ЗАКЛЕПКА ДЛЯ ПОТАЙНОГО СОЕДИНЕНИЯ КЛИНОВИДНОГО ПАКЕТА

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована при выполнении клепальных работ для получения высоконагруженного потайного соединения клиновидных пакетов из композиционных материалов - углепластиков, органопластиков и стеклопластиков.
Известна заклепка, состоящая из основной головки в потай, стержня с глухим цилиндрическим отверстием в его хвостовой части, образующей замыкающую головку в потай, и закладной головки, выполненной в виде усеченного конуса и примыкающей к другой концевой части стержня своим меньшим основанием. Ось закладной головки является продолжением оси стержня. Размеры отверстия в стержне выбраны из условия полного закрытия полости отверстия в заклепке в процессе осадки без потери устойчивости. (SU №426075, М. кл. F16b 19/06, 1970 г.).
Известная заклепка может быть использована для потайного соединения конструкций из хрупких материалов, образованных параллельно уложенными слоями.
В случае применения данной заклепки для потайного соединения клиновидных пакетов необходимо после помещения заклепки в отверстие с гнездами под закладную и замыкающую головки, выполненное в клиновидном пакете, изогнуть закладную головку относительно стержня путем ее осадки для обеспечения ее плотной посадки в гнезде отверстия. Это вызовет появление в зоне гнезда под закладную головку заклепки больших напряжений и, как следствие, разрушение материала пакета и снижение прочности соединения.
2
В качестве ближайшего аналога к заявляемой конструкции заклепки принята заклепка для потайного соединения клиновидного пакета, включающая выполненные единой деталью стержень с хвостовой частью, образующей замыкающую головку в потай, и закладную головку в потай. Закладная головка выполнена в форме усеченного конуса и примыкает к одному из концов стержня своим меньшим основанием. Закладная головка изогнута относительно стержня таким образом, что ось закладной головки расположена к оси стержня под углом, равным углу клина клиновидного пакета. При этом ось стержня заклепки совпадает с осью гнезда под замыкающую головку и перпендикулярна поверхности клиновидного пакета. Замыкающая головка сформирована за счет деформирования хвостовой части стержня с обеспечением изгиба и осаживания выступающей из клиновидного пакета части стержня (SU №584960, М. кл., 1976 г.) - прототип.
При использовании данной заклепки для соединения клиновидного пакета также возможно получение недостаточно прочного соединения, вызванное появлением больших напряжений в зоне гнезда под замыкающую головку, которая сформирована за счет деформации выступающего из пакета хвостового участка стержня.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи по разработке конструкции заклепки, которая может быть использована для потайного соединения клиновидного пакета из композиционного материала, имеющего возможность долговременной работы в условиях высоких нагрузок.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели заключается в повышении качества (как следствие отсутствия дефектов при выполнении соединения), надежности и долговечности заклепочного соединения, в том числе при работе в условиях высоких нагрузок.
При использовании предлагаемой заклепки повышаются прочностные характеристики заклепочного соединения за счет уменьшения влияния концентрации напряжений в деталях пакета.
Для достижения указанного технического результата заявляется заклепка для потайного соединения клиновидного пакета, включающая выполненные единой деталью стержень с хвостовой частью, образующей замыкающую головку в потай, и закладную головку в потай, имеющую форму усеченного конуса, примыкающую к одному из концов стержня своим меньшим основанием и изогнутую относительно стержня таким образом, что ось закладной головки расположена по отношению к оси стержня под углом, равным углу клина клиновидного пакета, а ось стержня заклепки перпендикулярна оси клиновидного пакета, отличающаяся тем, что заклепка дополнительно содержит съемный установочный вкладыш, выполненный в форме усеченного конуса, в установочном вкладыше имеется выемка с окружной стенкой, выполненной симметрично относительно его оси и открытая наружу со стороны большего основания усеченного конуса установочного вкладыша, переходящая в сквозное осевое отверстие цилиндрической формы, открытое со стороны меньшего основания установочного вкладыша и со стороны дна выемки, диаметр осевого отверстия установочного вкладыша превышает диаметр стержня на величину, достаточную для образования между стержнем и цилиндрической стенкой сквозного осевого отверстия зазора для прохода стержня и его плотной посадки в этом отверстии, при этом стержень имеет длину, достаточную для образования его хвостовой частью замыкающей головки в потаи.
Заклепка может быть выполнена из титана или нержавеющей стали. Поверхность окружной стенки выемки установочного вкладыша может быть выполнена вогнутой по горообразной поверхности.
Благодаря использованию в конструкции заклепки установочного вкладыша, участвующего в формировании замыкающей головки заклепки, обеспечивается равномерное перераспределение контактных напряжений от деформируемой хвостовой части стержня по всей конической поверхности гнезда под замыкающую головку, выполненную в клиновидном пакете из композиционного материала. Результатом такого перераспределения является получение соединения клиновидного пакета, способного работать при высоких нагрузках с высокой степенью надежности, прочности и долговечности, т.е. значительно повышается ресурс заклепочного соединения. Кроме того, при формировании замыкающей головки заклепки при осадке хвостовой части стержня происходит заполнение объема не всего гнезда, а объема выемки вкладыша, который меньше объема гнезда. Следовательно, деформировать материал хвостовой части стержня нужно меньше и поэтому вероятность разрушения материала клиновидного пакета будет значительно меньше.
Выполнение заклепки из титана или нержавеющей стали, имеющих высокие прочностные свойствами и стойкость к коррозии, особенно необходимо при использовании заклепки для соединения клиновидного пакета на основе углепластика. Эти материалы успешно заменят широко используемый при изготовлении заклепок алюминий, который не может быть использован в углепластике, органопластике и стеклопластике в силу коррозийной опасности (подверженности электролитической коррозии в конструкциях из углепластика, органопластика и стеклопластика).
На фиг.1 изображена заклепка, соединяющая в потай клиновидный пакет из композиционного материала.
На фиг.2 изображен стержень заклепки с закладной головкой.
На фиг.3 изображен установочный вкладыш.
Предлагаемая заклепка включает стержень 1 с закладной головкой 2 и установочный вкладыш 3. Стержень 1 выполнен единой деталью с закладной головкой 2. Закладная головка 2 имеет форму усеченного конуса, который примыкает к одному из концов стержня 1 своим меньшим основанием 4. Закладная головка 2 изогнута по отношению к стержню 1 таким образом, что ось 5 закладной головки 2 расположена по отношению к оси 6 стержня 1 под углом β, равным углу α клина клиновидного пакета и составляющим от 1 до 7 градусов. Закладную головку формируют на предварительном этапе (т.е. до введения стержня в клиновидный пакет в зоне заклепочного соединения) путем холодной высадки с обеспечением при этом необходимого наклона закладной головки в специальном приспособлении.
Входящий в состав предлагаемой заклепки установочный вкладыш 3 участвует в формировании замыкающей головки 7 из хвостовой части 11 стержня 1. Установочный вкладыш 3 имеет форму усеченного конуса. Внутри установочного вкладыша 3 выполнена выемка (карман) 8 с окружной стенкой, выполненная симметрично относительно оси 9 установочного вкладыша 3. Выемка 8 открыта наружу со стороны большего основания 9 усеченного конуса установочного вкладыша 3 и служит для приема материала хвостовой части 11 стержня 1 при его осадке во время скрепления клиновидного пакета. Таким образом, выемка 8 является зоной заполнения материалом хвостовой части 11 стержня 1 при формировании замыкающей головки 7. Объем, образованный выемкой 8, меньше объема гнезда, выполненного в клиновидном пакете под замыкающую головку 7 и, соответственно, под установочный вкладыш 3.
Поверхность окружной стенки 12 выемки 8 преимущественно является вогнутой по горообразной поверхности, что, однако, не накладывает ограничения на другие возможные варианты конфигурации поверхности окружной стенки 12. Горообразная форма поверхности окружной стенки 12 обеспечивает наилучшее прилегание деформируемой хвостовой части 11 стержня 1 заклепки к стенкам выемки 8, благодаря чему не возникают местные напряжения, и происходит максимальное заполнение этой выемки 8 материалом хвостовой части 11 стержня 1. В установочном вкладыше 3 выемка 8 с окружной стенкой 12 переходит в сквозное осевое отверстие 13 цилиндрической формы, открытое со стороны меньшего основания 14 усановочного вкладыша 3 и со стороны дна 15 выемки 8. Диаметр сквозного осевого отверстия 13 установочного вкладыша 3 превышает диаметр стержня 1 на величину, достаточную для образования между стержнем 1 и цилиндрической стенкой сквозного осевого отверстия 13 зазора 16 для прохода стержня 1 и его плотной посадки в этом отверстии 13. Стержень 1 имеет длину, достаточную для образования его хвостовой частью 11 замыкающей головки 7.
Потайную клепку клиновидного пакета из композиционного материала с использованием предлагаемой заклепки осуществляют следующим образом.
Перед выполнением заклепочного соединения осуществляют контроль качества изготовления деталей композиционных материалов и контроль предварительной сборки узлов. В клиновидном пакете 17, сформированном из обшивок 18 и 19 и клиновидной вставки 20, выполненных из полимерных композиционных материалов, сверлом выполняют отверстие 21 под заклепку с таким расчетом, чтобы ось 22 отверстия 21 была перпендикулярна биссектрисе угла α клина клиновидного пакета 17. Конической зенковкой в клиновидном пакете 17 выполняют имеющие одинаковые параметры гнезда 23 и 24 под закладную головку 2 и замыкающую головку 7 соответственно. Выполнение гнезд под потайные головки осуществляют перпендикулярно соответствующим поверхностям клиновидного пакета 17. Проводят контроль качества выполненных отверстий и гнезд.
Заклепку устанавливают в отверстие со стороны гнезда 23, размещая в этом гнезде закладную головку 2. Снаружи к закладной головке 2 подводят нижнюю обжимку пресса до контакта ее с большим основанием усеченного конуса закладной головки 2, которая ограничивает возможность выхода стержня 1 с закладной головкой 2 из отверстия 21 при формировании замыкающей головки. Свободная хвостовая часть 11 стержня 1 при этом выступает за пределы обшивки клиновидного пакета 17. Изначально длину стержня 1 выбирают таким образом, чтобы при формировании заклепочного соединения хвостовая часть 11 стержня 1 выступала за пределы обшивки клиновидного пакета 17 на величину, достаточную для завершения формирования надежно установленной замыкающей головки 7. На выступающую за пределы обшивки клиновидного пакета хвостовую часть 11 стержня 1 нанизывают установочный вкладыш 3, обратив меньшее основание усеченного конуса установочного вкладыша 3 в сторону закладной головки 2. При этом установочный вкладыш 3 плотно садится (благодаря правильно подобранным его параметрам) в гнезде 24, а стержень 1 проходит через сквозное осевое отверстие 13 в установочном вкладыше 3 и выходит наружу со стороны выемки (кармана) 8. При помощи раскатной головки (если процесс - раскатка) или второй обжимки пресса (если процесс - прессовая клепка) прикладывают нагрузку на хвостовую часть 11 стержня 1 вдоль его оси. В результате хвостовая часть 11 стержня 1 заполняет выемку 8, выполненную в установочном вкладыше 3, и образует замыкающую головку 7.
Предлагаемая конструкция заклепки может быть использована для потайного соединения клиновидного пакета из композиционного материала, имеющего возможность долговременной работы в условиях высоких нагрузок.