3, отношение диаметра головки корпуса D к диаметру цилиндрической части корпуса d равно 1,76÷1,8.
К недостаткам данной конструкции заклепки с сердечником следует отнести отсутствие натяга в отверстии соединяемых пакетов, что уменьшает усталостную прочность и долговечность склепываемых конструкций при вибрационных нагрузках, а наличие зазоров между сердечником и корпусом заклепки уменьшает коррозионную стойкость соединяемых пакетов и приводит, в конечном счете, к разрушению соединяемых пакетов и снижению эксплуатационного ресурса конструкций.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Заклепка для односторонней клепки».
2
2
Известная заклепка для односторонней клепки с потайной головкой с углом 120° содержит корпус и сердечник. При этом заклепка выполнена с параметрами: отношением диаметра головки корпуса к диаметру корпуса, равным 1,86-1,91, отношением диаметра головки корпуса к высоте головки, равным 5,58-6,2, отношением диаметра корпуса к диаметру стержня, равным 1,3-1,4, и отношением диаметра стержня к диаметру отверстия в корпусе, равным 1,09-1,12, отношением диаметра головки стержня к диаметру рабочей части стержня, равным 1,317-1,44, отношением диаметра головки стержня к высоте головки стержня, равным 1,645-1,76, отношением диаметра рабочей части стержня к диаметру отверстия в корпусе, равным 1,097-1,12. Корпус заклепки выполнен из стали 12Х18Н9Т с прочностью 55-70 кг/мм, а сердечник - из стали 13Х11Н2В2МФ-Ш с прочностью 110-125 кг/мм (см. стандарт СССР ОСТ 1 10642-72, 1972 г.).
К недостаткам известной заклепки необходимо отнести отсутствие натяга в отверстии соединяемых пакетов, большие массы заклепочного шва из-за отсутствия заклепок диаметра, меньшего 3,5 мм, и невозможности осуществления клепки тонких пакетов материалов менее 1,6 мм.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является разработка такой конструкции заклепки для односторонней клепки, которая обеспечивала бы клепку тонких пакетов от 0,8 мм заклепками с диаметром менее 3,5 мм.
Кроме того, конструкция заклепки должна обеспечивать высокое качество заклепочного соединения, высокие прочностные усталостные характеристики.
Поставленная задача достигается тем, что в заклепке для односторонней клепки, содержащей корпус со сквозным отверстием, выполненный с головкой, цилиндрической частью и камерой на конце, и расположенный внутри корпуса сердечник с головкой, рабочей частью, отрывной канавкой и технологическим хвостовиком, сердечник выполнен с относительно увеличенным диаметром рабочей части, при этом отношение диаметра рабочей части сердечника к диаметру отверстия в корпусе выполнено равным 1,2-1,135, а отношение прочностей материала сердечника и материала корпуса выполнено равным 2,3-3,0.
Более того, головка корпуса, выполненная потайной, имеет уменьшенную высоту и уменьшенный диаметр, при этом отношение диаметра головки корпуса к ее высоте выполнено равным 6,2-8,1, а отношение диаметра головки корпуса к диаметру ее цилиндрической части выполнено равным 1,54-1,62.
Предлагаемая конструкция заклепки для односторонней клепки решает задачу повышения качества образования заклепочного соединения и повышает долговечность и надежность склепываемых конструкций.
Перечень фигур на чертежах
Изобретение поясняется чертежами, на которых:
Фиг.1 показывает заклепку для односторонней клепки, выполненную в соответствии с изобретением с разрезом по оси корпуса;
Фиг.2 показывает заклепку в процессе ее установки в отверстие соединяемых деталей (до образования заклепочного соединения);
Фиг.3 показывает заклепочное соединение в момент отрыва технологического хвостовика заклепки.
Осуществление изобретения
o
c
к
к
к
Заклепка состоит (см. Фиг.1) из пустотелого корпуса 1 и сердечника 14. Корпус 1 выполнен с отверстием 2 с диаметром d и камерой 3 на конце заклепки с диаметром d, цилиндрической частью 4 с диаметром d, головкой 5 с диаметром D и высотой Н.
c
отр
c
c
Сердечник 14 выполнен с рабочей частью 7 с диаметром d, отрывной канавкой 8 с диаметром d, технологическим хвостовиком 9, головкой 6 с диаметром D, высотой Н, цилиндрической частью 10 и сферической частью 11.
c
c
c
с
c
отр
Головка сердечника выполнена цилиндрической с заходной частью в виде сферы, при этом отношение диаметра головки сердечника D к диаметру рабочей части сердечника d равно 1,27÷1,3, отношение диаметра головки сердечника D к высоте головки сердечника Н равно 1,61÷1,63, отношение диаметра рабочей части сердечника d к диаметру отрывной канавки сердечника d равно 1,44÷1,50.
Сердечник 14 выполнен с относительно увеличенным диаметром рабочей части 7, при этом отношение диаметра рабочей части сердечника к диаметру отверстия в корпусе выполнено равным 1,2-1,135
Отношение диаметра рабочей части сердечника к диаметру цилиндрического отверстия в корпусе заклепки выполнено равным 1,12÷1,135, что позволяет осуществить радиальный натяг ~11÷12%. Превышение этого натяга может привести к преждевременному отрыву технологического хвостовика и нарушению образования качественной замыкающей головки заклепки. Для образования качественной замыкающей головки необходимо, чтобы прочность материала сердечника превышала прочность материала корпуса заклепки в 2,3÷3 раза. В этом случае не требуется нанесение смазочного покрытия, т.к. прочность сердечника позволяет преодолеть повышенное трение, возникающее при постановке сердечника в корпус с натягом. При этом корпус заклепки раздается в диаметре, что позволяет ликвидировать зазоры между корпусом и соединяемым пакетом, создавая натяг не более 1,2%. Это увеличивает усталостную прочность соединения и повышает его долговечность.
Увеличение прочности материала сердечника более чем в три раза может привести к протаскиванию сердечника через корпус заклепки, а уменьшение отношения прочности сердечника к прочности корпуса более чем в 2,3 раза может привести к недопостановке сердечника в корпус заклепки с сердечником.
c
c
c
Диаметр головки сердечника D, его высота Н, диаметр его рабочей части d выбраны таким образом, чтобы обеспечить качественное образование соединения без антифрикционных смазок, а также оптимальный радиальный натяг и высокую прочность заделки сердечника в корпусе заклепки.
Для повышения качества заклепочного соединения сердечник может быть выполнен из нержавеющей стали мартенситного класса повышенной прочности, достигнутой за счет отпуска при температуре 250°С, в то время как корпус заклепки выполнен из нержавеющей стали аустенитного класса.
Заклепка может быть выполнена как с выпуклой, так и потайной головками.
к
к
к
к
Головка 5 корпуса 1 заклепки, выполненная потайной, имеет уменьшенную высоту и уменьшенный диаметр, при этом отношение диаметра головки корпуса D к ее высоте Н выполнено равным 6,2-8,1, а отношение диаметра головки корпуса D к диаметру ее цилиндрической части d выполнено равным 1,54-1,62.
к
к
к
к
к
Диаметр головки корпуса D назначается из условия прочности опорной поверхности головки на смятие под действием нагрузки образования соединения. При отношении D к высоте головки Н менее 6,2 увеличиваются габариты и вес головки. При отношении D к Н более 8,1 уменьшается прочность головки вплоть до ее отрыва в процессе клепки.
к
к
к
к
к
к
к
к
Кроме того, диаметр головки корпуса D назначается из условия обеспечения прочности материала на смятие под действием нагрузки образования соединения и не может быть менее определяемого отношения D/d=1,54-1,62. Высота головки корпуса Н является величиной, функционально зависимой от выбранного диаметра D и угла конусной опорной поверхности головки, но не может быть менее определяемого отношения D/d=8,1, т.к. уменьшение Н приводит к отрыву головки в процессе образования соединения.
o
к
o
к
o
o
к
o
Отношение внутреннего диаметра корпуса d к наружному диаметру корпуса d равно d/d=0,65÷0,66. Внутренний диаметр корпуса d назначается для создания натяга 0,8 (1,2) в отверстии пакета соединяемых деталей, а также удержания сердечника после образования соединения при минимально возможном усилии перемещения сердечника в корпусе в процессе образования соединения. Это достигается, если соотношение d/d лежит в пределах d/dк=0,65÷0,66.
к
п
к
п
п
Для образования соединения заклепки очищают от заводской смазки. В пакете соединяемых деталей сверлят отверстия. При этом выполняют отношение диаметра корпуса d к диаметру отверстия d в пакете соединяемых деталей равным d/d=0,946÷0,962. Диаметр отверстия d в пакете соединяемых деталей назначается для обеспечения условий создания натяга 0,8…1,2% в материале соединяемых деталей (посадка с натягом), который возникает при втягивании сердечника внутрь корпуса заклепки.
Заклепки устанавливают в пакет соединяемых деталей 12 (см. Фиг.2, 3). С помощью специального постановочного инструмента, который захватывает своими кулачками технологический хвостовик 9, рабочая часть сердечника 7 втягивается в отверстие 2 с натягом, а головка 6 сердечника втягивается внутрь цилиндрической камеры, образуя замыкающую головку 13. После достижения определенной нагрузки хвостовик 9 с остатком рабочей части отрывается по отрывной канавке 8 и сборка соединения заканчивается.
Для дополнительного увеличения прочности заделки сердечника в корпусе заклепки можно использовать клеевую композицию, которая наносится на головку и рабочую часть сердечника перед ее постановкой в пакет соединяемых деталей.
В качестве клеевой композиции целесообразно использовать клей ВК-9 (ПИ 1.2А 526-97).
Использование предлагаемой конструкции заклепки с сердечником позволяет повысить качество и прочность заклепочного соединения, увеличить его усталостную прочность и долговечность. Кроме того, снижается масса соединения.
Наиболее успешно предлагаемая заклепка может быть использована в авиастроении при сборке летательных аппаратов и в машиностроении в местах, где подход к соединяемым деталям возможен только с одной стороны.