SU1528598A1 - Method of countersunk rivetting and device for effecting same - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к клепально - сборочным работам, в частности к способам клепки тонколистовых пакетов преимущественно из волокнистых композиционных материалов. Цель - повышение качества соединени  за счет обеспечени  неравномерной деформации стенок отверсти  по толщине элемента, в котором размещена закладна  головка. Элемент 1 пакета из волокнистого композиционного материала размещен на матрице 2 и зафиксирован прижимом 3. В элементе 1 образовано коническое отверстие, в которое плотно устанавливают коническую втулку (КВ) 4. В отверстие КВ 4 устанавливают фигурное стальное кольцо (ФК) 5. В осевом отверстии ФК 5 по посадке движени  размещают стержень заклепки 6. На закладной головке заклепки 6 размещают пуансон 7. ФК 5 имеет конический и цилиндрический участки равной высоты. При воздействии импульсной силы PΤ на пуансон 7 заклепка 6 и ФК 5 перемещаютс  в направлении матрицы 2. В результате движени  ФК 5 КВ 4 раздаетс  и становитс  цилиндрической. Головка заклепки 6 заходит в отверстие КВ 4 и удерживаетс  там за счет возникшего нат га. 2 с.1 з.п. ф-лы, 5 ил.The invention relates to riveting and assembly work, in particular, to methods of riveting thin-sheet packages mainly from fibrous composite materials. The goal is to improve the quality of the joint by providing an uneven deformation of the walls of the hole throughout the thickness of the element in which the insert is placed. Element 1 of a package of fibrous composite material is placed on the matrix 2 and fixed by a clamp 3. In element 1 a conical opening is formed into which the conical sleeve (CV) 4 is tightly fitted. A figured steel ring (FC) is installed into the opening of KB 4. 5. In the axial hole FC 5 on the landing movement place the core of the rivet 6. On the inset head of the rivet 6 place the punch 7. FC 5 has conical and cylindrical sections of equal height. When pulsed force PΤ is applied to the punch 7, the rivet 6 and the FC 5 move in the direction of the matrix 2. As a result of the movement of the FC 5, the CV 4 is distributed and becomes cylindrical. The head of the rivet 6 enters the KV 4 hole and is held there by the resulting tension. 2 p.1 hp f-ly, 5 ill.

Description

(21)4329301/31-27(21) 4329301 / 31-27

(22)19.11.87(22) 11/19/87

(46) 15.12.89. Бюл. № 46(46) 12/15/89. Bul No. 46

(71)Куйбьпиевский авиационный институт им. акад. С.П.Королева(71) Kuybiyev Aviation Institute. Acad. S.P.Koroleva

(72)С.И.Козий, Е.В.Гончарова, Ю.А.Вашуков, Т.Б.Козий и А.В.Власов(72) S.I. Koziy, E.V.Goncharova, Yu.A.Vashukov, T.B.Koziy and A.V.Vlasov

(53)621.884(088.8)(53) 621.884 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1355346, кл. В 21 J 15/02, 23.04.86.(56) USSR Author's Certificate No. 1355346, cl. B 21 J 15/02, 04/23/86.

(54)СПОСОБ ПОТАЙНОЙ Ю1ЕПКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(54) METHOD OF SURFACE TREATMENT AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

(57)Изобретение относитс  к клепаль- но-сборочным работам, в частности,(57) The invention relates to riveting and assembly work, in particular

к способам клепки тонколистовых пакетов , преимущественно из волокнистых композиционных материалов. Цель - повышение качества соединени  за счет обеспечени  неравномерной деформации стенок отверсти  по толщине элемента, в котором размещена закладна  головка.to the methods of riveting thin-sheet packages, mainly from fibrous composite materials. The goal is to improve the quality of the joint by providing an uneven deformation of the walls of the hole throughout the thickness of the element in which the insert is placed.

Элемент 1 пакета из волокнистого композиционного материала размещен на матрице 2 и зафиксирован прижимом 3, В элементе 1 образовано коническое отверстие, в которое плотно устанавливают коническую втулку (KB) 4, Б отверстие КБ 4 устанавливают фигурное стальное кольцо (ФК) 5. В осевом отверстии ФК 5 по посадке движени  размещают стержень заклепки 6. На закладной головке заклепки 6 размещают пуансон 7. ФК 5 имеет конический и цилиндрический участки равной высоты . При воздействии импульсной силы Р на пуансон 7 заклепка 6. и ФК 5 перемещаютс  в направлении матрицы 2. В результате движени  ФК 5 KB 4 раздаетс  и становитс  цилиндрической . Головка заклепки 6 заходит в отверстие KB 4 и удерживаетс  там за счет возникшего нат га. 2 с. и 1 3.п. ф-лы, 5 ил.Element 1 of a package of fibrous composite material is placed on the matrix 2 and fixed by a clamp 3, In element 1 a conical opening is formed into which the conical bushing (KB) 4 is tightly fitted, the opening of the CB 4 is installed in the figure-4 steel ring 5. In the axial opening FC 5 on the landing movement place the core of the rivet 6. On the inset head of the rivet 6 place the punch 7. FC 5 has conical and cylindrical sections of equal height. When a pulsed force P acts on the punch 7, the rivet 6. and the FC 5 move in the direction of the matrix 2. As a result of the movement of the FC 5 KB 4, it is distributed and becomes cylindrical. The head of the rivet 6 enters the hole KB 4 and is held there by the resultant tension. 2 sec. and 1 3.p. f-ly, 5 ill.

с &with &

(Л(L

тижtizh

ел tcate tc

0000

елate

0000

uil uil

Изобретение относитс  к клепально сборочным работам авиационной промышленности , в частности к способам клеш; тонколистовых пакетов преиму- щесгвенно из волокнистых композиционных материалов.The invention relates to riveting assembly work of the aviation industry, in particular to flare methods; thin-sheet packages mainly from fibrous composite materials.

Целью изобретени   вл етс  повышение качества соединени  за счет обеспечени  неравномерной деформации стенок отверсти  по толщине элемента и котором размещена закладна  головка.The aim of the invention is to improve the quality of the connection due to the provision of uneven deformation of the walls of the hole through the thickness of the element and which is placed the mortgage head.

Указанна  цель обеспечиваетс  тем что в поверхностном слое наружного элемента пакета отсутствуют раст гивающие напр жени , что повьшает стойкость соединени  к возникновению поверхностных дефектов типа трещин.This goal is ensured by the fact that there are no tensile stresses in the surface layer of the outer element of the package, which increases the resistance of the joint to the appearance of surface defects such as cracks.

На фиг. 1 показано исходное положение оснастки перед деформированием icoiiTiqecKoA втулки, на фиг. 2 - стади деформировани  конической втулки; на фнг. 3 - схема действи  сил, возникающих при внедрении стального фигурного кольца во втулкуj на фиг, 4 - пакет в сборе перед образованием замыкающей головкиj на фиг.5 зависимость частота колебаний - число циклов колебаний.FIG. 1 shows the initial position of the tooling before deformation of the icoiiTiqecKoA bushings, FIG. 2 — Stage of the conical sleeve; on fng. 3 is a diagram of the forces that occur when a steel figured ring is inserted into the sleeve j in FIG. 4 is a package assembly before forming the closing head j in FIG.

Элемент 1 пакета из волокнистого композиционного материала, например углепластика размещен на матрице 2 и зафиксирован прижимом 3. В элементе I предварительно выполнено коническое отверстие. В последнее беззазорно (плотно) устанавливают коническую втулку А, например, из алюмиу ниезого сплава. Отверсти  в матрице 2, прижиме 3 и втулке 4 соосны. В отверстие втулки 4 устанавливают фигурное кольцо 5, выполненное из стали в закаленном состо нии. В осевом отверстии фигурного кольца 5 по посадке движени  размещают стержень заклепки 6, На цилиндрической закладной головке заклепки 6 в, отверстии прижима 3 устанавливают цилиндрический пуансон 7. Фигурное кольцо 5 имеет конический и цилиндрический участки равной высоты. Образование потайного соединени  реализуетс  следующим образом.Element 1 of a package of fibrous composite material, such as carbon fiber, is placed on the matrix 2 and fixed by a clamp 3. In element I, a conical opening is preliminarily made. Lastly, a conical sleeve A, for example, made of aluminum of a loose alloy, is installed without a gap (tightly). The holes in the matrix 2, the clamp 3 and the sleeve 4 are coaxial. A figure ring 5, made of steel in a hardened state, is installed in the hole of the sleeve 4. A rivet rod 6 is placed in the axial hole of the figure ring 5 along the landing movement. A cylindrical punch 7 is installed on the cylindrical inset head of the rivet 6, and a clamp hole 3 is installed. The figure 5 ring has conical and cylindrical sections of equal height. The formation of a secret connection is implemented as follows.

При воздействии импульсной силы Р (фиг. 2) на пуансон 7 имеет место перемещение заклепки 6 и фигурного кольца 5 в направлении матрицы 2. Но месту контакта цилиндрического участка кольца 5 со втулкой 4 действует нормальна  сила N, котора  имеет свои проекции - вертикальную Р и горизонтальную Р (фиг. 3). При этом вертикальна  составл юща  Рц силы вызывает внедрение фигурного кольца 5 в коническую втулку 4, а горизонтальна  составл юща  Р - увеличение диаметра втулки 4 до максимальной его величины, определ емой диаметром цилиндрического участка фигурного кольца 5. В результате движени  фигурного кольца 5 относительно неподвижной в осевом направлении втулки 4 имеет место упрочнение материала втулки. Движение пуансона 7 обеспечивает последовательно перемещение фигурного кольца 5 относительно втулки 4 и в конечной стадии - размещение закладной головки заклепки 6 в элементе 1. С целью обеспечени  устойчивости процесса раздачи втулки 4 высота конического и цилиндрического участков равнаWhen a pulsed force P (Fig. 2) is applied to the punch 7, the rivet 6 and the figure ring 5 move in the direction of the matrix 2. But the contact point of the cylindrical section of the ring 5 with the sleeve 4 is acted upon by the normal force N, which has its own projections — vertical P and horizontal P (fig. 3). At the same time, the vertical component of the force Rc causes the introduction of the figure ring 5 into the conical sleeve 4, and the horizontal component P - an increase in the diameter of the sleeve 4 to its maximum value determined by the diameter of the cylindrical section of the figure ring 5. As a result of the movement of the figure ring 5 relative to the stationary the axial direction of the sleeve 4 is the hardening of the material of the sleeve. The movement of the punch 7 sequentially moves the figure ring 5 relative to the sleeve 4 and in the final stage the placement of the embedded rivet 6 head in the element 1. In order to ensure the stability of the distribution process of the sleeve 4, the height of the conical and cylindrical sections is equal to

толщине элемента 1. После сн ти thickness of the element 1. After removal

деформирующего усили  Р/р с пуансона 7 закладна  головка заклепки 6 будет удерживатьс  во втулке 4 за счет нат га . Величина образующего нат га рудет неравномерной, так на поверхности элемента 1 со стороны аэродинамического контура он будет минимальным , а со стороны второго злемен та пакета - максимальным. Величина возможного максимального нат га дл deforming force P / p from the punch 7, the head of the rivet 6 will be held in the sleeve 4 due to tension. The magnitude of the tension generator is irregular, so it will be minimal on the surface of element 1 from the side of the aerodynamic contour, and from the side of the second element of the package - maximum. The magnitude of the possible maximum tension dl

любого из волокнистых композиционных материалов может быть найдена экспериментально .any of the fibrous composite materials can be found experimentally.

Степень деформации втулки в произвольном сечении определ етс  поThe degree of deformation of the sleeve in an arbitrary cross section is determined by

формулеformula

с DK - DCwith DK - DC

.- ,.-,

где D - диаметр цилиндрического от- версти  втулки на конечнойwhere D is the diameter of the cylindrical hole of the sleeve on the final

стадии ее деформировани i и J - исходный диаметр втулки в рассматриваемом i-том сечении .the stages of its deformation i and J are the initial diameter of the sleeve in the considered i-th section.

и результате по толщине верхнего элемента 1 пакета образуетс  неоднородное поле упругих напр жений (или упруго-пластических напр жений дл  традиционных материалов). Далее на выступающую часть стержн  заклепки 6 размещают второй элемент 8 пакета, устанавливают подкладное кольцо 9 (фиг. 4) и производ тAs a result, a non-uniform elastic stress field (or elastic-plastic stresses for traditional materials) is formed over the thickness of the upper element 1 of the stack. Next, a second element 8 of the package is placed on the protruding part of the rivet rod 6, the backing ring 9 is installed (Fig. 4) and

образование замыкающей головки заклепки по известной технологии.the formation of the closing head of the rivet by known technology.

Работа силовой точки, образованной по предлагаемой технологии, в услови х вибрационной нагрузки представл етс  следующим образом.The operation of the force point, formed by the proposed technology, under the conditions of vibration load is as follows.

Вследствие прижати  элементов пакета 1 и 8 в процессе образовани  замыкающей головки заклепки 6 между элементами пакета возникает определенное по величине нормальное давление , которое предопредел ет и силы трени  между названными элементами пакета. Причем направление действи  сил трени  совпадает с направлением от периферии -к оси стержн  заклепки 6, Таким образом, силы трени  снижают уровень действи  раст гивающих окружных напр жений, возникающих в элементе 1 пакета со стороны элемента 8, при запрессовке закладной головки заклепки 6 во втулку 4. Последнее объ сн ет и тот факт, что разрушение силовой точки происходит по свободной поверхности аэродинамического контура элемента 1 пакета.Due to the pressing of the elements of the package 1 and 8 during the formation of the closing head of the rivet 6 between the elements of the package, a certain value of normal pressure occurs, which predetermines also the friction forces between the named elements of the package. Moreover, the direction of action of the friction forces coincides with the direction from the periphery to the axis of the rivet 6 rod. Thus, the friction forces reduce the level of action of tensile circumferential stresses arising in the element 1 of the package from the side of element 8 when pressing the embedded rivet 6 into the sleeve 4 The latter is explained by the fact that the destruction of the power point occurs along the free surface of the aerodynamic contour of the element 1 of the package.

Поскольку исходный уровень напр жений в точке А (фиг, 4) меньше, чем в точке В, то силова  трчка способна передать определенное число колебаний до того момента, когда предельные деформации в точке А элемента 1 пакета вызовут разрушение последнего. Сказанное по сн етс  следующим образом. Работа силовой точки в процессе вибронагружени  описьша- етс  зависимостью вида f if(N),Since the initial level of stresses at point A (FIG. 4) is less than at point B, the force punch is capable of transmitting a certain number of oscillations until the limiting deformations at point A of element 1 of the package cause the destruction of the latter. This is explained as follows. The work of the force point in the process of vibrodiagnostics is described by the dependence of the form f if (N),

где f - уровень резонансной частоты собственных колебаний пакета из волокнистого композиционного материала с силовойwhere f is the level of the resonant frequency of natural oscillations of a package of a fibrous composite material with a power

точкой;point;

N - число циклов колебаний пакет с силовой точкой до разрушени  элемента 1 пакета. Графически эта зависимость отображена на фиг. 5 и состоит из участков пр молинейного и криволинейного. Есл по толщине элемента 1 пакета нет градиента деформаций, т,е, имеет место равномерна  деформаци , то зависимость f i/(N) описываетс  кривой ЕСД, причем на участке ЕС с числом циклов колебаний N силова  работает без образовани  каких-либо дефектов, Б этот период работа в точке контакта втулки А с материалом элмента 1 пакета (точка А) накапливаютс  знакопеременные упругие деформации , которые, достигнув предельных значений вследствие усталости мате- риала, вызьшают по вление микротрещин (точка С), С распространением и ростом микротрещин в материале пакета вследствие диссипации (рассе ни )N is the number of oscillation cycles of a packet with a force point until the destruction of element 1 of the packet. Graphically, this dependence is shown in FIG. 5 and consists of straight and curved sections. If the thickness of element 1 of the package does not have a deformation gradient, t, e, uniform deformation takes place, then the fi / (N) dependence is described by the ESD curve, and in the EU section with the number of oscillation cycles N, the force one works without the formation of any defects. period of work at the point of contact of the sleeve A with the material of the 1st package (point A) accumulate alternating elastic deformations, which, having reached the limit values due to material fatigue, cause the appearance of microcracks (point C), With the propagation and growth of microcracks in ma package environment due to dissipation (dissipation)

энергии уровень резонансной частоты падает (допустимый предел падени  частоты дл  волокнистых композиционных материалов прин то считать 2%jf. Указанное падение частоты описываетс  energy, the resonance frequency level drops (the allowable frequency drop rate for fiber composites is assumed to be 2% jf. The indicated frequency drop is described

г кривой СД,g curve SD,

Таким образом, наработка силовой точки с равномерным нагружением элемента 1 пакета определ етс Thus, the operating time of the power point with uniform loading of the element 1 of the package is determined

N5c,3oe N, -ь Nj,N5c, 3oe N, -nj,

0 где N - число циклов колебаний, передаваемых силовой точкой без образовани  каких-либо дефектов;0 where N is the number of oscillation cycles transmitted by the force point without the formation of any defects;

N - число циклов колебаний, 5 редаваемых силовой точкойN is the number of oscillation cycles, 5 given by the force point

при наличии дефектов. Если по толщине элемента 1 пакета имеетс  градиент деформаций, то зависимость f Q (N) описываетс  кри- Q вой ЕСД , Причем число циклов колебаний , передаваемых силовой точкой, будет большим по сравнению с ранее рассмотренным случаем. Распространение же трещин из-за наличи  градиента деформаций в элементе 1 пакета будет происходить медленнее, т,е, по кривой СД ,in the presence of defects. If the thickness of the element 1 of the package has a deformation gradient, then the dependence f Q (N) is described by the ESD curve, and the number of oscillation cycles transmitted by the force point will be large compared to the previously considered case. The propagation of cracks due to the presence of a deformation gradient in the element 1 of the package will occur more slowly, t, e, along the DM curve,

Тогда наработка силовой точки определ етс  0 „релл N, - N,,Then the operating time of the power point is determined by 0 n rell N, - N,

где N, - число циклов колебаний, передаваемых силовой точкой при наличии дефектов,where N, is the number of oscillation cycles transmitted by the power point in the presence of defects,

- - , - -чл (- -, - -chl (

Даже при N7 N, N. g,..Even with N7 N, N. g, ..

5 Предлагаемый способ опробован при потайной клепке тонколистовых пакетов из углепластика КМУ-4Л толщиной ,1,5 мм к 2 3,0 мм. Угол конусности о равн лс  10°, Коническа  втулка5 The proposed method was tested with secret riveting of thin-sheet carbon fiber KMU-4L packages with a thickness of 1.5 mm to 2 3.0 mm. Taper angle equal to 10 °, Taper sleeve

0 изготавливалась из алюминиевого сплава Д16АТ, заклепка - из алюминиевого сплава В95Т1, В качестве нагружающего устройства использовалась магнитно-импульсна  установка МИУ-10 при0 was made of D16AT aluminum alloy, rivet was made of V95T1 aluminum alloy. Magnetic impulse installation MIU-10 was used as a loading device

энерги х разр да до 1,5 кДЖ, Ресурс силовой точки по сравнению с ресурсом силовой точки, полученной технологией , по прототипу, повысилс  на 40-50%,the energy of discharge is up to 1.5 kJ, the power point resource compared to the power point resource obtained by the technology, according to the prototype, increased by 40-50%,

5five

Claims (3)

1. Способ потайной клепки преимущественно тонколистовых пакетов из волокнистых композиционных материалов , заключаюцийс  в образовании отверсти  в одном из элементов пакета , установке в него цилиндрической закладной головки заклепки и ее фиксации относительно него, последующем размещении на стержне заклепки остальных элементов пакета, шайбы и образовании замыкающей головки в два перехода, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества соединени  путем обеспечени  неравномерной деформации .стенок отверсти  по толщине элемента, в котором размещена закладна  головка, отверстие в элементе под закладную головку выполн ют коническим, в последнем без зазора размещают коническую втулку.1. The method of secret riveting predominantly thin-sheet packages of fibrous composite materials, concluding in forming a hole in one of the package elements, installing a cylindrical inset rivet head in it and fixing it relative to it, then placing the remaining package elements on the rivet rod, and creating a closing head in two transitions, characterized in that, in order to improve the quality of the joint by providing an uneven deformation. the wall of the hole through the thickness of the element, which houses the inset head, the hole in the element under the inset head is made conical, in the latter a conical sleeve is placed without a gap. 5five 00 высота которой соответствует толщине элемента, а установку цилиндрической закладной головки в отверстие элемента и ее фиксацию осуществл ют путем деформировани  конической втулки Б радиальном направлении до диаметра , равного диаметру закладной головки.the height of which corresponds to the thickness of the element, and the installation of the cylindrical inset head into the hole of the element and its fixation is carried out by deforming the conical sleeve B to the radial direction to a diameter equal to the diameter of the inset head. II 2.Устройство дл  потайной клепки , содержащее плиту, прижим и пуансон , отличающеес  тем, что оно снабжено фигурным кольцом, выполненным из высокопрочного материала и имеющим на наружной поверхности конический и цилиндрический участки равной высоты, при этом фигурное кольцо расположено соосно с пуансоном,2. A device for countersunk riveting comprising a plate, a clamp and a punch, characterized in that it is provided with a shaped ring made of a high-strength material and having conical and cylindrical sections of equal height on the outer surface, while the shaped ring is coaxial with the punch, 3.Устройство по п. 2, отличающеес  тем, что фигурное кольцо выполнено из закаленной стали.3. The device according to claim 2, characterized in that the shaped ring is made of hardened steel.