ЛЕКЦИЯ 29. Способы клепки и типы заклепок, применяемых при сборке авиационных конструкций

Технологический процесс образования заклепочного соединения заключается в пластической деформации стержня заклепки с одновременным образованием замыкающей или обеих головок, включая закладную. Этот процесс в самолетостроении осуществляется тремя основными способами: ударной, прессовой и автоматической клепкой, соответственно при помощи ударов пневмомолотка, давлением поддержки пресса или раскаткой с помощью специальных машин и применением автоматического сверлильно-клепального оборудования. Клепка давлением пресса получила соответственно название прессовой клепки. Прессовая клепка имеет следующие преимущества в сравнении с ударной:

- значительно улучшаются психофизиологические условия работы клепальщиков вследствие снижения воздействия шума и вибрации;

- повышаются усталостные характеристики соединения вследствие более плотного и равномерного заполнения отверстия осаживаемым стержнем заклепки по толщине пакета;

- в ряде случаев можно отказаться от герметизации соединения, что обеспечит снижение массы конструкции;

- повышается производительность труда в 1,5…2 раза при сокращении числа рабочих на 50…75%, прежде всего, за счет групповой клепки заклепок, т.е. при одновременной клепке нескольких заклепок.

На ряде зарубежных авиастроительных фирм широко распространен процесс установки заклепочных соединений с помощью электромагнитной клепальной системы (ЭКС), которая состоит из силового узла (рис. 29.1) и двух ручных инструментов пистолетного типа с кабелем на 440 В, соединяющим их с источником питания. В этом источнике накапливается энергия до 6500 Дж (максимальное напряжение 6000 В). Для клепки требуется сжатый воздух давлением 63,3 кгс/см². Для подачи электроэнергии используется несколько коаксиальных кабелей низкой индуктивности с хорошей изоляцией. Узел, обеспечивающий питание электроэнергией, имеет 0,91 м ширины, 1,2 м высоты и 1,5 м длины и весит около 1270 кгс. Расклепывание стержня производится синхронно путем одновременного встречного действия клепальных инструментов – прессов (с равным усилием) с обеих сторон, вызываемого электромагнитной силой. Система ЭКС состоит из батареи конденсаторов и двух катушек, примыкающих к грибку пресса. Инструменты, массой более 34 кг каждый (диаметр 165 мм, а длина 393 мм), подвешены на балансирах и располагаются по обе стороны вертикально закрепленной в стапеле панели. Клепку производят два оператора.

Рис. 29.1. Электромагнитная клепка стержнями с помощью электромагнитной клепальной системы, работающей по принципу синхронизированного двухстороннего обжатия

стержня: 1 – клепальные инструменты; 2 – стержень; 3 – конденсаторы; 4 – источник

постоянного тока.

Существует большое разнообразие форм закладных головок заклепки, которое можно свести к шести основным типовым группам: плоская, полукруглая, потайная (90°), плоско-выпуклая, потайная (120°) и с компенсатором. Точность обработки гнезда под головку заклепки существенно влияет на ресурс соединения.

Все заклепки классифицируют по типу головок, марке материала, диаметру и длине. Заклепки общего пользования предназначены для выполнения заклепочных соединений при ударной и прессовой заклепке.

Типы заклепок общего назначения в условиях двустороннего подхода приведены в табл. 29.1.

В зависимости от технических условий, которым должен соответ-ствовать объект сборки, заклепочные соединения панелей подразделяются на обычные, высокоресурсные и герметичные.

В современных конструкциях летательных аппаратов большое распространение получили высокоресурсные заклепочные соединения, выполняемые заклепками с компенсаторами и стержневыми заклепками. При расклепывании таких заклепок одновременно с образованием замыкающей головки компенсатор утапливается в тело заклепки клепальным инструментом. Компенсатор вызывает радиальную раздачу материала в головке заклепки и прилегающей зоне стержня. В результате полностью заполняется отверстие, как по закладной головке, так и по стержню заклепки за счет одновременного течения материала со стороны замыкающей и закладной головок. Как показали испытания, проведенные на различных режимах нагружения, заклепки с компенсаторами имеют увеличенную выносливость на срез от 2 до 6 раз, на отрыв – в 8-10 раз в сравнении с обычными заклепками. Образованные заклепками с компенсаторами соединения являются герметичными безвнутришовной или иной герметизации и сохраняют ее до разрушения. В табл. 29.2 представлены основные типы заклепок с компенсаторами, применяемые при прессовой и автоматической клепке.

Таблица 29.1

Наименование	Обозначение	Тип	Эскиз
Заклепки с плоской головкой	3501А…3508А ГОСТ 14801-85	ЗП
Заклепки с плоскоскругленной головкой из жаропрочного сплава	ОСТ 1 34000-84 ОСТ 1 34003-86	ЗП
Заклепки с плосковыпуклой головкой	3558А…3564А ОСТ 14800-85	ЗВ
Заклепки с полукруглой головкой	3515А…3523А ГОСТ 14797-85	ЗК
Заклепки с потайной головкой (Ð90°)	3531А-3532А ГОСТ 14798-85 ОСТ 1 34085-80… ОСТ 1 34091-80	ЗУ (Ð90°)
Заклепки с потайной головкой (Ð90°) из жаропрочного сплава	ОСТ 1 34001-84 ОСТ 1 34004-86	ЗУ (Ð90°)
Заклепки с потайной головкой (Ð120°)	3547А-3552А ГОСТ 14799-85 ОСТ 1 34096-80… ОСТ 1 34101-80	ЗУ (Ð120°)
Заклепки с потайной головкой (Ð120°) из жаропрочного сплава	ОСТ 1 34002-84 ОСТ 1 34005-86	ЗУ (Ð120°)
Заклепки с потайной уменьшенной головкой (Ð120°)	ОСТ 1 11847-74… ОСТ 1 11648-74	ЗУМ (Ð120°)
Заклепки с плоскоскругленной головкой	ОСТ 1 34073-85… ОСТ 1 34083-85	ЗПВС

Таблица 29.2

Эскиз	Тип	Наименование	Обозначение
	ЗУК (Ð90°)	Заклепки с уменьшенной потайной головкой (Ð90°) с компенсатором	ОСТ 1 12020-75 Ф 185 Я
	ЗУКМ (Ð120°)	Заклепки с уменьшенной потайной головкой (Ð120°) с компенсатором	Ф 188 Я
	ЗУКМ (Ð90°)	Заклепки с уменьшенной потайной головкой (Ð90°) с компенсатором (модернизированные)	ОСТ 1 34047-80
	ЗУКТ-1	Заклепки с уменьшенной потайной головкой (Ð90°) с компенсатором для тонких обшивок	ОСТ 1 34116-91
	ЗУКТ-2	Заклепки с уменьшенной потайной головкой (Ð90°) с компенсатором для особо тонких обшивок	ЗУКТ-2
	ЗВУК	Заклепки с плосковыпуклой уменьшенной головкой с компенсатором	УН 0100 093
	ЗПК	Заклепки с плоской головкой с компенсатором	Ф 186 Я УН 0100 094
	ЗУКС	Заклепки с компенсатором типа «стержень»	УН 2000.135
	ЗУКК (Ð90°)	Заклепки с потайной головкой (Ð90°) с корончатым компенсатором	ОСТ 1 34052-85 АНУ-0301
	ЗВУКК	Заклепки с плосковыпуклой головкой с корончатым компенсатором	ОСТ 1 34040-80
	ЗУГ	Заклепки с уменьшенной потайной (Ð90°) деформируемой головкой для тонких обшивок	ЗУГ
	ЗУГБ	Заклепки с потайной (Ð90°) деформируемой головкой	ЗУГБ

Клепка стержневыми заклепками предусмотрена на автоматическом сверлильно-клепальном оборудовании – сверлильно-клепальных автоматах и установках отечественного и зарубежного производства. Цикл образования заклепочного соединения включает сжатие пакета под действием нижней силовой головки; вращение сверла и быстрый подвод его к поверхности изделия; сверление и зенкование с рабочей подачей; отвод сверла; подачу заклепки (стержня) в отверстие; клепку; зачистку закладной головки. При необходимости команда на подачу дозированного количества герметика поступает после сверления и зенкования.

При стержневой клепке стержень устанавливается в отверстие с помощью поршня 1 (рис. 29.2). Пакет сжат между верхней плитой 3, к которой приложено усилие четырех пневмоцилиндров , и нижним прижимом (усилие ). Усилие больше усилия примерно на 1000 Н. Разность этих усилий воспринимается пакетом. Усилие , приложенное к поддержке 2, значительно больше усилия клепки , и поэтому перемещение поддержки при клепке исключено. После подвода обжимки 5 образуются небольшие "бочки" с обоих концов стержня. Затем под действием усилия окончательно образуется замыкающая головка. Усилие через замыкающую головку передается на пакет и через него на верхнюю плиту. Поэтому после образования замыкающей головки на пакет снизу действует усилие + , большее усилия пневмоцилиндров . В результате пакет приподнимается вверх и отжимает верхнюю плиту. При этом происходит окончательное образование закладной головки.

Рис. 29.2. Схема клепки стержнями: 1 – цилиндр; 2 – поддержка; 3 – верхняя плита;

4 – прижим; 5 – обжимка.

В табл. 29.3 представлены два основных типа стержневых заклепок, применяемых в отечественном самолетостроении.

Таблица 29.3

Эскиз	Тип	Наименование	Обозначение	Условия подхода
	ЗУС, ЗПС	Заклепки стержневые	ОСТ 1 34043-80	Двусто- ронний
	СКН	Заклепки-стержни	ОСТ 1 34012-76	Двусто- ронний

В отрасли с внедрением прогрессивной автоматической клепки в целях повышения надежности технологического перехода вставки заклепки в отверстие в автоматическом режиме создан ряд специальных типов заклепок со скругленной торцевой частью (табл. 29.4).

Применение при сборке прессовой и автоматической клепки соединений заклепками с компенсаторами и стержневыми заклепками позволяет значительно увеличить ресурс заклепочных соединений в сравнении с ударной клепкой и использованием заклепок общего назначения за счет упрочнения поверхности стенок отверстия деталей. Упрочнение производится за счет пластического формообразования заклепки-стержня создания напряженно-деформированного состояния в замкнутой зоне.

Таблица 29.4

Эскиз	Тип	Наименование	Обозначение
	ЗПВС	Заклепки с плоскоскругленной головкой	ОСТ 1 34054-85
	УЗ	Универсальные заклепки	ОСТ 1 34044-80
	ЗУК (90°)	Заклепки с потайной головкой (90°) с компенсатором	ОСТ 1 34039-79
	ЗУКК	Заклепки с плоскоскругленной головкой с корончатым компенсатором	ОСТ 1 34045-80
	ЗУКМ (90°)	Заклепки с уменьшенной потайной головкой (90°) с компенсатором	ОСТ 1 34012-76

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие преимущества имеет прессовая клепка перед ударной?

2. Какой принцип работы электромагнитной клепальной системы?

3. Какие основные различия в процессах установки заклепок типа ЗУ и заклепок типа ЗУКМ?

4. Какой принцип работы компенсатора заклепки?

5. Какие преимущества клепки стержневыми заклепками и заклепками с компенсаторами?

6. Какие принципиальные различия в процессах автоматической и прессовой клепки?

7. Какие перспективы применения заклепочных соединений существуют?