Научная статья на тему 'Некоторые средства и способы соединения сопрягаемых деталей в изделиях аэрокосмической техники'

Некоторые средства и способы соединения сопрягаемых деталей в изделиях аэрокосмической техники Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
577
57
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АЭРОКОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА / СПОСОБЫ И СРЕДСТВА СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ / AEROSPACE TECHNIQUES / METHODS AND MEANS OF JOINING PARTS

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Крушенко Г.Г., Кукушкин И.В.

Практически все изделия различных отраслей промышленного производства состоят из комплектующих деталей, часть из которых соединяется в узлы и механизмы с помощью различных способов и средств. Такие соединения могут выполняться как в подвижном, так и в неподвижном вариантах, которые, в свою очередь, могут быть выполнены как разъемными, так и неразъемными, а применяемые для этого способы и технологии выбираются в зависимости от технических возможностей обеспечения безопасности собираемого изделия в эксплуатации, стоимости и других показателей. В ряде случаев выгоднее собрать узел/механизм или изделие именно из соединяемых с помощью крепежа комплектующих деталей, чем изготовлять его из «цельного» материала (monolithic bulk material). При изготовлении сложных изделий, относящихся, например, к аэрокосмической технике, для обеспечения точности и надежности сборки применяется широкий диапазон технологий соединения деталей, особенно из разнородных материалов, включая холодную сварку (cold welding), которая выполняется без нагрева соединяемых деталей, плотное соединение происходит в результате их сжатия до появления пластических деформаций; сварку трением с перемешиванием (friction stir welding); окантовывание с помощью штампа (mechanical clinching); клепальную технологию (self-pierce riveting) и др. Приводятся конкретные примеры выполнения соединения деталей при изготовлении изделий аэрокосмической отрасли, такие как сварка (корпуса летательных аппаратов), пайка (камера сгорания), соединение с натягом (головка цилиндра), соединение при помощи шпилек (корпус турбонасосного агрегата), штифтов (лопатки спрямляющего аппарата вентилятора газотурбинного двигателя) и др.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Крушенко Г.Г., Кукушкин И.В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

SOME TOOLS AND WAYS OF CONNECTING THE MATING PARTS OF AEROSPACE PRODUCTS

Almost all products of various branches of industrial production consist of components, some of which are connected in the nodes and the mechanisms through various ways and means. Such connections can be made, both in the mobile and fixed variants, which, in turn, may be made detachable and non-detachable, and used methods and technologies which are chosen depending on the technical capabilities, security, collect the product in operation, cost and other factors. In some cases it is more profitable to collect node/mechanism or product originating from connected via fastener components than manufacturing it from a “solid” material (monolithic bulk material). In the manufacture of complex products, for example, related to aerospace engineering, to ensure the accuracy and reliability of assembly a wide range of technologies of details connection, especially of dissimilar materials, including: cold welding, which is performed without heating the joined parts, a tight coupling occurs as a result of their compression until plastic deformation, friction welding with stirring, mechanical clinching, riveting technology and other, is applied. The article provides the specific examples of the connection parts in the manufacture of products of aerospace industry, such as welding (case aircraft), soldering (combustion chamber), the connection tightness (cylinder head), the connection with bolts (case turbo-pump assembly), pins (blades directing vanes of the fan gas turbine engine) and other.

Текст научной работы на тему «Некоторые средства и способы соединения сопрягаемых деталей в изделиях аэрокосмической техники»

УДК 621.757

Вестник СибГАУ Том 17, № 4. С. 1053-1061

НЕКОТОРЫЕ СРЕДСТВА И СПОСОБЫ СОЕДИНЕНИЯ СОПРЯГАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ В ИЗДЕЛИЯХ АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ

Г. Г. Крушенко1, И. В. Кукушкин2

1Институт вычислительного моделирования СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50 2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

*E-mail: ivan246890@yandex.ru

Практически все изделия различных отраслей промышленного производства состоят из комплектующих деталей, часть из которых соединяется в узлы и механизмы с помощью различных способов и средств. Такие соединения могут выполняться как в подвижном, так и в неподвижном вариантах, которые, в свою очередь, могут быть выполнены как разъемными, так и неразъемными, а применяемые для этого способы и технологии выбираются в зависимости от технических возможностей обеспечения безопасности собираемого изделия в эксплуатации, стоимости и других показателей. В ряде случаев выгоднее собрать узел/механизм или изделие именно из соединяемых с помощью крепежа комплектующих деталей, чем изготовлять его из «цельного» материала (monolithic bulk material). При изготовлении сложных изделий, относящихся, например, к аэрокосмической технике, для обеспечения точности и надежности сборки применяется широкий диапазон технологий соединения деталей, особенно из разнородных материалов, включая холодную сварку (cold welding), которая выполняется без нагрева соединяемых деталей, плотное соединение происходит в результате их сжатия до появления пластических деформаций; сварку трением с перемешиванием (friction stir welding); окантовывание с помощью штампа (mechanical clinching); клепальную технологию (self-pierce riveting) и др. Приводятся конкретные примеры выполнения соединения деталей при изготовлении изделий аэрокосмической отрасли, такие как сварка (корпуса летательных аппаратов), пайка (камера сгорания), соединение с натягом (головка цилиндра), соединение при помощи шпилек (корпус турбонасосного агрегата), штифтов (лопатки спрямляющего аппарата вентилятора газотурбинного двигателя) и др.

Ключевые слова: аэрокосмическая техника, способы и средства соединения деталей.

Sibirskii Gosudarstvennyi Aerokosmicheskii Universitet imeni Akademika M. F. Reshetneva. Vestnik Vol. 17, No. 4, P. 1053-1061

SOME TOOLS AND WAYS OF CONNECTING THE MATING PARTS OF AEROSPACE PRODUCTS

G. G. Krushenko1, I. V. Kukushkin2*

institute of Computational Modeling SB RAS 50, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation 2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: ivan246890@yandex.ru

Almost all products of various branches of industrial production consist of components, some of which are connected in the nodes and the mechanisms through various ways and means. Such connections can be made, both in the mobile and fixed variants, which, in turn, may be made detachable and non-detachable, and used methods and technologies which are chosen depending on the technical capabilities, security, collect the product in operation, cost and other factors. In some cases it is more profitable to collect node/mechanism or product originating from connected via fastener components than manufacturing it from a "solid" material (monolithic bulk material). In the manufacture of complex products, for example, related to aerospace engineering, to ensure the accuracy and reliabiliy of assembly a wide range of technologies of details connection, especially of dissimilar materials, including: cold welding, which is performed without heating the joined parts, a tight coupling occurs as a result of their compression until plastic deformation, friction welding with stirring, mechanical clinching, riveting technology and other, is applied. The article provides the specific examples of the connection parts in the manufacture of products of aerospace industry, such as welding (case aircraft), soldering (combustion chamber), the connection tightness (cylinder head), the connection with bolts (case turbo-pump assembly), pins (blades directing vanes of the fan gas turbine engine) and other.

Keywords: aerospace techniques, methods and means of joining parts.

Введение. Практически все изделия различных отраслей промышленного производства состоят из комплектующих деталей, часть из которых соединяется в узлы и механизмы с помощью различных способов и средств. При этом такие соединения могут выполняться как в подвижном, так и в неподвижном вариантах, которые, в свою очередь, могут быть выполнены как разъемными, так и неразъемными, а применяемые для этого способы и технологии выбираются в зависимости от технических возможностей обеспечения безопасности собираемого изделия в эксплуатации, стоимости и целого ряда других показателей [1]. В то же время авторы работ [2; 3] показали, что в ряде случаев выгоднее собрать узел/ механизм или само изделие именно из соединяемых с помощью крепежа комплектующих деталей, чем изготовлять его из «цельного» материала (monolithic bulk material). При изготовлении сложных изделий, относящихся, например, к авиационной технике [4], для обеспечения точности и надежности сборки применяется широкий диапазон технологий соединения деталей, особенно из разнородных материалов, включая холодную сварку (cold welding [5]) - выполняется без нагрева соединяемых деталей, плотное соединение происходит в результате их сжатия до появления пластических деформаций; сварку трением с перемешиванием (friction stir welding [6]); окантовывание с помощью штампа (mechanical clinching [7]), клепальную технологию (self-pierce riveting [8]) и др.

Сварное неразъемное соединение. Соединение металлических деталей сваркой широко применяется при изготовлении летательных аппаратов [9]. Физическая сущность сварки металлоизделий заключается в получении неразъемного соединения путем расплавления и совместной кристаллизации материала двух соединяемых деталей. Однако при этом их геометрия и структура в области сваривания нарушаются. В отличие от традиционных способов сварки, при применении которых структура в зоне сварочного шва, как правило, укрупняется (рис. 1), что приводит к уменьшению механических свойств изделия в области сварочного шва, разработана технология сварки, при применении которой структура шва, напротив, измельчается, а материал в этой области упрочняется.

а б в

Рис. 1. Типичная схема строения сварного шва при соединении сваркой компонентов металлоизделия (а) и зоны влияния (б) нагрева металла при сварке металла (в), структура основного металла (реконструкция рис. 1.2.

Схема строения сварного шва из [10])

Это стало возможным в результате применения для сварки электродов, содержащих в своем объеме нанопорошки (НП) тугоплавких химических соедине-

ний (оксиды, бориды, нитриды, карбонитриды и др.), получаемые методом плазмохимического синтеза, взрывным и электровзрывным способами, механоак-тивацией и другими методами. Такие электроды изготовляли в виде проволоки диаметром от 5,0 до 9,5 мм путем прессования композиции, состоящей из частиц алюминия (гранулы, крупка, проволочная сечка), и частиц НП [11]. Вследствие малых размеров (до 10-9 м или 100 нм) [12] частицы НП могут служить гетерогенными (от греч. heterns - другой и genos - происхождение; буквально - чужеродный; в данном аспекте -специально вводимыми добавками) центрами кристаллизации [13], которые и определяют высокую степень измельчения структуры шва [14], что и приводит к росту механических свойств изделий, при изготовлении которых они применяются [15; 16].

В работе [17] описано применение такого электрода при изготовлении сваркой конструкции из листов алюминиевого деформируемого сплава АМг6. Аналогичная технология используется, например, при сварке корпусов ракет [9; 18]. Следует отметить, что при сварке с использованием присадочной проволоки, изготовленной из этого же сплава (АМг6), не всегда обеспечивалась требуемая прочность сварного соединения. Как показало металлографическое исследование, причиной этого оказался тот факт, что металл сварного шва отличался от металла листа более крупным зерном a-твердого раствора и более крупными выделениями р-фазы (Al3Mg2) по их границам. При сварке объемной конструкции из листа сплава АМг6 толщиной 3 мм применяли электрод диаметром 8 мм, содержащий порядка 2,0 % НП нитрида бора BN или гексаборида лантана LaB6, или карбонитрида титана TiCN. Сварку производили с помощью автоматической установки в среде аргона по слою флюса АН-АЧ. Фрагмент сварки листов АМг6 приведен на рис. 2.

а б

Рис. 2. Фрагменты сварки листов из сплава АМг6 толщиной 5,0 мм (а), 8,0 мм (б) электродом, содержащим нанопорошок карбонитрида титана ТЮЫ

Качество шва по требованиям приемочной документации оценивали по величине временного сопротивления разрушению ств при испытании вырезанных из сваренной конструкции плоских образцов с размерами 15x50 мм. Результаты испытаний показали, что ств металла в области шва при сварке прутком, содержащим НП БЫ, составляет 333 МПа, НП ЬаБ6 -338 МПа и НП ТЮЫ - 345 МПа. Эти значения оказались соответственно выше на 4,1, 5,6 и 7,8 %, чем имеют образцы из сплава АМг6 (320 МПа), сваренные по стандартной технологии электродом из этого же сплава.

Выполненное в ЦЗЛ предприятия изучение микроструктуры сварного шва показало, что в его объеме

никаких дефектов не обнаружено. При этом зерно в основном материале вытянутое вдоль прокатки листа, а его размеры лежат в интервале ~0,3...0,4 мм. Зерно в сварном шве - мелкое равноосное, его размеры составляют ~0,01...0,03 мм - в среднем меньше, чем в основном металле в 17,5 раза. Интерметаллидные фазы оказались в раздробленном состоянии. Можно полагать, что рост ств связан не только с измельчением структуры шва и с измельчением интерметаллидов, но и с дисперсионным упрочнением а-твердого раствора сплава тонкодисперсными частицами НП. Микротвердость основного металла и сварного шва одного уровня - 76,4.78,7 НВ (среднее - 77,55 НВ или 73,5 НВ), т. е. при сварке разупрочнение не происходит.

Разработанный способ упрочнения сварочного шва можно считать более эффективным, чем разработанный в Институте теоретической и прикладной механики СО РАН [19], при котором сварку разнородных металлов (А1-Т1, Т1-сталь) проводили с помощью непрерывного СО2-лазерного излучения с применением модифицирующих инокуляторов в виде порошков нитрида титана Т1Ы и оксида иттрия У203 (размер частиц - до 20 мкм), частицы которых плакировали хромом. Предварительно приготовленная суспензия, содержащая эти порошки, наносилась на поверхность свариваемых пластин толщиной 1-2 мм. В результате применения этого способа структурные составляющие сварного шва измельчаются в 2-4 раза, а вместо игольчато-дендритной формируется дисперсная равноосная структура, выравниваются механические характеристики, уменьшаются размер шва и зона термического влияния, и, соответственно, повышаются механические свойства: временное сопротивление разрушению ств - в 1,23-1,35 раза, предел текучести ст02 - в 1,8-2,0 раза и относительное удлинение 5 -в 2,0-4,9 раза. По-видимому, меньший эффект повышения механических свойств, чем в случае сварки электродом, содержащим нанопорошки (размер части -нанометры) [17], связан со значительно большими размерами частиц (микроны) применяемых порошков.

Следует при этом отметить, что еще и технологическим недостатком этого способа сварки является необходимость применения суспензии вследствие того, что, во-первых, для ее закрепления на свариваемых участках необходимо производить подсушку, и, во-вторых, не представляется возможным ее закрепление на поверхностях, лежащих в трех измерениях. Эти недостатки отсутствуют при сварке электродами, содержащими НП.

Сварка электродом, содержащим НП карбонитри-да титана ТЮЫ, была успешно применена для заварки трещины в ступице массивного винта станции газоочистки цеха технологических котлов целлюлозно-бумажного комбината. Заварку производили в среде аргона. Было установлено, что в металле шва и в околошовной зоне трещины отсутствовали, тогда как при наплавке принятой по технологии алюминиевой проволокой этот дефект зачастую присутствует.

Паяное неразъемное соединение. Пайка - это процесс получения неразъемного соединения металлических материалов и деталей из них расплавленным

припоем. В промышленности применяется достаточно большое количество способов соединения деталей пайкой, которая представляет собой процесс получения неразъемного соединения материалов без их расплавления. При этом сопрягаемые детали нагреваются ниже их температур плавления, а материал припоя расплавляется, заполняет зазор между деталями и кристаллизуется с образованием прочного соединения [20]. Пайка является практически единственным способом получения надежного соединения между деталями из таких материалов, которые не могут быть нагреты до высокой температуры либо обладают резко отличающимися температурами плавления (например, соединения алюминиевых сплавов со сталью, медных сплавов с титановыми) и коэффициентами термического расширения. Пайка имеет как общие черты со сваркой, так и отличия, и главное - это то, что во время процесса пайки сама деталь не плавится, а плавится только припой. При пайке не происходит деформация изделия, что характерно для сварных конструкций. Пайка при низких температурах позволяет уберечь структуру металла и сохранить его свойства. Паяные швы являются более надежными, например, в авиастроении и при создании космической техники [21]. Паяные стыки могут быть в 4-20 раз надежнее сварных.

В настоящей работе описывается применение пайки для сборки узла изделия путем соединения заготовок, представляющих собой оболочки типа конусных тел вращения, между которыми после пайки сохранялась полость, и одна из которых была изготовлена из медного сплава, другая - из мартенситно-стареющей стали (МСС). Известны подобные конструкции, в которых внутренняя и наружная оболочки соединяются между собой пайкой по ребрам, выполненным на внутренней оболочке (рис. 3) [22].

Рис. 3. Фрагмент паяного узла изделия: 1 - наружная оболочка; 2 - внутренняя оболочка

В описываемом в настоящей работе случае сложность соединения оболочек в изделие усложнялась существенным отличием их коэффициентов линейного термического расширения - величиной, характеризующей относительную величину изменения линейных размеров тела с увеличением температуры на 1 К (или 1 °С) при постоянном давлении (КЛТР: аДТ = ДЫЬ0, где Ь0 - первоначальная длина тела; ДЬ - прирост длины тела при нагреве; аДТ - коэффициент линейного температурного расширения), что могло привести к нарушению геометрии конструкции при пайке, а в условиях эксплуатации - к ее разрушению.

В связи с этим была выполнена работа по согласованию КЛТР этих двух материалов. В качестве способа изменения КЛТР была выбрана термообработка одного из сопрягаемых материалов - листа из МСС [23; 24], в результате чего были установлены режимы температурной и термоциклической обработки МСС в области 550...800 °С, позволившие получить минимальные изменения КЛТР при пайке и тем самым гарантировать соединение от возможности разрушения. В качестве припоя, по аналогии с описанным в работе [21], применяли ленточный припой ПМ-174.

Неразъемное соединение с натягом. Среди сборочных технологий наибольшее распространение получили соединения сопрягаемых деталей способом горячей посадки, при которой перед выполнением этой операции одна из сопрягаемых деталей нагревается или охлаждается, при этом другая, напротив, охлаждается или нагревается. Возможен также вариант, когда только одна из этих деталей подвергается термическому воздействию [25]; в результате пластической деформации их размеры изменяются, что позволяет установить одну из деталей в другую или на другой, а при возвращении температур деталей к исходным температурам зазор устраняется, обеспечивая плотное соединение деталей (по ЕСКД - посадка с натягом). Соединения с натягом широко применяются в различных машинах и механизмах, когда требуется передача значительных осевых сил, крутящих моментов или нагрузок. Прочность и неподвижность этих соединений обеспечиваются силами трения, которые зависят от давления между сопрягаемыми деталями, определяемого величиной натяга. Физическая сущность соединения с натягом, собираемого термическим методом, заключается в том, что сборка осуществляется сопряжением деталей, между которыми за счет разницы температур составных частей обеспечивается монтажный зазор, исчезающий при выравнивании их температур [26].

Основываясь на изменении описанного выше КЛТР, при изменении температуры детали была применена «термическая» технология механического соединения с натягом при установке стальных кольцевых седел клапанов (рис. 4) в головки цилиндра авиационного поршневого двигателя (рис. 5), отливаемых из алюминиево-кремниевого сплава АКМ5. Термическая обработка седла заключалась в охлаждении в жидком азоте (температура минус 196 °С или 77 К), где его размеры уменьшаются, после чего его устанавливают в посадочное место головки цилиндра, и в результате возврата температуры седла к исходной температуре его размеры восстанавливаются, в результате чего и формируется неразъемное соединение.

Базируясь на физике процессов, имеющих место при горячей посадке, в работе [28] представлена с определенными допущениями математическая модель этого процесса с учетом того, что при этом развитие пластического течения металла с накоплением необратимых деформаций и его последующее торможение при разгрузке и остывании существенно сказываются на формировании поля остаточных напряжений, которое задает величину конечного натяга. При этом были разработаны модели термоупругого деформирования, а также разгрузки и остывания соединения.

б

Рис. 5. Головка цилиндра авиационного поршневого двигателя воздушного охлаждения (а); разрез головки цилиндра (б): 2 - головка цилиндра; 3 - клапан впуска; 4 - клапан выпуска. Головки клапанов впуска и выпуска находятся в положении плотного контакта с кольцевыми седлами клапанов [27]

Соединение при помощи шпилек. Шпильки представляют собой цилиндрические резьбовые изделия, которые одним концом вворачиваются в корпус собираемой сборочной единицы, затем на них помещается крышка, которая закрепляется гайками (рис. 6)

б

Рис. 4. Седло клапана (а) и клапан впуска головки цилиндра (б)

б

Рис. 6. Резьбовое соединение (а) при помощи шпильки (б)

Проиллюстрировать такое соединение можно на конструкции турбонасосного агрегата (рис. 7).

Штифтовое соединение. Важнейшим условием применения космических аппаратов (КА), на которых используются ядерные энергетические установки (ЯЭУ) [30], является обеспечение радиационной безопасности [31]. В общем случае, транспортировке

а

а

а

с завода-изготовителя на космическии полигон предшествует хранение КА ЯЭУ в заводских условиях, для чего применяется транспортировочный контейнер. В технической литературе представлено большое количество конструкций таких контейнеров, и работы в этом направлении продолжаются. Важное значение конструкции контейнера придается, например, в описании к патенту США № 5438597 [32], изложенному на 18 страницах, включая 10 рисунков, в котором в качестве прототипов рассмотрено 25 патентов США и 2 - Японии.

Основываясь на анализе патентной и технической литературы, была разработана новая оригинальная конструкция контейнера [33], схема которой представлена на рис. 8. Упоминание этой конструкции в настоящей работе связано с тем, что ее сборка осуществлялась с применением штифтов, точнее - с помощью штифтов цилиндрических пружинных с прорезью (рис. 9), которые перед введением в отверстие корпуса сжимались, затем вставлялись в это отверстие, где они распрямлялись, жестко фиксируя крышку на корпусе контейнера.

Рис. 7. Корпус ТНА: на фланце 1 корпуса насоса окислителя видны отверстия под вворачивание резьбовых шпилек, а на фланце 3 - ввернутые шпильки [29]

Рис. 8. Транспортировочный контейнер: 1 - ядерная энергетическая установка; 2 - термосифон; 3 - вентилятор; 4 - металлорезиновый амортизатор; 5 - датчик температуры; 6 - система управления температурным режимом; 7 - система поддержания давления азота; 8 - датчик давления; 9 - газовод, 10 - электронагреватель; 11 - электроэнергетическая установка; 12 - холодильная установка

Рис. 9. Штифт полый разрезной

Следует отметить, что важнейшим элементом конструкции контейнера является металлорезиновый амортизатор 4, который представляет собой металло-композит, состоящий из металлической спирали, впрессованной в резину. Его назначение заключается в уменьшении амплитуды вибраций в широком диапазоне частот за счет трения на поверхностях спирали, что предотвращает контейнер от повреждений при транспортировке. Фиксирование амортизатора в корпусе контейнера также осуществляли с помощью цилиндрических пружинных штифтов с прорезью. С целью повышения прочностных характеристик амортизатора в резину предварительно вводили НП углерода, который получали из природного скрыто-кристаллического графита по технологии [34], разработанной в Ноттингемском университете (Великобритания) [35].

Штифты применяются также для фиксирования «стенок» лопаток (рис. 10) спрямляющего аппарата вентилятора турбовентиляторного трёхвального авиационного газотурбинного двигателя Д-18Т производства АО «МОТОР СИЧ» (устанавливается на транспортные самолеты Ан-124 «Руслан» и Ан-225 «Мрия»), пространство между которыми заполнено полимерным наполнителем [36].

няемых встык накладками с применением заклепок из стали 30ХГСА. Соединение выполняли с нормированным гарантированным осевым натягом по штатной заводской технологии. Исследование проводили на образцах, вырезанных из конструкции узла. Испытания образцов на разрыв производили на гидроим-пульсаторе. В результате изучения влияния длительности срока хранения (131500 часов при температуре лаборатории) с последующей термоэкспозицией (840 часов при +120 °С) на остаточную усталостную долговечность соединения, было установлено, что нарушений целостности соединяемых листов и заклепок не обнаружено.

замыкающая головка ч __

Ncffk

I '

ш

«

закладная -головка соединяемые листы

б

Рис. 11. Заклепочное соединение внахлестку: установка заклепки в отверстия соединяемых листов (а); выполненная операция соединения листов заклепкой (б)

Заключение. В работе описан целый ряд соединений, которые применяются в аэрокосмической технике для соединения деталей, обеспечивающих надежность эксплуатации летательных аппаратов.

а

4

Рис. 10. Разрез по хвостовику лопатки спрямляющего аппарата вентилятора авиационного газотурбинного двигателя Д-18Т:

2 - углепластиковое перо лопатки;

3 - нижняя полка; 4 - полимерный заполнитель; 5 - штифт [36]

Соединение с помощью заклепок. Надежным и наиболее распространенным в настоящее время является способ неразъемного соединения листовых элементов конструкции самолета клепкой. Применение клепки обосновано ее преимуществом перед другими соединениями в технологическом, прочностном и экономическом отношениях и, главным образом, степенью освоения и оснащенностью технологических процессов. Очевидно, по этим причинам в современных конструкциях летательных аппаратов до 75-90 % соединений листовых деталей планера самолета и фюзеляжа вертолета выполняются с помощью заклепок [37]. Заклепка представляет собой круглый стержень, имеющий закладную головку на одном конце и формируемую в процессе клепки замыкающую головку на другом его конце (рис. 11). В результате применения клепки детали сжимаются, образуя прочное, неподвижное неразъёмное соединение. Заклепка работает на срез и смятие, иногда - на отрыв головки.

В работе [38] описано применение заклепочных соединений при изготовлении узла ЛА из листов, изготовленных из сплава Д16 толщиной 6 мм, соеди-

Библиографические ссылки

1. Joining by forming - A review on joint mechanisms, applications and future trends / P. Groche [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. 2014. Vol. 214, iss. 10. P. 1972-1994.

2. Horvat G. L., Surface S. C. Assembled camshafts for automotive engines // Journal of Materials Shaping Technology. 1989. Vol. 7, iss. 3. P. 133-136.

3. Meusburger P. Lightweight design in engine construction by use of assembled camshafts. MTZ Worldwide. Ausgabe Nr.: 2007-08. Vol. 67. P. 10-12.

4. Joining by plastic deformation / Ken-ichiro Mori [et al.] // CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2013. Vol. 62, iss. 2. P. 673-694.

5. Deformation-induced cold-welding for self-healing of super-durable flexible transparent electrodes / Fei Guo Chuan [et al.] // Nano Energy. 2014. Vol. 8. P. 110-117.

6. The potential adaptation of stationary shoulder friction stir welding technology to steel / C. A. Maltin [et al.] // Materials & Design. 2014. Vol. 64. P. 614-624.

7. Mechanical clinching of ultra-high strength steel sheets and strength of joints / Abe Yohei [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. 2014. Vol. 214, iss. 10. P. 2112-2118.

8. Mori K., Abe Y., Kato T. Self-pierce riveting of multiple steel and aluminium alloy sheets // Journal of Materials Processing Technology. 2014. Vol. 214, iss. 10. P. 2002-2008.

9. Hartman D. A., Davé V. R., Cola M. J. In-process quality assurance for aerospace welding // Welding Journal. 2009. Vol. 88, № 1. P. 28-31.

10. Технология конструкционных материалов / А. А. Рауба [и др.]. Омск : Омский гос. ун-т путей сообщения, 2011. 26 с.

11. А. с. 831840 СССР, А1 МПК5 С 22 С 1/06. Способ модифицирования литейных алюминиевых сплавов эвтектического типа / Г. Г. Крушенко, Ю. М. Му-сохранов, И. С. Ямских, А. А. Корнилов, С. Г. Крушенко. № 2831160 от 17.10.1979, Бюл. № 19. 1981.

12. Морохов И. Д., Трусов Л. И., Чижик С. П. Ультрадисперсные металлические среды. М. : Атом-издат, 1977. 264 с.

13. Данилов В. И. Строение и кристаллизация жидкости. Киев : Изд-во АН УкрССР, 1956. 568 с.

14. Крушенко Г. Г. Роль частиц нанопорошков при формировании структуры алюминиевых сплавов // Металлургия машиностроения. 2011. № 1. С. 20-24.

15. Крушенко Г. Г. Нанопорошки химических соединений - средство повышения качества металлоизделий и конструкционной прочности // Заводская лаборатория. 1999. Т. 65, № 11. С. 42-50.

16. Нанопорошковые технологии в машиностроении / В. В. Москвичев [и др.] ; Сибирский федеральный университет. Красноярск, 2013. 186 с.

17. Крушенко Г. Г., Мишин А. С. Сварка листов из сплава АМг6 прутком, содержащим ультрадисперсные порошки // Сварочное производство. 1995. № 1. С. 2-3.

18. Додин Г. В., Клейман В. Л., Николаев В. М. Вопросы технологического обеспечения при создании баллистических ракет подводных лодок [Электронный ресурс]. 1997. URL: http://makeyev.msk.ru/pub/ msys/1997/technology.html.

19. Воздействие высококонцентрированных потоков энергии на материалы с целью изменения их физико-химических свойств и улучшения эксплуатационных характеристик. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2008. С. 138-139.

20. Лашко С. В., Лашко Н. Ф. Пайка металлов. М. : Машиностроение, 1988. 376 с.

21. Технология производства жидкостных ракетных двигателей / В. А. Моисеев [и др.]. М. : Изд-во МГУ, 2008. 381 с.

22. Пат. 2519003 Российская Федерация, Cl МПК F 02 K 9/60, F 02 K 9/64, F 02 K 9/97. Способ изготовления сопла камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя / Братухин Н. А., Коденцев С. Н., Петренко С. М. и др., № 2013116018/06 от 09.04.2013, Бюл. № 16. 2014.

23. Мишин А. С., Подвезенный В. Н. Влияние предварительной термической обработки на размерные изменения деталей из мартенситно-стареющих сталей // Проблемы техники и технологии ХХ! века : тез. докл. науч.-техн. конф. / КГТУ. Красноярск, 1994. С. 62-63.

24. Биронт В. С., Крушенко Г. Г. Влияние термической и термоциклической обработки на структуру и свойства мартенситно-стареющей стали // Журнал Сибирского федерального университета. Сер. «Техника и технологии».2008. Т. 1, № 3. Р. 247-255.

25. Белкин И. М. Допуски и посадки. М. : Машиностроение, 1992. 528 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

26. Гаффанов Р. Ф., Щенятский А. В. Управление процессом формирования соединения с натягом, собираемого термическим методом // Вестник ИжГТУ. 2008. № 3. С. 6-9.

27. Основы теории поршневых двигателей [Электронный ресурс]. URL: http://www.aviaclub.kz/lib/ engine/engine01.html (дата обращения: 21.10.2014).

28. Буренин А. А., Дац Е. П., Ткачева А. В. К моделированию технологии горячей посадки // Сибирский журнал индустриальной математики. 2014. Т. XVII, № 3. С. 40-47.

29. Турбонасосные агрегаты ЖРД конструкции НПО «Энергомаш» / В. К. Иванов [и др.] // Конверсия в машиностроении. 2006. № 1. С. 15-21.

30. Карасев П. А. Ядерные энергетические установки в космосе // Атомная стратегия. 2007. № 4. С. 16-17.

31. Moracho Ramirez M. J. Nuclear installation safety: International Atomic Energy Agency (IAEA) training programmes, materials and resources. Appendix

3. Infrastructure and Methodologies for the Justification of Nuclear Power Programmes. 2012. P. 919-933.

32. Pat. 5,438,597 US. Container for transportation and storage of spent nuclear fuel Appl. № 131,971 Oct. 8, 1993. Int, Cl.6 G 21 F 5/012 / Robert A. Lehnert, Robert D. Quinn, Steven E. Sisley, Brandon D. Thomas. Date of Patent August 1, 1995.

33. Контейнер для транспортировки ядерной энергоустановки космического аппарата / В. В. Двирный [и др.] // Разработка, производство, испытания и эксплуатация космических аппаратов и систем : c6. материалов III науч.-техн. конф. молодых специалистов ОАО «ИСС». Железногорск : ОАО «ИСС», 2014. С. 174-176.

34. Обогащение графитовой руды Курейского месторождения / О. М. Смирнов [и др.] // Обогащение руд. 1999. № 1-2. С. 19-22.

35. Coope B. Preliminary Jameson cell flotation testing of Siberian graphite samples / Department of Mineral Resources Engineering University Nottingham. 1993. 11 p.

36. Гайдачук А. В. Состояние и перспективы применения композиционных материалов в газотурбинах двигателях летательных аппаратов // Авиационно-космическая техника и технология. 2004. Вып. 3. С. 11-20.

37. Колганов И. М., Дубровский П. В., Архипов А. Н. Технологичность авиационных конструкций, пути повышения : учеб. пособие. Ульяновск : УлГТУ, 2003.

4. 1. 148 с.

38. Кацура А. В., Крушенко Г. Г. Исследование влияния календарного времени на сопротивление усталости болт-заклепочных соединений авиационной техники // Вестник СибГАУ. 2012. № 5. С. 177-181.

References

1. Groche P. et al. Joining by forming - A review on joint mechanisms, applications and future trends. Journal of Materials Processing Technology. October 2014, Vol. 214, Iss. 10, P. 1972-1994.

BecmnuK Cu6rAY. TOM 17, № 4

2. Horvat G. L., Surface S. C. Assembled camshafts for automotive engines. Journal of Materials Shaping Technology. September 1989, Vol. 7, Iss. 3, P. 133-136.

3. Meusburger P. Lightweight design in engine construction by use of assembled camshafts. MTZ Worldwide. Ausgabe. Nr.: 2007-08, Vol. 67, P. 10-12.

4. Kenichiro Mori et al. Joining by plastic deformation. CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2013, Vol. 62, Iss. 2, P. 673-694.

5. Chuan Fei Guo et al. Deformation-induced cold-welding for self-healing of super-durable flexible transparent electrodes. Nano Energy. September 2014, Vol. 8, P. 110-117.

6. Maltin C. A. et al. The potential adaptation of stationary shoulder friction stir welding technology to steel. Materials & Design. December 2014, Vol. 64, P. 614-624.

7. Yohei Abe et al. Mechanical clinching of ultra-high strength steel sheets and strength of joints. Journal of Materials Processing Technology. October 2014, Vol. 214, Iss. 10, P. 2112-2118.

8. Mori K., Abe Y., Kato T. Self-pierce riveting of multiple steel and aluminium alloy sheets. Journal of Materials Processing Technology. October 2014, Vol. 214, Iss. 10, P. 2002-2008.

9. Hartman D. A., Dave V. R., Cola M. J. In-process quality assurance for aerospace welding. Welding Journal. February 2009, Vol. 88, No. 1, P. 28-31.

10. Rauba A. A., Bychkov G. V., Obryvalin A. V. et al. Tekhnologiya konstruktsionnykh materialov. [Structural material technology]. Omsk, Omskiy gos. un-t putey soobshcheniya Publ., 2011, 26 p.

11. Krushenko G. G., Musokhranov Ju. M., Jamskikh I. S. et al. Sposob modifitsirovaniya liteynykh alyuminievykh splavov evtekticheskogo tipa [The method of inoculation of cast aluminum alloys of eutectic type]. Patent RF, no. 831840, 1981.

12. Morokhov I. D., Trusov L. I., Chizhik S. P. Ul'tradispersnye metallicheskie sredy [Ultrafine metal environment]. Moscow, Atomizdat Publ., 1977, 264 p.

13. Danilov V. I. Stroenie i kristallizatsiya zhidkosti [Structure and crystallization of the liquid]. Kiev, Izd-vo AN UkrSSR Publ., 1956, 568 p.

14. Krushenko G. G. [The role of the nanopowder particles in the formation of the structure of aluminum alloys]. Metallurgiya mashinostroeniya. 2011, No. 1, P. 20-24 (In Russ.).

15. Krushenko G. G. [Nanopowders of chemical compounds as a means of improving the quality of the metal and structural strength]. Zavodskaya laboratoriya. 1999, Vol. 65, No. 11, P. 42-50 (In Russ.).

16. Moskvichev V. V., Krushenko G. G., Burov A. E. et al. Nanoporoshkovye tekhnologii v mashinostroenii [Nanopowder technology in mechanical engineering]. Krasnoyarsk, Sibirskiy federal'ny universitet Publ., 2013, 186 p.

17. Krushenko G. G., Mishin A. S. [Welding sheets of alloy AMg6 rod containing ultra-fine powders]. Svaroch-noe proizvodstvo. 1995, No. 1, P. 2-3 (In Russ.).

18. Dodin G. V., Kleyman V. L., Nikolaev V. M. Vo-

prosy tekhnologicheskogo obespecheniya pri sozdanii ballisticheskikh raket podvodnykh lodok [Issues of tech-

nological support in the ballistic missile submarines]. 1997 (In Russ.). Available at: http://makeyev.msk.ru/pub/ msys/1997/technology.html (accessed 21.10.2014).

19. Vozdeystvie vysokokontsentrirovannykh potokov energii na materialy s tsel'yu izmeneniya ikh fiziko-khimicheskikh svoystv i uluchsheniya ekspluatatsionnykh kharakteristik. Sibirskoe otdelenie RAN v 2007godu [The impact of highly concentrated streams of energy to materials to change their physical and chemical properties and improved performance. Siberian branch of the Russian Academy of Sciences in 2007]. Novosibirsk, Izd-vo SO RAN Publ., 2008, P. 138-139.

20. Lashko S. V., Lashko N. F. Payka metallov [Brazing of metals]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1988, 376 p.

21. Moiseev V. A., Tarasov V. A., Kolmykov V. A. et al. Tekhnologiya proizvodstva zhidkostnykh raketnykh dvigateley [Production technology of liquid rocket engines]. Moscow, Izd-vo MGU Publ., 2008, 381 p.

22. Bratuhin N. A., Kodencev S. N., Petrenko V. S. et al. Sposob izgotovleniya sopla kamery sgoraniya zhid-kostnogo raketnogo dvigatelya [A method of manufacturing a nozzle of the combustion chamber liquid propellant rocket engine]. Patent RF, no. 2519003, 2014.

23. Mishin A. S., Podvezenny V. N. [The effect of thermal pre-treatment on the dimensional changes of the parts of Maraging steels]. Problemy tekhniki i tekhnologii XXI veka: Tez. dokl. nauchno-tekhnich. konf. [Problems of engineering and technology of the XXI century: Tez. rep. Scientific-Technical. Conf.]. Krasnoyarsk, KGTU, 1994, P. 62-63 (In Russ.).

24. Biront V. S., Krushenko G. G. [Influence of thermal and thermocyclic treatment on the structure and properties of Maraging steel]. Zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. Seriya "Tekhnika i tekhnologii". 2008, Vol. 1, No. 3, P. 247-255 (In Russ.).

25. Belkin I. M. Dopuski i posadki [Tolerances and landing]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1992, 528 p.

26. Gaffanov R. F., Shchenyatskiy A. V. [The formation of compounds with tightness collected by thermal method]. VestnikIzhGTU. 2008, No. 3, P. 6-9 (In Russ.).

27. [Fundamentals of the theory of piston engines] Osnovy teoriiporshneykh dvigateley (In Russ.). Available at: http://www.aviaclub.kz/lib/engine/engine01.html (accessed 21.10.2014).

28. Burenin A. A., Dac E. P., Tkacheva A. V. [Modeling of the shrink fit technology]. Sibirskiy zhurnal industrialnoymatematiki. 2014, Vol. XVII, No. 3, P. 40-47 (In Russ.).

29. Ivanov V. K., Kashkarov A. M., Romasenko E. N. et al. [Turbopump units LRE design NPO Energomash].

Konversiya v mashinostroenii. 2006, No. 1, P. 15-21 (In Russ.).

30. Karasev P. A. [Nuclear power plants in space]. Atomnaya strategiya. 2007, No. 4, P. 16-17 (In Russ.).

31. Moracho Ramirez M. J. Nuclear installation safety: International Atomic Energy Agency (IAEA) training programmes, materials and resources. Appendix 3. Infrastructure and Methodologies for the Justification of Nuclear Power Programmes. 2012. P. 919-933.

32. US Patent 5,438,597. Container for transportation and storage of spent nuclear fuel. Robert A. Lehnert,

Robert D. Quinn, Steven E. Sisley, Brandon D. Thomas. Date of Patent August 1, 1995.

33. Dvirnyy V. V., Dvirnyy G. V., G. G. Krushen-ko G. G. et al. [Container for transporting nuclear power plant spacecraft]. Razrabotka, proizvodstvo, ispytaniya i ekspluatatsiya kosmicheskikh apparatov i sistem: Sb. materialov III nauchno-tekhnich. konf. molodykh spet-sialistov OAO "ISS" [Development, production, testing and operation of space vehicles and systems: Sa. materials of the III scientific-technical. proc. young specialists of JSC "ISS"]. Zheleznogorsk, JSC "ISS", 2014, P. 174-176 (In Russ.).

34. Smirnov O. M., Krushenko G. G., Shhipko M. L. et al. [Beneficiation of Kureika graphite ore field]. Obogashhenie rud. 1999, No. 1-2, P. 19-22 (In Russ.).

35. Coope B. Preliminary Jameson cell flotation testing of Siberian graphite samples. Department of Mineral Resources Engineering University Nottingham, 1993, 11 p.

36. Gaydachuk A. V. [The state and prospects of application of composite materials in the aircraft engines]. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya. 2004, Vol. 3, P. 11-20 (In Russ.).

37. Kolganov I. M., Dubrovskiy P. V., Arkhipov A. N. Tekhnologichnost' aviatsionnykh konstruktsiy, puti povy-sheniya. Ch. 1 [Manufacturability of aircraft structures, ways of increasing. Part 1]. Ul'yanovsk, UlGTU Publ., 2003, 148 p.

38. Katsura A. V., Krushenko G. G. [Investigation of the effect of calendar time Fatigue bolt riveted joints of aircraft]. Vestnik SibGAU. 2012, No. 5(45), P. 177-181 (In Russ.).

© Крушенко Г. Г., Кукушкин И. В., 2016

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.