Вальцовочные соединения - Заломнова К.В.

Author: Заломнова К.В.
Tags: технология обработки без снятия стружки в целом: процессы, инструмент, оборудование и приспособления общее машиностроение машиноведение машиностроение приборостроение инженерное дело технология машиностроения
Year: 1980
Similar
Справочник контролера машиностроительного завода. Допуски, посадки, линейные измерения
Допуски и посадки. Обоснование выбора: Учебное пособие для студентов машиностроительных вузов
Справочник контролера машиностроительного завода. Допуски, посадки, линейные измерения
Технологическое обеспечение сборочных производств: Методические указания по проведению лабораторных работ. Часть 1
Text
                    
ББК 34.4
3 22
УДК 621.792
Заломнова К. В. Вальцовочные соединения. — М.г
6П5 Машиностроение, 1980.— 136 с., ил.
45 к.
В книге изложены результаты теоретических и экспериментальных
исследований, выполненных на соединениях, применяемых в машияо- if
приборосгорснии. Систематизированы виды соединений по формам замы-
кающих головок и по их применению, дана физическая сущность скреп-
ления элементов соединения и взаимосвязь конструктивных” характеристик
формообразующей час'«и пуансона и элементов соединении скрепляемых
деталей. Рассмотрена методика отработки и оценки вальцовочных соеди-
нении на технологичность и конструктивные факторы, влияющие на техно-
логичность н качество соединения, а также методы прилагаемых нагрузок
и их влияние на качество скрепления. Даны рекомендации по выбору ме-
тодов и режимов соединения.
Книга предназначена для инженерно-технических работников различ-
ных отраслей машиностроения и приборостроения и может быть полезна
студентам высших и средних учебных заведений.
31302-014
038(01)-80
14-80. 2702000000
ББК 34.4
6П5
© Издательство «Машиностроение», 1980 г.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема качества — надежности, долговечности,
'технологичности изделий и снижения трудоемкости сборочных
работ становится все более актуальной. Особое значение она
приобретает в связи с генеральным направлением развития на-
шей промышленности — комплексной автоматизацией производ-
ства и повышением качества выпускаемых изделий. Повышение
качества сборки, механизация и автоматизация технологических
процессов настоятельно требуют разработки надежных методов
их анализа и расчета.
Себестоимость сборки приборов занимает по трудоемкости
около 45—50% общей стоимости изготовляемых изделий; сбор-
ка узлов1 (основанная на пластическом деформировании мате-
риалов соединения) методом склепывания, развальцовывания,
иуклевкн, обжимки составляет около 20% всех видов соедине-
ний, около 15% стоимости сборочных работ. В компрессоро-
строении аналогичные соединения составляют около 10%; в ма-
шиностроении— около 5%, соединения со сплошной цапфой
находят большое применение в самолетостроении и мотострое-
нии.
Используя достижения теории пластических деформаций,
советские ученые (В. П. Григорьев, В. Е. Берсудский, П. Б. Гол-
довский, Н. Ф. Дембровский и др.) дали научно обоснованные
рекомендации по рациональному построению технологического
процесса склепывания, а также по расчету усилий, необходимых
для формообразования замыкающих головок из сплошных сое-
динительных элементов — цапф. Однако до сих пор многие
практические вопросы склепывания не получили полного теоре-
тического решения. Поэтому в промышленности часто пользу-
ются приближенными эмпирическими формулами и эксперимен-
тальной отладкой технологии.
1 Под узлом понимают сборочную единицу, об.за (ающую свойствами
независимой сборки и выполняющую определенные функции в изделии ври
помощи его других составных частей.
3
Весьма ответственным и трудоемким является процесс
скрепления деталей из хрупких материалов (гетинаксв, фарфо-
ра, карболита, стекла и т. п.), деталей ажурных конструкций и
деталей, имеющих жесткие допуски на размеры. В этих случа-
ях в качестве соединительных элементов применяют полые
цапфы, формообразование замыкающих головок которых осу-
ществляется в более легких условиях. Тем не менее процесс
скрепления основан на пластическом деформировании элементов
соединения, который ведет в большинстве случаев к изменению
геометрических параметров соединяемых деталей, а также к
изменению свойств металла в сторону повышения его твердоеги
и прочности, уменьшению пластичности и вязкости. Эти измене-
ния том больше, чем выше степень наклепа.
Свойства металла, приобретенные в результате холодного
наклепа, при эксплуатации изделий пс всегда остаются пос-
тоянными. Кроме того, остаточные напряжения от наклепа уси-
ливают коррозию и переводят ее в более опасный вид — меж-
кристаллическую. Особенно неблагоприятно это отражается
на изделиях, испытывающих при эксплуатации переменные
нагрузки, которые способствуют разрушению оксидной защит-
ной пленки и тем самым ускоряют процесс протекания кор-
розии.
При сборке узлов нередко полагаются на профессиональное
чутье рабочего, что приводит к получению соединений с дефек-
тами  скрытого характера. Из-за недостаточной изученности
физической сущности процесса сборки и несовершенства средств
контроля до сих пор мало применяют объективные методы конт-
роля.
Из изложенного следует, что совершенно необходимо изучить
соединения с полыми цапфами, разработать такую технологию
скрепления, которая сводила бы к минимуму деформации и
напряжения, возникающие в соединениях при формообразовании
замыкающих головок.
Процесс скрепления элементов соединения методом вальце-
вания вызывает серьезные затруднения, так как в имеющейся
литературе недостаточно освещены вопросы расчета прочности
этих соединений, а в оценке качественного и количественного
влияния па них различных фактов нет единой точки зрения.
Отсутствуют также обоснованные данные, необходимые для про-
ектирования и совершенствования технологических процессов
сборки таких узлов.
Таким образом, для решения указанных выше проблем не-
обходимо выполнить следующие работы.
Определить допустимую величину остаточных напряжений в
зоне сцепления элементов соединения.
Провести анализ взаимосвязи величины остаточных напря-
жений с величиной пластической деформации элементов соеди-
нения (степенью расширения соединительных элементов в зоне
4
верхней кромки отверстия паксги» утонением и пыгяакоЙ вы-
ступающей части соединительного элемент).
Исследовать взаимосвязь геометрических нариметрон нули
сона и соединяемых элементов, исходя из условий допустимой
деформации последних.
Определить усилия, необходимые для формообразования за-
мыкающих головок в зависимости от их формы и материала.
Изучить режимы, обеспечивающие качество и надежность
соединений в зависимости от их геометрических параметров,
материала скрепляемых деталей, компоновки деталей в узле,
формы соединительных элементов, отклонений от номиналов
сопрягаемых размеров в пределах допусков по ГОСТам при из-
готовлении деталей узла.
Разработать классификатор узлов, сокрепляемых методом
вальцевания, по признакам, обеспечивающим возможность оп-
ределения соответствующего оборудования для каждой группы
узлов классификатора.
Определить потребность оборудования в отечественной
промышленности, назначенного для «каждой группы узлов по
классификатору. Только после перечисленной выше работы
можно приступить к решению типовых конструкций типового
оборудования.
Создать размерные ряды типового оборудования, нормали-
зовать его узлы и элементы и встроить его в ряды общемашино-
строительного типажа.
Организовать централизованное производство указанных
средств в размерах, полностью удовлетворяющих нужды отече-
ственной промышленности.
Созвать альбом как руководящий материал по выбору и
применению указанного оборудования.
Изыскивать новые конструкции сборочного оборудования
следует нс для отдельного узла или изделия определенной мо-
дели, что нередко практикуется, а для ряда конструктивно-
подобных в определенных габаритах узлов и изделий. Это поз-
волит создать не узкоспециальное, а специализированное
сборочное оборудование и увеличить партионность их изготов-
ления, снизить затраты и сократить окупаемость, а также уско-
рить темпы повышения уровня механизации п автоматизации
процессов сборки, сопровождающейся пластическим деформиро-
ванием элементов соединения.
ГЛАВА I
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
О ВАЛЬЦОВОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ
1. ВИДЫ ВАЛЬЦОВОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Вальцовочным называют соединение, форма соедини-
тельного элемента (цапфы) которого позволяет обкатывать или
раскатывать его вокруг оси вальцовкой; цапфа при этом может
быть сплошной, полой, срезанной, выступающей и не выступаю-
щей из соединительного отверстия.
Цапфа—это конец стержня заклепки, выступ соединитель-
ной детали.
Соединительным отверстием является отверстие, через кото-
рое проходит стержень заклепки или выступа соединительной
детали, подлежащий деформации в замыкающую головку.
Соединительной деталью называют такую деталь, у которой
предусмотрен выступ для формообразования из пего замыкаю-
щей головки; к соединительным деталям относят все виды за-
клепок.
Замыкающая головка — это пластически-деформированпая
цапфа, предназначенная для скрепления элементов соединения.
К соединительным элементам относят цапфу и соединитель-
ное отверстие.
К вальцовочным соединениям можно отнести все соедине-
ния, представленные на рис. 1.
По сравнению с существующими в промышленности видами
соединений вальцовочные обладают очень большим числом ти-
пов замыкающих головок. Основными типами замыкающих го-
ловок, полученных из сплошных цапф, являются полукруглая,
плоская, полупотайная (рис. 1, г, д). Замыкающие головки,
полученные из полых цапф, называют кольцевыми и делят на
полусферические (полуторы, полукольца), конусные с углом
раскатки 60, 75, 90, 120°; разложенные по конусу и фаске в от-
верстии соединяемого пакета заподлицо с его плоскостью (рис.
1, а—в); полученные из заплечика (рис. 1, и).
Каждое вальцовочное соединение до скрепления (формооб-
разования замыкающей головки) характеризуется геометриче-
скими параметрами цапфы (внешним диаметром D мм, внут-
ренним d мм, толщиной стенки b мм, длиной цапфы L мм,
6
длиной вылета цапфы I мм для формообразования замыкающей
головки); диаметром и формой отверстия пакета; величиной
зазора Л мм между стенками соединяемых элементов (цапфьа
Рис. 1. Вальцовочные соединения:
а, к — с замыкающими головками типа иолуторов из полых стержней;
б— с замыкающей головкой, разложенной по фаске; в — с замыкающей го-
ловкой, разложенной по фаске и конусу; г, н, о —с полукруглой замыкаю-
щей головкой из сплошного стержня; д—с плоской замыкающими голов-
ками типа нолуторов из полого стержня с конической проточкой в соеди-
нительном элементе; и — с кольцевой замыкающей головкой, образованной
из заплечика; л, м — с замыкающими головками из трубчатых заклепок;
п — с выпуклополупотайной замыкающей головкой
Рис. 2. Обозначение
геометрических па-
раметров вальцовоч-
ных соединений
и отверстия пакета) и толщиной скрепляемого пакета (рис 2).
Параметры сплошной цапфы характеризуются без учета внут-
реннего диаметра и толщины стенки.
По характеру скрепления вальцовоч-
ные соединения должны быть отпесепьт
к виду неразъемных, так как при вос-
становлении па рушенного соединения
требуется, как правило, замена одного
из соединяемых элементов — соедини-
тельной детали. В то же время эти сое-
динения не могут быть причислены к
жестким соединениям, к каким относят-
ся, например, сварные, так как в эксплу-
атационных условиях эти соединения
могут допускать сдвиг соединительных
деталей относительно стенок отверстия.
Разъединение скрепляемых деталей не
вызывает больших трудностей и не связано с повреждением
соединяемых деталей, вследствие чего соединение может быть
легко восстановлено.
Вальцовочные соединения применяют в тех случаях, когда
нагрев соединяемых деталей нежелателен (сепараторы
шарикоподшипников, узлы электроаппаратуры и приборов,
рамы автомобилей, крепление лопаток паровых и газо-
вых турбин, крепление плоских пружин, термообработан-
ных деталей), а также при сборке деталей из разнородных
материалов (сталь — чугун, металл — стекло, металл — пласт-
масса, в соединениях неметаллических деталей между собой в
любых сочетаниях материалов), сварка и пайка которых за-
труднены и склеивание не обеспечивает нужной прочности
соединения большого числа деталей в один пакет; в конструк-
циях типа труб, работающих под действием вибрационных и
ударных нагрузок, внутренних или внешних статических давле-
ний и тепловых расширений, при высоких требованиях к надеж-
ности скрепления и т. д.
Во всех перечисленных случаях применения вальцовочных
соединений независимо от метода приложения усилий проч-
ность их скрепления обеспечивается нормальными напряжения-
ми сжатия, возникающими на поверхности контакта элементов
соединения. Несмотря па то, что у этих соединений есть общее
в их сущности образования взаимного давления по контактной
поверхности элементов соединения, они не могут быть безогово-
рочно отождествлены как по сущности формообразования сое-
динения— распределения напряжений, так и по процессу испол-
нения. Например, между формообразованием замыкающей
головки из полого соединительного элемента и сплошного
существует значительное различие. В первом случае соедини-
тельный элемент расширяется или сужается, во втором осажива-
ется. Кроме того, в обоих случаях материал в зоне соединения
перераспределяется различными методами приложения усилий,
т. е. в зависимости от формы соединяемых элементов, их физи-
ко-механических свойств и необходимой прочности соединитель-
ный элемент (или элементы соединения) деформируют ударом,
прессованием или обкаткой — вальцеванием.
В связи с недостаточной изученностью физической сущности
процесса скрепления элементов соединения, основанного на их
пластическом деформировании, долгое время скрепление полу-
чали в основном методом прямого приложения усилий к сбороч-
ному (формообразующему) инструменту (пуансону, матрице),
меняя скорость и величину (удар, вибрация, прессование). При
этом необходимая форма соединения (замыкающей головки)
обеспечивалась конструкцией сборочного инструмента. Поэтому
все соединения, изготовленные при помощи соединительной
цапфы, независимо от их формы, относят к расклепыванию,
хотя они получены не ударом, а методом вальцевания. Сущест-
вует деление соединений по их форме, т. е. соединение, получен-
ное при помощи полой цапфы, называют отбортованным, с
помощью сплошной — пуклеванным и т. д.
8
По мере изучения физической сущности процесса скроило
ния более широко стали применять прямой метод приложения
усилий с вращением инструмента, для этой цели были разрабо-
таны специальное сборочное оборудование, инструмент и прис-
пособления, но названия соединений остались прежними
клепаными.
Видов соединений много, методов приложения усилий для
получения соединения (скрепления)—три: удар, нарастающее
усилие без вращения инструмента, нарастающее усилие с вра-
щением инструмента.
Вес виды соединений можно получить любым из трех мето-
дов (табл. 1), но качество скрепления будет разным, так как
Таблица 1
Возможные методы приложения усилий для получения
определенного вида соединения
Вид соединения по рис. 1	Характеристика		Возможные методы приложения усилий			Прсцисирующий метод
	цапфы	замыкающей головки	Удар	без вращения д инструмента о 	 п	о а с вращением	g инструмента	=	
д, е, к	Полая	Полутор
б	»	Разложенная по фаске
в	»	Разложенная по конусу
		и фаске
г	Сплошная	Полукруглая
д		Плоская
ж, 3	Полая с конической	Полутор
	проточкой	
и	Заплечик	Кольцевая
условия перераспределения материала при первом методе при-
ложения усилий хуже, чем при втором, а при втором хуже, чем
при третьем.
2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ФОРМЫ ЭЛЕМЕНТОВ СОЕДИНЕНИЯ
По конструктивному решению рассматриваемые сое*
дипения можно разделить на следующие виды: разъемные, ус-
ловно-разъемные, неразъемные, с силовым и геометрическим
замыканием. Разъемные соединения конструктивно выполняют
таким образом, чтобы их можно было собпрап» и разбирать;
условно-разъемные нельзя собирать и разбирать бесконечно;
9
неразъемные соединения нельзя разобрать, не нарушив при
этом соединенных деталей.
В основе соединения с силовым замыканием лежат механи-
ческие силы, возникающие в результате пластических деформа-
ций. В основе соединений с геометрическим замыканием лежит
форма соединяемых элементов.
Косвенные и непосредственные соединения. Для получения
косвенных соединений необходимы промежуточные соедини-
тельные элементы, которыми являются заклепки со сплошными
или полыми цилиндрическими цапфами или призматическими
(см. рис. 1, г—е). Непосредственные соединения выполняют при
помощи выступов, цапф, заплечиков и т. д. Эти соединения це-
лесообразно применять в приборостроении, так как отпадает
необходимость изготовлять специальные соединительные дета-
ли—заклепки. На рис. 3 и в табл. 2 показаны соединительные
детали, используемые в непосредственных и косвенных соеди-
нениях при склепывании и развальцовывании. Особым разнооб-
разием типов обладают соединительные детали, используемые
как звенья кинематической цени. Причем каждый из типов, по-
казанных на рис. 3, а—в, объединяет группу деталей, сходных
но геометрическим параметрам. Такое количество типов соеди-
нительных деталей с учетом мелкосерийное™ производства в
приборостроительной промышленности обусловливает частые
смену или переналадки загрузочных устройств к сборочным
машинам, например, раздвижных лотков или применения меха-
низмов вторичной ориентации с логическими устройствами,
которые позволяют придать необходимое для сборки положение
деталей со сложной конфигурацией.
Конфигурация соединительных деталей определяется кине-
матикой изделия, и большое разнообразие конфигураций этих
деталей неизбежно. Цапфы соединительных деталей в зависи-
мости от несущей способности узла (рис. 4) могут быть круглы-
ми, срезанными, засверленными, с дополнительным фрезерова-
нием заплечиков, накаткой и т. д. Особенно большой разброс
размеров имеют конструктивные элементы цапф, которые нахо-
дятся в прямой взаимосвязи с размерами формообразующей
части сборочного инструмента.
Единые геометрические параметры, характеризующие эле-
менты соединения, позволяют систематизировать их в опреде-
ленные ряды применяемости (типа заклепочных рядов). Такая
систематизация элементов соединения в настоящее время в
практике отсутствует. В чертежах для аналогичных соединений
назначаются самые различные длипы вылета цапф, потребных
для формообразования замыкающих головок, например, для
цапф 0 3 мм в одном типе соединительных деталей (см. рис. 3)
/=0,54-1,5 мм; для цапф 0 4 мм этого же типа / = 0,24-2,0 мм.
Подобная бессистемность назначения / у всех типов соедини-
тельных деталей. Величины зазоров между" стенками соединясь
10
Рис. 3. Соединительные детали, применяемые
в вальцовочных (а), клепаных (б) и в клепа-
ных и вальцовочных соединениях (в)

Основные типы тестированных и специальных заклепок
Заклепки	Форма заклепок			Сопротивление		Давление поверх- ностей	Примечание
				осевым нагрузкам	срезу		
С плоской головкой, сплошным стержнем	- —			Высокое	Высокое	Высокое	Простой сборочный инструмент. Применяют в неразъемных соединениях, в конструкциях, допускающих выступающую головку
С полукруглой головкой, сплошным стержнем С плоскополукруглой го- ловкой, сплошным стерж- нем	с	1—		»	»	» Среднее	Вид соединения требует тщательной подготов- ки (относительно дорогостоящий). Применяют в неразъемных соединениях, в конструкциях, допускающих выступающую головку. Пред- почтительно применение на покрытой отделан- ной поверхности, так как головка может быть образована обкаткой или давлением без пов- реждения скрепляемых деталей Выдерживает меньшие усилия по сравнению с заклепкой 2. Часто используют взамен закеп- ки с плоскопотайпой головкой в котлострое- нии, когда нельзя подвести к соединению сбо- рочный инструмент изнутри
		Р—Г					
							
		1					
Продолжение табл, 2	__ _	 -				-							
Заклепки Со сплошной головкой, сплошным стержнем С выпукло-полу потайной головкой,	сплошным стержнем С плоскополупотайпой го- ловкой, сплошным стерж- нем				Сопротивление		Да влеи нс поверх- ностей Высокое в »	Примечание Дорогостоящая зенковка. Применяют, когда требуется повысить сопротивление трения. Усилие зажима меньше по сравнению с зак- лепкой 2. Заклепку (а) применяют при скреп- лении толстых листов, заклепку (б)—при скреплении кожаных и пластмассовых изделий. Потайные заклепки могут применяться при последующем окрашивании узла и * при приме- нении других мер антикоррозионной или деко- ративной защиты ♦ Хороший внешний вид. Применяют в аппара- те- и паровозостроении. Заклепка (а) имеет невысокий потай и плоскую полукруглую го- ловку. Не рекомендуется для высоконагру- женных соединений Большой (ненормальный) диаметр головки. Применяется в соединениях деталей из непроч- ного материала: кожи, фибры, текстолита, эбонита, плексигласа и т. п.
	Форм ч ft -	а заклс	!ПОК	осевым нагрузкам Высокое	срезу Высокое 7)		
		.		—					
Продолжение табл. 2
Сопротивление
Форма заклепок	осевым нагрузкам	срезу	'Давление поверх- ностей
Заклепки
С плоской потайной или полукруглой головкой, за- сверленным стержнем				Низкое
				
				
				
Примечание
Высокое	Низкое	Применяется в узлах с высоким сопротивле- нием срезу, нс допускающих высокое давле- ние скрепляемых поверхностей с деталями под замыкающей головкой, из хрупких материалов
		для скрепления металлических деталей с не-
металлическими и т. п.
Безголовочная, с засвер-
ленным или выдавленным
стержнем
		 »		»	Применяется при большой высоте скрепляемого пакета* Конусная форма отверстия облегчает об- разование замыкающей головки. Отсутствуют вмятины вокруг головки, незначительная вытяж- ка ^обшивки, не возникает больших напряже- ний в стенках соединительного отверстия
				
______				
Полая
	Низкое	Низкое	| Низкое
			
Применяют в тех случаях, когда не хотят
подвергать скрепляемые детали каким-либо на-
грузкам. Отверстия используют для пропуска
электрических проводников, крепежных вин-
тов^или других деталей соответствующего раз-
мера
Продолжение табл. 2
Заклепкп	Форма заклепок	Сопрот осевым нагрузкам	явление срезу	Давление поверх- ностей	Примечание
Полая		Низкое	Низкое	I1изкое	Применяется в герметичных, пылесветопепро- пицаемых соединениях
Применяется для скрепления мягких листовых
и ленточных детален из текстиля, кожи, орг-
стекла и т. п. Трудоемкость изготовления
большая
Полая, состоящая из двух
час» ей
Разводная заклепка
	»		»	Применяется при трудном доступе к закладной головке (например, при скреплении трубчатых деталей). Трудоемкость изготовления и скреп- ления большая, конструкция сложная
Пустотелая с внутренней
резьбой
।
Применяется при ремонте в полевых условиях
-в клеезаклепочных соединениях. Стоимость
заклепки высокая

Продолжение табл.
Примечание		Применяется в клеезаклепочных соединениях. Обеспечивает большие стягивающие усилия скрепляемых деталей и клеевой прослойкой. Применение возможно в сочетании с клеями	горячего и холодного отверждения, для соеди- нения тонколистовых конструктивных элемен- тов из алюминиевых сплавов. Стоимость за- клепок высокая	Рекомендуется для скрепления тонколистовых конструкции. Стоимость заклепок высокая	Применяется в клеезаклепочных герметичных соединениях. Качество скрепления высокое. Стоимость заклепок высокая
Давление поверх- ностей		Высокое		л	Среднее 1
Сопротивление	срезу	а> о		Высокое „	.	Среднее
	осевым нагрузкам	о о со X		Высокое	Среднее
Форма заклепок			а		1
Заклепки		о S Ол «=Г CL. d> О о к eg OJ е о		Пустотелая с расклинива- нием	Взрывная
16
мых элементов в идентичных узлах колеблются от 0,0 до 0,2 мм;
от 0,0 до 1,5 мм; от 0,02 до 0,6 мм; от 0,8 до ‘1,2 мм; от 0,01 до
0,04 мм; от 0,05 до 0,8 мм. Не менее разнообразны величины
фасок в соединительных отверстиях пакетов по глубине и углу
наклона.
Рис. 4. Разновидности цапф непосредственных соединений:
а, д — срезанные: б — с накаткой; л, г— с дополнительным фрезерованием заплечиков;
е—з, к, л — круглые; и — трубчатые; м—о — засверленные; р — с проточным заплечиком
Такое назначение геометрических параметров элементов сое-
динения обусловливает выбор и изготовление нового сборочного
инструмента для каждого вальцовочного соединения. Это приво-
дит к неоправданно большому количеству изготовленных сбо-
рочных инструментов и складированию его па предприятии.
Соединительные отверстия в зависимости от назначения со-
единения могут быть круглыми с фасками для ввода цапфы или
разложения по ним стенок цапфы; конусными, прямоугольными,
с насечками по краю отверстия или фаски.
Отверстия получают пробивкой или сверлением.
При сверлении качество отверстий достаточно высокое, по-
этому данный метод в основном применяют в производстве
прецизионных узлов, тонколистовых каркасных конструкций,
17
клеезаклепочных соединений. Диаметр отверстий подбирают по
ГОСТ 802—75 в зависимости от требуемой точности сборки уз-
ла. Для клсезаклепочных соединений диаметром до 6 мм,
авиационных соединений, соединений с полыми цапфами следу-
ет изготовлять отверстия диаметром на 0,1 мм больше диаметра
заклепки. Допустимое отклонение на расстоянии между отвер-
стиями выбирают по болтовому соединению в зависимости от
разности диаметров цапфы и отверстия.
Повышение производительности и точности расположения от-
верстий в вальцуемых деталях небольших размеров обеспе-
чиваются многошпиндельными сверлильными станками (голов-
ками) или одновременной пробивкой несколькими пуапсопами.
Образование отверстий методом пробивки снижает их качест-
во, на краях отверстий часто образуются трешипы, вмятины,
скалывание металла, конусность и другие дефекты.
Изготовление отверстий должно соответствовать 4, 5-му
классу точности (соответствующий допуск должен быть задан
на цапфе вальцуемой детали). В случае особенно больших на-
грузок при эксплуатации и транспортировании или при скреп-
лении крупногабаритных узлов все отверстия должны быть
подвергнуты дополнительной обработке — зенкерованию, раз-
вертыванию.
ГЛАВА II
АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ СОЕДИНЕНИЙ
1. АНАЛИЗ СОЕДИНЕНИЙ
Процесс вальцевания—скрепления осуществляется с
приложением сил извне, поэтому соединение будет находиться
в напряженном состоянии даже в том случае, если деформации
элементов соединения незначительны. Основными характерис-
тиками качества вальцовочного соединения являются проч-
ность. внешний вид, отсутствие избыточных напряжений в эле-
ментах соединения, т. е. соединение должно обладать такой
прочностью, которая достаточна для противодействия относи-
тельному смещению скрепляемых элементов соединения в про-
цессе эксплуатации изделия. Замыкающая головка должна
быть полностью формообразована, без облоев, сколов, срезов,
микротрещин, разрывов и т. п. Остаточные напряжения в эле-
ментах соединения ие должны приводить к разрушению или
изменению геометрических параметров скрепляемых деталей.
В настоящее время возникает много практических задач,
которые не получили полного теоретического решения. Поэто-
му в промышленности пользуются приближенными эмпиричес-
кими формулами и экспериментальной отладкой технологии.
Недостаточная изученность физической сущности процесса
скрепления является следствием того, что при конструирова-
нии узлов в технических условиях чертежа не всегда оговари-
ваются вид и величина нагрузок, испытываемых в процессе
эксплуатации. Прежде чем назначать режимы скрепления, тех-
нологи вынуждены просчитывать всю кинематическую цепь
прибора с тем, чтобы определить необходимую несущую спо-
собность соединения и заложить ее в технологический процесс
сборки узла. Подобные расчеты отнимают много времени и не
всегда достоверны. Отсутствие системы при назначении геомет-
рических параметров соединяемых элементов приводит к изго-
товлению последних с широким полем допусков, вследствие
чего при сопряжении с учетом погрешностей изготовления зо-
на разброса увеличивается в 2 раза и более. Например, изме-
рения элементов соединения узла «сектор с втулкой» (рис. 5)
показали: размеры длины цапфы колеблются от 1,94 до 2,16 мм
(разброс 0,22 мм); размеры внешнего диаметра цапфы — в пре-
19
Повторяемость, °/о
Повторяемость.°1в Повторяемость, °1о
0,5 0,55 0;'<80,5 0,55 0,58 DJS 0,69 0,7 мм
8)
195 1,982	2,0k 2,08 2,12 мм
е)
Рис. 5. Размеры элементов соединения, измеренные па участке сборки сек-
тора с втулкой:
а — разностенности цапфы; б — внутреннего диаметра; в — зазора между стенками сое-
диняемых элементов; г — наружного диамегра; О — вылета цапфы; е — длины цапфы
20
делах допуска только около 33,5% (пределы допуска на рис. 5
показаны штриховыми линиями). Аналогично состояние изго-
товления по размерам внутреннего диаметра цапфы и ее рав-
ностснности.
Размеры отверстия сектора (пакета) диаметром 4+0’018 мм
выполняются около 79% в пределах допуска, из них около
30% на нижнем пределе допуска, 20% на верхнем, около 21%
за его пределами. Толщина сектора (пакета) колеблется от
1,43 до 1,55 мм. Таким образом, при вероятности совпадения
минимальною размера толщины сектора с максимальной дли-
ной цапфы, длина вылета на формообразование замыкающей
головки составит 2.23 мм; при вероятности совпадения макси-
мальной толщины сектора и минимальной длины цапфы эта
длина составит 1,89 мм, т. е. разброс увеличивается до 0,34 мм.
При таком состоянии изготовления зазор между стенками сое-
диняемых .элементов колеблется от 0,2 до 0,03 мм.
При сопряжении соединяемых элементов цапфы с мини-
мальной толщиной стенки, максимальной разностенностью и
длиной 1,89 мм при разбросе 0,2 мм и толщине пакета 1,55 мм
замыкающая головка не можеть быть получена из-за недоста-
точного объема металла на ее формообразование. При сопря-
жении соединяемых элементов цапфы с максимальной толщи-
ной стенки, минимальной разностенностью, длиной 2,23 мм при
зазоре 0,03 мм и толщине пакета 1,43 мм замыкающая голов-
ка будет получена с облоем из-за избытка металла на формо-
образование замыкающей головки.
При размерах, близких к первому случаю сопряжения, есть
вероятность получения соединений с неполной формой головки
и отсутствием сцепления скрепленных элементов. Во втором
случае большое количество соединений будет с избыточными
напряжениями в соединении. Нестабильность объема металла,
идущего на формообразование замыкающей головки, приводит
к несоответствию параметрам сборочного инструмента.
Таким образом, па качество соединения в целом и прочность
скрепления существенное влияние оказывают геометрические
параметры соединяемых элементов узла. Для узлов, испыты-
вающих в процессе эксплуатации большие силовые нагрузки
(в основном со сплошными цапфами), выполняют поверочные
расчеты по формулам [18]:
цапфы па срез (рис. 6, а) Р— —— [т]сп;
4
листа (или летали пакета, находящейся под замыкающей
головкой) 'на разрыв по сечению k—k (рис. 6, б) Р= (Ь—d) X
Xs'(o)p;
листа (или детали под замыкающей головкой) на срез по
сечению п—п—щ (рис. 6,6) Р= 2 fl---------|-^«[т]ср;
21
i	n jxD'2 r ,
цапфы на разрыв P = —— [o]p;
головки па срез (рис. 6, в) P=nDh(x)^
головки на смятие Р = — (£)2 — d2) [<т]см.
4
Если на соединение действуют значительные вращающие
моменты, рекомендуют выполнять отверстия или цапфы соеди-
Рис, 6. Схема к расчету прочности соединения
питсльпых деталей по типу, приведсному па рис. 4, а—д. При
наличии насечек в отверстии твердость материалов соедини-
тельной детали должна быть ниже твердости материала под
замыкающей головкой на 10—20%.
К факторам, обусловливающим прочность соединения, от-
носится степень деформации элементов соединения, т. е. де-
формация, отнесенная к единице геометрических линейных п
объемных параметров деформируемого тела. Степень деформа-
ции служит критерием упрочнения, показатели пластичности
(переход за предельные степени деформации приводит к раз-
рушению деформируемого тела—цапфы или отверстия скреп-
ляемого пакета). Увеличение степени деформации влечет за
собой повышение давления течения материала и образование
избыточных остаточных напряжений в зоне скрепления, что
обусловливает изменение геометрических параметров соединя-
емых деталей и свойств металла в сторону повышения его
твердости, прочности, понижения пластичности и вязкости. Эти
изменения имеют тем большие значения, чем выше степень на-
клепа. Остаточные напряжения от наклепа усиливают корро-
зию и переводят ее в наиболее опасный вид — межкрасталли-
чсскую. Особенно неблагоприятно эти явления отражаются на
изделиях, работающих при высоких температурах и в агрес-
сивных средах, на изделиях, испытывающих в эксплуатации
знакопеременные нагрузки (типа контактных реле) и т. п.
Без расчета степени деформации цапфы не могут быть
теоретически обоснованно определены формообразующие пара-
метры сборочного инструмента, соответствующие оптимальному
распределению материала соединяемых элементов, оптималь-
ной прочности скрепления.
Степень формоизменения соединяемых элементов изделий
ограничивается предельными степенями деформации (разда-
22
^ей отверстий, вытяжкой и утонением стенок цапф, объемным
перераспределением частиц металла и т. п.). Качественные по-
казатели, характеризующие процесс формоизменения — скреп-
ления, определить трудно, так как
качество соединения зависит от кон-
струкции сборочного инструмента, кон-
струкции и суммарных погрешностей
при изготовлении соединяемых эле-
ментов по сопрягаемым поверхностям.
Кроме того, при конструктивных рас-
четах элементов соединения, техно-
логических расчетах скрепления необ-
ходимо знать зависимость между
степенью деформации и способностью
соединяемых элементов к необратимо-
му изменению формы.
В вальцовочных соединениях с по-
лыми цапфами основные разрушения
скрепляемых деталей обусловлены
величиной радиальной деформации
Рис. 7. Распределение де-
формаций в зоне скреп-
ления:
а — в цилиндрической части; 6 —
в зоне верхней кромки отвер-
стия; в — в кромке замыкающей
I О.ТОВКИ
элементов соединения в их цилинд-
рической части в зоне верхней кромки
отверстия пакета (рис. 7, зопа о). Ве-
роятно с некоторыми допущениями,
качество выполненной операции скреп-
ления и прочность могут быть охарак-
теризованы степенью радиальной де-
формации элементов соединения и степенью утонения стенки
цапфы, которые можно подсчитать в абсолютных единицах
е = (4.э—4,э) + д + (4-4) = + д + Е* = ь~ь' = Е«-
и в относительных единицах
£* __(^с.э	^с.э) +	-г А Ч- Ю0‘
£* = ь~ь‘ 100 =	100
b	ь
где d' и dc.3 — внутренний диаметр цапфы соответственно
после реформации и до деформации; —величина радиально-
го расширения отверстия цапфы в процессе скрепления; £о—
величина 4радиального расширения отверстия пакета; Jo и
d' —диаметр отверстия пакета до деформации и после дефор-
мации; Е2 — величина утонения стенки вылета цапфы; b и bf—
толщина стенки цапфы до формообразования замыкающей го-
ловки и после формообразования замыкающей головки.
23
Необходимо отметить, что изложенные формулы, хотя и
отражают качество скрепления, все-таки далеко не идеальны.
Слагаемые могут сильно меняться в зависимости от свойств
материалов, геометрических параметров соединяемых элемен-
тов до деформации и после, геометрических параметров инст-
румента, методов и режимов операции скрепления. Например,
при экспериментальных сборках узлов наблюдалось, что при
неизменных параметрах инструмента, по различных механи-
ческих свойствах соединяемых элементов остаточные деформа-
ции в зоне соединения были различны; с увеличением зазора
между стенками соединяемых элементов при остальных неиз-
менных параметрах точки приложения сил давления формооб-
разующего инструмента все более и более отдаляются от кон-
тактной поверхности соединяемых плоскостей. Поэтому дейст-
вие этих сил уменьшается.
На прочность скрепления и качество соединения оказывает
значительное влияние метод прикладываемых усилий; при при-
менении клепальных молотков, особенно легких, цапфы пре-
терпевают в процессе расклепывания скорее упругие деформа-
ции, чем пластические. При этом имеет место наклеп и даже
растрескивание замыкающих головок.
Прессовая клепка имеет преимущества перед клепкой удар-
ными инструментами, она носит статический характер дейст-
вующего усилия и предпочтительнее ударных вследствие пос-
тоянной величины и медленного действия усилий расклепыва-
ния, способствующих более равномерной и глубокой деформа-
ции стержня заклепки; возможности регулировки величины
хода инструмента, в результате чего можно регламентировать
высоту и диаметр замыкающих головок в пределах допусков;
меньшего наклепа замыкающих головок, что повышает проч-
ность всего соединения. Прессовая клепка обеспечивает стати-
ческую прочность на 3—5% больше, чем соединения, выполнен-
ные методом удара, а при вибрационных нагрузках прочность
соединения на 30% меньше прочности соединения, полученно-
го прессовой клепкой. Использование метода приложения на-
растающих усилий с вращением инструмента (вместо прессо-
вания) меняет соотношение между остаточными деформация-
ми цапфы и стенки отверстия пакета, суммой которых опреде-
ляется степень деформации. Деформация цапфы в этом случае
увеличивается, а деформация пакета уменьшается. Это обсто-
ятельство при определенных условиях может отрицательно ска-
заться па качестве соединения, так как могут снижаться оста-
точные радиальные напряжения в зоне отверстия, величиной
которых определяется прочность соединения. Эксперименты,
проведенные автором, показывают, что значительное влияние
на соотношение между остаточными деформациями соединяе-
мых элементов оказывают также режимы скрепления. Изло-
женное подтверждает, что учет геометрических параметров со-
24
единяемых элементов, вытяжки и утонения стенок вылета сое-
динительного элемента существенно характеризует качество
скрепления, по не может быть полноценным. Лучшим критери-
ем была бы, по-видимому, величина давления (остаточного
радиального напряжения), вызываемого процессом скрепления
па поверхности контакта скрепляемых элементов. Однако оп-
ределение этого давления в производственных условиях пока
невыполнимо.
2. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ ВАЛЬЦОВОЧНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ
Соединение есть элемент конструкции узла. Функциональ-
но-эксплуатационные требования к свойствам конструкции узла
и соединения одинаковые, поэтому рассматривать технологич-
ность соединения изолированно, без взаимосвязи с узлом и
входящими в пего деталями нельзя. Соединение или узел, удов-
летворяющие функционально-эксплуатационным требованиям
прочности, надежности долговечности, точности выполняемых
функций, считаются качественными. Перечисленные свойства
конструкции узла описаны математически и четко сформули-
рованы в техническом задании па проектирование узла или из-
делия, в которое входит узел, и, безусловно, обеспечиваются
при конструировании. Повышая значения перечисленных пара-
метров, конструктор улучшает функциональные свойства конст-
рукции узла — качество. Технологичность узла — тоже свойство
его конструкции, и показатель технологичности является со-
ставным элементом качества, ио отработка па технологичность
направлена па повышение производительности труда, снижение
затрат и сокращение времени па проектирование, технологи-
ческую подготовку производства, изготовление, техническое
обслуживание и ремонт при обеспечении функционально-
эксплуатационных характеристик.
Вариантов конструктивных решений узла одного назначения
может быть множество, которые будут отличаться между со-
бой: конструкцией узла в целом; видом соединения; формой
замыкающей головки; материалами элементов соединения; со-
четанием материалов в соединении; допусками па размеры и
размерами элементов соединения; числом мест (точек) скреп-
ления, их размещением и т. п. Все множество конструктивных
решений узла или его соединения может обеспечивать функци-
онально-эксплуатационные характеристики, но каждое конст-
руктивное решение обусловливает не только свой технологи-
ческий процесс скрепления, но и технологию обслуживания и
ремонта, т. е. определенные затраты труда и средств па произ-
водство и эксплуатацию узла и изделия в целом.
Таким образом, выбор оптимального вида соединения есть
процесс набора комплекса свойств конструкции всего узла.
25
Выбрав недостаточно оптимальное конструктивное решение уз-
ла в целом (с точки зрения требования к нему производства и
эксплуатации), конструктор тем самым предопределяет недос-
таточно оптимальный вид соединения. В свою очередь конст-
рукцию узла определяет конструктивная схема изделия, в кото-
рое входит узел. В этом случае трудно, а иногда и невозможно
сконструировать технологичные детали и элементы соединения,
т. е. проявляется конструктивное наследование нетехнологич-
ных решений элементов соединения. Под конструктивным нас-
ледованием понимается явление переноса свойств конструкции
(факторов), повышающих трудоемкость производства и экс-
плуатации, приобретенных конструкцией узла на начальных
стадиях конструирования и перенесенных на последующие,,
например:
1) в конструкции узла предусмотрено соединение с примене-
нием заклепки, которое можно было бы сконструировать тех-
нологичнее, предусмотрев в одной из скрепленных деталей выс-
туп; по конструирование узла закончено, геометрические пара-
метры входящих в узел деталей определены, и повысить тех-
нологичность соединения (вывести наследованную лишнюю
заклепку) можно только методом переконструирования
узла;
2) при конструировании узла были определены его геомет-
рические параметры и допуски на размеры сопрягаемых эле-
ментов, обеспечивающие эти параметры, по возможность фор-
мообразования входящих в узел деталей прогрессивными ме-
тодами не учтена, вид соединения не обеспечит требуемого ка-
чества (или обеспечит с повышенными затратами труда и
средств), потому-что конструкция скрепляемых деталей нс
выдерживает приложения к ним больших силовых нагрузок.
При отработке соединения или деталей на технологичность нс
всегда будет возможно повлиять на их конструкцию без изме-
нения конструкции узла в целом, так как их конструктивное
решение наследовано с первой стадии проектирования.
Отработка па технологичность — процесс поэлементного^
технико-экономического анализа конструкции и приведения ее
в соответствие требованиям производительного технологическо-
го процесса, поэтому начинать отработку надо на ранних ста-
диях проектирования узла( иногда изделия в целом) с учетом'
требований сборки, регулировки узла и всех видов производст-
ва, через которые пройдут в процессе изготовления входящие в
узел детали. При этом необходимо учитывать организационно-
технический уровень отечественного, отраслевого п конкретно-
го производства, так как в данном случае может иметь место
резко влияющее на технологическое совершенство конструк-
ции организационно-технологическое наследование — явление
переноса свойств организации отечественного и отраслевого
производства на конкретное, исключающее или затрудняющее*
26
возможность конструирования технологически совершенных
узлов (соединений). Например:
1) при конструировании узла исходный прокат для изготов-
ления входящих в пего деталей нс применен потому, что пос-
тавка этого проката по каким-либо причинам ограничена или не
запланирована данной отрасли (предприятию);
2) технологичное конструктивное решение узла заменено
менее технологичным из-за отсутствия оборудования или неос-
военного технологического процесса в отрасли, вопрос изготов-
ления по кооперации надо было решать на межотраслевом
уровне на ранних стадиях проектирования (эскизного, техни-
ческого проектов) изделия, что по каким-то причинам не сде-
лано.
Такое наследование в большинстве случаев можно предот-
вратить методом разработки и реализации мероприятий (до
передачи чертежей на производство) по подаче заявок на пос-
тавку специального проката; по приобретению или изготовле-
нию оборудования; по организации спецпализованных участ-
ков, цехов предприятий (в рамках отраслевой или отечествен-
ной промышленности); по освоению и внедрению технологичес-
ких процессов па предприятии-изготовителе. Какую-то часть
наследованных свойств устранять экономически нецелесообраз-
но, так же как нецелесообразно устранять некоторые органи-
зационно-технологические свойства, приобретенные на отдель-
ном предприятии. Исходя из изложенного, важно отметить:
несмотря на то, что сохранение организационно-технологичес-
ких свойств в данный момент экономически обосновано, это
решение надо рассматривать диалектически.
Приспосабливание конструкции соединения (узла) к усло-
виям отдельной отрасли и особенно предприятия снижает тех-
нологическое совершенство конструкции, поэтому оно должно
иметь место в крайних случаях после тщательного проведения
анализа организационно-технологических возможностей кон-
кретного предприятия, отраслевой и отечественной промышлен-
ности, при необходимости с выпуском временного чертежа со
•сроком его действия до решения конкретных мероприятий, поз-
воляющих повысить технологичность конструкции анализируе-
мого узла. Метод приспосабливания конструкции к определен-
ным условиям производства без объективной оценки ее техно-
логичности скрывает организационно-техническую несостоя-
тельность предприятия-изготовителя, затрудняет разработку
заводских и общеотраслевых технических и организационных
мероприятий по технологическому сойсршенствовапию узлов
(соединений) в процессе их конструирования и своевременную
(до передачи чертежей на предприятие-изготовитель) подготов-
ку производства.
Для решения этой проблемы и создания возможности мак-
симального учета требований современного производства и экс-
27
плуатации в процессе конструирования необходимо выявлять
конкретные конструктивные характеристики, влияющие на
трудоемкость изготовления деталей, их элементов соединения и
узлов в целом; систематизировать их в удобную для работы
форму; оценить коэффициентами степень влияния каждого
фактора на трудоемкость изготовления детали, получения сое-
динения и сборки узла в целом. Такой систематизированный
материал может быть применен в качестве инструмента для
отработки узлов па технологичность в процессе их конструиро-
вания; для объективной оценки достигнутого технологического
совершенства, позволяет объективно сравнивать два разных
конструктивных решения одного назначения и выбирать из них
наиболее технологичное; систематизировать исходные данные
для централизованного управления технологическим совершен-
ствовашкем конструкций, подготовкой производства и повыше-
ния уровня производства.
3. ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО СОВЕРШЕНСТВА
КОНСТРУКЦИЙ ЭЛЕМЕНТОВ СОЕДИНЕНИЯ
С целью единого понятия о технологическом совершенстве
конструкции принимают эталон — идеальную конструкцию уз-
ла (соединения, детали). Узел считается технологически
идеальным или технологически совершенным, если свойства его
конструкции (физико-механические и геометрические характе-
ристики деталей, их расположение в узле и вид соединения)
удовлетворяют требованиям производительных технологических
методов изготовления на уровне достижений науки и техники
отечественного производства независимо от выполняемых функ-
ций, условий эксплуатации и серийности их выпуска.
В конструкции такого узла заложены легко обрабатываемые
материалы деталей с минимальным количеством наименований
марок; несложная конфигурация деталей (без глубоких от-
верстий l!d<z3) с низким классом точности (не выше 5-го) и
шероховатостью поверхности Ra не более 3,2, со свободным
доступом инструмента к местам обработки и скрепления, с прог-
рессивным методом получения заготовок, конфигурация узла в
полом простая, с прогрессивным методом скрепления, конст-
рукция элементов соединения не вызывает затруднений при
сопряжении, скреплении, автоматической подаче их в зону
скрепления и т. д.; максимально использовано применение
стандартизованных деталей; расчленить па более мелкие узлы
нельзя. Показатели технологичности Пгуи и трудоемкости
изготовления Туи принимают за единицу, т. е. Птуи=1;
Ту.И = L
Конструкция узла Лу это функция технического задания на
конструирование или - его функционально-эксплуатационных
28
характеристик Э и организационно-технологического уровня оте-
чественного производства Q (схема 1).
Технологичность и трудоемкость — это функции конструкции
ПТ.У==/(КУ), Ту—/(Ку) или суммы свойств конструкции (факто-
ров) Ф
29Л
Следовательно, Пту — величина комплексная и эквивалент-
ная трудоемкости, затрачиваемой на обеспечение этих фак-
торов.
В узле (соединении, детали) факторы могут быть двух групп:
обоснованные функционально-эксплуатационными характеристи-
ками £Фа и не обоснованные 2 Фей
п
ХФ = 2Фа + ХФб-
1
Тогда показатель технологичности реального фактического
узла можно представить выражением Пт.у.ф==Пт.у.и—ДПт.у.а—
—ЛПт.у.б= 1—Ка—Кб, а трудоемкость этого узла Ту.ф = Ту.1Т+
+ Туя+ЛТу.б=14-АТу.а+АТу.б, где Ка и Кг> — коэффициенты" ха-
рактеризующие технологичность факторов группы «а» и «б»;
ЛТуа, ДТу.б — трудоемкости, затраченные на обеспечение факто-
ров группы «а» и «б».
Отрабатывая конструкцию узла (соединения, детали) на
технологичность, конструкторы и технологи стремятся свести
к нулю число факторов группы «б» (ХФб~>0), тогда 1\б->-0.
Следовательно, оптимальный (нормативный) показатель тех-
нологичности узла (НПТКУ) Пт.у.н=1—АПт.у,а=1‘—Кй.
Нод нормативным понимают количественный показатель
технологичности узла (соединения, детали), который надо
обеспечить в процессе конструирования до передачи чертежей
на производство для изготовления опытного образца.
Уровень технологичности узла, достигнутый в процессе
отработки, определяется отношением фактического показателя
технологичности к нормативному
Вт.у.ф
у.п
Из формулы следует, что при низком значении Пт.у.и будет
высокая сложность конструкции узла (соединения), обуслов-
ленная его функционально-эксплуатационными характеристика-
ми, или разрешается недостаточно высокая технологичность
конструкции вследствие невысокого уровня организационно-
технологических свойств производства, включая свойства на-
следования (временно до установленного срока на приобретение
оборудования, освоения технологического процесса; получение
-специального проката и т. д.).
При низком значении Ут,у конструкция на технологичность
недостаточно отработана, есть резерв для повышения Пт.у,ф;
при Ут,у—1 конструкция отработана хорошо, при Уту>1 конст-
рукция отработана очень хорошо, упрощены какие-то копструк-
тинные элементы в группе факторов (а)9 допускается вероят-
ность занижения значения нормативного показателя при его
определении.
Показатель технологичности фактического узла
Пт.у.ф — (Пт>хд т + П
т.э.с
Т) Ксл.у

где Пт. — показатель технологичности всех деталей узла;
п
У
1
п
Птэл. — показатель технологичности элементов соединения всех
методов скрепления узла;
(1 ^Кф рзв) ST
рзв К
CD КпрГ.СВ "1~ ' •
т.э.с
св •
Пт.д.£ — показатель технологичности i-й детали;
Пт.д/ = [(1 — 2Кф.п.3) К
ПрГ.П.З
м.о
1“ О — ^Кф.Т.о) Тт,о + (1 — ^Кф.п) Тп] Ксл.д i
Ксл.у — коэффициент сложности общей компоновки; Кф.рзВР
Кф.скл9 Кф.св, • Кф.п.з, Кф.м.о, Кф.Т.О, Кф.п — коэффициенты, сни-
жающие показатели технологичности вследствие наличия фак-
торов повышающих трудоемкость (или снижающих качество
узла) соответственно при скреплении методом развальцовывания,
склепывания, свинчивания...; получении заготовки детали, ме-
ханической обработке, термообработке, покрытиях; Трзв, Тскл*
Тсв — точки (места), скрепляемые методом развальцовывания^
склепывания, свинчивания...; Кирг.рзв, КпРГ.скл, Ккрг.св— коэф-
фициенты прогрессивности соответствующего метода скрепле-
ния; Кпрг.п.з — коэффициент прогрессивности получения заготов-
ки; Тп.з, Тм.о, Тт.о, Тп — относительные трудоемкости видов
производства соответственно получения заготовки, механической
обработки, термообработки, покрытий; Ксл.д — коэффициент
сложности конструкции детали.
Все факторы, учитываемые в Пт.у.ф, должны быть сформули-
рованы конструктивными характеристиками, оценены по степени
их влияния на трудоемкость производства и эксплуатации —
коэффициентами и систематизированы в таблицы или диаграм-
мы, удобные для применения их в процессе отработки или
оценки конструкции на технологичность. Например, для опре-
деления коэффициента сложности реального узла независимо
от его принадлежности к изделию, назначения, методов скреп-
31'
41 efi и я и их числа можно сформулировать и систематизировать в
круговые диаграммы конструктивные характеристики узла —
факторы, обусловливающие повышение трудоемкости операции
сборки: расположение швов и точек скрепления (число плоско-
стей, со стороны которых надо подводить инструмент; число
СЭР Це
от?
’^95_
'065
1
аеО
W.
л\
°<Ъ
Со
64’5
Тис. 8. Диаграмма для определения коэффициента сложности конструк-
ции узла
и «ад...
-*Р«лег1»1г	’4
Фалтсрь1,
tdUdK I гриму ЮЛ К -
коэффициент гложностк
конструкции узла
Разный
мет
t-~ т ь
НЕТ
ЕСТЬ
-Л _Гнёт
2
г—----1 Н£т
065
6-55
£65 ’















рядов; шаг между осями точек скрепления; шаг между рядами
и швами); число методов скрепления; наличие механической
обработки после скрепления, т. е. факторы, осложняющие сбор-
ку независимо от конкретного метода скрепления. Все эти фак-
торы оценены коэффициентами, эквивалентными трудоемкости,
затраченной на обеспечение этих факторов с учетом степени ее
влияния из трудоемкость сборки узла, сведены в круговую
диаграмму (рис. 8). Для определения коэффициента техноло-
гичности конструкции соединения, скрепленного методом валь-
цевания или склепывания, факторы сведены в диаграмму,
представленную на рис. 9. Диаграммы построены следующим
J,S
\ гр
>0/
10
3.6
С5
,_V/
!?.6
/i
В5
нет
01
>03
'А ।
ji И
%,.
CJ1
5 ?0
-7.D
DDtj
Jo
.о
//«
Факторы
и ним склепывания
» ргзвальигвыЕзн.-’
№
о
Рис. 9. Диаграмма для определения показателя технологичности конструк-
ции соединения с полой и сплошной цапфой
г.’-
sl.° ’40
in
S'
х?.рактернзун)1дре тех-
но пипчнесть наиструк
цкй соединений,l тсч
нн зрения требований
3fi ам-анач


jS -5 />>
















образом: вычерчивается число концентрических окружностей,
равное числу факторов плюс 2. В левой стороне этих окруж-
ностей двумя радиальными векторами выделяется сектор. Над
дугами этого сектора начиная от центра размещают факторы по
степени влияния на процесс производства — от большей к мень-
шей. Конструктивные характеристики факторов (количественные
2 Зак. 773
33
или качественные) размешают над соответствующими окружно-
стями по степени их влияния от лучшей (принятой за единицуV
к худшей.
Векторы, отделяющие одну характеристику фактора от дру-
гой, образуют новые секторы, таким образом, центральная ок-
ружность разделяется па столько секторов, сколько характери-
стик имеет фактор.
Внешняя окружность имеет столько секторов, сколько соче-
таний характеристик факторов систематизировано в этой диа-
грамме. По этой окружности для каждого из сочетаний конст-
руктивных характеристик проставлены коэффициенты техноло-
гичности, которые определены по формуле Кт=1—(Кс^ + Кфз +
Н-... + Кф ) при 0<2£Кф^1, где Кт— коэффициент технологично-
сти для каждого сочетания характеристик факторов; 1—показа-
тель идеальной конструкции, изготовляемой без затруднений с
использованием производительных технологических процессов;
1\ф1 , Кф2 , Кф —коэффициенты 1, 2, 3, ..., п факторов,,
затрудняющих процесс изготовления и эксплуатации.
Отработку узла на технологичность выполняют методом
сравнения чертежа с диаграммами и последующим выводом пз
чертежей факторов, снижающих показатель технологичности;
методом сравнения чертежа с диаграммами и прочтения показа-
теля технологичности па внешней окружности оценивается узел
па технологичность. Такой метод отработки и опенки узлов на
технологичность позволяет дополнять неучтенные факторы и
выводить из диаграммы факторы, мало влияющие на показатель
технологичности. Например, при составлении диаграммы не бы-
ли учтены по каким-либо причинам факторы (из-за отсутствия
статистики или технически обоснованных данных для определе-
ния трудоемкости, затраченной па обеспечение f-го фактора,
затрудненной формулировке для однозначного прочтения и
т. д.). По мере накопления данных неучтенные факторы в диа-
грамме, представленной на рис. 8, можно изложить в виде
дополнений (1—3).
1.	Ксл.у, полученный по диаграмме, умножается на 0,50.
если необходимо выдерживать размеры с допуском ^0,050 мм.
2.	Ксл.у умножается на 0,90, если базовая деталь недостаточ-
но устойчива; подвод инструмента к месту соединения затруд-
нен; необходимо выдерживать давления (усилия) с точностью
от номинального значения 20% или более, при этом конструк-
цией нс предусмотрены компенсирующие элементы; конструк-
торской документацией не предусмотрено предварительное
скрепление сборочной единицы с деталями, с которыми она
могла бы быть скреплена до данной сборки; при вводе детали
одной в другую не предусмотрены заходпые фаски или направ-
ляющие пояски;
3.	Ксл.у = О, если подвод сборочного или измерительного ин-
струмента невозможен; базовая поверхность отсутствует (для
надежного ориентирования в процессе сборки, транспортирова-
ния в зону сборки, кантования и т. п.); можно применить более
прогрессивный вид соединения; конструкция сборочной единицы
простая (Кт.у-И), по абсолютная технологическая себестои-
мость сборочной единицы высокая и ее можно уменьшить упро-
щением конструкции, сокращением точек скрепления и числа
деталей, изменением конфигурации и т. п.; остаточные напряже-
ния велики (из-за наличия большого числа скрепляемых швов,
резких переходов в сечениях скрепляемых швов, скреплений
вблизи стыка, размещения вальцовочного паяного, сварного,
свинчиваемого пли клепаного шва вблизи обработанной поверх-
ности), вследствие чего нс обеспечивается стабильность раз-
меров.
Диаграмму, представленную на рис. 9, на данном уровне
технической информации о вальцовочных соединениях можно
дополнить примечаниями.
1. При формообразовании замыкающей головки пз «заплечи-
ка» коэффициент технологичности скрепления Крзв определяется
по сектору «сплошной соединительный элемент» обычной кон-
струкции е последующим снижением на 0,2.
2. К прецизионным относятся узлы, при сборке которых надо
обеспечивать размер с допуском не более 0,02 мм.
Нормативный показатель технологичности определяют в сле-
дующем порядке: изучают функционально-эксплуатационные
характеристики узла и организационно-технологические возмож-
ности предприятия-изготовителя, отраслевой и отечественной
промышленности; систематизируют выявленные технические и
организационные факторы, которые могут отразиться на повы-
шении трудоемкости подготовки производства, изготовления и
эксплуатации; каждый из факторов оценивают коэффициентом,
эквивалентным трудоемкости, затрачиваемой на его обеспечение
(получение), с учетом степени влияния каждого из факторов па
общую трудоемкость подготовки производства, изготовления или
эксплуатации и вычитают из единицы. В данном случае за еди-
ницу принимают идеальную конструкцию узла (детали, соеди-
нения), идеальные подготовку производства и уровень производ-
ства, т. е. до передачи рабочих чертежей опытного об-
разца изделия (узла) технологическое совершенство его кон-
струкции доведено до единицы. Решены организационные
вопросы подготовки производства (приобретение или изго-
товление специального оборудования, оформление соответ-
ствующей документации, гарантирующей поставку специальных
профилей или марок проката к началу изготовления этого
изделия); производство оснащено на уровне последних дости-
жений отечественной промышленности; эксплуатация изделия
2*	35
нс обусловливает никаких конструкционных и технологических
мероприятий, влияющих на трудоемкость и стоимость произ-
водства. Например, при изучении технического задания на про-
ектирование реального узла видим, что данный узел будет рабо-
тать в агрессивных средах, поэтому для обеспечения его нор-
мальной работы в-этих условиях в конструкции необходимо
предусматривать изолирующие покрытия или коррозионно-
стойкие материалы. В первом случае увеличивается трудоем-
кость изотовлсппя вследствие введения дополнительной опера-
ции— покрытия, а во втором — в результате более сложной
механической обработки деталей по сравнению с обычными,
конструкционными материалами.
Следующим условием технического задания является огра-
ничение массы и размеров узла. Функцией этого условия бу-
дет ажурность конструкций деталей и узла в целом, которая
может быть выполнена без повышения и с повышением тру-
доемкости производства в зависимости от функциональных и
организационных факторов. Допустим, что функциональные'
характеристики узла обусловливают прецизионность его испол-
нения, тогда дополнительная трудоемкость будет затрачена на
получение повышенной точности изготовления и малой шерохо-
ватости поверхности.
Таким образом, конструкция реального анализируемого уз-
ла отличается от идеальной следующими факторами: наличием
защитного покрытия или применением наиболее трудно обра-
батываемой коррозионно-стойкой стали (Ф1), ажурным испол-
нением конструкции узла Ф2, ограничением габаритных разме-
ров Ф3, прецизионным исполнением Ф4, которые увеличат тру-
доемкость изготовления соответственно на ДТЬ ДТ2, ДТ3, ДТ4;
тогда трудоемкость изготовления Ту= 1-гДТ14-ДТ2 + ДТ3 +ДТ4 =
4
= 1 + 2ДТ. При этом следует помнить, что коэффициенты, со-
ставляющие показатель технологичности реального узла, экви-
валентны трудоемкости, затрачиваемой на обеспечение соответ-
ствующего фактора. Нормативный показатель технологичности-
конструкции узла в нашем случае
пт.у = 1 - Кф, - Кф, - Кф, - Кф. = 1 - у кф..
1 1
Не всегда весь перечень функционально-эксплуатационных
характеристик обусловливает повышение сложности конструк-
ции, следовательно, и повышение трудоемкости. Допустим, что
ажурность конструкции узла может быть обеспечена изготовле-
нием деталей из стандартного листового проката методом
штамповки без дополнительных затрат на получение специаль-
3	*	3
пою проката, тогда Ту = 1 —5] АТ; Пт.у.н = 1 —5]КФ -
1 1 *
При определении Пт.у.ц необходимо учитывать организацион-
но-техническое совершенство отраслевого и конкретного произ-
водства и серийность выпуска. Например, ажурность конструк-
ции узла можно получить из стандартного проката с большой
дополнительной обработкой, обусловливающей резкое повыше-
ние трудоемкости, или из специального проката, что при дан-
ной серийности выпуска значительно сократит трудоемкость, но
по каким-либо причинам заказать этот прокат не представляет-
ся возможным, тогда Пт.ул1 снижается па К?, эквивалентный
ATi, затрачиваемой па дополнительные работы с целью полу-
чения этого профиля. Следующий пример: прецизионное соеди-
нение можно получить только на специальном сборочном
оборудовании, обеспечивающем скрепление без избыточных ос-
таточных напряжений (например, прециссирующим методом
скрепления), но такое оборудование можно приобрести только
через некоторое время после пуска в производство данного узла.
В этом случае Пт.ун не должен снижаться, чертежи должны
быть отработаны на технологичность до нормативного показа-
теля, а на узел с недостаточным уровнем технологичности по
причине отсутствия указанного оборудования должен быть
разработай временный чертеж со сроком действия, намеченным
для приобретения и освоения соответствующего оборудования.
Изложенный подход к нормированию достижения уровня техно-
логичности разрабатываемых конструкций отвечает требовани-
ям последовательного централизованного управления технологи-
ческим совершенствованием конструкций изделий и подготовкой
их производства в рамках объединений, отраслей и министерств.
ГЛАВА III
ТЕХНОЛОГИЯ СБОРКИ
ВАЛЬЦОВОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
1.	ТЕХНОЛОГИЯ СКРЕПЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
СОЕДИНЕНИЯ
Скрепление вальцовочных соединений основано па ис-
пользовании пластичности материалов соединяемых элементов,
на их способности без разрушения изменять форму и размеры.
Сущность операции скрепления элементов соединения состоит
в том, что под действием высоких удельных давлений материал
элементов соединения принимает требуемую форму без потери
пластически устойчивого формоизменения.
Процесс скрепления полыми цапфами представляет собой
перераспределение материала цапф в различные кольцевые за-
мыкающие головки. Этот процесс можно отнести к одной из
разновидностей штамповки труб — раздаче; раздаче с выворо-
том; раздаче с отбортовкой; раскатке, закатке, гибке, вытяжке
в зависимости от того, какую форму замыкающей головки
необходимо получить. В этом случае в основном имеет место
частичное смещение металла в плоскости расширения, изгиба
или сравнительно малые смещения по толщине стенки цапфы
(при вытяжке), т. е. деформация протекает лишь в определен-
ных участках соединения под действием сил в направлении их
приложения. На этом принципе основано получение разнооб-
разных конструктивных форм соединений и замыкающих голо-
вок.
Процесс скрепления сплошными цапфами методом прямого
приложения усилий (без вращения инструмента) представляет
собой перераспределение материала цапф в утолщения, назы-
ваемые замыкающими головками. Процесс деформации этого
вида соединения можно отнести к объемной штамповке с наибо-
лее сложным видом деформирования материалов в штампах. В
этом случае в результате возникновения сложного напряженно-
го состояния металл вынужден перемещаться в различных
направлениях значительными массами. Соединительная цапфа
(стержень) сжимается в направлении прикладываемой нагруз-
ки, вследствие чего возникают большие противодействующие
прилагаемым силы, образующие прочное соединение. При при-
ложении нарастающих усилий с вращением инструмента вокруг
38
оси цапфы — вальцевании осевые услия имеют незначитель-
ную величину, меньше влияют на осадку стержня в цилиндри-
ческой части соединения и на скрепляемые детали — условия
скрепления более легкие.
Технология скрепления вальцовочных соединений с полой и
сплошной цапфой по составляющим элементам одинакова: по-
дают в рабочую зону скрепляемые детали в последовательно-
сти, зависящей от их габаритных размеров и компоновки в уз-
ле или изделии (ставят соединительную деталь в приспособле-
ние, на нее нанизывают скрепляемые детали или предваритель-
но скомпонованный пакет закрепляют в приспособление, в его
отверстия вводят цапфы соединительных деталей); скрепляют
элементы соединения методом их деформации в различные за-
данные чертежом формы замыкающих головок, малогабаритные
узлы сбрасывают в технологическую тару, а от крупногабарит-
ных отводят инструмент и подставки.
Характер действующих усилий на соединяемые элементы
разный, его обусловливает сборочное оборудование, которое по
принципу действия делится на три вида: ударного действия, на-
растающего усилия без вращения инструмента (прессы), на-
растающего усилия с вращением инструмента (типа сверлиль-
ных, токарных станков, специальных сборочных установок).
Технология скрепления прессованием и ударом характерна
тем, что прилагаемые усилия и течение материала цапфы рас-
пределяются только сборочным инструментом с той лишь раз-
ницей, что при ударном действии усилий материал цапфы раз-
брасывается в зоне, ограниченной сборочным инструментом, а
при прессовании он течет плавно. Метод скрепления прессова-
нием ио сравнению с ударным более совершенный, при приме-
нении прессовой клепки замыкающие головки образуются рав-
номерным сжатием стержня.
Основные преимущества прессовой клепки перед ударной
следующие: облегчение условий труда клепальщиков вследствие
уменьшения шума при клепке; повышение производительности
труда в результате полного использования мощности оборудо-
вания, применения групповой клепки; улучшение качества по-
верхности заклепочных соединений; повышение прочности за-
клепочных соединений вследствие более плотного п равномер-
ного заполнения отверстий стержнем заклепки; большая
стабильность качества в связи с меньшей зависимостью его от
индивидуальных особенностей рабочего.
Вследствие перечисленных достоинств прессовая клепка
находит широкое применение для получения прочных соедине-
ний при скреплении крупногабаритных узлов.
Прямой и обратный методы приложения усилий различают
только при использовании ударных нагрузок в зависимости от
того, с какой стороны находится формообразующий инструмент
по отношению к закладной головке; прямой метод характеры-
39
зуется тем, что удары наносятся по стержню заклепки, в то вре-
мя как закладная головка устанавливается в углубление ниж-
ней матрицы или приспособления. Характерным дефектом при
этом соединении является изгиб выступающей части стержня,
происходящий в результате несоосности инструмента со стерж-
нем заклепки; обратный метод характеризуется тем, что удары
наносятся по закладной головке. При этом замыкающая головка
образуется в результате ударов стержня заклепки о. поддержку
или приспособление.
Наиболее характерными дефектами при скреплении потай-
ными заклепками этим методом являются забоины, вмятины в
соединяемых узлах. Объясняется это тем, что при нанесении
ударов по закладной головке заклепки одновременно наносят
удары и но узлу. Особенно эго неблагоприятно сказывается на
ажурных конструкциях узлов и узлов, скомпонованных деталя-
ми из хрупких материалов. В непосредственных соединениях при
использовании колонок, осей и т. п. вместо заклепок вследствие
осадки от ударов изменяются их посадочные диаметры. Таким
образом, прямой способ скрепления обеспечивает лучшее каче-
ство как по прочности, так и по сохранности геометрических
параметров соединяемых деталей.
При прессовом скреплении понятия «обратный» и «прямой»
методы отсутствуют, так как число операций и качество скреп-
ления в этом случае уже нсзависят от положения формообра-
зующих инструментов относительно закладной и замыкающей
головок заклепок.
Технология скрепления развальцовыванием характерна тем,
что распределение материала цапфы и прилагаемых усилий
обусловлено сборочным инструментом и режимами скрепления
(регулированием скорости осевого перемещения инструмента и
вращения вокруг своей оси). Этот метод приложения усилий
дает возможность управлять распределением материала в фор-
мируемой замыкающей головке и цилиндрической части соеди-
нения, следовательно, создавать предпосылки для образования
в зоне сцепления элементов соединения оптимальную величину
остаточных напряжений. Применение третьего метода прило-
жения усилий к элементам соединения — вольцевания—особенно
важно для сборки узлов приборов, где получение большинства
соединений связано с четким регламентированием осевых уси-
лий, т. е. их приложение должно быть прекращено в тот момент,
когда завершена работа по формообразованию замыкающей
головки. С целью сокращения количества работы на формо-
образование замыкающей головки в таких узлах цапфу соеди-
нительной детали назначают полой с толщиной стенки и твер-
достью материала, обеспечивающих необходимую прочность
соединения.
В зарубежной практике скрепление узлов с вращением ин-
струмента иногда заменяют вращением приспособления с уз-
40
лом. Преимущества данного соединения в технической литера-
туре не освещены, надо полагать, что положительным фактором
является то, что при вращении узла в элементах соединения
развиваются центробежные силы.
В последнее время применяют метод скрепления прецесси-
рующим инструментом. Этот метод — тоже вальцевание: голов-
ка с инструментом вращается под углом к оси шпинделя одно-
временно с поступательным перемещением шпинделя. В зару-
бежной практике применяют метод радиальной техники, при
котором материал цапфы формируется в головку методом дви-
жения инструмента по кругообразным траекториям вокруг
центра цапфы. Схема распределения материала цапфы и оста-
точных напряжений в этих двух случаях более сложная, но
более удовлетворяющая требованиям качественного соединения,
гак как концентрация напряжений в основном в замы-
кающей головке, в цилиндрической же части соединения и в
скрепляемых деталях избыточные напряжения отсутствуют. Эти
методы позволяют получать прочные шарнирные и прецизион-
ные соединения, любые формы замыкающих головок из полой
и сплошной цапф, кроме «потайной».
Схема распределения металла в замыкающих головках, по-
лученных методом нарастающего усилия с вращением пуан-
сона, и направление равнодействующей окружной и радиальной
силы в зависимости от частоты вращения шпинделя представле-
ны па рис. 10, а, б. Схема движения пуансона при образовании
замыкающей головки методом «радиальной техники» приведена
на рис. 10, в.
I [одготовка элементов соединения к скреплению методом
вальцевания или склепывания (получение соединительных от-
верстий в каждой из скрепляемых деталей пакета и изготовле-
ние заклепки или получение соединительного выступа у соеди-
нительной детали) является относительно дорогостоящим про-
цессом.
Процесс скрепления узлов вручную выполняют в следующем
порядке: заклепки или соединительные детали устанавливают
в гнезда приспособлений, на них насаживают скрепляемые де-
тали (листы) и стягивают их с целью предотвращения смеще-
ния относительно друг друга. Стягивание пакета можно выпол-
нять предварительной осадкой цапф (стержней), а при крупно-
габаритных узлах — приспособлениями или специальными об-
жимками. Затем осаживают стержень заклепки при помощи
клепального «молотка несколькими вертикальными ударами. И,
наконец, обжимкой с соответствующей формой рабочей части
образуют замыкающую головку. При этом следует обращать
внимание на то, что при формообразовании замыкающей голов-
ки нежелательно стремиться к большому числу ударов, так как
может образоваться наклеп.
41
На сборочных машинах трудоемкость скрепления снижается
вследствие применения механизмов для выполнения операций
собственно скрепления и вспомогательных операций (ориента-
ции, подачи приема скрепляемых деталей и т. д.). Особенно
Str0,007	Зг=0,П15
п -ЗООпб/мчп п=ЬОП об/мин
Рис. 10. Распределение металла в замыкающей головке, полученной мето-
дом нарастающего усилия с вращением пуансона
трудоемкими являются клеезаклепочные соединения, для полу-
чения которых применяют обычные или специальные заклепки.
Специальные заклепки применяют с двусторонним или одно-
сторонним доступом. Заклепки с двусторонним доступом, с вы-
42
соким сопротивлением срезу применяют в силовых соединениях,
воспринимающих большие срезывающие усилия, а также вза-
мен обычных (стержневых) алюминиевых заклепок большого
диаметра. В таких соединениях применение обычных (стержне-
вых) стальных заклепок технологически нерационально, так
как перед постановкой в отверстие их необходимо нагревать.
Последнее приводит к обугливанию или выгоранию клеевой
прослойки вокруг заклепки.
Использование обычных
алюминиевых заклепок боль-
шого диаметра сильно ослаб-
ляет сечение склепываемого
пакета деталей отверстиями.
Кроме того, требуются значи-
тельные усилия для формиро-
вания замыкающих головок,
б)
Рис.
кой
11. Схема скрепления заклеп-
с высоким сопротивлением
срезу
что часто вызывает поврежде-
ние клеевой прослойки (при
клепке по отвержденному
клею), а также исключает воз-
можность выполнения клепки
с помощью переносного обору-
дования и вызывает необходимость
моздкого оборудования. При расклепывании заклепок большого
применения мощного гро-
диаметра резко возрастают радиальные напряжения, которые
вызывают растрескивание клеевой прослойки.
Заклепка с высоким сопротивлением срезу состоит [3] из
стального термически обработанного стержня 1 и кольца 2 из
алюминиевого сплава Д18 (рис. 11,а). Стержень заклепки с
одной стороны имеет плоскую или потайную закладную голов-
ку, па другом конце он снабжен специальной кольцевой вы-
точкой, обеспечивающей надежное крепление замыкающей го-
ловки на стержне заклепки, образуемой в результате осад-
ки алюминиевого кольца. Процесс скрепления заклепками это-
го типа выполняется на обычном сборочном оборудовании с
применением специальной обжимки 3 с отверстием для выхода
излишнего материала кольца после осадки его на стержень за-
клепки 4 (рис. 11, б). Заклепки перед постановкой в отверстие
окунают в клей для герметичности комбинированного соедине-
ния и предотвращения электромеханической коррозии между
стальным стержнем и алюминиевой замыкающей головкой за-
клепки. Заклепки с односторонним доступом (пустотелые) при-
меняют при сборке и особенно при ремонте тех конструкций,
где исключён двусторонний доступ (трубчатые узлы, различные
емкости, закопцовки крыла и т. п.). Особенно широко исполь-
зуют пустотелые заклепки в качестве вспомогательных.
Известно несколько различных типов заклепок, используе-
мых для одностороннего скрепления. Однако для производства
43
клеезаклепочных соединений пригодны лишь некоторые типы
этих заклепок, обеспечивающие достаточно высокие стягиваю-
щие усилия. Наиболее перспективным для производства клее-
заклепочных соединений является тип заклепок, показанный
на рис. 12. В полость пустотелого стержня заклепки перед об-
разованием замыкающей головки вводят стальной или алюми-
ниевый стержень, а затем скрепляют с помощью ручных клещей
Рис. 12. Схема скрепления пустотелой заклепкой:
а — с сердечником; б — с расклиниванием
или переносного ручного пиевморычажпого пресса. При этом
сердечник, запрессовываясь с большим усилием в тело заклепки
(рис. 12, а), образует надежную замыкающую головку. В этом
случае не требуется плотного прилегания (подгонки) листов в
пакете.
Клсезаклепочные соединения с применением описанных за-
клепок рекомендуется выполнять по следующей схеме: предва-
рительная сборка конструктивных элементов, фиксация, обра-
зование в них отверстий обычным инструментом под заклепки,
разборка, нанесение на сопрягаемые поверхности клея,
окончательная сборка, склеивание, постановка в отверстия за-
клепок с вставленным в их полость сердечником, скрепление.
Для получения клеезаклепочных соединений в тонколистовых
конструкциях можно применять так называемые заклепки с
расклиниванием (рис. 12, б). В стержне такой заклепки пред-
варительно изготовлено коническое отверстие, в которое в про-
цессе клепки забивают молотком металлический сердечник. С
обратной стороны заклепки (внутренней поверхности конструк-
ции) имеется прорезь, способствующая лучшему ее расклини-
ванию при забивке сердечника. Заклепки ставят в предвари-
тельно изготовленные в деталях отверстия после нанесения на
сопрягаемые поверхности клея.
Наряду с описанными методами скрепления значительный
интерес представляют также пустотелые заклепки, имеющие
гладкую внутреннюю полость либо снабженные внутренней
44
ревьбой (рис 13). Скрепление в пакете соединяемых деталей
происходит вследствие увеличения сечения заклепки и раздачи
ее выступающей части. В резьбовой заклепке при натягивании
завинченного в полость сердечника образуется замыкающая
головка. При ремонте ряда конструкций в нолевых условиях
рекомендуют применять специальные заклепки с односторон-
ним доступом в сочетании с клеевой пленкой БФ2, армирован-
Рис. 13. Схема скрепления пустотелой заклепкой, снабженной внутренней
резьбой (а), и взрывной заклепкой (б)
ной капроновой тканью. Это позволяет увеличить прочность и
герметичность клеезаклепочного соединения в 2—3 раза по
сравнению с прочностью клеезаклепочного соединения, выпол-
ненного с применением обычного жидкого клея БФ2. Наличие
в клеевом шве капроновой ткани резко снижает усадочные
напряжения и склонность его к растрескиванию в процессе эк-
сплуатации изделия.
Для получения клеезаклепочных соединений с применением
описанных заклепок с односторонним доступом в зарубежной
технике широко используют рычажные ручные клещи или
пневматические ручные прессы. Ручные клещи обеспечивают
качественные клеезаклепочные соединения при диаметре сер-
дечника до 4 мм. С помощью таких клещей сердечник втяги-
вается внутрь полости заклепки, стягивает пакет деталей в
результате деформации стенки заклепки и образует замыкаю-
щую головку, при этом лишний конец сердечника откусывается
и выбрасывается наружу клещами. Клеши можно использовать
также для получения клеезаклепочных соединений заклепками,
показанными на рис. 13, а. При этом обеспечивается прочное
соединение с применением сердечника с резьбой из стали
диаметром 3—5 мм и из алюминиевых сплавов диаметром до
6 мм. Особенно удобны рычажно-шарнирпые клещи, развиваю-
щие при скреплении наибольшее усилие и позволяющие полу-
чать клеезаклепочные соединения более крупными заклепками
(при диаметре сердечника до 4 мм).
Шарнирное устройство клещей дает возможность изменять
их длину и выполнять скрепление в различных условиях. Для
45
получения клеезаклепочных соединений односторонним скреп-
лением клепкой в ряде случаев выгодно применять взрывные
заклепки и так называемые болты-заклепки (локк-заклепки).
При постановке взрывных заклепок замыкающая головка об-
разуется, как известно, за счет усилия, возникающего в ре-
зультате взрыва находящегося в стержне заклепки взрывного
вещества (рис. 13, б). Взрыв происходит с помощью специаль-
ного электронагревателя. Клеезаклепочные соединения с при-
менением взрывных заклепок рационально выполнять по сле-
дующей схеме; предварительная сборка деталей, фиксация,
сверление отверстий на 0,3—0,5 мм меньше диаметра заклепки,
развертывание отверстий, разборка деталей, нанесение клея,
окончательная сборка деталей, скрепление (клепка) по жидко-
му клею, отверждение клея. Использование энергии взрыва по-
зволяет выполнять клсезаклепочпые соединения с применением
заклепок большого диаметра.
Скрепление узлов методом взрыва можно выполнять как од-
нозарядными, так и многозаряднымп клепальными пневмомолот-
ками. Односторонняя клепка, несмотря на целесообразность ее
использования при изготовлении ряда сложных изделий, нахо-
дит еще незначительное применение в отечественной технике,
особенно в клеезаклепочных конструкциях. Обусловливается это
в основном большой стоимостью пустотелых заклепок с сердеч-
никами, а также взрывных заклепок.
2.	СБОРОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Скрепление вальцовочных соединений полыми и сплошными
цапфами можно выполнять вручную; при помощи механизиро-
ванного инструмента; на различных (пневматических, гидрав-
лических, рычажных н т. п.) прессах; сверлильных станках;
специальных сборочных машинах п установках.
Проблема снижения затрачиваемой трудоемкости на полу-
чение этих соединений становится все более актуальной и не-
мыслимой без повышения производительности технологическо-
го оборудования, обеспечивающего качественное и надежное
скрепление. Это означает, что сборочное оборудование для
вальцовочных соединений должно обеспечивать минимальные
затраты времени на сопряжение деталей и скрепление их в уз-
лы; минимальные затраты усилий на скрепление; возможность
выбора и регулирования режимов скрепления для каждой
группы узлов в зависимости от их конструктивных решений и
сочетания материалов с целью обеспечения качества и надеж-
ности; автоматическую подачу деталей узла в зону скрепления.
Анализ конструкций сборочного оборудования для вальцо-
вочных и заклепочных соединений свидетельствует, что все соз-
данные средства механизации, включая полуавтоматы и авто-
46
маты за некоторым исключением, являются специальными.
Средствами механизации и автоматизации являются рычажные,
реечные, маятниковые прессы, применение которых требует
физического напряжения сборщиков. Это оборудование мало-
производительное и не обеспечивает необходимого качества со-
единения. В последние годы его вытесняют механические,
эксцентриковые, пневматические, электрические, вибрационные
и другие прессы.
Электромагнитные прессы применяют для скрепления, не
требующего больших усилий. Для создания необходимого дав-
ления в этих конструкциях прессов применяют цилиндрические
электромагниты втяжного типа с непосредственной передачей
усилия ползуну. Электромагнит питается постоянным током
низкого напряжения от селенового выпрямителя, включенного в
сеть переменного тока через понижающий трансформатор. В
схемах предусматривается возможность изменения длительно-
сти прохождения тока через катушку, в результате чего можно
регулировать давление. Такие прессы развивают усилие 300—
400 даН: Максимальный ход стола 20 мм. Максимальное число
ходов шпинделя в минуту 150—200. Потребляемая мощность 15—
30 Вт. Аналогичное назначение имеют соленоидные прессы
мощностью 50—100 даН, изготовленные заводами ВЭФ (г. Ри-
га) и «Красная заря» (г. Ленинград). Прессы этих предприя-
тий имеют идентичную конструкцию, в которой усилие соленои-
да передается через кривошип на ползун.
Несмотря па широкое применение, эти прессы имеют сущест-
венные недостатки: незначительная (до 20 мм) регулировка вы-
соты, что резко ограничивает возможность использования на
них сборочных приспособлений; малое расстояние (50 мм) от
оси ползуна до стола пресса; не предусмотрена регулировка
силы удара, что снижает диапазон его использования. Прессы
не допускают повышения установленного срока работы, так как
это приводит к выходу соленоида из строя.
Наибольшее распространение получили пневматические прес-
сы прямого и обратного действия. Пневматические прессы раз-
вивают усилие до 3000—5000 даН на штоке. Для увеличения
усилий применяют сдвоенные прессы. Если нужно создать боль-
шие усилия па штоке без увеличения диаметра ппевмоцилипдра,
изготовляют прессы с рычажными усилителями.
В некоторых сборочных прессах предусматривается регули-
ровка усилий или скорости движения бойка. Например, создан
пресс для выполнения сборочных работ, при которых требуется
точная величина осевого усилия и определение скорости пере-
мещения* штока (при формообразовании замыкающих головок
в узлах из хрупких материалов, пластмасс, керамики и т. п.).
Усилия пресса регулируются от 5 до 80 даН. Широкий диапа-
зон регулирования рабочего давления обеспечивается мембран-
ным регулятором, который одновременно является и ставили-
47
затором давления независимо от повышения давления в воз-
душной сети.
С целью удовлетворения собственных нужд предприятия
конструируют специальные прессы, например, для запрессовки
и развальцовки трибок с зубчатыми колесами (или других ана-
логичных деталей) с допуском на торцовое биение не более
0,1 мм и на отклонение от соосности 0,02 мм. В основание прес-
са запрессована колонка, по которой реечным механизмом
перемещается корпус. В стакане с другой стороны корпуса
вмонтирован шток, находящийся под действием пружин. В
нижнюю часть штока вставляются сменные приспособления для
запрессовки и развальцовки, замаркированные соответственно
собираемому узлу. Момент срабатывания развальцовывающего
ударника совпадает с моментом окончания напрессовки зубча-
того колеса на трибку.
Аналогичного назначения (для запрессовки одной детали в
другую с последующей развальцовкой) сконструирован пресс
на другом предприятии. Все детали пресса смонтированы на
станине, устанавливаемой на сборочном столе. Включают пресс
при помощи ножной педали. Запрессовка деталей выполняется
прижимом. За время запрессовки происходит ввод рабочей пру-
жины (подъем пуансона), а в момент окончания запрессовки
шпиндель своим скосом отводит упор и освобождает пружину.
Пуансон опускается и развальцовывает деталь. Шпиндель пе-
ремещается вверх, и подпружиненный фиксатор своим конусом
приподнимает собранный узел. Усилие развальцовки можно
регулировать. Техническая характеристика пресса: диапазон
диаметров запрессовываемых деталей 10—30 мм; производи-
тельность 380 узлов в час; размеры 410X160X265 мм; масса
12 кг.
Для чеканки пресс-масленок изготовлен электромагнитный
пресс. На сварном столе установлены головка, управляемая
ножной педалью, и узел электрооборудования. Головка пресса
представляет собой чугунную плиту со станиной, внутри кото-
рой помещается соленоид. Через отверстие соленоида проходит
стальной якорь с латунным штоком. При выключенном соле-
ноиде якорь со штоком под действием цилиндрической пружи-
ны находятся в верхнем положении. На нижний конец штока
крепится пуансон, а на чугунной плите закрепляют нйжнтою
часть штампа, в которую устанавливают собираемую пресс-
масленку со стальным шариком.
Для клепки мелких узлов вагонов применяют специальный
станок, на столе сварной станины которого смонтирован бара-
бан с роликами; при вращении барабана ролики ударяют по
головке пуансона. Под действием их удара пуансон, сжимая
пружину, ударяет по заклепке. Как только головка пуансона
выходит из контакта с роликом, пружина поднимает пуансон.
Ход пуансона регулируется резьбовой втулкой. Подлежащий
48
клепке узел устанавливают на упоры, регулируемые по высоте;
Большое применение находят прессы с дополнительными
функциональными возможностями, заложенными в их конструк-
цию для специального назначения, например, станок, позволив-
ший механизировать и совместить штамповку ребер испарите-
лей холодильных машин с нанизыванием их па трубки. Пласти-
ны штампуются из ленты горизонтальным штампом и
автоматически нанизываются на четыре трубки. Перемещение
нанизанных пластин по всей длине трубок производится дистан-
ционными штырями таким образом, что каждая нанизываемая
пластина перемещает все предыдущие на расстояние, равное
шагу. После окончания сборки секции испарителя станок авто-
матически выключается.
Па изготовление одной секции затрачивается около 4 мин.
Станок приводится в действие электродвигателем мощностью'
3 кВт. Масса станка 500 кг.
Для механизации клепки металлоконструкций в труднодос-
тупных местах применяется специальная установка, которая
кроме клепальных работ может быть использована для протя-
гивания отверстий в деталях из цветного сплава, резки прово-
дов больших сечений, пробивки отверстий в деталях из листово-
го материала и других операций.
Действие установки основано на преобразовании давления
воздуха в сети 0,4—0,45 МПа в высокое давление масла (30—
36 МПа). Установка состоит из пневмозолотника, через кото-
рый сжатый воздух подается в цилиндр низкого давления.
Воздух в цилиндре низкого давления воздействует па мембрану
поршня и выжимает из его полости масло, которое по масло-
проводу поступает в рабочий цилиндр, передвигая поршень до
тех пор, пока обжимки штока упрутся в заклепку. Установка
комплектуется набором скоб, конструкция которых зависит от
выполняемых технологических операций. Наибольший диаметр
заклепки: стальной 8 мм, дюралевой 10 мм. Производитель-
ность установки 32 заклепки в минуту. iMacca установки 10 кг.
С целью сокращения величины прилагаемых усилий в авто-
мобильной промышленности применяют прессы, работающие по
принципу электрокоптактпых сварочных машин. Пресс для рас-
клепки оси ролика сошки рулевого управления состоит из стола
с приспособлением и держателей с двумя электродами для по-
догрева детали. Один из электродов — неподвижный, а другой
получает движение от штока пневмоцилиндра. .
Некоторые из них снабжены автоматическими бункерными
подающими устройствами, обеспечивающими подачу соедини-
тельных деталей на сборку. Имеет место применение автоматов,
выполняющих пробивку отверстий в соединяемых деталях,
вставку в них цапф.
Машины этого типа выполняют с одной, двумя и большим
числом одновременно работающих головок.
49
Производительность машин повышают применением загру-
зочных приспособлений, механизацией перемещения деталей с
приспособлениями от загрузочных станций до позиций соедине-
ния, для этого используют круглые столы с делительными и ин-
дексирующими устройствами. Например, полуавтомат для об-
жима и закатки кожуха катушки зажигания приводится в дей-
ствие двумя электродвигателями, один из них вращает
распределительный вал, управляющий движениями рабочих
механизмов, а другой приводит во вращение шпиндель. Па рас-
пределительном валу закреплен кулачок, управляющий четы-
рехходовым распределительным пневматическим краном, через
который поступает воздух в полости пиевмоцилипдра. К штоку
пневмоцилиндра прикреплен рычаг, служащий для освобожде-
ния изделия от фиксатора, и приспособление для осадки крыш-
ки п обжима кожуха. После сборки кожуха с резиновой про-
кладкой и карболитовой крышкой изделие устанавливают в
одно из шести приспособлений, равномерно расположенных па
столе станка. Стол, поворачиваясь на 60; подает изделие на
позицию обжимки под шток ппевмоцилнндра. После подъема
штока происходит очередной поворот стола на 60°. С внедре-
нием полуавтомата производительность труда увеличилась в
3 раза.
Имеются автоматы, выполняющие пробивку отверстий в сое-
диняемых деталях, вставку соединительных элементов проби-
тые отверстия и собственно процесс соединения. Машины по-
добного типа выполняются с одной или несколькими одновре-
менно работающими головками. Почти все применяемые в
промышленности устройства для автоматической сборки пред-
ставляют собой установки специального типа. В них удается
использовать сравнительно небольшое число нормализованных
и стандартных узлов общего назначения (редукторы, электро-
двигатели, силовые пневмо- и гидроузлы и др.). Это объясняет-
ся тем, что оборудование проектируется и создастся индиви-
дуально или малыми партиями для собственных нужд самими
заводами-потребителями или на опытных базах научно-исследо-
вательских проскгпо-технологичсских институтов. Поэтому как
при проектировании новых предприятий, гак и при реконструк-
ции старых сталкиваются с отсутствием типовых решений ти-
повых конструкций и централизованно изготовляемых средств
механизации и автоматизации.
В настоящее время в отечественной и зарубежной промыш-
ленности для узлов мелких и средних размеров конструируют
машины на агрегатном принципе. Такой принцип построения
позволяет создавать специальные и специализированные ма-
шины, обладающие высокой производительностью в любом типе
производства, значительно сократить потерю времени на пере-
наладки и расширить границы применения автоматического
оборудования. Особый интерес представляют комплектные
50
установки швейцарского акционерного общества БОДМЕР
KIOCHAXT АГ (БК ТАУМЕЛЬ), рис. 14, которое выпускает
устройства и машины для рационализации технологических
процессов сборки по принципу агрегатирования (л—р). Со-
ставными агрегатами их являются унифицированные функцио-
нальные узлы усовершенствованной конструкции — агрега г
БК-10 (а), позволяющий скреплять узлы заклепкой со сплошной
цапфой диаметром 0,5—5,0 мм при 6ft —40 даН/мм2. Агрегат
БК-10 имеет максимальный ход шпинделя 30 мм, частоту вра-
щения шпинделя 1400—2800 об/мин; микрометрический упор
позволяет ограничивать ход с точностью до 0,1 мм. Процесс
скрепления выполняется бесшумно. Агрегат БК-10 и пресс БК-9
(б) можно устанавливать в любом положении — верти-
кально, горизонтально, под углом при помощи зажимной дета-
ли (/?), служащей в качестве соединительного или несущего эле-
мента, к стойке или колонке. Масса агрегата 11 кг. Стойки
(г- е) можно подбирать с учетом специфики эксплуатации
оборудования: коробчатой формы с вертикальным перемещени-
ем агрегата и без него, с встроенным пультом управления и без
него; простои угловой формы с вертикальным перемещением
агрегата и без него. Колонки могут быть применены в качестве
стойки или суппорта для агрегата. С целью повышения произ-
водительности машины применяют поворотный стол (ж), пово-
рачивающийся на 360°. Для подачи заклепок и деталей в зону
сборки предусмотрено автоматическое бункерное устройство
(з). Для монтажа машин применены фундаментные плиты с
тавровыми пазами (и).
Управляющий пульт (к) для сборочного агрегата или для
малогабаритного пресса с селектором единичного или автома-
тического цикла работы обеспечивает бесступенчатую селекцию
времени в пределах 0,5—8 с. Благодаря принципу агрегатиро-
вания получены неограниченные возможности компоновки для
разных назначений и быстрой перепалаживаемосги, кроме то-
го, отпадает необходимость в универсальных и специальных
машинах. Производительность повышается вследствие приме-
нения поворотных столов, направляющих элементов, приспо-
соблений для зажима изделий и многошпиндельных головок с
определенным или регулируемым межосевым расстоянием, со-
кращением числа смены формообразующего инструмента и
перенастройки оборудования на определенные режимы.
Особое преимущество этого оборудования заключается в
методе получения замыкающей головки, который обеспечивает
стабильно высокое качество скрепления независимо от формы
замыкающей головки и прочности материала цапфы.
Фирма КОХЕР (Швейцария) изготовляет машины с качаю-
щимися пуансонами, предназначенные для единичного и серий-
ного производства (рис. 15). Метод вращения качающегося ин-
струмента позволяет получить за один ход любую форму голов-
51
kti в жестких и подвижных соединениях. В зависимости от на-
значения машины могут быть изготовлены для одновременного
(за один ход) образования различных форм головок несколь-
кими качающимися пуансонами из соединительных деталей
разной высоты, разного материала, с разными диаметрами
цаиф, не превышающими 6 мм.
Принцип работы машины (рис. 15, е): матрица 1 и направ-
ляющая плита 2 вместе с передающими элементами приводятся
в движение двумя синхронно вращающимися валами, чем
обусловливают любое качающееся движение пуансонов 3.
52
Рис. 14. Возможная компоновка агрегатных сборочных машин
и их унифицированные функциональные составные части;
а — клепальный агрегат	б — малогабаритный пресс БК9; в — за-
жимная деталь; стойки: г — коробчатой формы; д — простой угловой фор-
мы; е — колонки; ж — поворотный стол; з — бункерное устройство; и —
плита; к — управляющий пульт; л—р — варианты компоновки
Скрепляемые детали в приспособлении подводятся к пуасонам
с помощью гидроцилиндра 4 в ускоренном ходе снизу вверх.
В момент соприкосновения заклепки с пуансоном давление в
цилиндре усиливается по заранее установленному. режиму
скрепления. Эта система обеспечивает мягкий пуск с низким
давлением, предотвращает удары на подшипники и прогиб тон-
ких стержней заклепок (соединительных деталей). Конечное
положение рабочего хода фиксируется бесконтактным выклю-
чателем. Данное устройство гарантирует точность повторения
установки деталей 0,02 мм. Таким образом, оно соответствует
самым высоким требованиям скрепления прецизионных узлов,
обеспечивая' безупречные по качеству соединения. Вследствие
универсальности метода формообразования головки машины
находят широкое применение в крупносерийном производстве
при скреплении узлов проигрывателей в кинопромышленности,
электромеханической, электронной промышленности при сборке
53
узлов счетных машин, контрольных касс, точных приборов, при-
надлежностей текстильных машин и автомобилей.
Машины изготовляют в настольном (тип SO 1000) и наполь-
ном (тип SU 2000) исполнении (рис. 15, а> б).
Рис. 15. Конструкция машины
с качающимся инструментом:
а — настольного исполнения; б — на-
польного; в—схема работы машины
Техническая характеристика
	SO 1000	SU 2000
Мощность двигателя, кВт		0,4	0,75
Напряжение, В	 Частота, Гц	 ....	220/380	или другие
	50	или другие
Частота вращения, об/мин	 Усилие на торцах инструментов при	1500	950
0,6 Мпа, даН	•	. . . .	1000	2000
Ход шпинделя, мм		30	30
Масса, кг	 ...	. .	около 16	230
Наименьшее расстояние между цапфами, мм	6	6
54
В настоящей книге приведены только некоторые примеры
конструирования и создания узкоспециального, нестандартного
оборудования, а также наиболее интересного по компоновке и
методу формообразования замыкающих головок.
Собственно процесс скрепления методом вальцевания по
своей кинематической и технологической сущности проще мно-
гих операций механической обработки, но при автоматизации
этих процессов приходится преодолевать трудности, связанные
с подачей деталей, их ориентацией, сопряжением, фиксацией и
транспортированием. Необходимость выполнения этого ком-
плекса движений и стесненность рабочего пространства при-
водят к относительно более сложным устройствам сборочных
автоматов. Большие трудности возникают при автоматической
подаче ненормализованных деталей, конструкция которых обус-
ловлена выполняемыми функциями узла.
Дальнейшее развитие автоматизированной сборки узлов с
вальцовочными соединениями будет зависеть от более тщатель-
ной отработки существующих и разработки нормализованных
и стандартных узлов, из которых можно быстро и легко собрать
автоматические устройства. Конструкция этих узлов должна
быть падежной в эксплуатации и рассчитана на прогрессивные
методы вальцевания. Для облегчения компоновки сборочных
автоматов их типовые узлы должны быть по возможности мало-
габаритными. Фиксацию и крепление этих узлов необходимо
предусматривать в нескольких вариантах с использованием
промежуточных деталей (плит, угольников и других элементов).
Особое внимание следует обращать на легкую доступность к уз-
лам для обслуживания, регулировки и ремонта.
3.	СБОРОЧНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
К сборочному инструменту для скрепления узлов полыми
и сплошными цапфами относят клепальные молотки, кернеры,
обжимки, вальцовки, пуансоны, матрицы с углублениями под
закладную и замыкающую головки и т. д.
Разновидности молотков, применяемых для ручной сборки
узлов в отечественной и зарубежной практике, представлены
на рис. 16. Для первичной высадки стержня заклепки и пред-
варительного формования замыкающей головки диаметром до
8 мм применяют клепальные молотки и молотки с защелками 1,
которые имеют массу около 300 г. Для осаживания и оконча-
тельного формования металлических заклепок применяют руч-
ные молотки 2. Для осаживания и предварительного формо-
вания металлической заклепки — слесарные молотки 3. Для
осаживания стержня заклепки при склепывании в нагретом со-
стоянии используют осадочные молотки 4. Ручной кузнечный
молоток 5 массой свыше 2 кг (удерживают двумя руками) при-
55
меняют при склепывании в нагретом состоянии для осаживания
стержня заклепки и предварительного формования замыкающей
головки. Молоток 6 с гладкой задней поверхностью массой
свыше 2 кг используют при склепывании в нагретом состоянии,
если необходимы две или большее число кувалд.
Для формообразования замыкающих головок применяют
большие и малые обжимки 7—9, центровую обжимку 10 при-
меняют для окончательного формообразования и одновременной
зачистки облоя замыкающей головки, который образовался в
Рис. 16. Разновидности молотков, применяемых для руч-
ной сборки узлов
процессе осаживания. Плоские обжимки 11, 12 служат для
окончательного забивания замыкающей потайной головки. Кре-
стовые обжимки и обжимки с четырьмя перемычками 13 реко-
мендуются для скрепления листов из легких металлов заклеп-
ками диаметром 6—14 мм при помощи пневматических молот-
ков. Обжимки 14 применяют для формообразования полукруг-
лой головки.
На рис. 17 показаны инструменты для расчеканки или фас-
керновки: 1 — гладкий полый кернер, диаметр внутреннего от-
верстия 0,13—2,35 мм: 2 — гладкий кернер, не имеющий поло-
сти, диаметр нижнего конца 0,81—4,25 мм; 5 —конусный об-
жимочный кернер, диаметр отверстия 0,41—1,70 мм; 4— роли-
ковый расчеканочный кернер, диаметр отверстия 0,61—1,32 мм;
5 — звездообразный кернер; 6 — заклепочный кернер; 7 —бой-
ковый кернер для раскерновки винтов, диаметр конца 0,64—
1,58 мм; 8 — неплоский боек для подчеканки; 9— острый цепт-
ровый кернер; 10 — круглый полый кернер, диаметр отверстия
0,13—2,35 мм; 11 — круглый кернер без внутренних полостей,
диаметр конца 0,81—4,26 мм; 12 — пробойный кернер; 13 — ко-
56
Рис. 17. Разновидности инструмента для расчеканки
и раскернения
роткий тупой кернер со сплошным концом; 14
— короткий тупой кернер с полым концом.
Конструкция формообразующей (рабочей)
части сборочного инструмента для ручной и ме-
ханизированной сборки методом удара или оп-
рессовывания одинаковая (см. рис. 16): с плос-
кой поверхностью-—для осадки цапфы в плос-
кую головку; с лункой для получения полукруг-
лой головки; конусная — для разложения полой
цапфы по фаске или раздачи ее в отверстии; с
кольцевым конусом и кольцевым углублением —
для получения головки полутора из полой цап-
фы; трубчатая — для получения головки из за-
плечика и т. п.
Конструкция инструмента для скрепления ме-
тодом вальцевания — нарастающим усилием с
вращением пуансона — отличается тем, что ра-
бочая часть пуансонов срезается с двух сторон
под углом 20—30° к плоскости, проходящей через
ось пуансона, оставляя размер опорной плоско-
сти 2—3 мм для последующего скругления ее до
радиуса, обеспечивающего плавный переход в
срезанные плоскости (рис. 18, а).
Конструированием радиусной опорной плос-
кости преследуют цель снижения трения при об-
катке инструмента по плоскости деформируемой
цапфы.
Инструмент для формообразования замыкаю-
щих головок прецессионным методом имеет та-
кие же геометрические параметры, как и для
развальцовки, но опорную плоскость его рабочей 1
части обрабатывают под углом, равным углу 14
наклона инструмента в клепальной головке (рис.
18, б). Причем все инструменты изготовляют
длиной, соответствующей длине клепальной головки,
на кор-
пусе которой эти размеры маркируются.
Конструкции и качеству изготовления формообразующей ча-
сти сборочного инструмента часто отводится второстепенная
роль. Между тем геометрия и шероховатость обработанных по-
верхностей формообразующей части являются решающими фак-
торами при получении качественного соединения. Конструкция
влияет на форму з'амыкающей головки и распределение оста-
точных напряжений в соединении, а недостаточно чисто обра-
ботанная поверхность увеличивает трение при формообразова-
нии головок и снижает стойкость пуансонов.
В связи с отсутствием руководящих материалов по разра-
ботке и изготовлению сборочного инструмента геометрические
параметры последнего определяют методом подбора внешнего
вида замыкающей головки без учета характеристики схемы на-
пряжений, образуемых в зоне скрепления в процессе сборки.
Рис. 18. Конструкция формообразующей части пуансонов для скрепления
методом нарастающего усилия с вращением инструмента (я), прсцисси-
рующим (б), удара и прессования (в)
Угол конуса инструмента выполняют от 45 до 120°. С целью
ускорения отладки процесса сборки на некоторых предприяти-
ях конус инструмента выполняют равным 120°, а формообра-
зующую канавку нс делают (рис. 18, в). В процессе скрепления
такой конус отбортовывает стенки соединительного элемента
под углом 120е и одновременно осаживает их. В таком соеди-
нении замыкающая головка не прилегает к плоскости пакета,
а остается «раструбом». Внешний вид головки некрасивый, по
рискам от резца, оставшимся после механической обработки, в
кромках соединительного элемента образуются падрывьк
Максимальная величина приложенных усилий к торцу инстру-
мента действует в осевом направлении, вследствие чего мате-
риал пакета в зопе отверстия прогибается; геометрические па-
раметры скрепляемых деталей меняются до 0,2—0,8 мм.
58
4.	ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ
СБОРОЧНОГО ИНСТРУМЕНТА
НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИЛАГАЕМЫХ
НАГРУЗОК (УСИЛИИ]
Влияние конуса инструмента на распределение прилагаемых
усилий в зоне верхней кромки отверстия пакета. Приложенная
к торцу инструмента сила Рптп в каждой материальной точ-
ке контактной площади конуса инструмента с поверхностью
цапфы действует нормально к образующей конуса. Эта нор-
мальная сила раскладывается на осевую
Pz и радиальную Рх (рис. 19). Составляю-
щая Pz действует параллельно оси инстру-
мента, Рх — перпендикулярно образующей
внутреннюю поверхность отверстия цапфы.
Построим параллелограмм, сторонами ко-
торого будут Pz и Рх, а диагональю —
нормальная сила PN, действующая на 1 мм2
контактной площади конуса инструмента с
поверхностью внутреннего диаметра цапфы.
Углом ВАС обозначим половину конуса
сборочного инструмента. Анализируя схе-
му построения, увидим, что угол BMN тре-
угольника NMB подобен половине угла ко-
нуса инструмента (ВАС=В/2), Таким об-
разом, изменяя угол ВАС, обусловливаем
изменение параллелограмма (треугольни-
ков BMN и BMD), следовательно, и их
составляющих BD = PX и BN=PZ. Величину
шп.
Рис. 19. Распределе-
ние сил конусом
пуансона
этих составляющих при силе приложенной к торцу инструмента
Р = const, можно определить по формулам:
BD = Рх — ВМ cos DBM == PN cos (3/2; ]
BN = Pz = BM sin BMN = Px sin (3/2. /
Характер изменения составляющих Рх в зависимости от
угла конуса сборочного инструмента и площади сцепления
представлен на рис. 19. Количественное изменение Рх и Pz при
изменении конуса р° представлено в табл. 3. Учитывая, что
скрепление узла происходит за счет остаточных радиальных
напряжений в элементах соединения, образовавшихся в резуль-
тате радиальной деформации последних, и что аксиальные на-
пряжения, возникающие в контактной зоне элементов соеди-
нения больше 0,3% приводят к ослаблению прочности сое-
динения, можно сказать, что наиболее удовлетворяющим тре-
бованиям качественного соединения будет инструмент с кону-
сом (3=15-5-30° (при р = 15° конус инструмента заклинивается
59
Таблица 3
Зависимость величины прилагаемых усилий в аксимальном и радиальном
направлениях от угла конуса пуансона
Угол конуса пуан- сона Р	Изменение радиуса цапфы в процессе скрепления			
	— аг — 0,1 мм		Еъ —	= 0,2 мм	
	Действующие усилия (даН/мм8) деформируемой площади в направлении			
	радиальном Р Дг	аксиальном Р	радиальном Р X	аксиальном
20 30 45 60	20.2 19,8 19,1 17,8	3.6 5,3 7,8 12,6	9,65 9,4 9,1 8,45	1,69 2,54 3,74 6,0
в отверстии цапфы вследствие их некоторой песоосности, бие-
ния инструмента, невысокого класса шероховатости поверхно-
сти отверстия цапфы и т. п.). Кроме того, прилагаемые усилия
при большом конусе инструмента концентрируются на контакт-
ном поясе в кромке отверстия. Такая концентрация напряже-
ний приводит к разрушению детали, находящейся под замы-
кающей головкой.
Выше были определены силы, действующие на 1 мм2 дефор-
мируемой площади. Величину сил, действующих па весь де-
формируемый пояс цилиндрической части в радиальном и осе-
вом направлении, определяют с учетом площади сцепления
элементов соединения
Рх = Pn cos — Fc = Рл cos —----------------— 2лготв =
* сц	2 сц	2 sin р/2 отв
= Pn etg а2лгств;
PZFCU = Pn sin — Fcn = P v sin —---------— 2лготв =
2 сц	2 сц N 2 sinp/2 OTB
= PN а 2nr0TB.
Таким образом, зная PN, можем определить силы, действу-
ющие в радиальном направлении, и, наоборот, зная Рх, можем
определить Р2у.
Влияние формообразующей канавки на распределение уси-
лий в замыкающей головке. Распределение прилагаемых усилий
к замыкающей головке зависит от параметров формообразую-
60
щей части сборочного инструмента (в основном от величины от-
ношения глубины канавки к ее ширине). Чем больше это отно-
шение. тем менее оптимально распределяются по контуру го-
ловки силы, приложенные к торцу инструмента. Расчет такой
схемы весьма сложен, поэтому для практических целей распре-
деление прилагаемых усилий надо выбирать в соответствии с
геометрическими параметрами инструмента, которые направля-
ют течение материала вылета цапфы с наименьшим влиянием
иа распределение усилий в цилиндрической части. А усилия,
необходимые для скрепления узла и формообразования голов-
ки, следует определять с учетом материала вылета соединитель-
ного элемента, назначаемого для формообразования головки,.
Усилия, прилагаемые к торцу пуансона,
•^пш о о ИЛИ Рптп — у Рх -f Pz •
cos р. 2	F
В этом разделе рассмотрено распределение конусом пуан-
сона усилий, приложенных к его торцу. Потребную величину
усилий определяют из условий оптимальной прочности соеди-
нения, т. е. величину остаточных радиальных напряжений, не-
обходимых для обеспечения заданной прочности соединения.
Эти напряжения определяют на основе теории пластичности
(см. главу IV).
ГЛАВА IV
ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА
ВЫПОЛНЕНИЯ ВАЛЬЦОВОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
1. ПОЛЕ НАПРЯЖЕНИЙ И ПРОЧНОСТЬ СКРЕПЛЕНИЯ
ЭЛЕМЕНТОВ СОЕДИНЕНИЯ, ПОЛУЧАЕМЫХ МЕТОДОМ
НАРАСТАЮЩЕГО УСИЛИЯ БЕЗ ВРАЩЕНИЯ ИНСТРУМЕНТА
В процессе скрепления узла соединяемые элементы
получают пластическую деформацию. Внутренний диаметр
цапфы после вывода инструмента остается увеличенным, вслед-
ствие чего возникает радиальное давление на стенку отверстия
скрепляемого пакета. Это давление вызывает упругие напряже-
ния, которые главным образом и создают прочность соедине-
ния.
Прочность (несущая способность) соединения полой цап-
фой сохраняется при условии
Мкр = <^Рсц[Гсц,	(1)
где Мкр— несущая способность (прочность скрепления) па
скручивание цапфы в отверстии пакета; f — коэффициент тре-
ния (сцепления) стенок соединяемых элементов в их контакт-
ной зоне, определяемый экспериментально; РСц — номинальная
площадь сцепления элементов соединения; о° — остаточные
радиальные напряжения в зоне сцепления элементов соедине-
ния; гсц — радиус соединительного элемента.
Площадь сцепления
^СЦ ~ ^^Ск.Э.С >	(2)
где D — диаметр отверстия пакета; Скэс— ширина контакт-
ного пояса (меняется в зависимости от величины угла конуса
сборочного инструмента и величины радиального расширения
соединительного элемента — цапфы).
Поскольку конструктивные размеры цапфы и сборочного
инструмента считаем заданными, номинальную площадь сцеп-
ления можно также считать величиной известной.
Определение остаточных радиальных напряжений на сцеп-
ляемых поверхностях элементов соединения связано с решени-
ем задачи для сложного напряженного состояния за пределами
упругости, для чего должно быть рассмотрено упругопластиче-
скос состояние системы цапфа — соединяемый пакет.
€2
Таким образом, для определения прочности скрепления, де-
талей в узле полой цапфой необходимо зпать величину остаточ-
ных напряжений на контактной поверхности элементов соедине-
ния и правильно назначить коэффициент трения.
Пластическое расширение цапфы в скрепляемом пакете,
('крепление детален происходит в результате расширения цап-
фы конусом инструмента в зоне верхней кромки отверстия па-
кета.
Необходимые размеры увеличения контактных радиусов
можно рассчитать на основе теории идеально пластических ве-
ществ, так как материалы, применяемые для заклепок и цапф
I соединительных деталей, в основном отвечают предпосылкам,
на которых основывается указанная теория. Соединения сохра-
няют непроницаемость и прочность скрепления при определен-
I ной разности давлений благодаря остаточным напряжениям, по-
являющимся на контактной площадке вследствие малых оста-
точных деформаций в элементах соединения. Остаточные на-
пряжения нс имеют постоянного характера. Это объясняется
I следующим. Сборочный инструмент расширяет цапфу и одно-
временно формоизмепяет се в замыкающую головку. В процес-
се одновременной деформации цилиндрической части цапфы и
замыкающей головки не исключается их взаимовлияние на рас-
пределение напряжений. Кроме того, под действием конуса пу-
ансона цилиндрическая часть цапфы одновременно с расшире-
нием осаживается. Величина осадки зависит от величины угла
конуса пуансона (см. с. 59). В процессе осевой осадки цапфа
испытывает сопротивление сил трения, возникающих на поверх-
ности сцепления элементов соединения. Материал элементов
соединения (вследствие их деформации) упрочняется.
В. В. Соколовский [21] отмечает, что в целях упрощения ре-
шения задач упругопластического равновесия упрочнение мож-
но не учитывать, так как оно незначительно изменяет величину
напряжений. Кроме того, остаточные напряжения, вызванные
пластическими деформациями, неодинаковы, поскольку струк-
тура. а следовательно, п свойства деформированного металла
нестабильны. Таким образом, определение контактных напря-
жений в данном соединении аналитическим путем представля-
ет весьма сложную задачу.
Эта задача может быть решена в первом приближении с не-
которыми допущениями.
На основании изложенного принимаем: процесс формооб-
разования замыкающей головки не влияет на процесс расшире-
ния цапфы в цилиндрической части; сопряжение элементов
соединения без зазора, а в соединяемом пакете одно отверстие;
давление, передаваемое сборочным инструментом па внутрен-
нюю поверхность цапфы, распределяется неравномерно, сле-
довательно, неравномерны и деформации. Напряжения, возни-
кающие в соединении, являются асимметричными, а давления
5 3
в каждый данный момент на внутренней и наружной поверх-
ности соединительного элемента — непостоянными.
Нормальное аксиальное напряжение при формообразовании
замыкающей головки как в соединительном элементе, так и в
соединяемом пакете отсутствует, т. е. рассматривается плоское
напряженное состояние —0. Механические свойства материа-
лов цапфы и соединяемого пакета одинаковы. При этом пред-
полагаем, что в процессе скрепления соединяемых деталей уп-
рочнение материала незначительно. Схемы распределения на-
пряжений в цилиндрической части (в зоне кромки отверстия
пакета) и замыкающей головке различны.
Для более подробного исследования процесс скрепления
разобьем на два раздела: расширение цапфы в зоне верхней
кромки отверстия пакета и формообразование замыкающей го-
ловки.
Процесс расширения цапфы разобьем также па два этапа.
1. Этап пластического расширения, во время которого с по-
вышением давления Р\ сборочного инструмента па контур от-
верстия цапфы увеличивается ее наружный диаметр и диаметр
отверстия пакета, а увеличение диаметров элементов соедине-
ния сопровождается распространением пластической зоны в ма-
териал пакета.
2. Этап упругого сжатия элементов соединения, наступаю-
щего после снятия давления на контуре отверстия, цапфы, со-
провождающегося появлением на сцепляемых поверхностях
элементов соединения остаточных радиальных и тангенциаль-
ных напряжений.
Таким образом, первый этап рассматриваемой задачи сво-
дится к определению зоны напряжений вокруг отверстия в сое-
диняемом пакете. Второй этап сводится к определению вели-
чины остаточных напряжений в зоне отверстия и контактного
давления па сопрягаемых поверхностях.
• Полные напряжения в соединении. Для соединительных де-
талей используют в основном материалы (стали Ст 3, Ст 10, 20,
латунь с содержанием меди до 63,5%, медь), обладающие по-
вышенными пластическими свойствами. Поэтому можно пола-
гать, что эти материалы будут соответствовать предпо-
сылкам, на которых основываются современные теории
постоянства энергии формоизменения [1, 6, 12, 13, 15, 16, 19, 20,
-21].
Для нашего случая цилиндрическую зону соединения в верх-
ней части отверстия пакета можно отнести к идеально-пласти-
ческому кольцу, не подлежащему удлинению, тогда при <?] = 07»
<j2=ar; а3=<у, = 0, где оь ог, о,— соответственно тангенци-
альные, радиальные, осевые нормальные напряжения.
Уравнение общего случая объемно-деформированного и объ-
емно-напряженного состояния
64
(at - оД2 + (or -	+ (o, - o2)2 = 6№ = 2o|;	(3)
или для двух неизвестных составляющих о,- и о< напишется в
виде
о2 — ctvr + О; = a2 = const,	(4)
а уравнение
равновесия
г
dr
= ot— <yr.
(5)
Уравнение (5) в переменных о,- и о/ представляет собой
эллине пластичности (рис. 20), в котором большая и малая по-
—	/ 2~
луоси равны 1/2 от = у — <гт, а главные оси делят прямой
между осями пополам.
Для решения уравнения (4) введем переменные о и о', свя-
занные с нормальными тангенциальными и радиальными на-
пряжениями через параметрический угол 0:
о =	._°r = "|/2 от sin 0;
Д/2	т
,	^-|-ог Г~
а =---------= 1 / — ctcos 0.
1/2 V 3
Тогда напряжения ог и о* определяются через введенные
переменные следующим образом:
Так как о и о', определенные зависимостями (6), удовлет-
воряют условию пластичности (4), которое в переменных о и
с' выражается уравнением
а2 + 3 (о')г = 2а®',
го после подстановки сг, и значения разности напряжений
ог—Or, найденной из уравнений (7), (8), в уравнение (5), по-
следнее приводится к дифференциальному уравнению в пере-
менных гиб
г— sin (0 —— == cos
*г к 6 )
Интеграл уравнения (10)
= е~ 0 cos 0,
fl
3 Зак. 773
(Ю)
(И)
65
Рис. 20. Элл ипс п ла -
стичности
где С — постоянная интегрирования,,
физический смысл которой состоит в
том, что она выражает значение пере-
менного радиуса окружности, разделя-
ющей упругую и пластическую зоны.
Как и в задаче о плоском кольце
или цилиндре, получается дифферен-
циальное уравнение первого порядка,
для интеграла которого может быть
задано только одно граничное условие.
Изучаемая цапфа в зоне верхней
кромки отверстия пакета нагружена
по поверхности его отверстия г=гв
давлением Р. наружная поверхность
цапфы г=гн свободна от напряжений.
Обозначив 0н переменный угол эллип-
са пластичности, соответствующий гн
цапфы, получим для этой поверхности граничное условие г = гп;
в = 0н; Ог=0.
Согласно же уравнению (7) должны принять 0Н—— плтг
6
— +л. Точка В
6
на эллипсе пластичности (4) или (9)
соответ-
ствует значению
0и=
При 6<™
радиальное напряжение ог будет отрицательным^
работающим па сжатие. Состояние цапфы, находящейся под
давлением конуса сборочного инструмента, определяется изме-
нением 0 в интервале----^<0< —. На рис. 20 эта зона пока-
3	6
зана дугой DC В.
Постоянная интегрирования определяется из условия, что
на внешней поверхности соединительного элемента радиальные
напряжения отсутствуют, т. е. при г=гн<уг=О. Но из формулы
(7) можно видеть, что ог=0 при 0= — (точка С на эллипсе
6
пластичности). Подставляя значения г=гп и 0=— в уравне-
6
нне (11) для определения постоянной С, имеем
2 — f 3 Л/6	л т/3 9 — /з л/о
= rHe cos—= гйе
6	6
Так что
Р
н
—(n/6-o)COSe₽
Уз
(12)
66
Отсюда для внутренней поверхности соединительною элемента
r=rR, где 6=0в, можно получить условие, -определяющее зна-
чение 0в:
е~ГГ(я/6-ев)cos0 = ,jV.L « о,865— .	(13)
U	л	7	о	* z
г2.2	г
В	в
Внутреннее давление —Рь
фы в пластическое состояние,
при г—гв; О—0В
требуемое для
можно найти,
2(7т
Уз”
приведения цап-
положив ог = —Р,
(14)
Рис. 21. Функциональ-
ная зависимость окруж-
ных и радиальных
напряжений на контуре
отверстия цапфы, нахо-
дящейся в состоянии
пластического равно-
весия под де ист в нем
давления, при различ-
ных отношениях Гц/Г^
Таким образом, через переменный параметр 6 в зависимости
ют отношения гн/гв получим полное решение задачи.
Каждому значению ги/гв согласно (13) соответствует опре-
деленное значение пластически-деформированного слоя А/? и
угла эллипса пластичности 6Н. Далее, при г=гв значению 0в
соответствуют радиальное напряжение —Р\ и тангенциаль-
ное напряжение cjf. Следовательно, радиус и толщина стенки
цапфы радиальные, тангенциальные напряжения or. и
прилагаемая нагрузка на ее внутренней поверхности являются
заданными функциями от переменного угла эллипса пластично-
сти 0. Вид соответствующих кривых для значений гы/гв; <тг —
=—Р] и ст/ па внутренней поверхности цапфы г — гп представ-
лен на рис. 21. Чтобы найти давление Р\ для данного соедини-
тельного элемента, надо прочесть значение Pi под значением
данного отношения гп/гв.
Из уравнения (13) видно, что существует предельное соот-
ношение размеров гн/гк, при превышении которого невозможно
привести всю цапфу в пластическое состояние приложением
давлений по ее внутренней поверхности, т. с. отношение гп/гв
имеет максимальное (предельное) значение. Этот максимум
<3*	67
имеет место при t)u=---— и вычисляется из уравнения (13)
ПУтем дифференцирования
г2	,
— max = е“13 л/2/УЗ = 2,963.
гв
Если отношение ги/гв превышает 2,963, то внешняя часть
цапфы должна оставаться упругодеформировашюй, иначе гово-
ря, мы будем иметь дело со случаем частичной текучести. По-
скольку условия деформации идентичны плоскому кольцу, под-
вергнутому равномерному радиальному давлению на внутрен-
ней поверхности цапфы г—гр, давление Р], а также окружные
2(7
напряжения не могут превышать максимального значения=
= 1,155<Ут (на 16% выше предела текучести сг0 при одноосном
растяжении).
Упругие напряжения. Для определения напряжений и де-
формаций в упругой зоне можно использовать уравнения для
определения напряжений в стенках толстостенного цилиндра*
решение которых дал французский ученый Ляме. Впоследствии
эту теорию развили с учетом пластических деформаций
Н. М. Беляев, А. А. Ильюшин, В. В. Соколовский, Г. А. Смир-
нов-Аляев и др.
Напряжения в точках на расстоянии г от оси соединитель-
ного элемента выражаются формулами
(15)
(16>
Постоянные А и В в уравнениях (15) определяются пз на-
чальных условий: на наружной поверхности пакета при г=ос
0t=(7r=O, и, следовательно,
0 =	(1 + + -В(г~И) 1; А = °-
тогда напряжения с/т и <тг определяются как
' ' ВЕ 1
°’ - - °' = "ПГТ V'	<17>
На границе упругой и пластической зоны, определяемой
радиусом r=R, по условию неразрывности должно быть равен-
ство упругих и пластических напряжений, т. е. о\—ог.
68
Выше было отмечено, что пластическое состояние в мате-
риале пакета наступит тогда, когда на контуре отверстия до-
стигнут значения oz =—аг=ат/УЗ, следовательно, на границе
пластической и упругой зоны
(18>
Е>	г (1 ' | I  ) ту>
откуда В =  2, --=4 R',
1/3 Е
тогда после преобразований уравнение напряжений (17) при-
мет вид
(19)
Для упругого радиального смещения согласно уравнениям (16)
и (19) имеем выражение
(20)
Таким образом, в упругой зоне (для г>Р) напряжения оп-
ределяются уравнением
(21)
радиальные смещения уравнением
U = (1 + р) <гт/Д/3 Е —
(22)
Следовательно, задача сведена к определению напряжений
в одной плоскости, в которой все напряжения становятся функ-
циями одного параметра г[Р, где г — переменный радиус, а
R — радиус окружности раздела пластической и упругой
зоны.
Остаточные напряжения» Величина остаточных напряжений
в зоне сцепления элементов соединения, является одним из ос-
новных факторов, определяющих качество соединения.
В схеме остаточных напряжений представляют интерес в
основном радиальные напряжения, так как качество (прочность
и стабильность геометрических параметров) соединения обус-
ловливается их величиной.
Для нашего случая согласно теореме о разгрузке [12] можно
считать, что при снятии внутреннего давления Pi новые пласти-
ческие деформации не имеют места. Следовательно, остаточные
напряжения в любом элементарном слое элементов соединения
можно рассматривать как разность между полным упругопла-
69
стпческим напряжением, возникающим под действием внутрен-
него давления Рь и фиктивным упругим напряжением в том же
элементарном слое, которое соответствует-только упругой де-
формации рассматриваемого слоя под действием этого же дав-
ления суО = с>—с/, где g' —фиктивное радиальное напряже-
ние, отвечающее, состоянию упругого равновесия.
Из теории упругости известно [23, 24], что величина упру-
гого радиального напряжения се тдя любого слоя элементов
соединения, нагруженного радиальным давлением на внут-
реннем круге, может быть найдена из уравнения
(23)
где С и D — постоянные интегрирования, определяемые из на-
ч а л ьн ых у с л ов и й.
Для нашего случая начальные условия будут: внешней по-
верхности пакета при г=гп радиальное напряжение g^ —О, и,
следовательно, C=R^D\ па внутреннем поверхности при г =
=тп радиальное напряжение будет равно внутреннему давле-
нию о' =—Р, и, следовательно
(24)
При совместном решении двух последних уравнений полу-
чим
В случаях, когда наружный радиус велик по сравнению
с внутренним гв или при 7?и—>оо, что имеет место при сборке
узлов, в которых скрепляются детали типа планок, корпусов,
кронштейнов и т. д., £) = 0; тогда уравнение (23) примет вид
~ ” что также можно записать в виде
(25)
или
(26)
Так как разгружение есть исходная точка, соответствующая
радиальному растягивающему напряжению в пределах упруго-
сти, ее можно принять за начало кривой упругих напряжений;
эта точка будет конечной точкой кривых напряжений, отвечаю-
щих пластическому состоянию.
70
Выше было установлено, что па пряжение на внутреннем
контуре цапфы при формообразовании замыкающей головки
имеет максимальный предел ог=1,155от> чему соответствует
радиус пластической зоны /?=1,751гв. Для этого случая конеч-
ная точка К кривой напряжений в пластической области
(рис. 22) определяется координатами ег/от= 1,155 и rjR=
-0,571. На рис. 22 представлен
of и фиктивных напряжений <т'
состоянию упругого равновесия,
лепия на контуре отверстия
цапфы, равного 1,155 от. Зна-
чения напряжений ог нанесены
с обратным знаком, что позво-
ляет находить величину оста-
точных напряжений по отрез-
кам между кривыми (заштри-
хованная площадь). Началь-
ная точка кривой упругих
напряжений при разгрузке
также определяется этими ко-
ординатами.
Сл сдовательно, ур а вне ппе
кривой, проходящей через точ-
ку К, может быть записано
в виде
кривые полных напряжении
, соответствующих фиктивному
для случая предельного дав-
Рис. 22. Распределение щ/щ на
внутреннем контуре цапфы цилин-
дрической части соединения, нахо-
дящейся в пластическом равновесии
под действием давления Р при
различных отношениях ги/гв
Подставляя значение C/R2 в уравнение (26), получим о^От —
= (Сг/Ог)к(г/Я)£ (R/r)2> ИЛИ, памятуя, что (о;./ов)к=: 1,155 и
(г/7?)к = 0,571, можно записать уравнение кривой упругих на-
пряжений, проходящих через точку К, в виде
(27)
В связи с тем, что параметры а®,	, Grt и Pi связаны
с переменной величиной угла эллипса пластичности, определе-
ние остаточных напряжений и а, удобнее представить в
табличном й графическом виде. На рис. 23 показаны остаточ-
ные напряжения сжатия и растяжения в деформированной зо-
не элементов соединения. В табл. 4 показана фуикциольная за-
висимость от величины угла эллипса пластичности 0 коэффп*
Рис. 23. Распределение оста-
точных напряжений в дефор-
мируемой зоне соединитель-
циептов остаточных напряжений
К<уг, радиуса пластической зоны KR
и радиальных сил, приводящих в
пластическое состояние поверхность
стенки соединяемых элементов пло-
щадью 1 мм2 на глубину /?—
Полученные в табл. 4 зависимо-
сти между коэффициентами ради-
альных напряжений на внешнем
контуре цапфы, радиуса пластиче-
ской зоны и величины давления на
контуре ее отверстия с помощью
переменной величины угла эллипса
пластичности 6° позволят легко вы-
полнять расчеты соединений. Изло-
женный математический анализ да-
ет возможность выявить картину
распределения остаточных напряже-
ний в деформируемой зоне скреп-
ляемых узлов.
ного элемента
Таблица 4
Взаимосвязь коэффициентов остаточных напряжений радиуса пластической
зоны и радиальных сил, приводящих в пластическое состояние поверхность
стенки соединяемых элементов площадью 1 мм2
Угол эллипса пластич- ности 6°	Коэффициент оста- точных напряжений К(,Г	Коэффициент радиуса пластической зоны	Коэффициент радиаль- ных сил, приводящих в пластическое, состоя- ние площи 7Ь 1 мм® на глубину R, К
0	0	1	,0,577
2	0,052	1.01	0,61
4	0,105	1,02	0,65
6	0,158	1,04	0,68
8	0,211	1,11	0,71
10	0,264	1,15 1,23	0,74
15	0,374		0,815
20	0,484	1,31	0,884
25	0,62	1,39	0,94
30	0,66	1,48	1,00
35	0,87	1,54	1,04
40	1,08	1,64	1,08
45	1.12	1,68	1,11
50	1,137	1 72	1,137
55	1,146	1,74	1,145
60	1,155	1,75	1.155
72
2.	ПОЛЕ НАПРЯЖЕНИЙ И ПРОЧНОСТЬ СЦЕПЛЕНИЯ
В СОЕДИНЕНИЯХ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ
НАРАСТАЮЩЕГО УСИЛИЯ С ВРАЩЕНИЕМ ИНСТРУМЕНТА
Распределение напряжений в соединениях, полученных ме-
тодом нарастающего усилия с вращением инструмента, суще-
ственно отличается от распределения напряжений в соединени-
ях, полученных методом опрессовывания. В этом случае напря-
жения в пластической зоне можно рассматривать как прямо-
угольные координаты точек эллипса пластичности. Оба на-
пряжения at и сц будут растягивающими, и так как окружные
напряжения все время остаются большими, то дугу эллипсаг
выражающую условие пластичности сг2-Ьо/2—2и2, а также
дугу эллипса (см. рис. 20) между точками А и В для упроще-
ния можно заменить горизонтальной прямой. Тогда условие
пластичности с достаточным приближением будет о*— С=
const.
Для анализа состояния элементов соединения под действием
крутящего момента, принимаем, что конец-торец соединительной
детали, опираясь па плоскость приспособления, удерживается
моментом трения между опорной плоскостью соединительной
детали и плоскостью приспособления. Деформируемый конец-
цапфа детали закручивается парой сил, приложенных сбороч-
ным инструментом (рис. 24).
Предположим, что каждое сечение соединительной детали
поверие гея на некоторый угол ф, пропорциональный координате
х, т. е. q=dx, а=const. При этом первоначально прямолиней-
ные образующие перейдут в обычные винтовые линии в цилинд-
рических полярных координатах г, ср, х, являющихся компонен-
тами вектора смещения S. Согласно (28) эти
компоненты можно написать
Sr = 0;	= arx; Sx = 0.	(29)
Подставив величины уравнения (29) в тен-
зорные уравнения, можно получить выражение
для деформации [И], и в силу того что dS2 =
= dr2+r2—d(p2+dx2, положим gi=l; £2=П £з=
= 1.
Из этих же уравнений получаем уравнения
деформации
8ГГ = £(р{р = 8ХХ = 0,
Елф = 0; 2ефЛ = da; ехг = 0.	(30)
Рис. 24. Состояние волокон стержня соединительной де-
тали при скреплении методом нарастающего усилия с вра-
щением пуансона
M=Pd
73
Отсюда получаем соответствующие cq, воспользовавшись, тен-
зорной связью ог-п=2рЕ7^+лб,:кЙ, которая справедлива для
произвольных ортогональных координат
<ТГГ • СГфф СхХ ~ ^хг ~	~
Охф==т = раг.	(31)
Для единственного действующего в сечении (х=const) ка-
сательного напряжения принято обозначение т.
Для напряженного состояния» выраженного уравнением (31),
справедлив линейный закон, следовательно, вместо уравнения
(31) можно написать
т - — ттах, где тшах =	(32)
а
Из предположения, выраженного уравнениями (29), видно,
что поперечные сечения остаются плоскими, т. е. Sv=0. Теперь
надо доказать, что боковая поверхность соединительного эле-
мента г=а свободна от напряжений, г. е. о7т=огф =оГЛ.=0, что
выполняется в действительности согласно уравнению (31).
На нижнем сечении (опорной плоскости) соединительного
элемента вместо условия отсутствия напряжений имеется усло-
вие отсутствия смешений, которое выполняется в силу уравне-
ний (29), так как здесь х—0. Наконец, на верхнем конце
стержня необходимым условием будет
М = frrdf,
(33)
где Л1 — момент закручивающей силы Р (см. рис. 24).
Согласно уравнению (32) можно также написать
м = С df =	Jp = v^Jp, = а\ (34)
G	(I	x
где /р — полярный момент инерции сечения, который в нашем
случае равен удвоенному значению экваториального момента
инерции, приведенному в уравнении для круглого сечения ра-
диуса а.
Однако это условие не является исчерпывающим. Внешний
вращательный момент М не только должен быть равен момен-
ту сдвигающих усилий относительно оси соединительной де-
тали, но и должен распределяться по сечению от точки к точке
точно так же, как распределяется момент rdf, что для пары сил
M = Pd в нашем случае нс выполняется. Согласно принципу
Сен-Венана такое местное возмущение равновесия распростра-
няется только на ближайшую зону верхней части цапфы и не
сказывается па упругом равновесии в каком-либо другом ме-
сте соединительной детали. Уравнение (34) определяет вели-
чину угла закручивания соединительной детали (приходяще-
гося на единицу его длины). Найдем полный угол закручпва-
74
про-
счет
ния стержня соединительной детали согласно уравнению (28) г
он определяется как фв=а/, где I — длина соединительной де-
тали. Из уравнения (34) получим
Ml	/о.
ф/ = ~ -	(35>
Р-v р
Это равенство имеет вполне ясный смысл: угол закручива-
ния пропорционален вращательному моменту М и длине стерж-
ня I и обратно пропорционален модулю кручения р к полярно-
му моменту сечения Jp.
Из изложенного видно, что вращение инструмента не по-
влияет на размеры отверстий соединительных и соединяемых,
деталей, так как при кручении соединительной детали ее попе-
речное сечение остается плоским, контур сечения не деформи-
руется, а поворачивается как одно целое вследствие того, что
конус пуапсона находится в непосредственном контакте с внут-
ренней поверхностью цапфы, а процесс скрепления узлов вы-
полняется при частоте вращения шпинделя не менее 400 об/мин.
На состояние пластического равновесия цапфы в основном
влияют окружные силы, которые по величине значительно
вышают радиальные.
Расширение элементов соединения осуществляется за
радиальных сил, передаваемых конусом пуансона. Такой про-
цесс скрепления применяют в тех случаях, когда для получения,
формы замыкающей головки надо привести в пластическое со-
стояние все поперечное сечение соединительного элемента, а
механические свойства скрепляемых деталей ограничивают ве-
личину остаточных напряжений.
Прочность соединения. Соединение полым соединитель-
ным элементом по своему назначению должно удовлетворять,
двум основным условиям: быть прочным, сохранять постоянст-
во геометрических параметров узла. Прочность соединения свя-
зана с получением остаточных напряжений, избыточная вели-
чина которых обусловливает изменение геометрических пара-
метров узла или разрушение элементов соединения в процес-
се скрепления пли в процессе эксплуатации. Поэтому, рассмат-
ривая вопрос прочности соединения, необходимо также учиты-
вать условие обеспечения допустимой величины остаточных,
напряжений.
Предельная прочность скрепления, определяемая из усло-
вий устойчивости цапфы. Цапфа на внешнем диаметре дефор-
мируемого участка в цилиндрической части воспринимает ра-
диальную нагрузку со стороны стенки отверстия пакета. Рас-
пределение ъ этой нагрузки по длине деформируемого участка
неравномерно, наибольшее нагружение имеет место в зоне дей-
ствия максимальных остаточных радиальных напряжений, в зо-
не верхней кромки отверстия пакета. Нагружение цапфы в этой
зоне можно считать идентичным случаю нагружения его внеш-
75
пим равномерно распределенным давлением. Если па внешней
поверхности цапфы остаточное радиальное напряжение будет
превосходить величину критического давления Ргкр, то может
иметь место нарушение ее цилиндрической формы. Последнее
приводит к образованию зазоров между стенками соединяемых
элементов, следовательно, к нарушению равномерности сцепле-
ния. На практике подобные явления мы наблюдаем при раздаче
(развальцовке) тонкостенной цапфы. В этом случае цапфа,
стремясь под действием дальнейшего давления конуса пуансо-
на увеличить свой периметр, раскладывается в отверстии вол-
нообразно. Сгладить эти «волны» дальнейшим радиальным рас-
ширением соединительного элемента с увеличением давления
на пуансон не удается. Изложенное объясняется тем, что даль-
нейшее формообразование сопровождается разложением уто-
ненной (неустойчивой) стенки соединительного элемента по
образующим конуса и канавки пуансона.
Сказанное выше дает основание полагать, что прочность
соединения ограничивается пределом остаточных напряжений
в зоне соприкосновения стенок соединяемых элементов, по-
этому для определения максимальной прочности соединения
можно применять формулу
(^кр)тах ~ °У.кр	(об)
где о о кр — критическое радиальное напряжение во внешнем
контуре соединительного элемента.
Максимальное допустимое давление на стенки
(37)
В нашем случае А.кР —сь.кр, причем РГгКу всегда меньше
0,5 сгт.
Максимальная прочность узла с полой цапфой ограничива-
ется также, пределом его упругого сопротивления — растягиваю-
щими усилиями. Это объясняется тем, что при наличии аксиаль-
ных и радиальных нагрузок от конуса пуансона напряжения в
степках соединительного отверстия пакета могут превышать
предел упругого сопротивления последнего, в результате чего
материал цапфы получит пластические деформации. При значи-
тельной величине этих деформаций сдвиг цапфы относительно
стенки отверстия пакета неизбежен, и, следовательно, как ре-
зультат сдвига, неизбежно нарушение распределения напряже-
ний в соединении.
В связи с этим необходимо отмстить, что максимальная со-
ставляющая прилагаемых усилий должна быть в радиальном
направлении, а их величина обеспечивать соблюдение условия
(38)
76
Равнопрочность соединения и цапфы при нагружении по-
следней осевой силой может быть представлена равенством
отл (гн + Гв) —	(39)
Из этого равенства может быть найдена величина остаточ-
ного радиального напряжения о^, отвечающего требованиям
равнопрочности.
Предельная прочность соединения, определяемая исходя из
условий стабильности геометрических параметров скрепляемого
пакета. По условиям концентрации напряжений около отвер-
стий [22] при приложении дав-
ления по краю отверстия полу-
плоскости и отсутствии каких-
либо внешних сил на контуре
пакета er=0;	РХ = Р; Ri=R
(рис. 25).
Обозначим через х расстоя-
ние, измеряемое вдоль оси ЛХ
от точки Л, тогда напряжение
ох по контуру прямолинейной
грани полуплоскости (пакета),
г. е. по оси /IX, будет
4^4^	(40)
х (х2 -|- d2 — R2)'
Наибольшие растягивающие
напряжения в точке А
(<Т„)гаат = 4Р —---.	(41)
\ X/111 d.л.	^2	4 7
Рис. 25. Зона распределения на-
пряжений в плоскости скрепляе-
мого пакета (детали, находя-
щейся под замыкающей голов-
кой)
В точках x=±yd2—R2 напряжение = и при дальней-
шем увеличении х оно становится сжимающим, достигая своей
наибольшей величины в точках x=±y'3(d2—/?2):
р
2	—	*
(42)
Напряжения о?1 по контуру отверстия могут быть найдены из
следующего геометрического построения. Обозначив С центр от-
верстия, Q произвольную точку контура отверстия, СА перпен-
дикуляр, опушенный из точки С на прямолинейную границу
пакета, и <р угол QAC (рис. 25), напряжения по контуру кру-
гового отверстия
o„ = P(I+2tg2(p).	(43)
Из этого построения видно, что напряжения ап будут одни и
те же в точках Q и Q', которые лежат на одной прямой, выхо-
дящей из точки Л и пересекающей контур отверстия.
77
Минимальные напряжения ап но контуру отверстия будут,
очевидно, в точках В и D, т. с. в точках наиболее и наименее
удаленных от прямолинейной грани пакета. Положив в форму-
ле (43) <р=0, получим оп = Р. Из формулы (43) следует, что
наибольшие значения а?? в точках контура отверстия, для кото-
рых <р = фгпа\-,
таг —

(44)
т. е. тс точки, в которых прямая будет касательной к кон-
туру отверстия.
Если « = 1,73/?, то наибольшее значение растягивающих на-
пряжений ио контуру отверстия будет равно максимальному
значению напряжений ох по прямолинейной грани пакета и, как
следует из формул (41) и (44), равно (o7l)rn£LX=l2P. Из формул
(41) и (44) следует, что если расстояние а от центра отверстия
до прямолинейной грани будет больше, чем 1,73/?, то наиболь-
шие растягивающие напряжения будут на контуре отвер-
стия. Если же а меньше 1,73/?, то наибольшие напряжения ап.
будут в точке А прямолинейной грани пакета.
При введении обозначения a—2/J? формула (41) примет вид
Подставляя л— расстояние от контура отверстия до боковой
плоскости пакета — в последнее уравнение, можем определить
максимальные напряжения (оЛ)тах для каждого значения л.
Для многоточечных соединений или узких пакетов, исходя из
условий сохранности геометрических параметров скрепляемых
пакетов и межосевых расстояний после скрепления, рекоменду-
ется брать К= 1,54-2,5. В этом случае, рассчитывая по (45), на-
пряжения в точке А заключены в пределах 0,16Р<^(ог)д — 0<
<0,5Р.
3.	ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ КОНТАКТНЫМ ДАВЛЕНИЕМ
В ЗОНЕ СЦЕПЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СОЕДИНЕНИЯ
И РАДИАЛЬНЫМ УВЕЛИЧЕНИЕМ ОТВЕРСТИЯ
СОЕДИНЯЕМОМ ДЕТАЛИ ПОД ЗАМЫКАЮЩЕМ ГОЛОВКОЙ
Задача о зависимости между контактным давлением в зоне
сцепления элементов соединения и радиальным увеличением от-
верстия детали, находящейся под замыкающей головкой, пли
пакета может быть решена только с некоторыми упрощениями.
Для определения функциональной зависимости между радиаль-
ным давлениСхМ Рг и радиально пластическим расширением
отверстия Uu можно воспользоваться приближенным способом
теории пластичности [16J, пренебрегая разделением деформации
на ее упругую и остаточную части. Для упругой зоны пакета
78
«окружные и радиальные напряжения и сг и величина ради-
ального смещения U определяются формулами
(46)
Обозначим радиальное смещение на границе пластическом
зоны r = R через U\ которое согласно второму уравнению груп-
пы
(46) выражается (/=(1-|-р)
Д/3£
R. Пусть UK будет иметь
значение U', когда R=ru, т. е. точно в тот момент, когда на-
чнется пластическая деформация на контуре отверстия, тогда
^ = (14-^-^-.
Радиальное смещение внутри пластической зоны гп<У<#«
Согласно закону пластичности, изложенному в работе [16] при
п^сь=0, зависимость между напряжениями и деформациями
можно записать уравнениями
Используя условие совместности деформаций, зависимости
для составляющих напряжений, представленных равенствами
(13), и, рассматривая сложную функцию, зависящую от г или
от 0, производя дальнейшие расчеты с помощью уравнения (11),
получаем уравнения для определения деформации
(48)
Постоянную интегрирования Cz можно определить из усло-
вия равенства величины радиальных смещений (деформаций)
на границе‘упругой и пластической зоны. Таким образом, при
г = /?, 0=0, используя выражение (46), имеем
е. = е
(49)
79
Радиальное смещение теперь может быть найдено из второго
уравнения группы
U ~	= С'о/е-^0.	(50)
Радиальное смещение на поверхности контакта цапфы и
стенки отверстия, т. с. когда г=г1ь определяется равенством
и« =	= аЛе“1Те-	(51)
У о с
При этом выражение для давления Р2, обусловленное требо-
ванием, чтобы скрепляемая деталь (пакет) утрачивали упру-
гость внутри радиуса /?=гн, будет
откуда
(52)
(53)
(54)
Тогда выражение (52) для давления на контуре отверстия
получит вид
(55)
На основании изложенного можно сделать вывод, что дав-
ление в функции от радиального смещения Uu па контуре от-
верстия гн выражается равенствами:
в упругой зоне (при t/u<t7K)
Рн
ат
In
(56)
а в пластической зоне (при 1/н>?7к)
,	2<ут
2 = —— SIH
2	Уз
Уз
(57)
отверстия
где (7К представляет собой радиальное увеличение
точно в тот момент, когда начнется пластическая деформация
на контуре отверстия радиуса ги.
Зависимость изменения контактного давления на поверхно-
сти цапфы и стенки соединительного отверстия в функции от
радиального увеличения отверстия —— представлены кривой на
рис. 26.
80
Из этой диаграммы видно, что давление Р% вначале возра-
стает линейно с Uu (участок ОА), а после того как давление
на контуре отверстия пакета достигнет предела упругости при
давлении Р2—
-—г, по кривой (пластический участок кривой
АВ). Последняя весьма медленно переходит в горизонтальную-
когда давление Р2
зна-
асимптоту,
достигает максимального
2а..
чения ——г, а радиальное
сме-
6,12
шенис становится равным
Эта кривая (давление—
расширение) является действи-
тельной для стальных и ла-
тунных пластин (пакетов), ма-
териал которых имеет опреде-
ленный или достаточно четко
выраженный предел текучести
для одноосного растяжения.
Таким образом, уравнения для
определения радиальной деформации в беззазорных соединениях
примут вид
Рис. 26. Функциональная зави-
симость прочности скрепления от
радиального увеличения отвер
стия цапфы
= Св = <-гв;
£' = е/= 12100.
гв
(58)
Использование зависимости для U и е#, представленных ра-
венствами (50) и (51), для случая начала пластической дефор-
мации на конкурс отверстия цапфы гв, т. е. при г=гв, приводит
последние уравнения к виду
1 + ц	— рз”о
Е=~~<W	ив;
1/3 Е
Е' = -1±А иге_у/Г0в 100.
1/3 Е
Выше было показано, что максимальная прочность соедине-
ния достигается тогда, когда радиальное давление, приклады-
ваемое к отверстию цапфы Рг= 1,155сгт, чему соответствует ра-
диус пластической зоны 7? = 1,75гв, что имеет-место при =
л
з“’
Таким образом, для достижения максимальной прочности
соединения, приняв для материала соединяемых элементов р =
0,3, можно записать уравнения
Е = 4,6 Е' = 4,6	100.	(60)
Е	Е
81.
Эти уравнения показывают, что величина степени деформации
зависит от механических свойств материалов элементов соеди-
нения и в зависимости от от может меняться в широких преде-
лах. Последнее подтверждает высказанное ранее положение, что
критерий качества соединения —• степень деформации — будет
далеко неполноценным, если не будет учтена пластичность мате-
риала элементов соединения.
4.	ТРЕНИЕ В СОЕДИНЕНИИ
Механическая прочность соединения на скручивание, растя-
жение, изгиб определяется силами сцепления, развивающимися
на контактной поверхности сопрягаемых деталей. Величина пх
зависит от остаточных радиальных напряжений в соединении и
коэффициента трения (сцепления). Многообразие факторов,
влияющих на величину коэффициента трения (материал соеди-
няемых деталей, макро- п микрогсометрия сопрягаемых поверх-
ностей, величина контактного давления, смазка и др.) обуслов-
ливает необходимость рассмотрения процесса трения в зоне
сцепления элементов соединения при пх взаимном смещении.
Рассмотрим два основных фактора: механическое взаимодейст-
вие неровностей трущихся поверхностей, которое вызывает уп-
ругие и пластические деформации, хрупкие и вязкие разруше-
ния находящегося под ними слоя металла; взаимодействие кон-
тактных поверхностей, обусловленное межатомными сила-
ми, называемое схватыванием или слипанием.
Явления, происходящие при механическом взаимодействии
неровностей иа соприкасающихся поверхностях, подобны наблю-
даемым при любых видах деформирования металлов, и к ним
применимы закономерности, полученные в теории упругих и
пластических деформаций в учении о прочности [14]. Значитель-
но меньше изучено явление схватывания при взаимодействии
соприкасающихся поверхностей. Несмотря на большое число
работ в этой области, вопрос схватывания металлов при совме->:
стпом пластическом деформировании до настоящего времени |
является предметом изучения.
Явления трения, происходящие иа контактной поверхности
соединяемых элементов, при относительном смещении деталей
соединения принципиально'ничем не отличаются от явлений,
происходящих при трении двух металлических тел. Поэтому I
фактор механического взаимодействия неровностей соприкасаю-
щихся поверхностей соединительной и соединяемой деталей |
пе может существенно менять картину трения в соединении,
поскольку параметры шероховатости на сопрягаемых поверхно- ,
стях почти всегда примерно одинаковы и не выходят за предо- |
лы Rz 10 мкм. Иначе сказывается на характеристиках трения
физическое состояние контактных поверхностей соединяемых
32
элементов, а также механические свойства материалов, соеди-
няемых деталей, поскольку последние меняются в больших пре-
делах.
Испытания опытных соединений показали, что характер об-
работки (шероховатость поверхности), а также состояние кон-
тактных поверхностей элементов соединения оказывают замет-
ное влияние на прочность соединения. Некоторое увеличение
прочности по сравнению с поверхностью контактных плоскостей,
обработанных до 6-го класса шероховатости, показали соедине-
ния с полированной поверхностью контактных плоскостей.
У большинства испытываемых соединений, контактные поверх-
ности которых после механической обработки находились на
воздухе не более часа и непосредственно перед соединением очи-
щались измельченным активированным углем, наблюдались яв-
ления схватывания между металлами элементов соединения, в
результате чего исчезла физическая граница раздела между
соединяемыми элементами. Анализ скрепленных контактных по-
верхностей показал, что сцепление между металлами элементов
соединения связано с пластической деформацией цапфы и стен-
ки отверстия пакета. Разрушение этих соединений происходит
не вблизи контактной поверхности, а на некоторой иногда до-
вольно значительной глубине, в зоне ненаклспанного металла.
Нарушение геометрических параметров элементов соединения
в процессе скрепления образцов значительно больше, чем у об-
разцов без схватывания.
Узлы со схватыванием между стенками соединяемых элемен-
тов, как правило, имели повышенную прочность соединения
(примерно на 70%) по сравнению с узлами без явлений схва-
тывания. Причем схватывание наблюдалось при различных со-
четаниях механических свойств материала соединительного
элемента и пакета как при более мягком материале соедини-
тельного элемента, чем упакета, так и при обратном соотно-
шении твердости.
Проведенные эксперименты показывают, что в явлениях
трения при скреплении узлов значительная роль принадлежит
пластическим деформациям, в результате которых можно полу-
чить прочные сцепления металлов контактных поверхностей.
Пластические деформации материала цапфы и стенки отвер-
стия пакета наблюдаются как в процессе скрепления, так и в
процессе скручивания соединительной детали в отверстии па-
кета.
На рис. 27, а показано изменение ориентации зерен струк-
турных составляющих в поверхностных слоях металла соедини-
тельного элемента после скручивания его в отверстии пакета.
Следовательно, крутящий момент необходимый для скручива-
ния соединительной детали, будет зависеть от размера зоны
пластической деформации в материале сопрягаемых деталей.
Иа трение в соединении влияет нс только механическое взапмо-
83
действие неровностей поверхностей трения, по и физическое
состояние этих поверхностей.
Картина трения в соединении может значительно меняться
в зависимости от наличия масляных и адсорбированных гранич-
ных пленок, неизбежно появляющихся на обработанных по-
верхностях соединяемых элементов после пребывания их на воз-
духе. Топкие, адсорбированные поверхностью оксидные пленки
Рис. 2/. Остаточная деформация в зоне верхней кромки
отверстия пакета
уменьшают коэффициент трения вследствие нейтрализации сил
молекулярного взаимодействия. В то же время наличие этих
пленок исключает явление схватывания между стенками эле-
ментов соединения, предохраняя тем самым рабочие поверхно-
сти соединения от глубинного вырывания, локализируя разру-
шение пленки или разрушение на границе пленка — твердое
тело.	-
Таким образом, топкие пленки, уменьшая коэффициент
трения, в то же время положительно влияют па сохранение
целостности контактных поверхностей деталей при демонтаже
соединения. В результате экспериментов выявилось, что при
упругопластическом контакте элементов соединения прочность
скрепления при одинаковой чистоте обработки (микрогеомет-
рии) сопрягаемых поверхностей и равнозначной степени ра-
диальной деформации соединительного элемента может су-
щественно меняться. Последнее подтверждает, что для данной
трущейся пары внешние условия являются фактором, сущест-
венно влияющим на величину коэффициента трения (сцепле-
ния) .
84
прочность сцепления, т. е. сопротивление скрепленных дета-
лей относительному смещению под действием крутящего мо-
мента на цапфу или другой внешней нагрузки, обусловливается
величиной трения в зонах контакта, зависящей не только от
упругих, но и от пластических деформаций как в упругой так и
в упругопластпческой области. Трение между стенками элемен-
тов соединения представляет собой сложное физическое явле-
ние, и представление о трении как о сопротивлении, которое
пропорционально нагрузке, будет весьма упрощенным. В то же
время определение степени влияния различных факторов па
величину силы грсния весьма затрудняет расчеты. Поэтому для
практических целей ограничились только теми факторами, ко-
торые наиболее оправданы экспериментами. Среднее значение
коэффициента трения (табл. 5) определяли по формуле
Таблица 5
Средние значения коэффициента трения
Радиальная деформация Е, мм	Предел текучее ги материала от, МПа	Метод прилагаемых нагрузок	Коэффициент трения f
0,1	100—200 200—400	Без вращения пуансона	0,33 0,32
0,2	100—200 200 -400		0,32 0,30
0,1	100—200 200—400	С вращением пуансона	0,28 0,26
0,2	100—200 200—400		0,26 0,24
/—A'l/tf? Aj-r как частное от деления крутящего момента на сжи-
мающее усилие, действующее на контактной поверхности сое-
диняемых элементов, и на внешний радиус цапфы. При опреде-
лении f использовали экспериментальные данные, полученные
из аналитических зависимостей прочности скрепления (сопро-
тивления крутящим нагрузкам) беззазорного соединения, проч-
ности его материалов, величины радиальной деформации, ме-
тода прилагаемых нагрузок и конуса формообразующей части
сборочного инструмента, вводимого в отверстие цапфы.
85
В соединениях, полученных с вращением пуансона, коэффи-
циенты контактного трения уменьшаются на 15—20%• Последнее]
можно объяснить изменением схемы деформации.
5.	РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОНУСОМ ПУАНСОНА
ОСТАТОЧНЫХ РАДИАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПО ДЛИНЕ
ПОЯСА СЦЕПЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СОЕДИНЕНИЯ
В процессе скрепления узла пластическая деформация стен-
ки отверстия пакета протекает неравномерно, особенно при ис-
пользовании пуансона с конусом, превышающим 30—40°. Наи-
большую остаточную деформацию получают слои, лежащие у
края отверстия под замыкающей головкой (см. рис. 27,6), так
как они испытывают наибольшее давление конуса и имеют сво-
бодное перемещение в радиальном и осевом направлениях по
сравнению со слоями, лежащими ниже. В результате неравно-
мерной деформации стенки отверстия пакета по осевой длине
контактное давление в соединении будет распределяться нерав-
номерно. Величина напряжения у края отверстия будет больше,,
чем на другом конце пояса сцепления. Это сказывается на проч-
ности скрепления деталей в узле.
Для решения вопроса о влиянии конструкции рабочей части
пуансона на прочность скрепления деталей в узлах использова-
на описанная выше характеристика распределения остаточных’
напряжений по осевой длине пояса сцепления элементов соеди-
нения. Проведены опыты по определению влияния конуса пу-
ансона па прочность соединения. Пуансоны применяли с углом
конуса р от 15 до 90°. Данные этих опытов показали, что несу-
щая способность (прочность) соединения снижается пропорцио-
нально увеличению угла конуса, а по сравнению с номиналь-
ной рассчитанной прочностью при угле конуса 90° — примерно*
на 30—40%.
Такую закономерность частично можно было бы объяснить
неравномерностью распределения контактного напряжения по
поясу сцепления элементов соединения, которое имеет место
при данной схеме инструмент — соединение. Учитывая, что в
соединении кроме радиальных напряжений существуют осевые
и значения их возрастают с увеличением конуса пуансона,
прочность скрепления при таком условии может быть в некото-
рых узлах даже выше расчетной. В данном случае снижение не-
сущей способности при увеличении угла конуса пуансона яв-
ляется следствием уменьшения ширины пояса сцепления эле-
ментов соединения.	J
Соответствие увеличения ги/гв возрастанию площади попе-
речного сечения цапфы. Выше было отмечено, что каждому
гн/гв соответствует величина радиальных нагрузок, приводя-
щая в пластическое равновесие все поперечное сечение цапфы.
Указанное отношение радиусов при увеличении диаметра недо-
86
статочпо точно характеризует увеличение площади сечения
цапфы. На рис. 28 показано, что при увеличении внешнего ра-
диуса цапфы при r^Jr^ =1,56 площадь ее поперечного сечения
меняется от 1,15 до 2,8 мм2, толщина стенки от 0,2 до 1.мм. При
г2 /ги =2,963 площадь поперечного сечения цапфы меняется от
9,5 до 60 мм2, толщина стенки от 0,82 до 2,9 мм. Изменение де-

Рис. 28. Интенсивность изменения вели-
чипы гн/г в и площади поперечного сече-
ния цапфы Л мм2 при Гц=5 мм:
9 9
а — при е~0.2 мм г“/гz *4.08, Г=6.2 мм-; &—при
н в
в 1 мм rz/r“ = l,56, Г=28 мм?; о - при 6=2,1 мм
н в
г2/г2=2.963, /’=50 мм3
п в
формируемой площади в зависимости от г2 /г2 = 1,25; 2,5; 2,963
показано в координатах F и г 2/г2 -
В приборостроении в основном применяют толщины стенок
напф в пределах 0,2—1 мм, г~/г| = 1,08—1,25. Интенсивность
увеличения	отстает от интенсивности увеличения F мм2,
например, с > увеличением радиуса цапфы от 1 до 5 мм пло-
щадь его поперечного сечения возрастает в 14 раз; с увеличе-
нием толщины стенки цапфы от 0,2 до 1 мм (при гн=5 мм) F
почти в 4 раза. Таким образом, для большего соответствия ве-
личины прилагаемых нагрузок реформируемой плоскости усло-
вимся вводить в уравнение (14) коэффициенты и /<в. Зпаче-
87
Таблица 6
Коэффициенты длины, толщины и диаметра цапфы
Толщина стенки цапфы Ь, мм	Коэффициент		Внешний радиус цапфы г1Г мм	Коэффициент диаметра цапфы АД	Внешний радиус цапфы г, мм н		  -—.— 	 _ .. Коэффициент диаметра цапфы Ад
	толщины стенки	ДЛИНЫ вылета цапфы Л/				
0,25 0,5 0,75 1,0	1,0 1,1 1,2 1.3	0,75 0,8 0,85 0,9	1,5 2,0 2,5 3,0 3,5	1,05 1,1 1,15 1,2 1,25	4,0 4,5 5.0 5,5 6,0	1.3 1,35 1,4 1,45 1Л
ния величины коэффициентов /\д и /\в в зависимости от внеш-
него радиуса и толщины стенки цапфы приведены в табл. 6,
где учитываются и коэффициенты длины вылета цапфы /С/, ха-
рактеризующие объем деформируемого материала.
С учетом коэффициентов /С/, /Сд и уравнение (14) опре-
деления необходимых усилий для приведения в пластическое*
равновесие всей толщины стенки примет вид
ГЛАВА V
ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЭЛЕМЕНТОВ
ВАЛЬЦОВОЧНЫХ СОЕДИНЕНИИ
НА ВЕЛИЧИНУ ПРИЛАГАЕМЫХ УСИЛИЙ
И КАЧЕСТВО СКРЕПЛЕНИЯ
Как было отмечено в теоретических исследованиях,
для получения качественного соединения полой цапфой явля-
ется достижение максимального прилегания сопрягаемых по-
верхностей и создание в зоне их контакта оптимальных оста-
точных сжимающих напряжений, которые бы обеспечили тре-
буемую чертежом прочность. В процессе анализа чертежей
изделий приборостроения было установлено, что в эксплуатаци-
онных условиях большая часть соединений, например узлы при-
боров, нс несут больших силовых нагрузок — большинство уз-
лов испытывает Мкр=34-8 даН*см. Следовательно, при полу-
чении этих соединений основное внимание должно быть уделе-
но тому, чтобы получить остаточные напряжения, пе нарушаю-
щие геометрические параметры узлов в процессе последующей
сборки и эксплуатации.
Для выявления величины и схемы распределения деформа-
ции были проведены три серии экспериментов. Первая и вторая
серин имели своей целью определить оптимальные величины
утонения стенок Е2 выступающей части цапфы и вытяжки £*3.
Третья серия должна была подтвердить оптимальную величи-
ну радиальной деформации элементов соединения в зоне верх-
ней кромки отверстия пакета £j. Для того чтобы исключить
взаимовлияние Еи Е2ч Е3, опытные соединения для каждого
вида деформации выполняли последовательно. В каждой серии
опытов меняли величину исследуемой деформации, сохраняя
постоянными остальные. Принимая во внимание, что величину
радиальной деформации обусловливает диаметр конуса пуан-
сона в точке сопряжения образующих конус и канавку Dn, а
величину утонения и вытяжки выступающей части цапфы
Е2 и Е3 глубина hi- и ширина Ск канавки пуансона, для прове-
дения экспериментов были изготовлены специальные пуансоны
(см. рис. 18} ‘с переменными шириной и глубиной канавки, с
h
условием выбора оптимальной формы головки — для толщины
стенок 0,25; 0,5; 0,75, 1,0 мм (табл. 7).
89
Таблица 7
Размеры канавки сборочного инструмента (пуансона)
Толщина стенки цапфы, мм	Глубина канавки пуансона, мм	Ширина канавки пуансона, мм		
0.25	0,15			1
		0,5	0,3	0,21 I
0,5	0.25	hy		I
		0,5	0,35	0,25 I
0,75	0,32			J
		0,4	0,29	0,24	1
1,0	0,37			1
		0,37	0,27	0,24
Для исследования взаимосвязи величины радиальной де-
формации с прочностью соединения были изготовлены пуан-
соны с f/u, расширяющими цапфу в зоне верхней кромки от-
верстия пакета ла 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 мм. Зазор между стенками,
соединяемых элементов и длина вылета цапфы были сохране-
ны постоянными. Толщину стенки цапфы меняли в интервале
0,25—1 мм.
Образцы скрепляли на прессе и сборочной машине, обеспе-
чивающей вращение пуансона. Осевые усилия на прессе изме-
ряли динамометром. Схему установки вследствие ее простоты
не описываем. Усилия и крутящий момент, прилагаемые к сое-
динению сборочной машиной, измеряли с помощью тензомет-
рической установки (рис. 29). Скрепление деталей в узлы с вра-
щением пуансона выполняли с различной частотой вращения-
шпинделя (400—800, 1200 об/мин).
Коэффициент трения (сцепления) определяли как частное
от деления крутящего момента, затраченного на поворот соеди-
нительной детали в отверстии пакета, на приложенную силу"
для получения соединения (см. раздел «Трение в соединении»)^
Влияние диаметра цапфы на величину прилагаемых усилий оп-<
ределяли изменением его величины при постоянных остальных
параметрах. Влияние толщины стенки цапфы на величину и.
характер распределения напряжений в деформируемой зоне
анализировали путем изменения толщины стенки от 0,2 до 1 мм i
с применением соответствующих пуансонов для каждой толщи-1
пы стенки. Соответствующую величину прикладываемых усиЧ
лнй измеряли и сравнивали с расчетной.	I
При исследовании взаимосвязи геометрических параметров,
сборочного инструмента и элементов соединения были проана-
лизированы узлы, скрепленные пуансонами с различными раз-
90
мерами головок и диаметрами конусов в точке сопряжения об-
разующих конуса и канавки пуансона. Вследствие того, что в
опытах меняли толщины стенок в интервале 0,2—1 мм, а диа-
метры соединительных элементов в интервале 4—12 мм,- для
каждого диаметра и толщины стенки изготовляли свой инст-
румент.
Рис. 29. Схема тензометрической установки:
>'— сборочная машина; 2 двигатель; 3 — шпиндель; 4— инструмент; 5—пластина для
измерения Р()(>.- 6 —пластина для измерения М ; / — приспособление; Я — осциллограф
Я 700; 9— шкала: 10 — тумблеры: //— блок питания осциллографа; 12— гальванометры;
13 - блок питания усилителя; 14 — усилитель 8-АН4-7М; /5 —тумблеры
Меняя величину зазора между стенками соединяемых эле-
ментов изготовлением отверстий в пакете разных размеров,
исследовали и влияние зазора Д=0,0-4-0,40 мм.
В экспериментах по выявлению схемы распределения де-
формации при формообразовании головки использовали метод
координатной сетки; состояние поверхности соединения изуча-
ли с помощью делительной сетки, нанесенной на поверхность
элементов соединения. Изменение размеров делительных сеток
в процессе формообразования характеризует пластическую де-
формацию соединяемых элементов. Для нанесения сеток ис-
пользовали координатно-расточной станок sip и приспособле-
ние с закрепленным лезвием бритвы. Размеры сетки наносили
со стороной квадрата 0,05 мм. Для того чтобы нс нарушать
структуру основного металла соединяемых элементов, глубину
рисок сетки выдерживали в пределах 0,01—0,005 мм.
91
Для определения величины деформации но изменению раз-
меров координатной сетки в процессе скрепления использова-
ли инструментальный микроскоп. Точность измерения на мик
роскопе (с учетом точности нанесения координатной сегки)
соответствовала 0,05 мм на базе в 2 мм. Для измерений вели-
чины осадки и расширения соединительного элемента при фор-
мообразовании использовали резьбовой микрометр с точностью
до 0,01 мм и штангенциркуль с точностью до 0,1 мм. Отверстие
пакета после формообразования головки измеряли специаль-
ным конусомером. Скрепляемые образцы узлов испытывали на'
сопротивление скручиванию соединительной детали в отверстии
пакета (пластины), разрезали по осевой линии и исследовали
направление волокон металла в зоне деформации.
Действительные усилия на прессе измеряли динамометром..
Действительные осевые усилия и крутящий момент, прилагае-
мые сборочной головкой, измеряли с помощью тензометрической
установки (см. рис. 29).
Принцип работы этой установки заключается в следующем.
Закрепленный в держателе узел помещали на специальное
приспособление, измерительным устройством которого служат
болты с наклеенными датчиками сопротивлением 187,1 Ом.
Осевые усилия и крутящий момент, прилагаемые для скрепле-
ния узла, деформировали болты. Наклеенные иа болты датчики
удлинялись и меняли сопротивление. Величину изменения со-
противления датчиков регистрировала тензостаиция Т-5. Пита-
ние тензостанции осуществлялось от сети переменного тока че-
рез стабилизатор С-05. На основании показаний тензостапцшт
и графика тарировки определяли действительные осевые уси-
лия и крутящий момент, затраченные на скрепление узла.
1. ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
ЭЛЕМЕНТОВ СОЕДИНЕНИЯ НА ВЕЛИЧИНУ
ПРИЛАГАЕМЫХ УСИЛИЙ И КАЧЕСТВО СКРЕПЛЕНИЯ
В результате теоретических и экспериментальных иссле-
дований установлено: прочность скрепления, выполненного*
на прессе, возрастает пропорционально усилиям, приложен-
ным к торцу пуансона (если Рг нс превышает 1,75 rD), ширине-
пояса сцепления элементов соединения, толщине с генки и
внешнему диаметру цапфы. При скреплении узлов с враще-
нием пуансона к перечисленным факторам добавляется ско-
рость вращения пуансона. Эта зависимость остается справед-
ливой как при формообразовании замыкающих головок — по-
луторов, так и разложенных по фаске или конуса отверстия
пакета.
Прочность соединения повышается также с увеличением1
степени радиальной деформации. Последняя зависит от толщи-
ны стенки, точности изготовления скрепляемых деталей по со*
92
даН-см
0,1	0,15 Emt
прягаемым поверхностям, величины зазора между стенками
соединяемых элементов, соотношения механических свойств
соединяемых элементов. На рис. 30 показана зависимость меж-
ду прочностью скрепления и радиальной деформацией цапфы
при пулевом зазоре в соединении, толщине стенки цапфы
0,5 мм и внешнем диаметре 8 мм.
Степень деформации, полученная экспериментально на 15—
25% больше полученной аналитически. Это расхождение мож-
но объяснить наличием факторов, ко-
торые теория нс принимала в расчет, м
Например, цапфа в процессе скреп-
ления деформируется не только в ок- 8
ружном и радиальном направлениях, ь
по и в осевом.
Па рис. 31, а—г показаны скреп-
лепные на прессе и разрезанные об- 2
разцы, па которых хорошо видно утол-
щение стенки цапфы ниже контакт- о
пого пояса с конусом пуансона. Утол-
щение в зоне верхней кромки отвер- рис. 30. Фупкциопаль-
стия пакета получено в результате пая зависимость между
осадки материала цапфы. На основа- прочностью скрепления
нин экспериментальных данных и и Ралпал1^ноп деформа-
наблюдении автора за процессом среп-
лспия узлов полой цапфой, пос-
ледующей сборкой и эксплуатацией приборов оптимальной
степенью деформации можно считать 0,8—3,5% внешнего диа-
метра цапфы. Больших значений степени деформации следует
придерживаться при скреплении узлов цапфами диаметром 4 мм
к толщиной стенки 0,8—1 мм, меньших значений—при скреп-
лении узлов цапфами диаметром 12 мм. Получение степени
деформации цапфы сверх указанных значений существенно
снижает качество узла в целом. Например, деформация цапфы
с .внешним диаметром 4 мм и внутренним 2,4 мм до 7—9%
сопровождается появлением микротрещин, смятием и разрыва-
ми скрепляемых деталей в зоне отверстия под замыкающей
головкой. При соединении втулки с сектором радиус коронки
сектора удлиняется па 0,1—0,12 мм.
На величину прилагаемых усилий и качество скрепления
существенно влияет диаметр цапфы. Па рис. 32, а представле-
на функциональная зависимость величины прилагаемых усилий
и деформации в процессе формообразования головки полутора
от изменения величины диаметра цапфы.
Не меньшее влияние на прилагаемые усилия оказывает
толщина стенки цапфы (рис. 32,6). Чем толще стенка цапфы
при прочих равных условиях, тем больше удалена зона сцеп-
ления соединяемых элементов от зоны приложения радиальных
усилий, а следовательно, и меньше радиальные упругие напря-
93
жспия в зоне сцепления. Таким образом, для получения опре-
деленной прочности скрепления при тонкостенных цапфах тре-
буется меньшая степень расширения, при толстостенных —
большая. Большая деформация — расширение обусловливает
увеличение прилагаемых усилий.
Рис. 31. Утолщение стенки цапфы
вследствие, осадки материала:
а, г — ниже контактного пояса с конусом
пуансона; б, в — в зоне верхней кромки от-
верстия пакета
Как показали экспериментальные и теоретические исследо-
вания элементов соединения с толщиной стенок от 0,2 до 0,8—
1 мм, этот интервал толщин стопок может обеспечить проч-
ность скрепления от 2 до 15—20 даН-см не нарушая геометри-
ческих параметров скрепляемых деталей. Из указанного диапа-
зона толщин стенок следует выделять толщины от 0,4—0,8 мм,
которые в паилучяшх условиях деформации обеспечивают проч-
ность скрепления наибольшего числа узлов приборов
3—12 даН-см. Прн использовании цапфы с толщиной
сгонки менее 0,3 мм стенка может быть перавнопрочна соеди-
нению. В таких случаях цапфы теряют свою устойчивость, по-
лучаются вертикальные или окружные гофры, прилегание сцеп-
ляемых стенок неполное и как результат — ослабление прочно-
сти скрепления. При толщине стенки цапфы больше
9-1
Рис., 32. Зависимость величины прилагаемых усилий от:
« — диаметра цапфы; б — толщины стенки цанфы: в — зазора между стен-
ками соединяемых элементов
95
0,8 мм в процессе скрепления создаются избыточные напряже-
ния, которые обусловливают деформацию узла. В процессе
естественного старения напряженная зона, стремясь принять
первоначальное состояние, изменяет геометрические параметры
скрепляемого узла, если не на общей сборке, то в процессе
эксплуатации.
Увеличенные зазоры до 0,1—0,2 мм обусловливают повыше-
нно усилий, прилагаемых для скрепления узлов, па 100—
300 даН (рис. 32, <?) и необходимость увеличения длины выле-
та соединительного элемента. При наличии зазора более 0,2 мм
образование, замыкающей головки начинается, когда цапфа
имеет предварительную нагартовку; образование замыкающей
головки начинается в момент, когда все показатели сопротив-
ления деформации увеличены вследствие упрочнения, характе-
ризующегося повышением сопротивления скольжения и всех
механических характеристик, являющихся функцией сопротив-
ления скольжению. При отсутствии зазора образование замы-
кающей головки начинается, когда соединительный элемент не
нагартован. Скрепление получается только в результате дефор-
мации стенок цапфы.
Отрицательным фактором увеличенных зазоров является
также трудность центрирования цапфы в отверстии пакета,
следствием чего являются дефекты в соединении, перекосы ко-
лонок, осей, втулок относительно плоскости пакета, нарушение
размерной цепи и геометрии узла, однобокость деформации
цапфы. Увеличенные зазоры в процессе формообразования за-
мыкающей головки обусловливают значительные вытяжку и
расширение вылета цапфы. Последнее является следствием
микротрещин и надрывов в замыкающей головке. При отсутст-
вии зазора или чрезмерно малом зазоре затрудняется установ-
ка (ориентация) цапфы в отверстие пакета. Уже в самом
начале раздачи соединительного элемента конусом инструмен-
та в материале цапфы и пакета возникают упругие деформа-
ции, а остаточные деформации цапфы будут сопровождаться
остаточными деформациями скрепляемого пакета. В результате
сжимающие напряжения в отверстии пакета могут быть недо-
статочными для получения прочного соединения, а геометриче-
ские параметры скрепляемого узла нарушены или разрушена
верхняя деталь скрепляемого пакета.
При правильно подобранной величине зазора наружный
диаметр цапфы соприкасается со стенкой отверстия пакета в
момент, когда ее дальнейшая деформация (расширение) будет
уже остаточной. С этого момента цапфа расширяется только
из-за остаточных деформаций, а в материале пакета будут
возникать упругие напряжения, обеспечивающие сжимающпе
радиальные усилия на поверхности цапфы по окончании скреп-
ления.
Отсюда можно сделать вывод, что зазор между стенками
96
соединяемых элементов должен быть минимальным и опреде-
| литься с учетом возможности заведения цапфы в отверстие.
Практически зазор должен находиться в пределах 0,8—1,5%
г внешнего диаметра цапфы.
Длину вылета цапфы и коэффициент формообразования за-
мыкающей головки определяли одновременно с исследованием
। деформации Е\, Е2, Е3 и геометрических параметров пуансона
г/п, hRf CR. Для каждого выбранного пуансона рассчитывали
объем необходимого для заполнения канавки материала в без-
зазорном соединении. Решая совместно уравнения объемов ка-
навки и выступающей части цапфы, находили необходимую
длину вылета цапфы. Для проверки коэффициента формообра-
зования (заполнения зазора и фаски) длину цапфы увеличи-
вали с интервалом 0,05—0,2 мм. Узлы комплектовали из де-
талей с внешним диаметром цапфы 8 мм с учетом равнознач-
ности объемов канавки пуансона и длины вылета цапфы VH=
= Рс.э при зазорах 0,0; 0,1; 0,2; 0,3 мм и фасках 0,1X45;
0,15x45; 2,0X45°. Критерием качественного соединения было
принято получение полной формы головки без облоев и без
прожимов скрепляемого пакета. Результаты испытаний удов-
летворительно согласовывались с расчетными данными.
Проведенные теоретические и экспериментальные исследо-
вания показали, что на заполнение объема зазора (на длине
контакта конуса пуансона со стенками цапфы) и фаски в от-
верстии пакета при расчетах длины вылета цапфы, потребного
для формообразования замыкающей головки, с достаточной
для практических целей точностью можно использовать коэф-
фициенты формообразования Кф. Коэффициент формообразо-
вания при зазоре между стенками соединяемых элементов Д =
= 0,1 мм Кф=1,2; при Д=0,2 мм Кф=1,3; при Д = 0,3 мм Кф=
= 1,4. Указанные коэффициенты рекомендованы для соедине-
ний с внешним диаметром цапфы 8 мм, при уменьшении или
увеличении внешнего диаметра цапфы соответственно умень-
шаются или увеличиваются и коэффициенты формообразо-
вания.
На прочность скрепления оказывает влияние форма замы-
кающей головки. Испытание образцов, у которых замыкающая
головка имела форму полутора, показало увеличение прочности
этих соединений на 25—50% по сравнению с образцами, у ко-
торых замыкающая головка разложена по конусу или фаске.
Это объясняется тем, что при формообразовании по л у торов
отбортованная часть, получая большее радиальное пластиче-
ское расширение, чем участок цапфы, находящийся в отверстии
пакета, огибает кромку отверстия, одновременно сминая ее.
Кромка отверстия как бы врезается в тело головки. Кроме того,
при формообразовании головки материал цапфы, перераспре-
деляясь, получает осевую осадку, вследствие которой дополни-
тельно расширяется отверстие пакета. Описанные факторы
4 Зак. 773
97
обусловливают увеличение напряжений в зоне сцепления эле
ментов соединения, которые препятствуют скручиванию и акси
алыюй вытяжке цапфы из отверстия пакета. Кроме того, тор
цовая часть цапфы имеет четко выраженные следы режущей
инстумепта, поэтому при разложении ее по фаске или конусу
отверстия пакета эти следы являются предпосылкой трещин i
микротрещип. При формообразовании головки — полутора вы
ступающая часть цапфы претерпевает сложные пластический
деформации. Если степень деформации выступающей часы
цапфы не превышает 60% по вытяжке и утонению, а равно-
значность объемов металла ее вылета и канавки пуансона
соблюдена, избыточные напряжения в головке отсутствуют. Это
объясняется тем, что образование замыкающей головки—по-
лутора сопровождается крипом по всей поверхности головки.
Торец цапфы опрессовывается канавкой пуансона. Поэтому в
узлах, конструкция которых позволяет иметь выступающую из
отверстия пакета головку, а также в узлах, работающих в аг-
рессивных средах необходимо выполнять замыкающую голов-
ку— полутор.	I
На основании изложенного при проектировании изделий с
жесткими допусками на межосевые расстояния, с деталями из
хрупких материалов, ажурных конструкций, а также обеспечи-
вающих зубчатую передачу с AfKp<3“-5 даН- см, желательно
назначать толщину стенки цапфы.^0,4 мм, величину зазора
между плоскостями соединяемых элементов 0,05 мм, фаску в
отверстии пакета, равной 0.	1
Для скрепления металлических деталей устойчивых конст-
рукций, не требующих большой точности их сопряжения в из-
делии, с несущей способностью соединения от 5 до 15 даН
можно назначать толщину стенки от 0,4 до 1 мм, величину за-
зора до 0,2 мм, фаску в отверстии пакета до 0,1 мм. Увеличе-
ние перечисленных параметров неоправдапо, оно завышает за-
траты энергии для скрепления деталей в узел, увеличивает но-
менклатуру сборочного инструмента, элементов загрузки, массу
и размеры изделий и в основном ухудшает качество и надеж-
ность соединения.	I
При проектировании всех соединяемых элементов необходи-
мо регламентировать допусками сопрягаемые поверхности, ве-
личину вылета и отверстия цапфы, в технические условия па
скрепляемые изделия заносить их несущую способность. На
качество скрепления влияет конструкция скрепляемых узлов —
ширина скрепляемых деталей и расстояние между двумя де-
формируемыми точками. При исследовании было установлено,
что расстояние от периметра отверстия скрепляемой детали до
боковой плоскости <2 мм обусловливает вытяжку детали
вследствие наличия в этой узкой перемычке растягивающих
напряжений. При скреплении деталей в нескольких точках на-
блюдалось растрескивание карболитовых деталей в перемычках
98
между точками скрепления и отслаивание фольги у гетинаксо-
вых деталей в тех случаях, когда расстояние между скрепляе-
мыми точками было меньше 2,5 мм.
Таким образом, для качественного скрепления узлов необ-
ходимо, чтобы расстояние между стенками отверстий двух
скрепляемых точек пакетов или расстояние от периметра от-
верстия до боковой поверхности было не менее 1,5—2,5 мм.
Состояние контактных поверхностей соединяемых элементов
также влияет па прочность скрепления. Более грубая обработ-
ка стенок отверстия способствует достижению прочности соеди-
нения. При соединении материал цапфы деформируется боль-
ше, чем материал пакета, следовательно, условия наилучшей
пригонки к стенке отверстия, это когда последнее обработано
до Ra 1,6, Rz 10 мкм (более высокий класс шероховатости об-
работки обусловливает увеличение прилагаемых усилий на
2-5%).
2. ВЛИЯНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
МАТЕРИАЛОВ ЭЛЕМЕНТОВ СОЕДИНЕНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ
И КАЧЕСТВО СКРЕПЛЯЕМЫХ УЗЛОВ
Для установления степени влияния на прочность и качест-
во скрепления механических свойств материала элементов сое-
динения и различных его сочетаний были проведены экспери-
Рис. 33. Кинематическая
схема головки, обеспечи-
вающей вращение пуан-
сона:
1 — шпиндель; 2 — сменные ше-
стерни; 3— двигатель; 4— рей-
ки с рычагом для дополнитель-
ного регулирования усилий; 5—
корпус; 6 — поршень; 7 - - ци
линдр; 8 — стойка
менты. Образцы скрепляли с одинаковыми режимами одним
пуансоном па одной сборочной машине (рис. 33). После скреп-
ления узлов проверяли их прочность па скручивание соедини-
тельной детали в отверстии пакета на специальном приспособ-
лении (рис. 34).
4*	99
Принимая во внимание, что кроме прочности основным фак-
тором качественного соединения является сохранение геометри-
ческих параметров скрепляемых деталей, подбирали оптималь-
ное сочетание прочности материалов цапфы и соединяемых
деталей. Результаты исследований показали, что значения ос-
таточных радиальных напряжений на сцепляемых поверхностях
элементов соединения находятся в прямой зависимости от пре-
Рис, 34. Приспособление для определения прочности
соединения па скручивание соединительной детали в от-
верстии пакета
дела текучести их материала; использование более прочного
материала для деталей под замыкающей головкой — пакета по
сравнению с прочностью материала цапфы обусловливает проч-
ные и без избыточных напряжений соединения. Наиболее удов-
летворяющим качественному соединению является сочетание
текучести материала цапфы с одинаковой или меньшей твер-
достью материала детали под замыкающей головкой, но не бо-
лее 20—22%. Увеличение твердости материала скрепляемых
деталей более 20—22% на прочность скрепления особого влия-
ния не оказывает, так как остаточные напряжения при скреп-
лении возрастают до определенного значения, которые можно
получить при деформации цапфы, и последняя может удержи-
вать их в деформированном состоянии.	I
Увеличение твердости материала цапфы по сравнению с
твердостью материала пакета более 20% обусловливает приме-
нение метода скрепления только с вращением пуансона.
Таким образом, разрыв значений механических свойств у I
материалов элементов соединения по пределу текучести более
100
20—22% (по твердости более НВ 15—18) с целью повышения
прочности скрепления не имеет смысла. В точном приборо-
строении для изготовления заклепок или соединительных дета-
лей применяют более твердые материалы по сравнению с ма-
териалами, из которых изготовляют стандартные заклепки, на-
пример, сталь 50, У7 и т. д. Такие соединения выполняют мето-
дом нарастающих усилий с большой частотой вращения сбороч-
ного инструмента, или прецессирующим методом скрепления.
Рис. 35. Пример изолирования
материалов:
а — контактирования скрепляемых
деталей; б — хрупких деталей от
прожима
Исходя из изложенного, при выборе материалов деталей
узлов с вальцовочными соединениями учитывать физико-меха-
нические характеристики следует нс только с целью обеспече-
ния прочности скрепления самих деталей, но и с целью опти-
мального сочетания материалов их элементов соединения. .
Для обеспечения качественного скрепления и исключения
в узлах гальванических пар ниже приведены некоторые реко-
мендации. Материалы, сильно отличающиеся друг от друга, в
ряду напряжений не должны соприкасаться из-за возможности
явления электролиза (например, медь и алюминий). Опасность
коррозии возрастает вследствие агрессивных выделений из
пластмасс в тропическом климате или в атмосфере с большим
содержанием агрессивных составных частей (в индустриальных
районах, у моря). Эту опасность можно уменьшить соответст-
вующей обработкой поверхности скрепляемых деталей. При
значительных деформациях защитные покрытия легко повреж-
даются и разрушаются. Предварительно детали следует очи-
стить металлическими щетками, обработать пескоструйным ап-
паратом и отполировать. Гальваническая обработка готового
соединения допускается лишь в том случае, если посторонние
влияния не вызывают опасности коррозии и изделие рассчита-
но на очень небольшой срок службы. При этом остатки кисло-
ты должны быть удалены из отверстий соединений.
В соединениях, представляющих собой одновременно места
электрического контакта, следует избегать применения быстро
корродирующихся материалов (например, алюминия и его
сплавов). Если необходимо небольшое сопротивление, на месте
соединения иногда применяют прокладку из благородных ме-
таллов. Если при эксплуатации деформируемая деталь должна
быть тверже другой скрепляемой детали, прокладочными шай-
бами снижают давление поверхностей. Например при
101
сопряжении стали с легким металлом необходимо следить за
тем, чтобы использовались соединительные детали или заклеп-
ки из стали или легкого металла. Замыкающую головку сле-
дует располагать со стороны стали. Под закладной головкой
необходимо располагать оцинкованную или кадмированпую
прокладочную шайбу. Поверхности контактирования скрепляе-
мых деталей следует предварительно изолировать (рис. 35, а).
При скреплении деталей из гетинакса, текстолита, эбонита,
кожи, текстильных изделий и т. п. иод замыкающие головки
также рекомендуется ставить металлические прокладки
(рис. 35, б).
ГЛАВА VI
ВЗАИМОСВЯЗЬ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
СБОРОЧНОГО ИНСТРУМЕНТА И ЭЛЕМЕНТОВ
ВАЛЬЦУЕМОГО СОЕДИНЕНИЯ
1.	ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
СБОРОЧНОГО ИНСТРУМЕНТА НА РАСШИРЕНИЕ
ЭЛЕМЕНТОВ СОЕДИНЕНИЯ В ЗОНЕ ВЕРХНЕЙ КРОМКИ
ОТВЕРСТИЯ ПАКЕТА И ФОРМООБРАЗОВАНИЕ
ЗАМЫКАЮЩЕЙ ГОЛОВКИ
Геометрические параметры рабочей части сбороч-
ного инструмента — пуансонов, обжимок, верхних и нижних
матриц или поддержек — оказывают непосредственное влияние
на величину и характер деформации соединяемых элементов.
Поскольку теоретические основы зависимости физической сущ-
ности процесса скрепления от геометрических параметров сбо-
рочного инструмента в литературных источниках освещены не-
достаточно, для получения качественной и количественной оцен-
ки взаимовлияния геометрических параметров инструмента и
цапфы проведено аналитическое и экспериментальное исследо-
вание. К основным геометрическим параметрам сборочного ин-
струмента, влияющим на характер деформации элементов, от-
несены угол конуса (3° (см. рис. 18, а); диаметр конуса в точке
сопряжения образующих конуса и канавки dn мм; ширина
формообразующей канавки Ск мм; радиус формообразующей
канавки гк мм; объем формообразующей канавки Ук мм3.
Для удобства исследования процесс скрепления условно
разделен на две части: расширение элементов соединения в
зоне верхней кромки отверстия пакета и формообразование
замыкающей головки полутора.
Расширение элементов соединения в зоне верхней кромки
отверстия пакета. Сборочный инструмент, перемещаясь вдоль
своей оси, конусом расширяет элементы соединения — цапфу
и отверстие пакета. Величина этого расширения обусловлива-
ется диаметром конуса инструмента в точке сопряжения об-
разующих конуса и канавки. На рис. 36 показана схема рас-
ширения элементов соединения, где расширенную (сдвинутую)
часть цапфы обозначим треугольником АВС, сдвинутую часть
отверстия пакета треугольником A'NM, половину угла конуса
сборочного' инструмента треугольником А"В'С'. Продолжив
прямую, ограничивающую внутренюю стенку цапфы, до пересе-
чения с катетом С'В' в точке /(, получим новый треугольник
СВ'К. Так как инструмент перемещается вдоль своей оси,
треугольники АВСУ СВ'К, А"В'С' подобны. При перемещении
103
инструмента из начального в конечное положение точки СВ'К
соответственно совпадают с точками АВС, где катеты КВ' =
— СВ, есть не что иное, как радиальное расширение цашры.
Так как С'В'=С"В = 0,5 d„, а отрезок С,К=С,,С=0,5 dc„,
Рис. 36. Зависимость рас-
ширения элементов соеди-
нения от величины угла
конуса пуансона
величину радиальной деформации
(расширения) цапфы Ег можно оп-
ределить из разности С"В—СС"=
= 0,5 dn—QJSd^=Er. В треугольни-
ке ЛВС катет АС есть осевое пере-
мещение инструмента за время про-
цесса скрепления. Гипотенуза АВ
— ширина контактного пояса кону-
са сборочного инструмента со стен-
ками цапфы СКЛ1=—!— Ег=КШЛ1Х
sin р/2
ХВГ, где Ск.и — ширина пояса кон-
такта сборочного инструмента со
стенками цапфы; Ег— радиальная
деформация расширения цапфы;
Лш.п — коэффициент ширины поя-
са сцепления, зависящий от вели-
чины угла конуса сборочного ппст*
румета.
Ниже приведена зависимость
ширины пояса сцепления от угла
конуса сборочного инструмента.
Р.................. 20	30	45	60	75	90	120
Кщ.п .............. 5,79	3,8	2,8	2,0	1,64	1,41	1,15
Ширина пояса сцепления элементов соединения при конусе
сборочного инструмента р = 20е в 2 раза больше ширины пояса
при применении конуса инструмента р = 60° и в 5 раз больше
ширины пояса при применении инструмента с конусом р=120°т
Поскольку треугольники A'MN и АВС (см. рис. 36) малы по
величине и первый от второго отличается незначительно, в
практике для упрощения расчетов этой разницей можно пре-
небречь. Тогда ширину пояса сцепления элементов соединения
Cq^c^A'N при отсутствии зазора также можно определять по
формуле для определения Ски. При наличии зазора между
стенками соединяемых элементов (Д мм) ширину пояса сцепле-
ния определяют с учетом зазора
с __ Ег__________________А _ Е — А в
sin р/2 sin р/2 sin р/2 ’
ИЛИ
к.э.с
= КШЛ1Е — Лш.п (Е — А).
104
Изменение величины деформируемого треугольника в от-
верстии цапфы АВС в зависимости от dn применяемого сбороч-
ного инструмента графически показано на рис. 37. Табл. 8 ха-
рактеризует количественное изменение площади сцепления эле-
ментов соединения в зависимости от радиальной деформации
при усилиях, приложенных к торцу инструмента* 290 даН и
внешнем радиусе цапфы 2 мм. Анализируя таблицу, видим, что
Таблица 8
Функциональная зависимость величины
площади сцепления соединяемых эчементов
от величины угла конуса
сборочного инструмента
	Площадь сцепления соединя- емых элементов	мм2. при Е, мм	
	0J	0,2
15	. -	
20	14,3	29.4
30	9,5	20.0
45	7,5	15,0
60	5.0	10,0
Ряс. 37. .Зависимость вели-
чины деформируемого тре-
угольника от dn
при р^20° Е = 0,1, Есц=14,3 мм2; при Е—0,2 мм Есц=
— 29,4 мм2. При этом осевые и радиальные усилия Р, и Рх,
приходящиеся на 1 мм2, уменьшаются соответственно с 20,2 до
9,65 даН и с 3,6 до 1,69 даН.
В процессе скрепления контактная площадь сборочного ин-
струмента со стенкой цапфы и площадь сцепления элементов
соединения меняются от 0 до F?-.
Если за каждый оборот инструмента (при скреплении с
вращением) или за каждый момент времени сборочный инст-
румент опускается на высоту Ль тогда осевое перемещение ин-
струмента в момент, равный /$,
V
где n— частота вращения сборочного инструмента за Е;'h— осе-
вое перемещение инструмента за время /; h п.—осевое пере-
мещение инструмента за один оборот.
Одновременно с осевым перемещением пуансона его конус
расширяет цапфу на Е = ЕГ.. В беззазорном соединении рас-
ширение отверстия скрепляемого пакета	—Y. где
У— утонение стенки соединительного элемента. При наличии
зазора между стенками соединяемых элементов Erai—iEri—-
— У— А. При значении Erw =0 отверстие пакета не получит
5	3 а к. 7/3
105
радиальной деформации, так как степки соединяемых элемен-
тов не будут соприкасаться. Поэтому при назначении диамет-
ра конуса пуансона в точке сопряжения образующих конуса и
канавки dn должны обязательно учитываться параметры \г
Ег. п.к» Y 
= ^С.Э + Y + Д-р £гп.Кт
где fr. п.к — конечная радиальная деформация отверстия паке-
та, обусловливаемая необходимыми остаточными радиальными
напряжениями, обеспечивающими прочность соединения (под-
робнее см. гл. IV).
Как показали исследования фактических размеров сопря-
гаемых поверхностей элементов соединения деталей, посту-
пающих па сборку, и проведенные эксперименты, в выражение
для определения необходимо ввести коэффициент, учиты-
вающий отклонения размеров цапф от номиналов при их из-
готовлении /<т. В табл. 9 приведены рекомендуемые величины
Таблица 9
Рекомендуемые величины
Толщина стенки цапфы Ь, мм	Зазор между стенками соединяемых элементов Д, мм	Допуск на изменение геометрических пара- метров элементов соединения в процес- се скрепления, см	Диаметр конуса сбороч- ного инструмента в точке сопряжения образующих конуса и канавки мм
0,2—0,35	0—0,02	0,01—0,02	ас.э +0,08—0,1
	0,05—0,1	0,06—0,1	dc.3 +0,1-0,15
0,35-0,7	0—0,05	0,01—0,05	dc9 +0,13—0,15
	0,05—0,1	0,06—0,1	dc.s +0,15-0,2
0,7—1,0	0,05—0,1	0,02—0,1	j	с?с.э +0,2—0,25
	0,05—0,15	0,07—0,15	^с-э +0,2о—0,3
cln в зависимости от толщины стенки цапфы Ь, величины зазо-
ра Д, допусков на изменение геометрических параметров эле-
ментов соединения в процессе скрепления с учетом коэффи-
циента /Ст и утонения стенки цапфы.
Ширина контактного пояса конуса сборочного инструмента
С =	1 Е
sinP/2 Ln
ИЛИ
ск.и = —1— Si-
cos р/2	4

106
Ширина пояса сцепления элементов соединения
с.э.с
sin Р/2
При определении ширины пояса сцепления элементов сое-
динения следует учитывать, что при значении £Г/ — Y — Д^О
сцепления соединяемых элементов не будет, так как они не
испытывают взаимного давления. Поскольку действительная
радиальная деформация отверстия пакета очень мала и труд-
но измеряема, иногда она перекрывается погрешностями раз-
меров соединяемых деталей при изготовлении, а те незначи-
тельные осевые усилия, которые имеются в схеме распределе-
ния прилагаемых сил конусом сборочного инструмента, не-
сколько осаживают стенки цапфы, ширину пояса сцепления
рекомендуется определять но величине осевого перемещения
сборочного инструмента, принимая	уравнение ширины
пояса сцепления примет вид Сс э с =------Ск.
cos р/2
Из изложенного следует, что величина обусловливает
радиальную деформацию элементов соединения, а — шири-
ну пояса этой деформации.
Формообразование замыкающей головки полутора. Выше
описано влияние конуса сборочного инструмента на элементы
соединения узла без учета влияния процесса формообразова-
ния выступающей части цапфы из отверстия в замыкающую
головку. Поскольку процесс расширения цапфы в цилиндриче-
ской части и формообразования замыкающей головки осуще-
ствляется практически одновременно, на перераспределение
материала и схему напряжений в цилиндрической части сое-
динения существенное влияние оказывает процесс формообра-
зования замыкающей головки. Последняя не имеет постоянной
схемы течения материала и напряжений, так как на схему на-
пряжений влияет большое число факторов, к основным из них
относятся толщина стенки цапфы b мм; величина зазора меж-
ду стенками соединяемых элементов А мм; длина вылета цап-
фы, назначаемая для формообразования замыкающей головки;
глубина и ширина канавки сборочного инструмента.
Толщина стенки цапфы влияет на величину и характер
распределения напряжений в замыкающей головке. Например,
при формообразовании головки из цапфы с толщиной стенки
6^0,4 мм выступающая часть ее выворачивается по образую-
щим конуса и канавки инструмента (рис. 38, а). Такой процесс
деформации обусловливает в слое металла, соприкасающемся
с плоскостью * пакета, напряжения сжатия, а в слое металла,
соприкасающемся с формообразующей канавкой инструмен-
та, — растягивающие напряжения.
Процесс формообразования замыкающей головки выворотом
с точки зрения распределения напряжений в замыкающей го-
5*	107
ловке можно считать паиоолее оптимальными, так как в этом
случае образуются незначительные аксиальные напряжения!
ослабляющие прочность скрепления, процесс формообразова-
ния головки выполняется без существенной осадки, выворачи-
ваемая часть цапфы прижимается к плоскости пакета только
для обеспечения беззазорного прилегания опорной плоскости
головки к плоскости пакета.
Рис. 38. Схема формообразования замыкающей го-
ловки из цапфы:
а— го-ч щи ном стс нкн 4 мм; б — то же 7 мм
С точки зрения распределения остаточных напряжений в
зоне скрепления и в замыкающей головке менее оптимален
процесс формообразования замыкающей головки из цапфы с
толщиной стенки от 0,4 до 0,7 мм. В данном случае осуществ-
ляется отбортовка с последующим утонением и вытяжкой сте-
нок выступающей части цапфы. Утонение и вытяжка обус-
ловливают образование осевых напряжений и дополнительную-
концентрацию остаточных напряжений в кромке отверстия па-
кета. Самое неблагоприятное формообразование замыкающей
головки из цапфы с толщиной стенки более 0,7 мм (рис. 38,6).
В этом случае происходит процесс отбортовки со сложным пе-
рераспределением материала, в результате чего в соединяемых
элементах создаются большие напряжения со сложной схемой
распределения.
108
Менять схему распределения напряжений увеличением дли-
ны вылета цапфы не имеет смысла, так как при любой длине
вылета цапфы в пластическое равновесие должна быть приве-
дена вся толщина стенки. Кроме того, по условиям оптималь-
ного формообразования замыкающей головки деформации
(удлинение, расширение или утонение) не должны превышать
60%. Для получения обтекаемой формы головки должна быть
обеспечена широкая опорная плоскость (около двух Ь), рас-
ширение и вытяжка стенок цапфы более 60%. При максималь-
ном утонении стенки цапфы (около 60%) высота головки по-
лучается 0,4—0,6 мм, это приводит к нежелательному увели-
чению размеров и массы скрепления узла. Прилагаемые к
торцу инструмента силы действуют нормально в любой точке
к поверхности, соприкасающейся с деформируемым материа-
лом выступающей части цапфы.
На процесс формообразования замыкающей головки из
цапфы с любой толщиной стенки не менее существенно влияет
величина зазора между стенками соединяемых элементов и
фаски в отверстии пакета. Основными условиями, определяю-
щими качество формообразования замыкающей головки, явля-
ются полное формообразование головки; плотное прилегание
опорной плоскости головки к плоскости пакета; отсутствие
прожимов, вспучиваний, облоев, сколов вокруг головки. Для
обеспечения перечисленных требований качественного формо-
образования головки необходимо, чтобы опорная плоскость го-
ловки перекрыла величину зазора между стенками соединяе-
мых элементов Д мм и фаску в отверстии пакета а' мм. Ши-
рина головки Сг определяется суммой величин толщины стенки
цапфы b мм; зазора А мм; фаски а7 мм; опорной плоскости
Ь7 без величины радиальной деформации цапфы Е мм
Сг = Ь + Д+ + Ь'—Ег.
В зависимости от точности изготовления поверхностей сое-
диняемых элементов в практике принимают	= 0,24-0,5 мм.
Из изложенного видно, что при увеличении любого из сла-
гаемых возрастает ширина головки, что является следствием
повышения деформации — вытяжки и расширения выступаю-
щей части цапфы. Как показала практика скрепления деталей
и экспериментальные исследования, применение зазора А>
>0,054-0,15 и фаски а'>0,14-0,2 мм обусловливает избыточ-
ные напряжения в материале замыкающей головки. Кроме
того, материалы выступающей части цапфы затекают в зазор
и фаску, нарушая рассчитанную при назначении инструмента
равнозначность объемов канавки и вылета цапфы. Так как
избыточная вытяжка стенок цапфы вызывает нежелательные
избыточные напряжения в кромке замыкающей головки, мик-
ротрещипы и разрушения, то эти напряжения усложняют схе-
му распределения напряжений в цилиндрической части соеди-
109
нения, а недостаточно оптимальное распределение материала
и недостаточный прижим головки к плоскости пакета обуслов-
ливают неплотное прилегание. Исходя из условий оптимальной
деформации выступающей части цапфы в зависимости от ис-
ходной толщины стенки, экспериментально и аналитически оп-
ределены коэффициенты оптимальной высоты головки fK> с при-
менением которых определяется высота головки /?г и глубина
канавки сборочного инструмента (табл. 10).
Таблица 10
Рекомендуемые высота головки и глубина канавки сборочного инструмента
с учетом оптимальной степени утонения и вытяжки стенки цапфы
Толщина стенки цапфы Ь, мм	Коэффициент опти- мальной высоты головки f л к.	Степень утонения стенки цапфы, %	Рекомендуемая высо- та головки hr (или глубина канавки [пуансона ftR), мм
0,25	0,6	40	0,15
0,5	0,5	50	0,25
0,8	0,47	60	0,32
1,0	0,37	63	0,37
При конструировании соединений и инструмента необходи-
мо обеспечивать оптимальное отношение высоты головки к се
ширине (СГ=СК — ширина канавки инструмента). На рис. 39
представлены наиболее оптимальные отношения	для
цапф с толщиной стенок 0,25: 0,75; 1 мм. Стрелками показано
направление усилий, приложенных к инструменту в конечной
стадии формообразования головки. Анализируя их распределе-
ние, можно прийти к заключению, что применение форм голо-
вок с минимальным отношением h^/CE должно быть в крайних
случаях.
Кроме толщины стенки и величины зазора на процесс фор-
мообразования замыкающей головки влияет равнозначность
объемов металла, вылета соединительного элемента и формо-
образующей канавки сборочного инструмента.
При наличии зазора и фаски учитывают коэффициент их
заполнения. Равнозначность объемов регулируется длиной
цапфы L мм. Теоретические и экспериментальные исследова-
ния показали, что рекомендованные глубина и ширина канавки
пуансона для толщины стенок от 0,25 до 1 мм отвечают требо-
ваниям качественного соединения. Причем меньшие значения
ширины канавок следует использовать при скреплении узлов
с нулевыми (не более 0,05 мм) зазорами между стенками
соединяемых элементов при скреплении деталей из хрупких
материалов (карболит, оргстекло, гетипакс и т. п.). Сказанное
объясняется тем, что при наличии канавок с малыми значения-
ми hE/CK опорная плоскость головки незначительна, и при
НО
скреплении узлов с увеличенными зазорами или фаской край
головки врезается в край отверстия пакета или не перекры-
вает фаску. При наличии под замыкающей головкой деталей
из гетипакса, отверстия которых, как правило, имеют большие
Ряс.* *39. Наиболее оптимальные формы головок полуторов
фаски, край замыкающей головки скалывает верхний слой
слюды.
При скреплении деталей из карболита с шириной канавки
большего значения пакеты растрескивались, с меньшей шири-
111
ной канавки узла получались качественными. При толщине стен-
ки цапфы 0,5 мм, ширине канавки пуансона С=/г1;/0,25 скреп-
ляемые детали меняли размер на 0,02 мм. При С=/гь/0,36
деформации не наблюдалось. На основании изложенного ши-
рину канавки больше указанных в табл, 10 использовать нет
смысла, так как это приведет к получению избыточных напря-
жений» Например замыкающая головка, образованная пу-
ансоном с глубиной канавки на 0,5 мм больше тол-
щины стенки, вследствие чего нижняя плоскость головки не
«легла» плотно к плоскости пакета, а в зоне верхней кромки
отверстия (в цилиндрической части) под влиянием процесса
выворота «отпружинила» от стенки отверстия пакета.
Па рис. 316 —г показаны дефектные замыкающие головки
вследствие несоответствия hK/CK. При правильно подобранных
Лц/Ск получены качественные соединения (см. рис. 10, а) во-
локна металла плавно огибают образующие конуса и канавку
пуансона при скреплении узлов с вращением пуансона и рав-
нее распределяется металл по контуру канавки в образцах
(рис. 31, а), скрепленных иа прессе. Правильное распределение
металла в канавке пуансона создает незначительные дополни-
тельные напряжения в цилиндрической зоне скрепления.
2.	ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ СОЕДИНЕНИЯ
НА КОНСТРУКЦИЮ СБОРОЧНОГО ИНСТРУМЕНТА
Исследование влияния конструкции (геометрических пара-
метров) элементов соединения на геометрические параметры
сборочного инструмента выполняли на основе равнозначности
объемов металла выступающей части цапфы Ус.я и формооб-
разующей канавки пуансона VK. Геометрические параметры
пуансона подбирали ио заданным параметрам элементов сое-
динения. На рис. 40 представлена функциональная связь изме-
нения геометрических параметров соединяемых элементов и со-
ответствующих параметров сборочного инструмента. Напри-
мер, изменение величины зазора А от 0 до 0,3 мм в соединении
обусловливает изменение ширины канавки Ск от 1,3 до 1,55 мм,
радиуса канавки гк от 0,81 до 1,08 мм и объема канавки Гк
ог 9 до 8,4 мм3; с уменьшением диаметра О от 8 до 3 мм
коэффициент формообразования fv уменьшается с 1,29 до 1,07.
Изменение толщины стенки b от 0,25 до 1 мм при постоян-
ном внешнем диаметре обусловило изменение диаметра кону-
са dlt от 7,7 до 6,2 мм; глубины канавки от 0,15 до 0,37 мм;
радиуса канавки гк от 1,47 до 0,74 мм; объема канавки пуан-
сона Vn от 2,47 до 8,15 мм3.
Принимая во внимание, что толщина стенки цапфы обус-
ловливает прочность скрепления деталей в узле, для регули-
ровки равнозначности объемов менять внешний и внутренний
112
Рис 40, Функциональная зависимость геометрических
параметров элементов соединения и формообразующей
части пуансона:
а — элементы соединения, обусловливающие изменение конструкций
пуансона; б—элементы конструкции пуансона, обусловленные раз-
мерами элементов соединения; в — функциональная зависимое ib из-
менения размеров конструктивных элементов соединения и пуансона
ИЗ
диаметры цапфы нецелесообразно во избежание нарушения
прочности скрепления. Изменение внутреннего диаметра цапфы
влечет за собой применение второго пуансона с диаметром
конуса, соответствующего измененному отверстию: изменение
внешнего диаметра вызывает изменение отверстия в пакете.
Целесообразнее обеспечивать равнозначность объемов измене-
нием длины вылета цапфы.
Из изложенного видно, что геометрические параметры сое-
диняемых элементов и пуансона жестко обусловливают друг
друга. Основное распределение напряжений деформируемого
металла в элементах соединения осуществляет пуансон. Иа
долю сборочной машины остается обеспечение метода, величи-
ны прилагаемых нагрузок и прецизионного осевого перемеще-
ния пуансона.
3.	РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
рабочей части сборочного инструмента
Расчет рекомендуется выполнять в следующем порядке.
1.	По табл. 8 выбрать величину конуса инструмента р, ис-
ходя из условий наибольшей площади сцепления элементов
соединения.
2.	Выбрать по табл. 8 величину диаметра конуса инстру-
мента Dn с учетом величины зазора между стенками соеди-
няемых элементов, толщины стенки цапфы и точности изготов-
ления элементов соединения.
3.	Определить ширину канавки сборочного инструмента
Ск=(&-£') + д + а' + й',
где b — толщина стенки цапфы; Е' — увеличение радиуса цап-
фы в цилиндрической части соединения в процессе скрепления;
А — величина зазора между стенками соединяемых элементов;
а' — радиальный катет фаски в отверстии пакета; Ь' — опорная
плоскость замыкающей головки (в практике принимают 0,2—
0,5 мм — в зависимости от точности изготовления поверхностей
соединяемых элементов).
4.	Определить глубину канавки с учетом коэффициента
утонения стенки по табл. 10	где b — толщина стенки
соединительного элемента.
5.	Проверить равнозначность объемов канавки и вылета
цапфы, назначаемого на формообразование головки, по фор-
муле
if
1^к	 52ЛГср.к ,
где S— площадь сечения канавки;
114
?rpi- — раду с от оси элементов соединения to « rpi ишы
кающей головки;
_	-I- Е ~Ь 2£* ф
• CD. К ~	’
dx — внутренний диаметр соединительного элемента.
Объем вылета соединительного элемента VTc..a=6E2^r(TX.n,
где L — длина вылета цапфы; гС5ХСЛ--средний радиус цапфы,
_ D~d
f'cp.c.3 — 	“	>
I), d— внешний и внутренний диаметры цапфы.
Исходя из условия равнозначности объемов канавки пуан-
сона Ук и вылета соединительного элемента, назначаемого для
формообраозвапия замыкающей головки Vr.o, должно быть
соблюдено равенство Ук==У(5.э-
Так как в соединениях имеются зазоры между стенками
соединяемых элементов и фаски в отверстиях пакетов, которые
в процессе скрепления должны быть заполнены материалом
цапфы, при проверке равнозначности объемов необходимо
учитывать объем материала, расходуемого на заполнение за-
зора и фаски.
где 5л—площадь зазора, заполненная металлом цапфы; 5Ф—
площадь фаски в отверстии пакета; а' — радиальный катет
фаски.
Таким образом, при наличии фаски и зазора в соединении
требуемая равнозначность объемов будет обеспечена при ус-
ловии 1/с.э= 14+ Удф. Для упрощения расчета Едф можно за-
менить коэффициентом формообразования головки /\лф, тогда
условие равнозначности примет вид	(для прак-
тических расчетов рекомендуется К дф = 1,14- 1,3).
Если равнозначность Ё1{ и Ес,у не выдержана, ее можно
скорректировать варьированием длины вылета цапфы, величи-
ну которой определяют путем несложных преобразований:
0Гер.С.Э
115
Применение изложенного метода расчета при конструиро-
вании узлов дает возможность нормализовать элементы сое-
динения по размерному ряду, при конструировании сборочного
инструмента — нормализовать геометрические параметры его
формообразующей части, создать предпосылки для централи-
зованного изготовления сборочного инструмента.
Пример. 11одобрать геометрические параметры сборочного инструмента
для скрепления элементов соединения с параметрами L ^=0,5 мм. 6=0.8 мм,
d 6.4 мм. D = 8 мм, Л = 0,10 мм.
Допуск па межоссвое расстояние колонок 0,08 мм.
Решение. По габл. 8 выбираем 0—15°, по табл. 9 при Д=0,1 6 = 0,8 мм;
диаметр конуса dji = dn + 0,254-0,2, Учитывая точность изготовления деталей,
берем большую величину расширения соединительного элемента dn = 6.4+
4-0,25=6,65 мм.
Ширина канавки Ск = 6-|-£ | Д —а'- Ь' =1,3 мм.
/?к fBb = 0,44.0,8 = 0,35 мм;
132
16
к
— 0,35
— 6,95 мм3;
Гс э-0,8.0,5.2.3,14-3,6 = 9 мм2;
Учитывая, что на заполнение фаски и зазора потребуется примерно
1,2 Гк, получим 1,2 -7=8,4 ^9. Полученный результат практически удовлет-
воряет требованиям качественного формообразования замыкающей юловки.
4. КОНСТРУКЦИЯ СБОРОЧНОГО ИНСТРУМЕНТА
На качество соединения (прочность, внешний вид и кон-
центрацию напряжений) существенное влияние оказывает
конструкция рабочей части пуансона. Так, при скреплении уз-
лов пуансонами, у которых угол конуса не превышал 45°,
прочность соединения получена выше на 40% по сравнению
с узлами, скрепленными пуансонами с конусом 90\ Последнее
объясняется тем, что с увеличением угла конуса пуансона
уменьшается отношение радиальных сил к осевым; деформи-
руемый участок цапфы наряду с пластической деформацией в
радиальном направлении получает значительную деформацию
в осевом направлении, чем нарушает систему распределения
остаточных напряжений в зоне отверстия пакета. Кроме того,
прилагаемые усилия к торцу пуансона концентрируются па бо-
лее узком поясе сцепления элементов соединения. Последнее
116
ооусловливаст местные нзоыточные напряжения» приводящие к
разрушению, находящейся под замыкающей головкой детали.
При применении пуансона с конусом больше 45° получение
качественного соединения затруднено, поэтому желательно при-
менение пуансонов с конусом от 15 до 45°. Конус менее 15°
заклинивает в отверстии. При изготовлении пуансонов, рабо-
тающих с вращением, для повышения качества соединения
можно увеличить число контактных точек пуансона с цапфой,
т. е. пуансон ле срезать в виде «лойаткп», обусловливающей
две грани контакта, а увеличивать до четырех — шести точек.
Это приведет к уменьшению деформации пакета. Последнее
объясняется тем, что с увеличением числа контактных граней
давление, передаваемое одной гранью на стенку цапфы пои
прочих равных условиях, пропорционально уменьшается и яв-
ляется следствием меньшего смятия цапфы и меньшей дефор-
мации пакета. Кроме того, при сокращении расстояния между
контактными гранями уменьшается пружинение мсгалла сое-
динительной детали, следовательно, достигается более равно-
мерное распределение усилий и местных деформаций по окруж-
ности соединяемых элементов.
Отсюда вытекает, что при достаточных габаритах сбороч-
ного инструмента для обработки трех — пяти граней нужно
предпочесть трсх-иятпграпный инструмент лопаточному.
Диаметр конуса пуансона в точке сопряжения образующих
конуса и канавки обусловливает величину радиальной дефор-
мации, поэтому он не должен по величине превышать сумму
диаметра отверстия цапфы и зазора между стенками скреп-
ляемых элементов т/п—du+\+ (0,014-0,02). Меньшую величи-
ну в скобках берут при точном изготовлении сопрягаемых по-
верхностей.
Канавка пуансона для формообразования замыкающей го-
ловки обусловливает: глубиной — утонение стенки цапфы, ши-
риной — вытяжку. В процессе экспериментальных скреплений
при превышении степени утонения и вытяжки выступающей
части цапф по сравнению с указанными в табл. 7 и 10 в за-
мыкающей головке появляются микротрещины и надрывы, в
соединяемых деталях прожимы вокруг замыкающей головки.
При степенях утонения меньше указанных в табл. 10 замы-
кающая головка к плоскости пакета плотно не прилегает. При
наличии узкой канавки пуансона замыкающая головка не пере-
крывает фаску в отверстии пакета, вследствие чего материал
головки, обтекая образующую канавки, упирается в кромку
фаски или образует неправильную форму замыкающей го-
ловки. Так как формообразующие канавки обусловливают ука-
занные деформации, изготовлять рабочую часть пуансона не-
обходимо в соответствии с геометрическими параметрами
цапф, выдерживая степень утонения и вытяжки последних
согласно табл. 7 и 10. Боковые плоскости лопаточных пуапсо-
117
нов должны быть хорошо округлены, переходы от прямых
линий к радиусным плавными. Сопряжение конуса и канавки
должно быть плавным, а точка их сопряжения находиться на
прямой, проходящей через опорную плоскость пуансона. Для
изготовления пуансонов рекомендуется применять сталь, от-
личающуюся высокой устойчивостью и минимальными повод-
ками при термообработке. Существенное влияние на стойкость,
усилие, потребное для скрепления, и качество поверхности го-
ловки (см. рис. 31, г) оказывает шероховатость рабочей по-
верхности пуансона, поэтому доводка рабочей поверхности
пуансона обязательна до Ra —0,20 мкм шероховатости.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ОПЕРАЦИЙ СБОРКИ УЗЛОВ И ИЗДЕЛИЙ
С ВАЛЬЦОВОЧНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
1. ПРЕДПОСЫЛКИ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИИ СБОРКИ УЗЛОВ
РАЗВАЛЬЦОВЫВАНИЕМ И ОПРЕССОВЫВАНИЕМ
Сборочный процесс — один из последних этапов про-
изводственного процесса и независимо от назначения, размеров,
конструктивной схемы должен обеспечивать основные требо-
вания к качеству конкретного узла и изделия в целом с ми-
нимальными затратами времени и средств. Разработка техно-
логических процессов вальцевания осложнена тем, что до на-
стоящего времени физическая сущность этих процессов мало
изучена, а имеющиеся сведения недостаточно широко освеще-
ны в технической литературе. Проведенный анализ соединений
со сплошными и полыми цапфами дает основания рекомендо-
вать к широкому применению скрепления методов вальцева-
ния для получения различных видов соединений.
В связи с интенсивным развитием технологии механической
обработки деталей и сравнительно скромными успехами тех-
нологии сборки узлов развальцовыванием и опрессовыванием
трудоемкость последней в общей трудоемкости изготовления
изделий значительно возросла. Поэтому одной из первоочеред-
ных задач специалистов отечественного производства является
разработка производительных технологических процессов, обес-
печивающих стабильное качество скрепляемых узлов. Важней-
шими предпосылками разработки такого технологического про-
цесса являются: максимальная механизация и автоматизация
вспомогательных операций, допускающих быструю переналад-
ку и замену элементов загрузочных устройств; создание уни-
версальных сборочных машин и инструмента для собственно
процесса скрепления (вальцевания, опрессовывания), обеспе-
чивающих стабильное качество скрепления элементов соеди-
нения и минимальное число переналадок; создание приспособ-
лений для установки скрепляемых узлов, обеспечивающих ста-
бильность их геометрических параметров при сопряжении де-
талей; создание объективных средств контроля качества
сборки.
Очень важной предпосылкой также является процесс обес-
печения стабильного качества подаваемых на сборку деталей
п организация производства с минимальными потерями време-
119
ни па мсжоперацпопныс переналадки и подготовительные
работы.
Разработке технологических процессов сборки узлов с валь-
цуемыми соединением- должна предшествовать их классифи-
кация по признакам, обусловливающим минимальное число
применяемых видов оборудования, и смен инструмента из-за
формы и размеров его рабочей части, т. е. по признакам, обус-
ловливающим метод приложения усилий, точность и сущность
регулировки режимов скрепления.
Выбору и созданию средств механизации и автоматизации
вспомогательных операций должна предшествовать классифи-
кация узлов по констЪукт'йвйСг-й Характеристикам, обусловли-
вающим смену или переналадку элементов автоматических
устройств (бункера, лотка, кассеты, захвата и т.п.). При соз-
дании приспособлений для базирования н закрепления узлов
последние следует классифицировать ио признакам, характе-
ризующим их габариты, массу, элементы базирования в при-
способлении, число мест крепления и т.н. Для создания объ-
ективных средств контроля качества из классификатора валь-
цуемых узлов должны быть использованы характеристики
узлов по функциональному назначению (вид и величина испы-
тываемых соединений нагрузок в процессе эксплуатации, по-
следующей сборки и транспортирования) и геометрические па-
раметры узла, обеспечивающие функциональные характери-
стики и т. д.
На основе изучения процесса проектирования и сборки
узлов с вальцовочными соединениями, собственно процесса
скрепления элементов соединения можно сформулировать сле-
дующие выводы и задачи.
1.	Определить усилия, необходимые на формообразование
замыкающих головок в зависимости от их формы и материала.
2.	Изучить режимы, обеспечивающие качество п надеж-
ность скрепления узлов в зависимости от их геометрических
параметров, материала соединяемых и соединительных дета-
лей, компоновки деталей в узле, формы соединяемых элемен-
тов, отклонений от номиналов сопрягаемых размеров в пре-
делах допусков по ГОСТам при изготовлении деталей узла.
3.	Разработать классификацию узлов с вальцовочными
соединениями по признакам, обеспечивающим возможность оп-
ределения соответствующего оборудования па каждую группу
узлов классификатора.
4.	Определить потребность оборудования в отечественной
промышленноеги, назначенного для каждой группы узлов по
классификатору.
5.	Создать размерные ряды типового оборудования, норма-
лизовать его узлы и элементы, встроить в ряды общемашипо-
строительпого типажа.
120
6.	Организовать централизованное производство указанных
средств в размерах, полностью удовлетворяющих нужды оте-
чественной промышленности.
7.	Создать альбомы как руководящий материал по выбору
и применению указанного оборудования с изложением в них
типовых технологических процессов.
Новые конструкции сборочного оборудования следует изы-
скивать не для отдельного узла или изделия определенной
модели, как это практикуется в настоящее время, а для ряда
конструктивно подобных и определенных размеров узлов и из-
делий на агрегатном принципе его компоновки. Это позволит
создать нс узко специальное, а специализированное сборочное
оборудование и увеличить паргиоппость их изготовления, сни-
зить затраты и сократить срок окупаемости, а также ускорить
темпы повышения уровня механизации и автоматизации сбороч-
ных работ, основанных па пластическом деформировании мате-
риалов.
Поскольку от геометрических параметров и качества полу-
чения рабочей части пуансонов зависит в основном качество
скрепления, особое внимание следует обратить на изучение
этих параметров и организацию централизованного изготовле-
ния с последующей разработкой рекомендаций по его приме-
нению.
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ
И ИХ СОСТАВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Технологический процесс сборки узлов вальцовочными сое-
динениями независимо от их назначения, размеров и конст-
руктивной схемы должен обеспечить перечень основных тре-
бований надежности работы изделия, к ним относятся стабиль-
ность геометрических параметров узлов при сопряжении де-
талей; отсутствие избыточных напряжений в зоне скрепления
элементов соединения в процессе их сборки; обеспечение про-
цесса регулировки и юстировки изделий без применения прие-
мов, обусловливающих какие-либо деформации в скрепленных
деталях (подбивки, подгибки и т. и.).
Перечисленные требования могут быть выполнены только
в том случае, если технологическим процессом предусмотрено
применение приспособлений, стабилизирующих геометрические
параметры узлов в процессе их сопряжения и обеспечивающих
их геометрию в процессе скрепления; применение сборочного
оборудования, обеспечивающего четкую регулировку прилагае-
мых усилий по величине и методу их приложения; применение
сборочного инструмента, обусловливающего определенное рас-
пределение металла цапфы в зазор и замыкающую головку;
режимы скрепления выбраны на научно обоснованной базе; ог-
121
работка конструкции узла на технологичность, процесс про-
изводства, контроль качества соединяемых элементов были
выполнены с учетом требований современного производитель-
ного процесса производства.
Исходными данными для проектирования технологических
процессов сборки вальцовочных соединений являются сбороч-
ный чертеж, определяющий конструкцию узла; чертежи дета-
лей, входящих в данный узел; справочные материалы по от-
работке на технологичность; каталоги и паспорта сборочного
оборудования, альбомы сборочных приспособлений и инстру-
ментов, нормативы по нормированию сборочных работ.
Разработке технологического процесса предшествует изуче-
ние конструкции узла, сборочный чертеж должен иметь необ-
ходимые проекции и размеры; номера деталей, их специфика-
цию; размеры, выдерживаемые при сборке, натяги и зазоры в
сопряжениях.
Технические условия должны содержать данные о точности
сборки, требуемом качестве сопряжений, их герметичности,
плотности, балансировки вращающихся деталей и узлов и дру-
гие сведения в зависимости от назначения изделия. После
изучения чертежа в зависимости от твердости материала и раз-
меров соединительного элемента выбирают метод и режимы
скрепления. В соответствии с требуемой формой замыкающей
головки и методом скрепления назначаются форма и размеры
рабочей части пуансопа. В соответствии с требованиями к
точности сопряжения скрепляемых деталей определяется при-
способление. В соответствии с функционально-эксплуатацион-
ными требованиями к узлу в целом назначаются методы и
средства контроля качества скрепления. Кроме того, в техно-
логическом процессе должна быть подробно описана наладка
сборочного оборудования или изложена в отдельной инструк-
ции, на которую можно сослаться при описании технологиче-
ского процесса.
3. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ СКРЕПЛЕНИЯ
Основными факторами, характеризующими режимы скреп-
ления узлов полым соединительным элементом методом опрес-
совывания, являются величина прилагаемых усилий на торец
пуансона РШп и составляющие Рш, действующие в осевом и
радиальном направлениях Pz и Рх, обусловленные конусом
пуансона.
При скреплении узлов па сборочных машинах, обеспечи-
вающих вращение пуансопа, к указанным факторам добавля-
ется частота вращения шпинделя п об/мин.
На режимы скрепления существенное влияние оказывают
материалы и конструкция соединяемых деталей; форма замы-
кающей головки (полутор), разложенная ио конусу или фаске;
122
величина вылета и толщина стенки соединительного элемента
для формообразования головки; величина зазора между стен-
ками соединяемых элементов.
Все перечисленные факторы обусловливают метод и вели-
чину прилагаемых усилий: мощность сборочной машины, проч-
ность ее основных звеньев, стойкость пуансонов. Следователь-
но, при известной сборочной машине, конструкции и материале
скрепляемых деталей можно определить оптимальные режимы
соединения, и, наоборот, известные режимы будут служить ис-
ходными данными для проектирования новых сборочных ма-
шин, а также для выбора из имеющегося парка. Производи-
тельность процесса скрепления узлов, вероятно, выгоднее по-
вышать увеличением подачи на оборот шпинделя и интенсив-
ности давления на торец пуансона. Так как при увеличении
только частоты вращения шпинделя возникают вибрации си-
стемы станок — приспособление — пуансон, то па рабочею
часть пуансопа налипают частицы металла, в результате ухуд-
шается внешний вид соединения, резко снижается стойкость
пуансопа, ускоряется износ машины.
Прочность скрепления узла при скручивании соединитель-
ной детали в отверстии пакета достигается при условии Л1кр =
= о^/?СцГСц/:, где орп —остаточные радиальные напряжения в
зоне скрепления элементов соединения, необходимые для обес-
печения определенной прочности; Fcn—номинальная площадь
сцепления соединяемых элементов, зависящая от радиальной
деформации а соединительных элементов и угла конуса пуан-
сопа Р; г,;ц — радиус окружности сцепления элементов соеди-
нения.
Находим требуемое давление (напряжение) в зоне сцепле-
ния элементов соединения о’ =—ьр'пр . Остаточные папря-
Fcufcuf
жения должны быть не менее действительных напряжений в
соединении орп^офд, где о“д—действительные остаточные
напряжения в соединении, определяемые разностью между
полными радиальными напряжениями, образующимися под
давлением конуса пуансона о,, и упругими напряжениями в
этом соединении (напряжениями разгрузки после удаления
пуансона из отверстия соединительного элемента) о°=оу- а'.
Полные радиальные напряжения
где ог — предел текучести при одноосном растяжении; 0 —
угол эллипса пластичности (меняется в пределах 0 — 60е)
Упругие напряжения
о' °F.	е—7 3 6cos6,
r j 5 Г-
12.'
где г —радиус соединительного элемента; R — радиус, разде-
ляющий пластическую и упругую зоны 2?2 — r2e_,'5'ecos0;
R должен соответствовать А?д^г«т6<;.н+0,014-0,03 мм в безза-
зорном соединении; при наличии зазора между стенками соеди-
няемых элементов учитывается и величина зазора.
Интервал 0,01—0,03 мм рекомендуется для частичной ком-
пенсации отклонении сопрягаемых размеров в пределах до-
пуска на изготовление.
Сила, потребная для приведения в пластическое состояние
1 мм2 площади сцепления соединяемых элементов на R,
—7^ Sin —-----
1/з V 6 .
Оптимальные напряжения в соединении выполняются при
условии
о0 ,< о* <' (J
гпотр г дейстц тпакгга*
При превышении е>®потр и °°дСщ-тп допустимого напряжения
текучести пакета от необходимо или утонять стенку соедини-
тельного элемента, или процесс скрепления выполнять методом
нарастающего усилия с вращением пуапсопа.
Сила, потребная для приведения в пластическое состояние
всего периметра соединительного элемента с. радиусом r„ — R,
-P" = P'FaAUI,
где Гдц.-! — деформируемая площадь соединительного элемента,
определяемая уравнением — (С'  |- /) лО = лО (----------{-	;
\ sin Р/2 J
а = Е — радиальная деформация; р—угол конуса пуапсопа.
Подставляя в формулу для Р" значения Р', получим
—	sin
Уз
<0 _ 2L \ лП <——-
\	6 J V sin Р/2
Соединяемые элементы в цилиндрической части расширяют-
ся конусом пуансона, усилия, прилагаемые к торцу пуапсопа,
можно записать уравнением
- РШГ1 - 2 sin (в - лП (-4— + l\ cos
у Л \ В у \ sin р/2 у
где /<д, Klt, Ki — коэффициенты диаметра, толщины стенки и
длины вылета соединительного элемента.
При расчете режимов скрепления па сборочных машинах,
обеспечивающих вращение пуансона, определение площади
сцепления Рец элементов соединения и потребных остаточных
напряжений о®п выполняется, как при прессовом соединении.
124
Вследствие того, что рабочая часть пуансона срезана (име-
ет вид лопатки с оскруглепиыми боковыми плоскостями), при-
лагаемые к торцу пуансона силы действуют только ио двум
полоскам в местах контакта пуапсопа и лопатки с поверх-
ностью соединительного элемента на площади
4пл = 25д (С' + I) + 23л (—й— + /),
\ sin р/2 J
где S.i ширина боковой плоскости лопатки, тогда Р
— P'F
— г 1 д.пл.
р _ X р/-
шпв₽	cos Р/2
— 1,155 sin f О-— \ 25л '— ----1-	cosp^-’/y^K/.
\	6 ) л \ sin Р/2	}	л
Крутящий момент, действующий в процессе скрепления,
1V	,¥30
А^кр.маш —	— 'П об;МИН,
Е£.’	ЯЛ
где п—-частота вращения пуансона, об/мин; ,V—мощность
двигателя, приводящего в вращательное движение пуансон;
>1— КПД машины.
Крутящему моменту в процессе скрепления противодейст-
вует Л1Кр.вн= о,РецГ,:ц(. Приравнивая М1ф.Ш1 к /Wbl,V0111, можно
определить частоту вращения пуансона, соответствующую ка-
чественному соединению:
п ~	.
ППг^СцТСц/
4. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СОЕДИНЕНИЯ
Соединение считается качественным, если геометрические
параметры скрепляемых деталей не вышли за пределы допу-
сков, указанных в чертеже; расположение скрепляемых деталей
относительно друг друга соответствует чертежу; прочность
соединения соответствует ТУ чертежа; замыкающая головка
плотно прилегает к плоскости пакета, формообразована пол-
ностью без облоев, микро трещин, вмятин выпучиваний и из-
быточных остаточных напряжений, обусловливающих дефор-
мацию узла .в процессе эксплуатации.
Для подтверждения качества скрепления необходимо под-
вергать контролю подлежащие сборке детали; правильность
установки деталей в приспособлении; правильность сопряжения
скрепляемых деталей; точность хода инструмента по высоте;
величину" прилагаемых усилий по осевому и радиальному4 * * 7 па-
125
правлениям; состояние технологической оснастки (сборочного»
инструмента и подставки), оборудования; собранные узлы. От-
сюда следует, что технический контроль качества вальцовоч-
ного соединения является неотъемлемой частью производствен-
ного процесса и должен охватывать все производственные
операции не только сборочных процессов, но и процессов
формообразования деталей. В общем случае при формообра-
зовании деталей узла, скрепляемого методом вальцевания, не-
обходимо проверять соблюдение допусков, установленных чер-
тежом на изготовление сопрягаемых поверхностей элементов
соединения, фасок и конусов в скрепляемых деталях, компо-
нуемых под замыкающими головками.
При изготовлении соединительных деталей подлежит обя-
зательному контролю перпендикулярность опорной плоскости
и заплечика к оси детали. На заплечиках соединительных де-
талей не должно быть впадин и выпуклостей от отжимов
резца и изношенного пли неправильно заточенного радиуса
режущей кромки. Плоскостность заплечек проверяют прило-
жением к ним ребра стальной линейки.
Внутренний диаметр следует проверять ступенчатой пре-
дельной пробкой с размерами, обеспечивающими оптимальный
зазор между стенками соединяемых элементов; наружный диа-
метр— скобой; длину вылета цапфы на формообразование
головки — шаблоном или глубиномером; эллипсность и экс-
центричность зенкованных и штампованных деталей — эталон-
ными деталями. Отверстия должны быть без заусенцев и не
иметь окисленной пленки. При изготовлении соединительных
деталей необходимо строго соблюдать допуски, установленные
на внутренний и наружный диаметры цапфы, длину вылета
на формообразование замыкающей головки и разпостенность
цапфы.
Контроль фасок и конусов, полученных методом зенкования
отверстий, проверяют с помощью контрольного приспособле-
ния, которое имеет нормальную индикаторную головку с ценой
деления 0,01 мм, вставленную в корпус с тремя ножками. При
проверке конуса или фаски вставляют эталонную деталь в
отверстие пакета. Приспособление настраивают на нулевое
положение на равной поверхности, а затем переносят на эта-
лонную деталь. По показаниям индикатора определяют вели-
чину выступания пли западания эталонной детали. Такой
контроль облегчает внедрение статистического контроля па
операциях зенкования отверстий и позволяет своевременно
устранять отклонения.
Выпучивание материала вокруг штампованных отверстий
проверяют методом приложения ребра стальной линейки к по-
верхности детали и промера зазоров щупом.
Контроль собираемых деталей перед сборкой. Детали, ио-
сз -'П" и- участки сборки, должны иметь соответствую
11'0
щую маркировку и клеймо контролера (мастичное или выби-
тое) на детали в установленном месте, подтверждающее при-
емку этих деталей контролером механического цеха, и снаб-
жены сопроводительной документацией. Без сопроводительной
документации в установленном порядке детали к сборке не
должны быть допущены. Контроль собираемых детален перед
сборкой рекомендуется выполнять визуально: проверять внеш-
нее состояние деталей, отсутствие царапин, вмятин и других
механических повреждений. Фаски в отверстии пакетов конт-
ролируют также визуально (определяют правильность обра-
зования скосов под разложенную головку, отсутствие рваных
кромок, трещин).
При контроле правильности установки деталей в сборочное
приспособление необходимо проверять соблюдение технологи-
ческих указаний в соответствии с принятым методом сборки:
правильность установки деталей по базовым поверхностям в
сборочном приспособлении; соосность осей гнезда приспособ-
ления соединительной детали и сборочного инструмента —
перпендикулярность базовой плоскости приспособления к оси
сборочного инструмента.
При контроле правильности сопряжения деталей необходи-
мо проверять отсутствие перекоса осей сопрягаемых деталей;
равномерность зазора между сопрягаемыми плоскостями;
плотность прилегания к базовым точкам, обусловливающим
определенное положение сопрягаемых деталей.
При контроле правильности хода сборочного инструмента
по высоте следует проверять ограничение хода инструмента
плитками Иагонсона или специальным шаблоном так, чтобы
расстояние между опорной плоскостью сборочного инструмен-
та и базовой поверхностью приспособления, па которой уста-
новлена деталь, было равно высоте соединительной детали от
ее опорной плоскости до заплечика, сложенной с толщиной
пакета.
Действительные усилия, приложенные к торцу сборочного
инструмента, проверяют динамометром; распределение в осе-
вом и радиальном направлениях приложенных усилий — из-
мерением конуса сборочного инструмента, затем рассчитывают
по формулам для Pz и Рх.
Контроль узлов, оценку качества полученного соединения
необходимо проводить внешним осмотром, проверкой замы-
кающей головки шаблоном, прочности соединения на крутя-
щий момент и сохранения геометрических параметров соеди-
няемых деталей.
При внешнем осмотре определяют правильность формооб-
разования головки, плотность прилегания головки к поверх-
ности пакета (или детали), выступание или углубление голо-
вок, разложенных по фаске или конусу к поверхности деталей
пакета, отсутствие внешних дефектов — прожимов, трещин, за-
127
Таблица 11
Основные виды дефектов скрепления полой цапфой
Дефект	Допуск отклонений	Причина возникновения дефекта	Способ обнаруже- ния дефекта
Недостаточная вы- сота замыкающей головки, разложен- ной по фаске	0,05 мм	11еправнльпая регулировка хода сборочного инстру- мента. Недостаточные уси- лия на торце инструмента. Преждевременное прекра- щение скрепления. Недо- статочная частота вращения шпинделя сборочной ма- шины	Внешним осмот- ром, • промером шаблоном
Неполное формооб- разование замыкаю- щей головки	Не допускается	Недостаточное давление воздуха в мневмоссти. Укороченный соединитель- ный элемент или укоро- ченная длина вылета сое- динительного элемента для формообразования замы- кающей головки. Увели- ченный зазор между стен- ками соединительного эле- мента. Отсутствие равно- значности объемов канавки сборочного инструмента и вылета соединительного элемента	Промером шаб- лоном
Избыточная высота замыкающей голов- ки, разложенной по фаске	Не допускается	Неправильная регулировка хода сборочного инстру- мента. Избыточные усилия на торце инструмента. Не- своевременное прекращение скрепления узла. Избыточ- ная длина вылета соедини- тельного элемента. Умень- шенный зазор между стен- ками соединяемых элемен- тов	Внешним осмот- ром
Облой вокруг за- мыкающей голов- ки — полутора	Не допускается	Увеличенная толщина стенки соединительного элемента. Несоответствие равнозначности объемов канавки сборочного инст- румента и вылета соеди- нительного элемента. Не- достаточная глубина фаски для разложения конуса. Не выдержан угол конуса фаски	Внешним осмот- ром
128
Продолжение табл. 11
Дефект	Допуски отклонений	Причина возникновения дефекта	Способ обнаруже- ния дефекта
Наплыв металла в отверстии соедини- тельного элемента	Не допускается	Избыточные усилия прило- жены к торцу сборочного инструмента, увеличенный конус сборочного инстру- мента. Велик радиус ка- навки инструмента	Промер калиб- ром
11еперпендику лир- ное 1ь оси соедини- тельной детали к плоскости пакета	Не допускается	Отверстие в пакете прос- верлено наклонно. Опорная плоскость подставки непер- пепдикулярпа оси инстру- мента. Плоскость заплечи- ка неперпендикулярна оси соединительной детали. Опорная плоскость соеди- нительной детали непер- пендикулярна ее оси	Промер индика- тором или на специальном при- способлении
Однобокость формо- образования замы- кающей головки: b=f=b\ с^=с	0,1 мм	Неправильная установка соединительной детали или приспособления (подстав- ки) по отношению к оси сборочного инструмента. I lecoocnoc ть внутреннего и наружного диаметра сое- динительного элемента. Отрезка торца соедини- тельного элемента нс под прямым углом к его оси	Внешним осмот- ром
Плоскость пакета нс прилегает плотно к плоскости запле- чика соединительной детали (при заклад- ной головке)	Нс допускается	Глубокое гнездо в приспо- соблении (подставке) для установки соединительной детали	Внешним осмот- ром
Вмятины вокруг за- мыкающей головки «ли следы инстру- мента	Не допускаются	Избыточные усилия па тор- це сборочного инструмента. Завышенная глубина ка- навки инструмента. Нет равнозначности объемов металла соединительного элемента и канавки инст- румента. Неправильная установка ограничителя хода инструмента	Внешним осмот- ром. Измерением с помощью ли- нейки и щупа
129
Продолжение табл. 11
Дефект	Допуски отклонений	Причина возшпсноиения дефекта	Способ обнаруже- ния дефекта
Выпучивание метал- ла вокруг замыкаю- щей головки. Сколы верхнего слоя при соединении деталей из слоеных материа- лов (гетинакса)	Не допускаются	Увеличенная фаска в от- верстии пакета. Занижена ширина кольца головки — полутора	Внешним осмот- ром. Проверкой с помощью ли- нейки и щупа
Трещины в деталях пакета	Не допускаются	Твердость материала паке- та больше твердости мате- риала соединительного элемента	Внешним осмот- ром с помощью лупы
Трещины па замы- кающих головках	Не допускаются	Высокая твердость мате- риала соединительного эле- мента. Чрезмерная нагар- товка в процессе соедине- ния. Чрезмерная вытяжка и утонение стенок соеди- нительного элемента. На- личие трещин в стенках соединительного элемента от механической обработки	Внешним осмот- ром с помощью- лупы
Облой вокруг за- мыкающей головки	Не допускается	Избыточная длина соеди- нительного элемента. За- нижена толщина скрепляе- мого пакета	Внешним осмот- ром
Прожим замыкаю- щей головки	Не допускается	Неточная установка огра- ничения хода инструмента. Увеличена толщина скреп- ляемого пакета	Внешним осмот- ром
Проворот соедини- тельной детали в отверстии пакета	Не допускается	Заниженный диаметр кону- са инструмента в точках сопряжения образующих конуса и канавки инстру- мента (или в зоне верхней кромки отверстия пакета). Увеличенное отверстие па- кета или соединительного элемента. Занижена вели- чина усилий, прилагаемых к торцу инструмента. Боль- шая частота вращения ин- струмента. Неправильно отрегулирован ограничи- тель хода инструмента. Уменьшен наружный диа- метр соединительного эле- мента	Поворотом сое- динительной де- тали в отверстии пакета на спе- циальном при- способлении
130
Продолжение табл. 11
Дефект	Допуски отклонений	Причина возникновения дефекта	Способ обнаруже- ния дефекта
Нарушение геомет- рических параметров соединяемых дета- лей	Нс допускается при допусках па межоссвые рас- стояния между осями соедини- тельных деталей до 0,01— 0,02 мм. При скреплении уз- лов, работающих в зубчатом за- цеплении, допус- кается до 0,05 мм в узлах неответ- ственного назна- чения	Завышенный диаметр кону- са инструмента в точках, образующих канавку и конус инструмента. Умень- шенное отверстие соеди- нительного	элемента. Уменьшенный зазор между стенками элементов соеди- нения. Завышена величина усилий, прилагаемых к торцу инструмента. Малая частота вращения инстру- мента. Неправильно отре- гулирован ограничитель хода инструмента	Измерением на специальном при- способлении
Переход образую- щей конуса в ци- линдрическом участ- ке в 'образующих замыкающей голов- ки неплавный со следами накатов, ус- тупов, надрезов	Не допускается	Неправильная обработка рабочей (формообразующей) части сборочного инстру- мента	Внешним осмот- ром
Избыточные внут- ренние напряжения, обусловливающие изменение геометри- ческих параметров узла в процессе его эксплуатации	Не допускается в узлах, рабо- тающих в зубча- том зацеплении и с жесткими допусками па межосевые рас- стояния	Завышенный диаметр ко- нуса инструмента в точках образующих конуса и ка- навки (в верхней кромке отверстия пакета). Велик конус канавки сборочного инсгрумента, следствием чего является неправиль- ное течение материала сое- динительной детали	Измерением спе- циальным копу- сомером и мик- роскопом, диа- метр конуса не должен быть больше значении» указанных в таб- лице, на соот- ветствующую характеристику узла
диров. В замыкающей головке не должно быть следов разры-
ва, трещин, особенно в зоне кромки. Переход от цилиндриче-
ского участка в замыкающую головку должен быть плавным,
без следов наката или подрезов, без уступов. Наличие трещин
определяют с помощью лупы. Плотность прилегания головок
.заклепок к поверхности пакета проверяют щупом.
Прочность скрепления проверяют на специальных приспо-
соблениях с тарированным крутящим моментом. Величина мо-
мента в соединении не должна превышать 1,5—2 Л1ьр, обус-
131
ловлеппого чертежом. Сохранение геометрических параметров
скрепляемых деталей следует проверять на специальном при-
способлении; обусловленном в технологическом процессе
сборки.
Во избежание получения избыточных напряжений в зоне
соединения предельное расширение цапфы в зависимости от
максимальной величины зазора между сопрягаемыми поверх-
ностями соединяемых элементов должно соответствовать дан-
ным, приведенным ниже.
Величина зазора, мм . .	... О 0,05 0.1	0,2 0,3
Расширение цапфы, мм........ 0,2	0,25 0,35 0,45 0,55
С учетом разброса размеров сопрягаемых поверхностей (в
пределах допусков), часть соединяемых деталей получит не-
значительные избыточные напряжения.
Проверку прилагаемых усилий но величине и направлению
следует выполнять по методике расчета режимов соединения,
изложенной в предыдущем разделе.
При изготовлении деталей в пределах допусков, правиль-
ном подборе сборочного инструмента, методов и режимов
скрепления качество узлов получается безупречным.
Основные виды дефектов, причины их возникновения и
способы обнаружения сведены в табл. 11.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Безухов Н. И. Основы теории упругости пластичности и ползучести.
М., Высшая школа, 1968. 499 с.
2.	Берсудский В. Е. Исследование процесса холодной клепки материалов
больших толщин дюралюминиевыми заклепками больших диаметров. М.,
НИАТ. 1952. 200 с.
3.	Берсудский В. Е Влияние технологических факторов па прочность
клепано-клеевых соединений. Передовой научно-технический и производствен-
ный опыт. Сборочные работы. ,\Ь 8-63-469/14, М., ГОСИНТИ, 1963. 80 с.
4	Григорьев В. П., Голдовский П. Б. Клепка конструкций из легких
сплавов М., Оборонно, 1954. 370 с
5.	Григорьсв В. II Влияние технологии выполнения соединений деталей
па пх прочность и выносливость. М., Оборопгиз, 1963, 320 с.
6.	Губкин С. И. Основы теории обработки металлов давлением. М., Маш-
гиз, 1959. 255 с.
7.	Дембровский Н. Ф. Клепка стальных конструкций заклепками в хо-
лодном состоянии. Автореф. на сопок, уч. степени капд. техн, наук, 1946
8.	Заломнова К. В. Сборка узлов приборов, сопровождающаяся пласти-
ческим деформированием материалов. — Приборостроение, 1964. ДЬ 10,.
с. 8- 12.
9.	Заломнова К. В. Автоматизация процессов сборки, основанных- на
пластическом деформировании материалов. В брошюре Пути механизации
и автоматизации сборочных процессов в приборостроении. М., 1964. 200 с.
10.	Борисевич В. Н„ Заломнова К. В. Обеспечение качества и надежности
соединений, основанных на пластическом деформировании материалов. М.,
ЦПИПТЭИ приборостроения. 27 с.
II.	Заммерфельд А. .Механика деформируемых сред М... ИЛ, 1959'.
270 с.
12.	Ильюшин А. А. Пластичность. М.— Л., Огиз Гостехиздат. 1948. 3/6 с.
13.	Кузнецов В. Д. Физика твердого тела Томск, Красное знамя, т. 1,
II, IV, 1949. 1878 с
14.	Крагельский И. В.. Виноградова И. Э. Коэффициенты трения. М.,
Машгиз, 1965. 188 с.
15.	Мизес Р. Механика твердых тел в пластическодеформированном со-
стоянии. М. — Л., ИЛ, 1955. 584 с.
16.	Надаи А. Пластичность и разрушение твердых тел. М., ИЛ, 1954.
647 с.
17	Пономарев С. И. Передовой научно-технический и производственный
опыт, сборочные работы № 8-63-469/14. М., ГОСИНТИ, 1963. 80 с.
18.	Справочник конструктора точного приборостроения. М.— Л, Маши-
ностроение. 1964. 942 с.
19.	Сторожив М. В, Теория обработки деталей давлением. М., Машгиз,
1957. 323 с.
133
20.	Смирнов В. М., Аляев Г. М. Сопротивление материалов пластическим
деформациям. М.» Машгпз, 1949. 287 с.
21.	Соколовский В. В. Теория пластичности. И.—Л., Гостехиздат, 1950
396 с.
22.	Савин Г. Н. Концентрация напряжений около отверстий. М. •—Л., Гос.
изд. гехп.-теорет. лит., 1951. 496 с.
23.	Тимошенко С. П. Теория упругости. М. — Л., Гостехиздат. 1934
-451 с.
21. Филоненко-Бородич М. М. Теория упругости. М. — Л., Физматгиз,
1959. 300 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .	....	.................3
Глава I. Основные сведения о вальцовочных соединениях .	6
1. Виды вальцовочных соединений..................... .	.	6
2. Конструктивные формы элементов соединения.....................9
Глава II. Анализ конструкций соединений	....	19
1.	Анализ соединений............................................19
2.	Технологичность конструкций вальцовочных соединений	25
3.	Оценка технологического совершенства конструкции элемен-
тов соединения	...	28
Глава III. Технология сборки вальцовочных соединений ....	38
1.	Технология скрепления элементов соединения ................. 38
2.	Сборочное оборудование	.	46
3.	Сборочный инструмент..................................	. 55
4.	Влияние конструкции сборочного инструмента на распределе-
ние прилагаемых нагрузок (усилий) . .	...	59
Глава IV. Физическая сущность процесса выполнения вальцовочных
соединений	...	......62
1	Поле напряжений и прочность скрепления элементов соедине-
ния, получаемых методом нарастающего усилия без вращения
инструмента..................................................  62
2.	Ноле напряжений и прочность сцепления в соединениях, полу'-
ченных методом нарастающего усилия с вращением инстру-
мента .........................................................73
3.	Зависимость между контактным давлением в зоне сцепления
элементов соединения и радиальным увеличением отверстия
соединяемой детали под замыкающей головкой .... 78
4.	Трение в соединении........................................  82
5.	Распределение конусом пуансопа остаточных радиальных на-
пряжений по длине пояса сцепления элементов соединения 86.
Глава V. Влияние геометрических параметров и механических свойств
элементов вальцовочных соединений на величину прилагае-
мых' усилий и качество скрепления ....... 89
1. Влияние геометрических параметров элементов соединения на
величину прилагаемых усилий и качество скрепления	92
2. Влияние механических свойств материалов элементов соедине-
ния на прочность и качество скрепляемых узлов ....	99
135
Глава VI. Взаимосвязь геометрических параметров сборочного инстру-
мента и элементов вальцуемого соединения	.	103
I.	Влияние конструктивных элементов сборочного инструмента на
расширение элементов соединения в зоне верхней кромки от-
верстия пакета и формообразование замыкающей головки 103
2.	Влияние конструкции элементов соединения на конструкцию
сборочного инструмента ...................... .	.112
3.	Расчет конструктивных элементов рабочей части сборочного
инструмента.................................................. 114
4.	Конструкция сборочного инструмента	116
Глава VII. Проектирование технологических операций сборки узлов и
изделий с вальцовочными соединениями	119
1.	Предпосылки к проектированию технологических операций
сборки узлов развальцовыванием и опрессовыванием	119
2.	Проектирование технологических процессов и их составные
элементы	121
3.	Расчет режимов скрепления	122
4.	Контроль качества соединения	125
Список литературы	133
Uli Ус 2586
Клавдия Васильевна Заломнова
«ВАЛЬЦОВОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ»
Редактор И. А. Иванова
Художественный редактор И. К- Капралова
Технический редактор И. И, Чистякова
Корректор М. Усачева
Переплет художника Ю. А. Ноздрина
Сдано в набор 27.09.79. Подписано в печать 2(5.12.79. Т-16996
Формат бОХЭО’рв Бумага к н.-жури. Гарнитура литературная.
Печать высокая Ус-i. нсч. л. 8,5 Уч.-изд. л. 8,95
Тираж 5000 экз. Заказ 773 Цена 45 к.
Издательство «Маш и построение», 107885, Москва, ГСП-6. 1 й Басманный
пер., 3.
Московская типография № G Союэполиграфпрома
при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
109088. Москва, Ж-88, Южнопортовая ул.', 24.