Расчёт заклёпочных соединений

см – сдвиг от смятия листа (δ2) и силовой точки 1; ΔL

– удлинение листа (δ2) на участке t0.

 

                    Рис.6.

Зная характеристику соединения, можно  определить Δ1 и допуск на расстояние t0 между центрами отверстий.

Рассмотрим совпадение отверстий  в соединяемых листах 1 и 2 (см. рис.). Для полной взаимозаменяемости, т.е. сборки без подгонки отверстий, должны быть компенсированы зазоры, т.е.

 

E ≤ c1 + c2 ≤ 0.5(S1 + S2),

 

где с1 и с2 – смещение каждой из осей; S1 и S2 – зазоры.

Примем, что смещение осей отверстий  одинаково: с1 = с2;

тогда и S1 = S2. По формуле (1)

 

c1 ≤ 0.5S1, c2 ≤ 0.5S2 или S1 ≥ 2c1, S2 ≥ 2c2   (3)

 

Формула (3) показывает, что компенсационный  зазор в отверстии должен быть не меньше двойного смещения оси этого  отверстия.

Если принять отверстие А за базовое, то смещение отверстия Б по диагонали

 

сл = (4)

 

причем наибольшее возможное смещение

 

сб = сд + 0.5ΔD,    (5)

 

где ΔD – допуск на отверстие.

Пользуясь формулами (3) – (5), определим  диаметр отверстия под силовую  точку Б для установки болта или заклепки диаметром d = 6 мм, если допуск на величину шага t0′ и t2 по условиям технологии может быть выдержан с точностью с = ±0.05 мм. Смещение сд = мм и зазоры

 

 S1 = S2 ≈ 2cд = 0.112 мм.

 

Следовательно, наименьший зазор Smin = 0.11 мм. Зазор Δ1 в этом случае 2с = 0.1 мм. Наименьший диаметр отверстия Dmin = d

 

0 + Smin = 6 + 0.11 = 6.11 мм.

 

Ближайший размер отверстия по системе  вала соответствует 4-му классу: D = мм.

При установке заклепки диаметром  6 мм отверстие под нее согласно существующим нормалям выполняют сверлом диаметра dc = 6.1 мм, т.е. возможна сборка без подгонки отверстий. Зазоры S1 и S2 заполняются стержнем заклепки в процессе образования замыкающей головки. Деформация стержня заклепки при заполнении им зазора несколько компенсирует несоосность отверстий в соединяемых листах и выравнивает распределение усилий по заклепкам.

Степень концентрации напряжений около  отверстий зависит не только от диаметра отверстия и расстояния между  ними, но и от состояния поверхностного слоя стенок отверстия, обусловленного способом его образования. Состояние  этого слоя характеризуется степенью наклепа (упрочнения), направлением штрихов  – следов обработки, размером микронеровностей, наличием микро- и макротрещин.

Существует несколько технологических  методов снижения концентрации напряжений в зоне отверстия: Снятие поврежденного  слоя, упрочнение стенок отверстия  или снятие и упрочнение фасок  на кромках отверстия.

 

5 ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЗАКЛЕПКАМ

 

Заклепки должны соответствовать  требованиям, установленным техническими условиями.

Поверхность заклепок должна быть гладкой, чистой, не иметь трещин, расслоений, плен, раковин, пузырей, коррозии и прочих дефектов.

По размерам и допускам заклепки должны удовлетворять  требованиям соответствующих нормалей на заклепки. Стержни заклепок должны быть прямыми и круглого сечения.

На головках заклепок допускаются  лыски, появляющиеся в результате неполного обжатия головок.

Процесс изготовления заклепок определяется их типом и материалом, из которого они изготовлены. Основными операциями изготовления заклепок являются:

· высадка

· галтовка

· термическая обработка

· нанесение защитных покрытий

· сборка (для заклепок, состоящих из нескольких деталей)

· испытание на расклепываемость и прочность.

Рассмотрим технологию изготовления применяемых в массовом масштабе обычных – стержневых заклепок.

Заклепки для конструкций из легких сплавов изготавливаются  посредством высадки из проволоки в холодном состоянии. Диаметр проволоки берется немного меньше диаметра готовой заклепки, чтобы заготовка заклепки легко входила в отверстие высадочного инструмента (матрицы).

 

Рис.7.

 

6 СПОСОБЫ КЛЕПКИ

 

В конструкциях, изготовляемых из легких сплавов, заклепочные соединения и способы их выполнения значительно  отличаются от применяемых в общем машиностроении для черных металлов. Это объясняется рядом причин, из которых основными являются следующие.

1. Различие в физических и  механических свойствах легких  сплавов и черных металлов.

2. При расчете заклепочных соединений  в конструкциях из легких сплавов  и при холодной клепке принимают  в первую очередь во внимание  работу стержня заклепки на  срез. При расчете же клепаных  швов при горячей клепке учитывают  главным образом увеличение сопротивления  сдвигу соединяемых листов. Заклепки  при холодной клепке должны  полностью заполнять отверстие,  не вызывая при этом излишнего  напряжения в стенках отверстий  склепываемых деталей.

3. Для установки заклепок из  легких сплавов в холодном  состоянии требуются другие методы  работы, чем при горячей клепке.

4. На поверхностях  деталей из легких металлов  не должно быть никаких повреждений в зоне шва, возникающих в результате работы клепального инструмента и оборудования.

5. Если при изготовлении агрегатов  самолета детали из легких  сплавов соединяют с деталями из пластмассы, кожи, фибры и т. д., то требуется применение специальных заклепок и методов клепки.

Наличие перечисленных выше специфических  особенностей привело конструкторов  и технологов к разработке и применению в авиационной промышленности специальных  видов клепального оборудования и способов клепки.

Клепальные процессы в самолетостроении можно классифицировать по ряду признаков. В зависимости от подхода к месту клепки различают виды клепки:

а) с двусторонним подходом - доступ к закладной и замыкающим головкам открыт с двух сторон;

б) с односторонним подходом - доступ с одной стороны, к замыкающей головке, закрыт, для клепки применяют  специальные заклепки и инструмент.

Клепка с двусторонним подходом является основным способом, применяемым  при производстве самолетов и  вертолетов.

 

 

Рис.8.

Клепка  с двусторонним подходом может выполняться  с герметизацией или без герметизации шва.

При клепке с двусторонним подходом применяют различные типы закладных  и замыкающих головок заклепок, различные  методы образования замыкающей головки (см. рис.8).

В клепанных соединениях, обтекаемых внешним воздушным потоком, обычно применяются заклепки с потайными головками, на современных самолетах такие заклепки составляют примерно 65-70% общего количества. В то же время необходимо иметь в виду, что потайные заклепки увеличивают трудоемкость соединения в сравнении с заклепками, имеющими выступающие закладные головки.

Учитывая эти соображения, потайную клепку(заклепочное соединение с потайными заклепками) следует применять только там, где это необходимо с точки зрения аэродинамики или по условиям работы того или иного агрегата.

В зависимости от сочетания в  заклепочном шве толщин склепываемых деталей гнезда для головок заклепок можно изготовлять одним из следующих способов:

а) зенкованием, когда гнездо для головки заклепки получают механической обработкой с удалением части материала в виде стружки;

б) штамповкой, при которой углубление для головки заклепки получают без удаления материала;

в) зенкованием или штамповкой, причем гнезда для головок заклепок на внешних тонких деталях штампуют, а на внутренних, более толстых, зенкуют.

В соответствии со способами образования  гнезд для головки заклепок существует несколько способов потайной клепки: A, B, C, D, и ПЗГ.

Способ А потайной клепки характеризуется тем, что гнездо для закладной головки штампуют матрицей и пуансоном. Применяется способ в тех случаях, когда толщина обшивки δ1 меньше высота головки заклепки h и не допускает зенкования в обшивке гнезда, а суммарная толщина пакета склепываемых деталей S не больше диаметра заклепки d, т. е.

δ1 < h и S d.

 

Способ Б потайной клепки, при котором гнездо для головки заклепки штампуют самой заклепкой, когда

 

δ1 < h и S 0,5d.

 

Технологический процесс клепки включает следующие операции: сборку деталей  и предварительное соединение их фиксаторами, сверление отверстий для всех заклепок, штамповку гнезд самой заклепкой и клепку.

Способ С потайной клепки характеризуется тем, что гнезда для головок заклепок в тонкой обшивке штампуют, а в более толстом каркасе – зенкуют. Этот способ применяется когда

 

δ1 < h и S > d.

 

Способ D потайной клепки, при котором  гнездо для головки заклепки зенкуют, применяется при толщине обшивки, превышающей высоту головки заклепки, т. е. когда δ1 > h. Зенкование гнезд при толщине обшивки δ1 < h приводит к снижению прочности и выносливости клепаного соединения.

При δ1 > 0,75d клепка по способу D обеспечивает прочность соединения, равную по прочности соединению, выполненному заклепками с выступающими головками.

Способ ПЗГ, при котором используют заклепку с выступающей головкой, а в процессе клепки образуется замыкающая потайная головка (ПЗГ). Применяют такую клепку при δ1 < h. Для требуемого качества поверхности шва выступающую часть потайной замыкающей головки удаляют механической обработкой.

Способ  ПЗГ позволяет получить большие в сравнении со способом D выносливость и герметичность шва.

Применение того или иного из описанных способов потайной клепки зависит от конструкции шва, сочетания в нем толщины деталей и требований, предъявляемых к соединению по качеству и производительности работ.

Применение потайной клепки со штамповкой гнезд для головок заклепок следует ограничивать, т. к. такой способ малопроизводителен, не допускает групповой клепки и требует разборки изделия после сверления отверстий для штамповки гнезд под головки потайных заклепок.

 

Рис.9.

Необходимо учитывать также, что  штамповка гнезд для головок  потайных заклепок в прессованных профилях толщиной более 1 мм не рекомендуется из-за возникновения в них трещин. Для таких профилей процесс клепки осложняется вследствие необходимости нагрева штампуемой зоны материала.

Чтобы заменить штамповку гнезд  под головки заклепок зенкованием, рекомендуется при малой толщине обшивки делать в ней утолщение в зоне шва (см. рис.9). Такую обшивку получают из толстого листа путем местного глубокого химического травления.

Сравнивая различные методы потайной клепки, следует иметь в виду различную  трудоемкость их выполнения. Так, если принять трудоемкость выполнения соединения заклепками с выступающими головками  за 100%, то трудоемкость выполнения потайными  заклепками будет 120% при зенкованных  гнездах, 190% при штампованных и 210% при зенковании гнезд в каркасе и штамповке их в обшивке.

 

Рис.10.

При образовании замыкающей головки  стержень заклепки, заполняя отверстие, деформируется неравномерно, причем его диаметр со стороны закладной  головки будет меньше, чем со стороны  замыкающей. Неравномерное увеличение диаметра стержня вызывает коробление склепываемых деталей, которое можно  уменьшить, располагая во всех возможных  случаях закладные и замыкающие головки заклепок вразбежку с одной и другой сторон склепываемого пакета. Коробление деталей можно уменьшить, если замыкающие головки заклепок разместить на стороне более толстой детали или детали из более прочного материала.

Для образования  замыкающей головки стержень заклепки деформируют (осаживают) ударами пневматических молотков или давлением под прессом.

Прессовая клепка характеризуется  тем, что замыкающая головка заклепки формируется при равномерном сжатии стержня. Прессовую клепку различают одиночную и групповую. При одиночной клепке за один ход пресса расклепывается одна заклепка, а при групповой – несколько (см. рис.10). При клепке ударом пневматическим клепальным молотком в зависимости от того, с какой стороны находится молоток по отношению к закладной головке, различают два метода клепки: прямой и обратный.

В процессе прямой ударной клепки массивная поддержка поджимается  к поверхности детали и к закладной головке заклепки. При ударах молотка по стержню заклепки усилия направлены вдоль оси заклепки и передаются на поддержку, не вызывая при этом перемещений и деформаций склепываемых деталей.

Применение массивных с большой  опорной поверхностью поддержек  исключает местные деформации деталей  при клепке и обеспечивает хорошее  качество внешней обтекаемой воздушным  потоком поверхности клепаного  шва.

В процессе обратной ударной клепки обжимка молотка соприкасается  с поверхностью обшивки и потайной головкой заклепки, причем одновременно с деформацией стержня заклепки удары вызывают местные деформации склепываемых деталей. Кроме того, при малейшем наклоне обжимки молотка на поверхности детали при ударах получаются вмятины и повреждается плакирующий слой. В результате чего качество поверхности клепаного потайного шва при обратной ударной клепке будет хуже, чем при прямой.

Развальцовка, как метод образования замыкающей головки заклепки, применяется при  клепке деталей из неметаллических  материалов. При развальцовке получают требуемые форму и размер замыкающей головки; в то же время при этом не возникает больших усилий на стенках  отверстий, а усилия вдоль заклепки не вызывают напряжений и деформаций в соединяемых деталях. При развальцовке специальные обжимки приводятся во вращение специальными механизмами  с требуемым крутящим моментом Мкр. В современных самолетах герметизация клепаных швов позволяет поддерживать требуемое давление воздуха в пассажирских кабинах при подъеме на высоту. Клепаные швы герметизируют и при изготовлении отсеков самолетов и вертолетов для непосредственной заливки в них топлива, когда нет специальных баков для него.

Кроме перечисленных способов клепки ее классифицируют и по степени механизации технологических операций. Установлены следующие виды процесса: ручной, механизированный, машинный и автоматический.

Ручной процесс, при котором  операции производятся вручную без  каких-либо механизмов и машин. Вручную  при сборке-клепке выполняется ряд  операций: установка деталей в сборочное положение, вставка заклепок и контрольных болтов в отверстия, укладка лент или нанесение кистью уплотнителя, закрепление-затяжка гаек ручными ключами и т. д.