Способ соединения металлической детали с накладкой из композиционного материала

Способ соединения металлической детали с накладкой из композиционного материала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сонма Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

716770 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 1?11.76 (21) 2422695/25-27 .. (53)М. Кл. с присоединением заявки ¹.—

Э 23 P 11/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 25.028 0. Бюллетень №

Дата опубликования описания 27.0280 (53) УДК 621.792 ° .4 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. М. Белецкий, H. Н. Фридляндер, Г. A. Кривов, М. И. Яценко, С. л. Юдина и Н. A. Коновалова (71) Заявитель (54) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ИЕТАЛЛЕЧЕСКОИ ДЕТАЛИ

С НАКЛАДКОЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в производстве соединений элементов слоистых изделий, в частности соединений .металлических деталей с накладками из композиционного материала при изготовлении элементов -летательных аппаратов.

Известен способ соединения клеем металлических деталей с накладками из композиционного материала на полимерной матрице (1).

Недостатки указанного известного способа состоят в невозможности его применения для соединений металли- !5 ческой детали с металлическими композиционными материалами, в ограниченной прочности, несущей способности и надежности работы соединения. известно также соединение предва- 20 рительно растянутых Или сжатых металлических панелей с полимерным композиционны материалом посредством ввецения клея под накладку и последующей его полимеризации (2). 25

Данный способ соединения по своей технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близок к изобретению.

Соединение металлической детали и полимерного композиционного матери- ЗО ала выполнено клеем, а клеевое соединение двух сильно отличакщихся но модулю материалов имеет склонность к концентрации и локализации напряжений в клее при нагружении, поэтому и металлическая деталь, и накладка из полимерного материала разрушаются задолго до появления в них предельных напряжений.

Целью изобретения является разработка способа, повышающего эффективность соединения металлической детали с накладкой из композиционного материала.

Это достигается тем, что в качестве материала накладки используют. сталеалюминиевый композиционный материал, непосредственно перед соединением металлической детали с накладкой, в металлической детали создают напряженное состояние, обратное.по знаку доминирующим эксплуатационным нагрузкам. Затем соединение указанных металлической детали и накладки из сталеалюминиевого композиционного материала выполняют точечной сваркой с последующим введением клея под накладку и его полимеризацией, после чего снимают напряженное состояние с металлической детали по окончании процесса полимеризации клея. При этом в укаэанной металлической дстали напряженное состояние, обратное по знаку доминирующим эксплуат "ционным нагрузкам, создают приспособлением типа струбцины путем защемления ее обоих концов и, непосредственно перед соединением с накладкой, нагрева совместно со струбциной до тЕМПЕратУры полимеризации клея, годдерживают эту температуру в укаэанной детали, в течение всего процесса полимеризации в пределах — 5 С, а температуру .струбцины в течение этого времени путем ее принудительного охлаждения устанавливают по отношению к температуре укаэанной металлической детали преимущественно в соотношении 1."30.

Применен.е в качестве накладки сталеалюминиевогo композиционного материала вызвано тем, что необходимо увеличи ь прочность соединения ме- 20 таллическая деталь — накладка, что и достигается за счет комбинированного способа соединения — вначале сварка, затем склейка (в то же время известно, что приварку голнмерного ксмпсэиционного материала произвести невозможно).

Применяемый в качестве :à .Ладки сталеалюминиевый мате рие T Об надает высокой прочностью,6 g = 130-14 .,.г, мм) go при относительно í- высоком модуле упругости (Е = 1. 000-12000 кг; мм ),. вследствие чего не ис ноль зуетс Я боль-" шой резерв прочности материала, что в случае превышения номи::, льной н=-.—

5Ъ гр зки гриводит к разрушенио усиленного такой накладкой элемента конст-. рукции, а не накладки.

C целью более полного использования высокой прочности накладками из композиционного материала в металличсскОЙ детали сс здают напряже 1ия; обратные по знаку доминчруюшим эксплуатационным нагрузка1.с, и фик-;ир т их за o÷ -T - рикре ления накладки свар кой и последующей склейки.

Очевидно чтО напряженнОе cocToíние, обратное по знаку доминирующ::м эксплуатационным нагрузкам, в указанной металлической детали создают эа счет температурных напряжений, ..>

Boýíèêàæùèõ из-за разности температур струбцины и усиливаемого элемента. Необходимость да нного сгособа вызвана трудностью создания в обычных условиях значительного усилия,. передаваемого в горизонтальном н аправлении (горизонтальный пресс является уникальным специализированным оборудованием) при требовании одно— временного проведения сварки., Необходимое усилие по предложен- 6Î ному сгособу выбираетoë как Функции разности температур струбцины и элемента конструкции, причем температура нагрева последнего для определенного типа применяемого клея есть ве- 65 личина постоянная (Т ), равная:- то же время температуре полимеризации кЛея.

Изменение усилия осуществляется эа счет принудитель ногG охлаждения струбцины, причем температура струбцины (Т,-.,„.) может выбираться в широкис пределах.

Данный технологический процесс без значительных материальных за".рат может быть осуществлен в условиях машиностроительного предприятия.

На чертеже изображено приспособление для осуществления соединения металлической детали с накладкой из сталеалюминиевого композиционного материала, общий вид; где 1 подвижная траверса струбцины, 2 -- металлическая деталь, 3 неподвижная траверса, 4 — гайка,.

5 — накладка иэ сталеа;.юмини вого компсэчционного материала, б — электро ды сварочной машины, 7 — т-.-:рмоизолирующая прокладка, 8 - винr с отверстием для Охлаждающей жидкости, 9

Нагревательные элементы. . Псдвижную траверсу струбцины 1 отводят влево, затем металлическую деталь 2 устанавливают между подвижной к неподвижной 3 траверсами (раст О - рив-..лось усиление профиля шифра

Пр 125-4 длиной с) = 1000 мм из сплава Д16Т), ;.Осле чего посредством врацения гайки 4 осуществляется зажатие металлической детали между траперсами 1 и 3. Устанавливают накладку 5 из сталеалюминиевого композиционного материала КИС-1, имеющего, при зб :-;мном содержании стального наполниг.=ля равном 40% прочность 140 кг мм

„!o галль упругacòè Е 11000 кг/мм

П-.;и помощи нагревательных элементов 9 производится нагрев металличес:-;Ой детали и накладки, а за счет ,H1, куляции Охла жд а 0LQc и жидк Ости — Ох ла у;:.,:= H ие с T pv r5 и н н &„"

Нри этом, дл::;-;Олучения расчетного усилия Р, создающего предварительн;.е напряжение состояния, температура отру,бци ".: (за счет охлаждения) с подд"рживает=;- н=- уровн" Тстр=З+8 С.

Теплогзредача От ме-аллической детали к струбцине уменьшается за счет примене,::ия теплолзолирующих прокладок 7.

Б данной температурной цепч эа постоянный параметр принята температ; а нагрева металлической детали и накладки после присоединения, равная температуре полимеризации применяемого клея, (для клея К-4С- 125ОС).

3 нагретом состоянии производится приварка точечной câàðêoé, затем введение клея под накладку (по серийной технологии изготовления клеесварных конструкций) и выдержка при температуре (равной температуре полимериэации клея) до его полной полимернзации. После этбго нагрев грекра,— Т ! с)

Заказ 9717/14

Подписное

П(-(т . И

Тс-раж 1160 щается, деталь с присоединенной накладкой извлекается из струбцины, в металлической детали и накладке останется специально созданное напряженное состояние, обратное по знаку доминирующим эксплуатационнйм нагрузкам.

При статических испытаниях, для соединения детали и накладки равных масс получены следукщие значения раз- >О рушающей нагрузки — для исходной металлической детали (без накладки)

Р„ = 20600 кг; для металлической детали с накладкой иэ композиционного материала KAC-1, поставленной беэ при менения предлагаемого способа, P =

17500 кг; для металлической детали с накладкой из композиционного ма-. териала КлС-1, поставленный с использованием предлагаемого способа при

Татр/Та 1/30 Р>=22800 кг. н

В случае приложения повторна--статических нагрузок, металлические детали, усиленные композиционными накладками, имеют значительно большую выносливость, чем металлические детали, не подкрепленные комцсзицианными накладками.

Использование изобретенк» пазво- gp ляет получить положительный эффект нри соединении элементов конструкций летательных аппаратов из алюминиевых сплавов, что пов :ает не.=ущую способность указанных элемен сз,. снижает массу конструкции изделия, повышает его массовую отдачу.

Предложенный способ прост в осуществлении и не требует поз ому больших затрат при его реализации, что удешевляет стоимость иэготарлеHêÿ летательных аппаратов.

Формула изобретения

Способ =.садк:ения металлической детали с накладкой йз композиционного материала посредствам введения, клея пад накладку и паследукицей его палимеризации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения эффективности процесса и прочности соединения, в качестве материала накладки используют стачеалюминиевый композиционный материал, непосредственно,перед соединением металлической детали с í"-.кладкой, в металлической детали создают напряженное состояние, обратное па знаку доминирукщнм экси;уа ацианным нагрузкам, а перед введением клея выполнявт точечную сварку, а после введения клея H полимеризации снимают напряженное состояние с металлической детали..

2. Спо".cá пэ п.1 о т л и ч а юшийся тем, что, с металлической детали н»:лряженнае состояние, обратное;-;с знаку оминирукщим эксплуатациснньм нагрузкам,. создают приспособление типа ci-.рубцины путем защемления ее абаи.-: концов и непосредственно пер д саединсни=-и с .акладкой, нагрева совместна со ст убциной до температ -ры палнмеризации клея, подцержива.эт -.-у температуру в указанной детал.» .,;ечение все: процесса полис ме:- .з< ..ян =. пределах +5 С, а темпера::..y -. ;:убци:. ы в течение этого врем= ки, пуе:... ее п>-т.,ну „ительно"а ах.-.аж :::"-.. :;-., устанавливают по отноше-:.==- т уре укз=a;:;=ой металличс- ; хая,т ., - н пр".!. v$ щсст .нно В сооТ ст-. -":=. кн инфо .= "нн, принятые:.-::.=.нн,.ан: е при з::спертиэе

Пат»=.:,-: BeëIæñáðèòàíèè В 1291562

М.::,и. Р. 64 С 1 1/»:".:, 1964. и Е лв... èîíè-.я промыаленность

° . А

1 . з, Р 4, с. 15-18. (прототип) .

Ф;; —,: а.-,т,-ППП Патент, Ужгород, ул. Проектная, 4