Системы штифтовых соединений с обжимным кольцом высокой прочности RIVETEC.

 

 

 

Введение

В последние годы процесс возникновения новой продукции в авиационной, автомобильной промышленности иных отраслях промышленного производства подвергается значительному изменению. Это происходит по различным причинам:  глобализация рынков и связанное с этим обострение международной конкуренции, перемещение производства в страны с более низким уровнем заработной платы, ужесточение законодательства в области безопасности, гарантийных условий на изделия и влияния на окружающую среду и это только некоторые из причин.

 

 Тренд на лёгкие технологии конструирования

Новые методы производства профилей, элементов производимых по технологии непрерывного литья и на прессах холодной штамповки, аппликации типа «сэндвич» и разнообразные пены сделали возможным производство элементов конструкций со значительно меньшим весом и высокими физическими показателями. 

Соединительные элементы являются связующим звеном между самыми различными элементами конструкций, которые могут быть по причине веса изготовлены из разных материалов, напр. высокопрочной стали, алюминиевых сплавов, магния, пластмассы или элементов типа «сэндвич». Когда необходимо соединить металлические и неметаллические детали конструкции без подачи тепла отпадает ряд проверенных методов соединения, например, таких как сварка.

 

 Рис1. Штифтовые соединения высокой прочности на практике: Транспид

 

В данном случае проявляются сильные стороны т.н. «Механических технологий соединения на холодную», когда можно работать без подачи тепла и следующей из этого тепловой деформации.  Высокопрочные заклёпочные системы, системы высокопрочных предварительно напряжённых штифтовых соединений состоящих из штифта и   формовочного кольца (рис.1), сжатия и склеивания сами по себе или в комбинации с иными способами действительно переживают второе рождение. Много проектировщиков и опытных работников уже увидели преимущества данных технологий соединения.

 

 Безопаснее, легче и экономичнее

С одной стороны они способны компенсировать деформации и тем увеличить безопасность соединения, с другой стороны помогают уменьшить вес соединяемых элементов. Иными преимуществами является относительная простота монтажа и демонтажа заклёпочных соединений или соединений при помощи штифта с формовочным кольцом, которые не требуют от установщика специальной квалификации и снижают себестоимость.

 

Система штифта с формовочным кольцом

Под системой штифтовых соединений высокой прочности понимается совокупность штифта с формовочным кольцом, формовочная головка (насадка) и инструмент для обработки. Она была разработана около 40 лет назад, как много иных механических соединительных элементов для космических полетов и авиации. Штифт с формовочной частью и формовочным кольцом (Рис. 2) сочетает в себе положительные свойства  полной заклёпки для ударной клепки и высокопрочного болта с предварительным напряжением.

Рис.2 Стандартное штифтовое соединение (штифт с формовочной частью и формовочное кольцо)

 

От полной заклёпки для ударной клепки было взято свойство неразборности соединения, а от высокопрочных болтов с предварительным напряжением в систему штифтовых соединений с формовочными кольцами была привнесена высокая прочность материалов.

 

Постоянное высокое предварительное напряжение

Постоянное высокое предварительное напряжение как составная часть обработки является одним из принципиальных преимуществ данной системы. Это достигается радиальной формовкой материала закрывающего кольца в параллельных формовочных, закрывающих шлицах штифта и дополнительным аксиальным удлинением закрывающего формовочного кольца.

Существует много исполнений, размеров и материалов соединений посредством штифтовых соединений с формовочными кольцами.

 

Лёгкость обработки ……….. неразборность

Простота установки, которая может производиться работником без специальной квалификации за несколько секунд, возможность быстрого демонтажа при помощи специального инструмента не смотря на неразборность соединения и тем самым возможность утилизации материалов различных видов, высокая автоматизация процесса установки – вот только некоторые из преимуществ. Эти преимущества также выражаются в быстроте монтажа и низкой себестоимости. Применение штифтовых соединений позволяет устранять зазоры в соединениях.

 

......простота контроля

Для достижения качества важно, что установленный штифт с формовочным кольцом можно легко проверить. Проектировщик и конструктор в настоящее время должны мыслить комплексно. При конструировании они должны правильно выбрать материал, включая его жёсткость, соединительные и шовные материалы с учетом их цены, монтажа, демонтажа а также возможности утилизации.

Какой соединительный элемент использовать – полную заклёпку, болт или заклёпочный болт с формовочным кольцом – решение принимается на основании конкретных требований. Однако при этом нельзя забывать о себестоимости соединительных элементов. Например, часто трудозатраты или себестоимость установки соединения составляет более 50% - 60% общей суммы расходов (включают изготовление соединительного элемента и целиком технику соединения). Если принять во внимание, что только в расходной части процесса соединения 80% расходов относится к подготовительным и последующим работам и 20% к собственно процессу установки, то открывается потенциальная возможность экономии в области подготовительных и последующих работ.

 

Сокращение подготовительных и завершающих работ

Объем завершающих работ в системах штифтовых соединений с формовочными кольцами незначителен. Деформации формовочного кольца легко контролируются. Для снижения себестоимости контроль можно производить эталонным калибром с граничными метками.

На сегодняшний день уже при разработке общей конструкции необходимо принимать во внимание возможность демонтажа, т.е. разъединение в рамках ремонтных работ, и повторного использования. Демонтаж полных заклёпок для ударной клепки без повреждения элементов конструкции – дорогое и трудоемкое занятие. Нормальные резьбовые соединения можно легко демонтировать, но до момента пока они не заржавеют. Если необходимо отвернуть резьбовое соединение, часто необходимо держать головку болта на противоположной стороне.

 

Демонтаж прорезкой

 

Системы штифтовых соединений с формовочными кольцами являются неразборными, однако при помощи специальной прорезки формовочного кольца со  могут быть демонтированы.

  

Стандартные штифты с формовочными кольцами

Диаметр 5 – 10 мм

К стандартным штифтам с формовочными кольцами относят штифты с диаметром от 5 до 10 мм. В основном они используются в промышленности и при ремесленных работах. Штифт с формовочным кольцом состоит из головки, гладкого стержня, формующей шлицевой части, места предполагаемого отламывания и тяговой части, а используется исключительно в приведенной системе установки (Рис. 3).  Головка может быть плоской закруглённой формы, в виде большой закруглённой головки и потайной головки под углом 90°. Головки со скосом или исполнение с малой головкой можно изготовить в специальном исполнении для специфического использования.

Рис. 3

Функциональная часть штифта  с формовочным кольцом

1. Плоская закругленная, увеличенная или потайная головка

2. Гладкая часть корпуса

3. Формующие шлицы

4. Место предполагаемого отламывания

5. Тяговая часть

 

Характеристики прочности

Прочность соединения при помощи штифта с формовочным кольцом можно сравнить с высокопрочными предварительно напряжёнными болтами. Уже более 30 лет назад в Техническом университете в г. Карлсруэ проводились испытания с целью испытать системы высокопрочных предварительно напряжённых штифтов с формовочным кольцом для использования в стальных конструкциях, мостовых конструкциях и при строительстве кранов.

Сегодня штифты с формовочными кольцами успешно применяются во всем мире в самолетостроении, автомобильной промышленности, машиностроении и других областях

Штифтовые соединения способны выдерживать не только статические, но и динамические нагрузки на разрыв и срез.

Так, к примеру, в случае использования стального штифта диаметром 25,4мм  прочность соединения  на срез составляет  251400Н, а на разрыв 323500Н. В процессе установки образуется надежное, прочное герметичное безопасное соединение, способное выдерживать колоссальные нагрузки.

Каждый типоразмер штифта имеет установленные силовые характеристики.

Полный каталог производимых штифтовых соединений, Вы можете заказать в офисе компании ФИКС ТРЕЙД. 

 

Технология установки

Штифт с формовочным кольцом можно устанавливать относительно легко и быстро. Способ установки, который в отрасли называется осаживанием, производится полуавтоматически при помощи инструмента. Детали конструкции должны быть с обеих сторон доступны для ввода штифта и насаживания закрывающего кольца.

 

Осаживание стандартного штифта  с формовочным кольцом

Осаживание штифта с формовочным кольцом  производится по определенной заданной схеме (Рис. 4):

Рис.4:

Отдельные шаги осаживания стандартного штифта с формовочным кольцом

 

Технологическая последовательность осаживания

1.         Установить штифт в сквозное отверстие и надеть закрывающее формовочное кольцо.

2.         На конец штифта надвинуть осаживающий инструмент. Сжимающие губки          сожмут шлицевую тянущую часть.  Втулка тянущей головки прижимается          по центру а соединяемые детали будут прочно соединены.

3.         При как можно большем давлении прижима происходит прессование         формовочного кольца в шлицы штифта на холодную.        Действие силы возрастает планомерно до окончания запрессования формовочного кольца.

4.         При сохранении аксиальной нагрузки происходит отрывание в        предназначенном для слома месте. Тянущая головка освобождается от           формовочного кольца.

 

Два вида осаживающего инструмента

Осаживающие инструменты (Рис. 5) в зависимости от привода (пневмогидравлический или гидравлический) применяются для разных диаметров штифтов. Для каждого диаметра заклёпочного болта они требуют определенную насадку со специальным  конусом введения, которая называется тянущей головкой.

 

Профессиональные осаживающие инструменты для установки штифтов с формовочными кольцами RIVETEC

Cистема HYD-SET

Оборудование HYD-SET состоит из гидравлического блока, монтажного пистолета, соединительных шлангов, переходников и специальной насадки (предназначена для установки конкретного крепежного элемента). Оборудование HYD-SET специально была разработано для установки штифтовых соединений больших диаметров (до 10 мм включительно). Дополнительную информацию о данном оборудовании Вы можете получить у специалистов компании РиветКом.

Весь инструмент и крепежные изделия  предлагаемые компанией ФИКС ТРЕЙД сертифицированы по Госту Р.Ф., что значительно упрощает внедрение новой прогрессивной технологии скрепления материалов на Российских предприятиях.

 

Сфера применения.

 

Разработки для авиационной промышленности

Штифтовые системы с формовочным кольцом после 1945 г. были разработаны в США специально для авиационной промышленности, в которой и сегодня во всем мире устанавливается много миллионов штук.  Свойства штифта с формовочным кольцом, известные из космической и авиационной техники, как напр. высокая степень безопасности против самопроизвольного отворачивания и простота, рациональность и безопасность установки способствовали внедрению данной технологии во многие другие отрасли . Так, например, уже много лет штифты с формовочным кольцом используются, и не только по причине высокой устойчивости к вибрации, в просевающих устройствах (Рис. 6), конвейерных желобах, конвейерах в горной промышленности, устройствах просеивания щебня или на металлургических предприятиях.

 Рис. 6:

Применение высокопрочных штифтов с формовочным кольцом в просевающем устройстве.

 

Развитие в направлении к легким конструктивным формам в автомобильных конструкциях, конструкциях прицепов, строительстве вагонов, конструкциях кузовов и железнодорожных транспортных средств (Transrapid)  и производстве самолетов значительно расширило возможности применения штифтов с формовочным кольцом.

 

Возможность многослойного соединения

С другой стороны много вариантов использования возможно благодаря многослойному соединению различных материалов при помощи штифта с формовочным кольцом.

 

Применение в автомобильных конструкциях...

Также возможно одновременно взаимно соединять такие материалы как сталь, алюминий и пластмасса. В автомобильной промышленности штифты с формовочным кольцом появляются в бамперах, сидениях, направляющих сидений или отделениях.

 

.....при производстве кузовов

Только в последние годы в большей мере начали использоваться высокопрочные штифты с формовочной головкой с прочностью до 10.9 в производстве кузовов и прицепов для соединения деталей шасси (Рис. 7).  Для уменьшения веса, например, в конструкции рамы продольные лонжероны изготавливаются из стали, а поперечные балки из алюминия а потом взаимно соединяются штифтами с формовочным кольцом.

 Рис.7:

Штифты с формовочным кольцом в качестве соединительного элемента для кузовов на шасси грузовых автомобилей

Рис.8:

Применение штифтов с формовочным кольцом в современных поездах

 

Особенно интенсивно в последние годы элемент начал использоваться в области легких и сегментных конструкций вагонных конструкций (Рис. 8), когда вагоны по аналогии с самолетами состоят из большого количества модулей.  Необходимые для соединения при помощи штифтов с формовочным кольцом отверстия при этом воспринимаются как преимущество для достижения системы калибровки подгонки очень длинных деталей конструкции.  В сварных системах это не представлялось возможным, так как в результате теплового удлинения было невозможно соблюсти допуск.

 

... конструкции высоких стеллажей...

В конструкциях стеллажей, высоких стеллажей и кассет для цельного материала уже в течение многих лет растет использование штифтов с формовочным кольцом. Для снижения себестоимости, и в первую очередь транспортных расходов, стеллажные системы поставляются в разобранном виде и монтируются уже на месте (Рис. 9).  При этом необходимо учитывать важный момент, что не будет повреждена поверхность стеллажей, обработанная специальным слоем.

 

Рис. 9 :

Монтаж кассетного склада.   Многочисленные штифты с формовочным кольцом позволяют произвести успешный монтаж.

 

 

.... строительство мостов....

При строительстве моста через Большой Белт для монтажа было использовано 92 000 штифтов с формовочным кольцом. Для отдельных мостов, при монтаже которых используются обычные болты, использование высокопрочных штифтов с формовочным кольцом может представлять решение, эффективное с точки зрения надежности цены и экономии времени.

 

.... охрана достопримечательностей...

И в области охраны достопримечательностей можно эффективно использовать данные соединения.  Они могут заменить полные заклёпки для ударной клепки, так как не только одинаковы по форме, но имеют в два раза большую прочность и могут быть быстрее установлены (в два раза). При реставрации Вуппертальской подвесной дороги высокопрочные конические болты в наиболее ответственных местах несущей конструкции были заменены высокопрочными предварительно напряжёнными штифтами с формовочным кольцом (Рис. 10). После прибл. 460 000 изменений нагрузки (в данном случае циклы движения подвесной дороги) при участии незаинтересованных специалистов были проведены измерения предварительного напряжения. Не было обнаружено изменение предварительного напряжения, которое бы могло быть измерено.

Рис.10:

Применение штифтов с формовочным кольцом в ходовой части Вуппертальской подвесной дороги

 

С данного момента в Германии разрешено использовать для строительства мостов высокопрочные предварительно напряжённые штифты с формовочным кольцом.

 

Неразборность соединения с штифтом и круглая форма кольца, предотвращающая нежелательное отворачивание простыми подручными средствами принесли с собой целый ряд иных возможностей применения.  В области предохранительных заборов, которые размещаются напр. вокруг тюрем, штифты с формовочным кольцом являются подходящим элементом и предотвращают быстрый демонтаж. Даже тюремные постели «безопасно» крепятся данным способом.

Для предотвращения саботажа на опорах электропередач в некоторых странах используются несущие конструкции с штифтами с формовочным кольцом. Детали конструкции, которые принципиально влияют на безопасность и не могут быть удалены посторонним лицом можно безопасно закрепить штифтом с диаметром всего 5 мм.

......производство трансформаторов

 

В электротехнической промышленности в электрооборудовании (Рис. 11) и в области трансформаторных конструкций системы штифтовых соединений с формовочным кольцом используются помимо прочего и для поддержания постоянного предварительного натяжения между проводящими деталями конструкции, и тем самым создается соединение без зазоров и швов. При нежелательном ослаблении места соединений начнут нагреваться, а трансформаторы могут выгореть.

 

 

Рис.11:

Применение штифтов с формовочным кольцом в кондиционирующем устройстве пульта машиниста в поезде для местных пассажирских перевозок

 

Силовой привод метро и наземного транспорта осуществляется путем подачи электроэнергии по соединительным алюминиевым и стальным питающим рельсам. Для соединения обеих видов хорошо себя зарекомендовали высокопрочные предварительно напряжённые штифты с формовочным кольцом (Рис.  12), которые не только уменьшают расходы на монтаж, но устраняют необходимость выравнивания рельсов, присутствующую при их сварке.

При использовании для скрепления рельс штифтовых соединений дополнительно экономится до 7% энергии, так как перенос через рельсовые соединения происходит без потерь. Для предотвращения коррозии в данных соединениях используется нестандартный способ соединения при помощи штифтов с формовочным болтом из алюминиевых сплавов.

  

Рис.12:

Рельсовые муфты на алюминиевом соединительном рельсе с высокопрочным штифтом с формовочным кольцом

1         установленное формовочное кольцо

2        штифт с формовочным кольцом

3        рельсовая муфта

4        алюминиевый рельс

 

Штифты с формовочным кольцом помимо всего используются в контейнерной авиационной технике (рис. 12), в устройствах для кондиционирования и вентиляции, в конструкциях сельскохозяйственных машин, судостроении и конструкциях шахт прежде всего из-за их высокой прочности при вибрации и неразоборности.  Даже в мебели школьные сиденья соединяются штифтами с формовочным кольцом (диаметр 5 мм).

 

Рис.12:

Штифты с формовочным кольцом в авиационных контейнерах

 

В общем можно сказать, что в случае применения штифтовых соединений с формовочным кольцом по сравнению с иными методами в первую очередь уменьшаются расходы  при большом количестве устанавливаемых элементов.  Также проявляется и уменьшение времени на монтаж.

Компания ФИКС ТРЕЙД успешно внедряет данную технологию скрепления материалов на Российском рынке.

Высокопрочные штифтовые соединения положительно зарекомендовали себя в климатических условиях России. 

Более подробную информацию о технологии, технические консультации, рекомендации по применению штифтовых соединений высокой прочности, Вы можете получить у инженеров компании ФИКС ТРЕЙД. Вся продукция сертифицирована и высокого качества.