5.3.6. Установка заклепок из пкм

Одним из путей совершенствования клепаных соединений является разработка заклепок из полимерных композитов. По замыслу разработчиков соединительные швы с заклепками из ПКМ должны обладать малым весом, хорошими электроизоляционными свойствами, быть стойкими к коррозии и обеспечивать высокий ресурс за счет хорошей совместимости материала соединяемых деталей и заклепок.

На рис.5.20 приведены некоторые схемы установки заклепок из ПКМ.

Рис. 5.20. Формирование заклепок из полимерных композитов: а – с сердечником;

б – с внешней оболочкой; в – с полимерной замыкающей головкой

Фирмой Mucrodot запатентована заклепка (рис. 5.20,а), состоящая из двух элементов: частично полимеризованного стержня из наполненного стеклонитью реактопласта 1 и металлического сердечника 2. Заклепка вставляется в отверстие. Закладная головка прижимается к пакету обжимкой 3. После этого сердечник втягивается в отверстие, образуя замыкающую головку. На заключительном этапе осуществляется полимеризация стержня и замыкающих головок.

На рис. 5.20,б показана заклепка, стержень 4 которой выполнен из композиции углеродных волокон с эпоксидной смолой. На сборку поступает в частично полимеризованном состоянии. Сверху стержня находится оболочка 5 из ароматических полиамидов. Она предотвращает разматывание углеродных волокон. Стержень вставляется в отверстие, после чего обжимками 3 формируются замыкающие головки. В результате нагрева обжимок происходит полимеризация материала стержня.

Находят применение и комбинированные заклепки (рис. 5.20,в), состоящие из металлического элемента 6, образующего стержень и закладную головку. Замыкающая головка 7 образуется заполнением полости стержня и зенковки в обшивке термореактивным компаундом.

5.4. Выполнение резьбовых соединений

В болтовых соединениях деталей из полимерных композитов возникают те же проблемы, что и в клепаных узлах. Дело в том, что при соединении металлических деталей основными путями повышения прочности и ресурса является постановка болтов с увеличенным радиальным натягом, упрочнение отверстия, а также увеличение сил трения в плоскости нахлеста, вызываемых увеличением затяжки болтового соединения.

Достичь этих эффектов в композиционных конструкциях затруднительно. Болты выполняются из прочных металлов. Их работоспособность на смятие существенно превышает возможности композитов. Поэтому постановка болтов с большим натягом или уровнем осевой затяжки приведет к разрушению соединяемых деталей. Таким образом, основной задачей является увеличение сопротивления смятию материала в зонах отверстий. Достигается это, в основном, двумя способами:

- введением закладных металлических элементов в конструкцию соединяемых деталей;

- межслойным фольгированием композитов.

На рис. 5.21 показаны схемы болтовых соединений с закладными элементами. В качестве закладного элемента может быть пластина (рис. 5.21,а), приформованная к основному листу. При больших нагрузках используются металлические анкерные детали 2 (рис. 5.21,б). Для более рационального распределения нагрузки по площади конструкции анкерная деталь может быть установлена на элементы трубчатого типа 3. Сначала формуется трубчатый элемент совместно с металлической деталью. Затем они устанавливаются (приформовываются или приклеиваются) между обшивками, после чего в закладном элементе сверлится обшивка и нарезается резьба.

Для соединения цилиндрических деталей по их торцам устанавливают металлические детали типа фланца 4 (рис. 5.21,в) или кольца 5 (рис. 5.21,г). Прочность соединений может быть повышена за счет выступов на фланце или заворачиванием препрега вокруг кольца. Сверху обычно выполняют кольцевую подмотку 6.

Рис. 5.21. Болтовые соединения:

а – с закладной пластиной; б – с анкерным элементом; в – с металлическим

фланцем; г – с закладным кольцом; 1 – закладная пластина; 2 – анкерный

элемент; 3 – трубчатая деталь; 4 – фланец; 5 – кольцо; 6 – подмотка

Распространенным способом повышения прочности стенок отверстия является фольгирование (рис. 5.22,а). Суть метода заключается в послойной прокладке между слоями препрега фольги. Фольга применяется из коррозионно-стойкой стали или титана. Толщина ее обычно составляет 0,02…0,5 мм.

Рис. 5.22. Болтовые соединения деталей из ПКМ:

а – фольгированное; б – с закладной сеткой; 1 – втулка; 2 – фольга; 3 – сетка

Типовой технологический процесс выполнения фольгированного соединения содержит следующие операции:

фольга разрезается в заданный размер;

с поверхности отжигается масло при температуре 50…550° в течение 20-25 минут;

фольга обезжиривается и травится под нанесение клея;

на фольгу с двух сторон наносится подслой клея;

в шкафу осуществляется термообработка клея в соответствии с инструкцией ВИАМа;

слои фольги укладываются между слоями препрега полимерного композиционного материала, на поверхность фольги перед выкладкой в пакет заготовок наносится слой связующего основного материала (в качестве клея используются: ВК-3; ВК-13; ВК-32-200);

пакет из препрега и фольги формуется при заданных температуре и давлении;

затем сверлится и разворачивается отверстие, после чего в него запрессовывается металлическая втулка (рис. 5.22,а).

Вместо фольги иногда применяют металлическую сетку 3 (рис. 5.22,б). Ее также укладывают, чередуя со слоями препрега. В подготовленную таким образом зону детали можно устанавливать как обычные болты, так и винты саморезы.