СКЛЕИВАНИЕ МЕТАЛЛОВ

Использование клеевых соединений металлов в авиационных конструкциях

Применению оклеивания металлов в авиационных конструкциях предшествовало накопление опыта по изготовлению и эксплуатации изделий, в которых имелись клеевые соединения металлов с други­ми конструкционными материалами — древесиной, фанерой, древес­ными слоистыми пластиками и т. п.

Клей для соединения металла с древесиной в ответственных ме­стах конструкции самолета, пожалуй, впервые был использован в 1944 г. английской фирмой де Хэвилленд в одноместном истреби­теле «Хорнет». Элементы крыла, находящиеся в растянутой зоне, были изготовлены из алюминиевого сплава, а элементы, испытыва­ющие в полете сжимающие напряжения, — из древесины. Связь тех и других элементов осуществлялась с помощью клея ридакс. Этот же клей был применен при изготовлении пола с металлическим гофре­ным подкреплением в самолете «Википг» фирмы Виккерс-Армстронг.

Позднее мы находим пример клеевого крепления древесины с металлом в киле (внутри которого размещены радиоантенны) реак­тивного бомбардировщика «Канберра». Американская фирма Чанс Воут {30] использует клей ридакс в трехслойном материале «Мета - ляйт», в котором к торцевой поверхности древесины бальзы при­клеены два листа из легкого сплава. Этот материал оказался вполне пригодным для применения в конструкции морских самолетов «Корсар» F4U-4, F4U-5, AU-1, F4U-7, а также в реактивном истре-
он і іг. чі* i-zU-li «KuivtbC». «МетллиГгг» широко использовался в управ, лигмом лсглк'мцрм сііа]їЯідс «ІЧтуліос». На фиг. 2 показаны узлы стыкбпкп грсхслпіЬімх (с заполнителем) материалов и крепления их к друпим алиментам конструкции [58J.

Внедрению клея в авиационные металлические конструкции пред­шествовали также широкие исследования свойств клеевых соедине­ний металлов и сравнение их се свойствами заклепочных и сварных соединений на образцах ю па«елях.

В табл. 3, 4, 5 приведены некоторые результаты сравнительных испытаний на статический сдвиг образцов различных соединений. На фиг. 3, 4 и 5 графически изображены результаты испытаний при

Фиг 2. Примеры крепления трех­сложных материалов.

7—металлическая об шин ка. 2—легкий заполнитель, S—клей в сосдииснии со стыковой накладкой. 4—жесткая про­кладка. 5—герметизирующая прокладка.

переменных нагрузках образцов кле ианых и клеевых соединений, выпот - пенных клеем ридакс. Усталостные испытания проводились не только на клее ридакс. по и на других клеях. В литературе указывается, напри­мер [34], что соединения на клее метлбонд могут выдерживать ви брацию в пределах 70—105 кг! см2 непрерывно в течение года. Для клея аральдит 1 указывалось [49], что пре­дел выносливости при сдвиге при­близительно равен 30% от соответ­ствующего предела прочности при кратковременном статическом нагру жени и. Финдлей с сотрудниками [8], проводя эксперименты с клеем сайкл велд СЗ-550 (комбинации хлоро­пренового полимера с крезиловой смолой, отверждающаяся в присут­ствии кислого катализатора при тем­пературе 163°), установили на базе 100 • 10е циклов предел усталости при сдвиге для клеевых соединений дуралюмина с односторонней и двухсторонней нахлесткой, равной 35 кг/см2, и предел усталости при осевом растяжении — сжатии для соединений встык — равный 100 кг/см2 (циклы знакопеременные, симметричные).

Некоторые сравнительные испытания клеевых (клей ридакс) и заклепочных соединений были сделаны как при комнатной темпера­туре, так и при 82° и после обрызгивания в течение недели соленой водой. Как отмечалось [35], сопоставление прочности «а срез, удар ной прочности, прогибов под нагрузкой и остаточных деформаций показало, что практически во всех обследованных случаях итоги испытаний говорили в пользу клеевых соединений.

Интересные результаты были получены для комбинированных клее-заклепочных соединений, которые оказались гораздо прочнее чисто заклепочных соединений. Клее-заклепочные соединения при­меняются в конструкции самолетов (фиг. б).

Фиг. 3. Кривые усталости при сдви­ге образцов заклепочних и клее­вого соединений внахлестку из ли­стов алюминиевых сплавов [59].

woo

Фиг. 4. Сравнительные усталосг ные характеристики образцов раз­личных соединений из алюминие­вого сплава и самого сплава [47].

1200

800

Число циклов до разрушения

Число циклов до разрушения

/—заклепочное соединение, сплав типа 75ST, 2—заклепочное соединение, сплав •nma 24ST, 3~соединение ня клее ри­

дакс, сплав ДТД6Ю. Р — наибольшая нагрузка цикла. Ятях— разрушающая нагрузка при статическом испытании. Заклепочные соединения испытывались при цикле от 0 до Р, клеевые— При сравнительно более жестком цикле

'(*т>

/—заклепочное соединение. 2—соедине­ние клеем ридакс, 3—сплаи ДТД646. Толщина листа 0,8 мм, длин* нахлестки в соединении 37 мм.

Фиг. Г). Сравнительные усталост­ные характеристики при сдииис образцов соединений с двухсто­ронней нахлесткой из алюминие­вого сплава ДТД646 [47].

/—заклепочное соединение, 2—соедине­ние клеем ридакс. Средняя нагрузка никла 300 кг Ширина образцов 25.4 мм, толщина средней полосы 1,С5 м. ч, каж дой из двух боковых полос 0.9 мм. У клееных образцов рвалась одна из тонких полос, у клепвных образцов разрушилась средняя полоса.

Таблица З

І'с іулі. Тіігі. і с|шіііііііі'лі>іімх испытаний прочности на сдвиг при растяжении іо*діііі« ііий внахлестку, выполненных точечной электросваркой и склеенных клеем ридакс

Толщина листа в мм

Длина нахлестки в мм

Средние значения разрушающей нагрузки и кг

Отношение прочности клее - вогосоедннения к прочности сварною в %

сварное

соединение

клеевое

соединение

0,5

12,7

117

635

543

0,8

12,7

254

771

304

1.0

12,7

278

816

294

1,6

12,7

453

930

205

2,0

25,4

729

1315

181

Примечания. 1. Образцы из плакированного дуралюмина 24ST ши­риной 25,4 мм.

2. Таблица составлена по данным Боуена [28].

Таблица 4

Результаты сравнительных испытаний прочности на сдвиг при растяжении соединений внахлестку, выполненных с помощью заклепок и склеенных

клеем ридакс

Вид соединения

Диаметр заклепки в мм

Разрушающая нагрузка в кг

Характер разрушения

Заклепочное

2,4

124

Срез заклепки

щ

3,2

220

То же

»

4,0

318

Разрыв по металлу

Клеевое

580

Разрушение по склейке

Примечания. 1. Образец из Дуралюмина ДТД390 толщиной 0,9 мм. Шнрииа образца 25,4 мм, длина нахлестки 25.4 мм.

2. В таблице указаны средние из четырех испытаний значения разру­шающей нагрузки на образец.

Анализ имеющихся данных подтверждает, что клеевые соедине ния металлов могут конкурировать с заклепочными и ©верными соединениями и обладают преимуществами в отношении прочности в условиях умеренных температур (особенно для тонких сортамен тов металла и при вибрационных нагрузках).

Это заключение впоследствии- многократно подтверждалось ис­пытаниями и практикой эксплуатации клееных металлических изде­лий. Так, например, английская фирма Бристоль Аэроплейн прове­ла на стенде испытания на выносливость клееной лопасти вертоле-

Таблица 5

Результаты сравнительных испытаний прочности на сдвиг при растяжение соединеиий внахлестку, выполненных с помощью заклепок и склеенных

клеем ридакс

Толщина листа в мм

Длнна нахлест­ки в мм

Заклепка

Средние значения разру­шающей нагрузки в кг

Отношение прочности клеевогосо­единения к нрочн. закле­почного В %

тип

диаметр в мм

заклепочное

соединение

клеевое

соединение

0,9

12,7

Полукруглая

3,

794

3S3

1,2

12,7

к

3,2

214

839

392

2,0

25,4

ю

6,4

789

1270

161

0,9

12,7

Потайнвя

3,2

152

794

522

1,2

12,7

3,2

152

839

551

2,0

25,4

-

6,4

687

1270

186

Примечания. 1. Образцы из плакированного дуралюмина 2-IST ши­риной 25,4 мм, заклепки из дуралюмина L37.

2. Таблица составлена по данным Роквелла [28].

Фиг. 6. Соединение заклепкамл мо­жет применяться дополнительно к клеевому соединению. Используе­мый при пикировании тормозной щитсж в крыле самолета F-86 «Сэйбр» представляет - собой клее ную металліическую трехслойшую конструкцию с заклепками вдоль кромок для лредотвращйяия раз

рушения клеевого соединения Фиг. 7. Клееная панель после испытания

у кромюи. на вибрацию.

та [47]. В лопасти стрингеры приклеивались к обшивке клеем ри>- дакс. К нервюрам обшивка была приклепана заклепками через уси­лительные прокладки. После 1,5- 10® циклов повторных нагружений произошло разрушение по заклепочному соединению и металлу, при­чем клеевое соединение осталось невредимым (фиг. 7).

Иснытмш’н цмышметйлдпчсскТм'о крыла самолета «Дан» фир* мы до-Х:лшлчшід с оГчнинкой, приклеенной к стрингерам, показа* ли [28|, насколько хорошо в клееной конструкции удерживается и стлбнлишруется обшивка. В то время как под нагрузкой в крыле аналогичной конструкции, но с заклепочным соединением обшивка сплыло коробилась и волны свободно «пробегали» через стрингеры и местах около заклепок, в клееном варианте коробление локализо­валось между стрингерами. Крыло подвергалось следующим сериям жестких нагружений:

Цикл нагрузки

Количество

циклов

в долях коэффи­циента перегрузки

в % от расчетной нагрузки

Or 0 до 2,00

До 39,0

1200

„ 0 . 2,45

, 48,0

500

- 0 . 3,40

„ 66,7

5

0 „ 1,50

.. 29,4

10000

„ 0 „ 3,86

„ 76,5

5

„ 0 . 4,37

„ 86,0

5

„ 0 „ 5,50

. 108,0

Разрушение

При испытании только один стрингер оказался поврежденным и отделился от обшивки на незначительной длине. Не может быть •сомнення, заключает автор статьи, что клепаная конструкция не выдержала бы такого испытания. Разрушение произошло бы около одного из концентраторов напряжений вследствие отрыва головки заклепки или вырыва заклепки из листа обшивки.

Испытания крыла «Дав» подтвердили результаты испытаний клееных панелей малого масштаба, а именно, что панели из обшив­ки с приклеенными стрингерами могут выдерживать на 25% боль­шую нагрузку, чем панели, выполненные точечной сваркой или с помощью заклепок.

Различные фирмы и исследовательские лаборатории провели многочисленные испытания на сжатие и поперечный изгиб клеевых соединений металлов на панелях.

Английская компания «Глостер» испытывала па сжатие панели, конструкция которых была подобна панелям, исследованным в са­молете «Метеор». Обшивка и стрингеры _П_-образной формы имели толщину 0,6 мм.

Разрушающая нагрузка в г

Превышение в %

клепаная панель

клееная

панель

1 стрингер

1,8

2,5

39

2 стрингера

3,16

4,25

35

Но данным фирмы Бристоль, испытание на сдвиг и сжатии клее

пых панелей дает ревультаты, равноценные результатам испытаний клепаных панелей [50J. Типичное повышение r прочности на сжатие’ при простой замене клепки склеиванием составляет 5—8%. В ряде случаев выигрыш может достигать 30—40%. Однако это справсдли - ) о только для тонкостенных панелей. Если берутся панели мощные или с учащенной постановкой заклепок, клееные панели могут усту­пить им в прочности.

Эта же фирма проводила испытания панелей с обшивкой, уси­ленной ребрами жесткости, на поперечный изгиб. Панель по четы­рем сторонам прибалчивалась к раме испытательной камеры и под­вергалась пульсирующему воздушному давлению, подобно встре­чающемуся, например, в полете на задней кромке крыла самолета. Габариты панели 610X1020 мм. Размеры сечения ребра жесткости (уголка) 12,7X12,7X0.9 мм-

Таблица в

Результаты испытаний панелей переменной равномерно распределенной

поперечной нагрузкой

Конструкция панели

Результаты испытаний

толщина обшивкн в мм

расстояние между уголками в мм

клепаная панель

клееная панель

0.7

204

Разрушение через 0,3- 10B циклов Трещина н обшивке у отверстия под за­клепку

Разрушение через 4,5- 10R

ЦИКЛОН

Лоннул уголок, клеевое со­единение не повреждено

0,6

204

2,1-10“ циклов Трещина в уголке, клееной шов цел

0,5

102

--

2,4-10® циклоп Склейка разрушилась

0,3

102

5,0-10’’ циклов Трещина п уголке, клеевое соединение цело

В 1954 г. прочность стрингерных панелей с заклепочным и клее1 ззым соединениями исследовалась в Национальном бюро стандартов США при участии Национального совещательного комитета по авиации и Управления авиации Морского флота [52, 54]. Была испытана 21 панель: 9 клепаных (шаг заклепок.28 мм), 9 склеен­ных эпоксидным клеем и 3 панели на фенольно-каучуковом клее. Размеры панели 760X430 мм. Расстояние между стрингерами 90 мм. Толщина обшивки из плакированного дуралюмнна 1,3 мм. Клееные и клепаные панели не были полностью идентичными, так как стави­лась цель выявить и сравнить оптимальные варианты тех и других панелей. Панели испытывались на статическое сжатие и изгиб.

п її пін - нОіШ'ГйііііП ж* О1.1.10 усі .1110плічкі бг нїіоворочпої с» Іфгіїму - іцссгіиі одної о тіні і її соединения перед другим. Экспериментаторы сделали заключение, что оба типа панелей примерно одинаковы в отношении статической прочности. Основное преимущество клееных панелей — упеличение устойчивости листа обшивки и всей панели, снизанное с сокращением неподкрепленной площади обшивки, от­сутствием концентрации напряжений и выпучивания, характерных: для заклепочных соединений, ГІовидимому, клееные панели ведут себя лучше заклепочных при сдвиге. У правильно сконструирован­ных панелей явления отдира, расслаивании по склейке не являются

Длина панели в м Фиг. в. Результаты испытаний на про­дольное сжатое па целей с приклееч иыми и приклепанными стрингерами.

факторами, определяющими проч­ность панели, как часто думают. Клеевые соединения показали се­бя подобно заклепочным доста­точно прочными, чтобы без види­мого их повреждения вызвать раз­рушение стрингера панели.

Недостатком клееных панелей является неожиданность и вне­запность их разрушения, если не считать иногда наблюдавшегося предварительного потрескивания Во время испытаний при макси­мальной нагрузке происходило резкое и полное разрушение па пели.

1—клееные панели, 2—клепаные панели. 3—увеличение прочности при сжатии клее­ных панелей (по сраписнию с клепаными). Толщина обшивки 0.5 мм, толщина мате­риала стрингера 1,0 мм В панели четыре стрингера расположены на расстоянии 150 мм друг от друга - Шаг наклепок в кле­паной панели 20 мм.

Испытания клееных (клеем ридакс) и клепаных панелей на статическое сжатие и усталость при осевых сжимающих нагрузках проводила в Голландии фирма Фоккер совместно с Националь­ной авиационной лаборато­рией 131J. На фиг. 8 показаны результаты статических испытаний панелей и конструкция клееной панели, давшей наилучшие. результа­та— выигрыш в прочности до 30%.

Во время испытаний на усталость панели подвергались действию переменных сжимающих нагрузок, которые менялись от 1000 кг до величины, составляющей 45, 60 и 75% разрушающей нагрузки при статических испытаниях. Вследствие отсутствия концентраторов на­пряжений долговечность клееных панелей была в 15 раз больше, чем у клепаных панелей (нри максимальной нагрузке, равной 45% статической разрушающей нагрузки для клепаных панелей), В клее­ных панелях разрушение обшивки происходило вблизи стрингеров. При этом появлялись трещины в самих стрингерах и в некоторых случаях повреждались клеевые соединения. Местное разрушение клеевого соединения при вибрации заметно и с отражалось на-несу­щей способности панели и не приводило к немедленному полному разрушению. С каждым новым циклом нагружения трещина в
клееном соединении росла очень медленно. Было замечено, ЧТО клееные панели выдерживали значительно большее чиєю циклов до появления первой трещины, чем клепаные.

На фиг. 9 и 10 показаны данные, характеризующие сравнитель­ные технико-экономические показатели склеивания и клепки [31]. Когда применяется склеивание, стоимость клеевых соединений почти не зависит от площади склеивания, в то время как при клепке стои-

Плі

таv

/

/ ґ'

г

/

^Ск

1 л >

. с*і ;

fj

ч

2 чеп

у

"Ччел

12 15 18

Фиг. 9. Сравнение трудоемкости и стоимости изготовления клееных '!» клепаных панелей различной длины с тремя стрингерами на метр ширины.

чел

Общая Длина стрингеров С л* і? і

ІХлина панели м

-о CJ

2? О) Э - *

SS

5-

Общая длина стрингеров в м 0 £ ( Л лина панели в м

Фиг. 10 Сравнение трудоемкости и стоимости изготовления клееных и клепаных панелей различной длины с шестью стрингерами на метр ширины

J—общая стоимость клепаной пяиелн,

2—общая стоимость клееной панели. 3 оплата рабочей силы для клеїткн, - if—оплата рабочей силы для вклеивания. 5—стоимость. заклепок, б—стой мое гь нагрева и клея ридакс.

/—общая стоимость клепаной панели,

2—общая стоимость клееной панели. — оплата рабочей силы для клепки, 4—оплата рабочей силы для склеивания. 5—стоимость заклепок. 6— стоимость нагрева и клея ридакс.

мость обычно пропорциональна количеству заклепок. В связи с этим клепку более экономично применять для соединения небольших по­верхностей, а для больших поверхностей целесообразнее использо вать склеивание. По данным фирмы Фоккер для панелей с тремя стрингерами начиная с длины 1,2 м и для панелей с шестью стрин герами с 0,7 м клееная панель стоит дешевле клепаной. •

Таковы результаты некоторых исследований и опытных работ, подготовивших почву для технически обоснованного, грамотного и уверенного использования клеев в авиационных конструкциях для соединения металлов.

Клеш применяются прежде всего для соединения обшивки с реб­рами жесткости, стрингерами, и другими элементами каркаса кры­ла, фюзеляжа, агрегатов хвостового оперения в самолетах, управ­ляемых летающих снарядах, в лопастях несущих винтов вертолетов. Клеи используются также в производство металлических сот и> для соединения с ними обшивки в ряде указанных выше летательных аппаратов. Применялись и применяются клеи ридакс, сайклвелд, метлбопд, аральдит, FM-47, НАА «Хай-Темп» и др. Склеиваются преимущественно легкие сплавы — алюминиевые, магниевые, реже стали.

Поводимому, первым серийным самолетом, в конструкции кото­рого металлическая обшивка «рыла в фюзеляжа соединялась с ме­таллическими стрингерами с помощью клея, был уже упоминавший­ся выше самолет «Дав» фирмы де-Хэвилленд. Первая серия этих машин была выпущена в 194G г. По опубликованным сведениям стоимость панелей из обшивки с приклеенными к ней стрингерами длиной 3,6 м и шириной 1,2 м составляла для фирмы всего 35% стоимости клепаных панелей.

В литературе [55] имеются сведения, что более 300 самолетов «Дав» находится в эокплуатации в различных частях света, в том числе в Австралии и в тропической зоне Африки, причем некоторые из них налетали свыше 3500 часов и зарекомендовали себя с хоро шей стороны.

В значительно больших масштабах оклеивание металлов приме­нено в производстве первого реактивного четырехмоторного пасса жирокого самолета «Комета» той же фирмы.

Здесь стрингеры _П_-образной формы приклеены клеем ридакс не только к обшивке крыла и фюзеляжа, которая имеет кривизну в одном направлении, но и к панелям фюзеляжа, в частности, к носо­вым и хвостовым его отсекам, имеющим кривизну в двух направ­лениях. Первые панели склеивались в прессе, вмещающем детали длиной до 10 м, вторые — в прессе, позволяющем приклеивать стрингеры длиной до 7 м (фиг. 11). Метод запрессовки иллюстри­руется на фиг. 12. Металлические балки / и 4 фиксируют опорно­прижимные элементы 2 .и 3, профили которых соответствуют про­филю склеиваемой детали. Надлежащая форма придается этим эле­ментам с помощью отливки по гипсовым моделям В балках имеются сквозные каналы для пропускания пара (нагрев) или воды (охлаж дение).

На фиг. 13 показана схема производственного расчленения фю­зеляжа на отдельные части. Фюзеляжные элементарные панели, к обшивке которых в прессах приклеиваются стрингеры, имеют раз­меры 770X6700 мм. Четыре таких обшивки склепываются внахлест ку вдоль длинной стороны на специальной клепальной машине «Эрко» и образуют одну из секций фюзеляжа, поступающих «а ста пель общей сборки фюзеляжных отсеков (фиг. 14) и затем на об щую сборку фюзеляжа.

С помощью ридакса соединяются со стенками фюзеляжа и окон ные рамы, отштампованные методом глубокой вытяжки (фиг. ^15)

Фиг. 11. Приклейка стрингера к обшивке с кривизной в двух направлениях в прессе фирмы де-Хэгоидленд

Фиг. 12, Схема за - прессовочных приспо­соблений для оклейки стрингеров с обшив­кой, применяемых на заводе фирмы де-Хэ - виллепд.

1—верхняя силовая бал­ка, 2— сменные профили­рованные прижимы, 3 - сменная профилированная опора, 4—нижняя сило­вая балка.

Фиг 13. Схема технологического расчленения фюзеляжа самолета

«Комета».

Особое передвижное приспособление, показанное на фиг. 16, осу­ществляет фиксацию рамы, прижим и нагрев, позволяя выполнить операцию установки рамы за 25 минут.

Фиг. И Стационарный стапель сборни отсеков фюзеляжа.

Подробности процесса изготовления планера самолета «Комета» опубликованы Повеем [60], начальником производства фирмы. Прак­тика эксплуатации самолетов «Комета» с 1950 г. показала надеж­ность склеивания металлов, выполненного клеем ридакс. Несколько аварий и катастроф, происшедших с самолетами указанного типа,

Фиг. 15. Окопная рама, при­клеенная к стенкам отсека фю­зеляжа.

не поколебали этого мнения. Анализ причин несчастных случаев показал, ЧТО ОНИ произошли, не ПО ІВИНЄ кле­евых соединений, а проведенные в связи с этим дополнительные испыта­ния конструкций самолета «Комета» еще раз подтвердили достаточную прочность этих соединений.

Вслед іза фирмой де-Хэвилленд авиационная компания Бристоль Аэроплейн использовала клей ри­дакс в конструкции гражданского транспортного самолета «Британия» тип 175. Общий івес оклеенных дета­лей на одном таком самолете дости гает 1800 кг Указывается [50], что если бы применялся иной метод соединения, то утяжеление конструкции составило бы около 400 кг. Использование склеивания позволило, в частности, в конструкции серворуля применить обшивку толщиной всего 0,3 мм и сэкономить

соответственно на весе балансира, необходимого для избежании флаттера. Обшивка. приклеена к часто расположенэтым (75—100 мм)

Фиг 16 При с поеобл с і :и е для приклейки окопных ірам « фюзеляж} самолета «Комета».

ребрам жесткости, которые приклепаны к относительно массивному корытообразному лонжерону (фиг. 17).

Клеевые соединения металлов нашли применение в конструкции крыла учебно-тренировочного самолета Фоккер S-12 голландской авиационной фирмы Фоккер [31]. Для склеивания металлов в само­летных деталях и агреіатах эта фирма использует клей ридакс и технологию его применения, раз­работанную и внедренную на за­водах английских компаний де - Хэвилленд и Бристоль Аэроплейн.

На фиг. 18 схематически изо бражена конструкция крыла са­молета Фоккер S 12. Обшивка ло повой и задней частей крыла при­клеена к стыковым накладкам, ко­торые в свою очередь приклепаны к полкам переднего и заднего лон жеронов. Межлонжероппая часть обшивки приклепана к стыковым накладкам и подкрепляется тре - _ „

мя приклееными к ней стрингера-

МЧ. Конструктивные параметры склеивания клеем ридакс.

33

3 Г. Эпштейн
клееной панели крыла были устишшлшм па основании предвари­тельно стронодонного лабораторного исследования (см. фиг. 8). При испытаниях на усталость целого крыла, соответствовавших 30 ООО ча­сов тренировочных. полетов, клеевые соединения не были поврежде­ны ни в одном месте.

Фиіг. 18. Конструкция крыла самолета Фоккер S-12.

Л —сгыковая подкладка, склеенная с обшивкой. Б — стрингеры, при­клеенные к обшивке.

Не лишены интереса новая конструкция легкого лонжерона и способ его изготовления, принятые для самолета Фоккер S-14.

Полки лонжеронов и крыла Фоккер S 11 имели форму уголка. Они были составлены из отдельных частей различной длины, скле­панных вместе. Таким образом, без дорогостоящей механической

обработки был получен лонже­рон ступенчато-переменного се­чения по размаху (фиг. 19). Однако испытания полок лон­жеронов показали, что проч иость их составляет примерно 70% от прочности аналогичных сплошных полок лонжеронов. Полки клепаной конструкции разрушались и результате ме­стной потери устойчивости на участках между заклепками, Фиг. 19. Лонжерон с составными полка- при этом головки у ряда за­ме в виде уголка. клепок срывались. Переход к

склеиванию полок привел к значительному их упрочнению. Прочность при статическом продоль­ном сжатии клееных полок была равна прочности сплошных. Клее­ный лонжерон показал также высокую вибростойкость.

Проц-ссс изготовления лонжерона со слоистыми полками перо менного сечения состоит из двух операций — оклеивания и формо­вания. Во время первой операции две стопки листовых полосок раз­личной длины приклеивают у краев плоской стенки лонжерона (фиг. 20). С противоположной стороны между отверстиями облег­чения приклеивают z-образные накладки с отогнутыми кромками. Во время второй операции склеенный полуфабрикат укладывают на формблок из облагороженной древесины и помещают в оресс с рези­новой подушкой, z-образные ребра жесткости закрывают деревян­ными блоками для предупреждения их повреждения резиной. Во

Фиг. 20. Составные части «лесного лонжерона и способ его формования.

1—стенка лонжерона. 2— ребро жесткости, S—деревянный блок для защиты z-обрапного ребра. 4 клееная полка лонжерона. 5—фанера, 6—формблок.

время прессования склеенные кромки приобретают форму уголка, отверстия облегчения отбортовываются 'її получается готовый клее­ный лонжерон слоистой конструкции.

Французское самолетостроительное общество SNCASO с успе хом применило склеивание металлов в своем имеющем многие на­значения реактивном самолете «Вотур» (фиг. 21). Оклеивание ис­пользовано в жизненно важных деталях и агрегатах самолета и прежде всего для прикрепления стрингеров к обшивке «рыла и хво­стового оперения [36]. Панели как крыла, так и горизонтального хвостового оперения состоят из толстого листового металла, к ко­торому для ужесточения приклеены стрингеры (фиг. 22). Кроме того, металл с металлом склеиваются в руле поворота, в полу, пере­городках, щитках шасси, обтекателях, в корневой части крыльев и их законцовках. В производстве этого самолета применен эпоксид­ный клей аральдит 1 Причинами, побудившими фирму остановить свой выбор именно на этом клее, явились в основном соображения технологического характера: не очень высокая температура полиме­ризации, не приносящая вреда склеиваемому металлу (алюминие­вый сплав); относительно широкие температурные допуски +5° при номинальной температуре склейки 140° и +30' при восьмичасо­

вой выдержке, облегчающие процесс производства и благоприят­ствующие избежанию брака; широкие допуски на толщину клеевого слоя (следовательно, п на давление); обычная толщина 0,10— 0,15 мм, но приемлемо до 0,4 мм.

Клей почти нечувствителен к резким колебаниям температуры и к повышенной влажности как во время процесса склеивания так и после него (см. табл. 31). Клей можно наносить на поверхность со­единяемых деталей за несколько дней до того, как их будут соби-

Фиг. 21. ФранЦ'^-СКИЙ С? МО. ЧЄт «Вотур», в конструкции которого широко применены клеевые соелтепия металлов.

рать доуг с другом и склеивать (см. табл. 2). Клей аральдит 1 (он выпускается в виде палочек ил» порошка) фирма наносит на по­верхность металлических деталей, подогретых до 120°.

В амервканокой самолетостроительной промышленности склеи­вание металлов стало применяться с конца 1941 г. Связующим средством был ф'толыю-каучуковый жидкий клей сайклвелд, раз работаннын корпорацией Крайслер, который начали выпускать фир­мы г "ьир. Такс - ЧІД Раббер. Клей сайклвелд использовался в се­рийном производстве закрылков истребителей для приклепки обшив - ки к стрингерам. П этом изделии, специально не приспособленном для счл-'-иван? я, 'оличество заклепок было уменьшено в 4 раза, что снизило стоимость наготовлений па 30—35% и ускорило выпуск их. Запрессовка про ’ззолилась в прессах с плитами, обогреваемыми электричеством Этот клей был incur льзован также для склеивания двух головин металлических подвесных сбрасываемых бензобаков, в производстве стабилизатора (сокращение числа заклепок с 5500 до 3<Ю hit.), наст Vi - для пола, состоящего їм листа с приклеенные к нему гофром (замена точечной сварки) <ц т. п. О масштабах при­менения этого клея можно судить по тому, что к 1943 г. клеом «Сайклвелд» было изготовлено около 30 ООО металлических деталей и 20 ООО деталей смешанной конструкции для военных самолетов, главным образом истребителей и в меньшем количестве средник бомбардировщиков [661.

Фиг. 22. Паетель ‘крыла самолета «Вотур», состоя­щая из обшивки с прилееяным« к ней сі р інгерачіи.

Авиационная фирма Валти разработала несколько клеевых ком позиций на основе синтетических смол н каучуков для соединения металлов, известных под общим названием «Метлбонд». В 1945 г. сообщалось [34], что фирма применила этот клей - на бомбардиров­щиках В 24 «Либерэйтор» и В-32 «Доминэитер». Позже клей метл­бонд стали применять фирма Конпэр в производстве бомбардиров­щиков В-36, самолетов-разведчиков RB-36, фирма Боинг в произ водстве бомбардировщиков, фирма Дуглас и др. "61, 62].

Клеи метлбонд в настоящее время выпускаются фирмой Пармко. Именно клеями метлбонд склеиваются в основном магниевые спла­вы. Эти клеевые соединения рассчитаны на работу при комнатных
и піших температурах л имеют ограниченную прочность при1 70—80". Но магниевые сплавы не предназначаются для использова­ния в высокоскоростных самолетах, так как при повышенных тем­пературах другие материалы (титан, стали) имеют лучшую удель­ную прочность. По этой причине в настоящее время проведено мало экспериментов по склеиванию магниевых сплавов новыми тепло - стойктши адгезивами.

Фиг, 23. Небольшая панель об­шивки с приклеенным к ней клеем метлбонд подкреплением «вафель­ного» типа для самолета В 36.

В некоторых случаях фирма Конвэр применяет склеивание маг­ниевой обшивки с подкрепляющими элементами ив алюминиевых сплавов, а иногда склеивает между собой детали, состоящие цели­ком из алюминиевых сплавов. Кор розиоипая стойкость соединений па клее метлбонд вполне удовлетвори­тельна. В конструкции самолета В-36 свыше 4100 кг деталей из магниевых сплавов. Значительная часть этих деталей соединена между собой кле­ем метлбонд. О технологии склеива­ния сказано в главе VI, здесь оста­новимся лишь на некоторых свой­ствах ' клеевых соединений и кон­структивных рекомендациях.

В самолете В 36 клей применен для соединения обшивки из магние­вого сплава к формованным секциям, так называемым «вафельным» пане­лям размером каждая до 610Х X1100 мм (фиг. 23), на задней кромке крыла около моторных гон­дол, где она подвергается сильной вибрации.

В других случаях наружная обшивка подкрепляется профилями П_ - образного сечения. Оказалось, что если эти элементы жесткости имели открытые концы, то при вибрации около них появлялись тре­щины. Возникновение последних было устранено, когда стали при­менять закрытый профиль типа, показанного на фиг. 24, с расши­ряющимся концом. В таких ребрах жесткости необходимо устраи­вать дренажные отверстия (для выхода воздуха при нагревании во время склеивания).

Испытания на усталость панелей нормальной равномерно распре­деленной нагрузкой показали (фиг. 25), что при не очень высоких напряжениях панели с обшивкой, приклеенной к подкрепляющим элементам из магниевого с-плава, прочнее, чем панели с подкрепляю­щими элементами из алюминиевого сплава. Эго оправдывает широ­кое применение магниевого сплава в конструкциях самолетов типа В-36.

Панели руля высоты самолета В-36 были смонтированы на испы­тательном стенде в лаборатории и подвергнуты вибрации, воспроиз­водящей вибрацию в полете. Долговечность конструкции с соедине
нисм точечной сваркой была 12-10® циклов, с соединением пн заклепках — 18 ■ 10е циклов и склеенной метл бондом — 240 • 10" цик лов.

Выяснилось, что в ряде случаев не требуется предварительной тщательной пригонки склеиваемых элементов из магниевых сплавов

юг-

-127-

-15Z-

Фиг. 24. Элемент жесткости ив магниевого сплава, приклеивав мый к обшивке из магниевого сплава толщиной 0,25—0,62 мм.

£

Фиг. 25 Усталостная прочность пане­лей из магниевой обшипюи с при­клеенным к ней элементом жесткосш.

«е только потому, что клей метл бонд (пленочный) допускает обра­зование швов толщиной до 0,5 мм, но и потому, что температура склеивания достаточно высока, чтобы магниевый сплав легко фор­мовался.

Магниевые сплавы при склеи­вании частично отжигаются. По­этому фирма Конвэр для сплава FS-16 снижает расчетные преде­лы прочности и текучести соответ­ственно иа 14 и 25%.

/—элементы жесткости ИЗ магниевого сплава, 5—элементы жесткости из алюми­ниевого сплава.

Американская фирма Чанс Воут использует клееные магние­вые детали в конструкции мор­ского истребителя [62]. Эта фир­ма выполняет склеивание на ан­глийском клее ридакс. Клеевые соединения с нахлесткой малой длины на клее ридакс, имеющем более высокий модуль сдвига, прочнее, чем па клее метлбонд.

Ниже приводятся требуемые ми­нимальные и фактические типич­ные значения прочности при сдвиге клеевых соединений магниевого сплава одной и той же толщины (1,6 мм), но с различной обработ­кой поверхности; соединения выполнены клеем метлбонд и ридакс;

фирма

Клей

“min

кг! см"

тсгед кг/см2

Длнйа

нахлестки в мм

Конвэр

Метлбонд

87,5

112

12,7

Боинг

Метлбонд

141

12,7

Мані: Воут

Рнлакс

98

126-140

25,4

Клей ридакс наносить несколько труднее, чем клей метлбонд, и он требует более высокого давления. Впрочем, впоследствии процесс применения «лея ридакс был упрощен, .и оба клея в этом отношении стали практически - равноценными.

Фирма Конвэр пыталась склеивать магний поливинилацетатфе нольным клеем FM-47, однако это не дало воспроизводимых резуль татов. Пленочный клей метлбонд 402, рассчитанный для работы при повышенных температурах, дал результаты, аналогичные обычному клею метлбонд на загрунтованном магниевом сплаве и плохие ре­зультаты на чистом металле.

Одними из самых ответственных клеевых цельнометаллических конструкций являются лопасти несущих винтов вертолетов. Они должны обладать прочностью на статический изгиб, на растяжение (центробежные силы). усталостной прочностью, изгибной и крутиль­ной жесткостью, иметь ровную и гладкую поверхность, малый вес и быть тщательно отбалансированы.

Применение наряду с клепкой клеевых соединений на клее ридакс помогло английской фирме Бристоль решить задачу созда ния лопасти вертолета. Тонкая обшивка, ужесточенная приклеенны­ми к ней стрингерами, крепится к иерЕюрам, лонжерону и задней кромке заклепками. Головки заклепок после клепки срезаются. В корневой части лопасти обшивка усилена приклеенной к ней на­кладкой. Приклейка накладок компенсирует ослабление листа от­верстиями под заклепки и дает возможность раззенковывать отвер­стия под потайную клепку. Склеивание металла ридаксом приме­нено фирмой Бристоль в производстве вертолетов «Сикемор» типа 171 и 173 [59]. Несколькими фирмами освоен серийный выпуск пол­ностью клееных металлических лопастей [40, 41, 65]. Фирма Превитт в США поставляет клееные лопасти винтов для вертолетов марок HUP-1 и HUP-2 и других, выпускаемых фирмой «Пяссцкий», За. воды Сикорского (также в США) производят лопасти для вертоле­тов S-51, S-52 и S 55, из которых наиболее крупным является S 55. Это двенадцатиместная машина с полетным весом 3,3 т; ротор трехлопастный, диаметр его 16,2 м. Такие же лопасти изготовляет по лицензии в Англии фирма Уэстленд.

Замена болтовых, заклепочных, сварных и паяных соединений клеевыми позволила избежать чрезмерной концентрации напряже­ний в элементах лопасти, улучшить усталостные характеристики и довести: ресурс лопасти до 1000 часов.

Стальные клееные лопасти для вертолетов типа HUP-2, ны пускаемые фирмой Превитт, состоят из четырех основных элементов. Главным силовым элементом конструкции служит стальной лонже - рон Ои имеет форму носка профиля лопасти, у комля лопасть переходит в трубу. Конструкция лопасти неразрезная. Обшивка ііз цельного тонкого листа нержавеющей стали обертывается вокруг лонжерона и склеивается свободными концами с задним стрингером и между собой, образуя заднюю кромку лопасти. Обшивка под­держивается подкреплениями в виде гофра из дуралюмина, которые крепятся к самой обшивке и отогнутыми бортами—к лонжерону. Лопасть имеет в плане прямоугольную форму и геометрическую закрутку.

Элементы лопасти с нанесенным на них клеем собирают в спе­циальном приспособлении для прихватки Во внутреннюю полость лопасти для создания давления вводят резиновый мешок. Лопасть помещают в разъемную прессформу-матрмцу. имеющую 'Внутренние обводы, соответствующие внешнему контуру лопасти. Пресеформу подогревают, подвергают давлению и склеивают. Склеенную лопасть контролируют, после чего она идет на дальнейшую сборку (уста­новка комлевых фиттангов, концевой нервюры с обтекателем пт. п.).

Фирма Превитт выпускает клееные лопасти различной конструк­ции не только для фирмы «Пясецкий», но и для других компаний Америкэн Геликоптер, Цессна, Кэман. Работая с клееными кон - струциями, фирма заменила ранее употреблявшийся жидкий клей пленочным клеем (стеклоткань, пропитанная клеем) в сочетании с грунтовкой жидким составом FM-47. Типовой цикл склеивания, первоначально длившийся два дня, сокращен до 2 часов [65].

Клееные лопасти для вертолета S-55, выпускаемые фирмой «Сикорский», имеют частично разрезную конструкцию. Основным силовым элементом конструкции также является лонжерон, выпол­ненный из дуралюмина, который занимает около 30% по хорде и имеет контур профиля лопасти. На задней части лонжерона, сверху и снизу по всей его длине, фрезеруются выемки на толщину листа обшивки. Отфрезерованный лонжерон перед склеиванием анодируется.

Задняя часть лопасти по хорде состоит из 22 склеенных дуралю - миновых секций, каждая и і которых имеет длину 300 мм и состоит из тонкой обшивки, поддерживаемой пятью нервюрами.

К лонжерону приклеиваются также переходные, корневые панели из дуралюмина. Они1 служат для соединения со стальными наклад­ками, имеющими по концам гребенки, которые крепятся к втулке.

Концевые обтекатели, закрывающие грузовые балансиры, ста­вятся на клею и заклепках. Готовая лопасть проходит стендовые испытания.

Имеются сведения, что фирмой «Сикорский» выпущено более 5000 клееных металлических лопастей.

Широкое применение находят клеи в производстве полуфабрика­тов и агрегатов с сотовым заполнителем, который используется е авиационных конструкциях и других изделиях.

Компания Гленн Мартин, начавшая с применения смешанных клееных конструкций (в беспилотных снарядах малой серии Гор - гоін-IV, сотовых панелей в летающей лодке Р5М-1, полов в Мариш

Л

Фиг. 26. Схемы конструкций с «заполнителями».

А — конструкция со сплошным за­полнителем (if а пример, металличе­скими - сота-ми), Б конструкции,, имеющие разнесенную об шинку о внутренним заполнением, /—заполнитель, 2—двойная обшиика с наполнителем с виде сот или пс - ноплаетов, 3—обшивка с нрикдесн - ными к ней элементами жесткости, 4 - двойная обшиика с вклеенным внутрь гофром, 5—обшивка с при­клеенными к ней стрингерами.

2-02 и 4-04 и т. д.) в конструкции управляемого летающего снаряда В-61А «Матадор», начала широко использовать клей для соединения металлической обшивки с металличе­скими сотами в стреловидном крыле и стабилизаторе. Компания приме­няет клей FM 47. Сотрудники фирмы считают [53], что рабочая темпера­тура клея не выше 55°, но можно до пускать кратковременный, десяти­минутный, нагрев до температуры 95°. Применение склеивания дала экономию в 50% стоимости по срав­нению с соединением заклепками. В крыле самолета-снаряда Гленн Мартин «Матадор» использована конструкция со сплошным заполне­нием сотами пространства между верхней и нижней обшивками (фиг. 26,А). Сплошной заполнитель хорош до известных пределов, напри­мер, при нагрузках до 1000 кг/м - при 10% толщине крыла. Тонкая обшив­ка стабилизатора может быть нагру­жена до высоких значений напряже­ний при поддержке ее сравнительно легкими сотами. Чтобы сохранить устойчивость более мощной обшивки, требуются значительно более тяжелые соты, что становится невыгод ным В таких случаях можно избрать другие пути конструктивного решения (см. фиг. 26,£).

Болес подробно о клеях для сотовых и других слоистых кон­струкций с заполнителями сказано' в § 4 и главе VI.

СКЛЕИВАНИЕ МЕТАЛЛОВ

Прессованный решетчатый настил – характеристики и применение

Прессованный решетчатый настил – характеристики и применение Прессованный решетчатый настил (пресснастил) – строительный материал, который применяют в архитектуре, промышленности, дизайне. Его основу составляют несущие полосы, на которые приходится основная нагрузка, …

О перспективах развития клееных слоистых конструкций

Десять лег назад всего лишь небольшая группа работников за­нималась изготовлением для экспериментальных целей нескольких квадратных метров панелей типа сэндвич. Теперь выросла целая от­расль промышленности, в которой над производством слоистых ма …

Методы изготовления клееных металлических слоистых конструкций с легким ‘заполнителем

Большинство специальных методов, используемых при изготов­лении сэндвичевых конструкций, уже рассматривалось ранее в свя­зи с «леями. Часто при нанесении клея и его отверждении требуют­ся вспомогательные меры. Обычно клеи наносят пульверизатором или …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.