• Главная
• Статьи
• Соединение деталей
• Неразъемные заклепочные соединения

Неразъемные заклепочные соединения

Заклепочным называется соединение, выполненное с помощью заклепок. Состоит оно по крайней мере из двух объектов, произведенных, как правило, в виде листов/пластин. Преимущественная сфера применения заклепочных соединений в строительной индустрии – скрепление пролетов мостовых сооружений, конструктивных элементов промышленных зданий, эксплуатация которых будет вестись под воздействием динамических нагрузок, и прочих ответственных объектов. Что же касается производственной сферы, то без сопряжений, выполненных с помощью заклепок, не обходятся такие важные для экономики страны отрасли, как машино-, автомобиле- и приборостроение. Использование заклепочных соединений в этих областях промышленности обусловлено их устойчивостью при работе в условиях ударных и знакопеременных нагрузок

Особенности

Заклепка выглядит в виде цилиндрического стержня, на одном из концов которого имеется созданная при производстве закладная головка (поз. 1 на ниже размещенном рисунке). Другой же его конец изначально плоский. Но в процессе клепки он преобразуется в замыкающую головку (поз.2). В результате элементы конструкции плотно сжимаются, формируя неразъемное, абсолютно неподвижное и очень прочное соединение.

Заклепочный шов – это сопряжение деталей, образованное путем использования группы заклепок.

Отверстия, в которые будут устанавливаться данные крепежные элементы, выполняются:

• продавливанием. В ходе этой операции возможно образование трещин поблизости от кромок гнезд. Такое растрескивание материала может вызвать разрушение всего заклепочного шва при воздействии нагрузок во время эксплуатации. Метод продавливания применяется в ходе создания малоответственных конструкций;

• сверлением. Данная операция недешева и отличается невысокой производительностью. Сфера применения сверленых отверстий – производство объектов, к надежности которых предъявляются повышенные требования;

• продавливанием с финишным сверлением. Такая комбинация методов актуальна для отверстий с крупным диаметром.

У каждой заклепки имеется своя зона действия. При пересечении этих зон ближайших крепежных деталей соединение будет характеризоваться достаточной плотностью. В процессе расклепывания стержни заклепок подвергаются пластической деформации. Благодаря данному явлению, материал, из которого они изготовлены, заполняет отверстие, и скрепляемые объекты стягиваются. В итоге сдвигу подвергнутых склепыванию элементов конструкции препятствует, помимо сопротивления металла стержней, еще и сила трения, образовывающаяся между входящими в плотный контакт их поверхностями. Чтобы обеспечить плотность шва, нередко практикуется чеканка по кромкам соединяемых пластин, а также вокруг заклепок. Эта процедура заключается в пластическом деформировании листового металлопроката посредством, например, молотков с пневматическим приводом.

Создание заклепочного соединения

Формирование заклепочного соединения предусматривает выполнение ряда этапов. Для наглядности они представлены на картинке.

• а). Просверливание сквозных отверстий в сопрягаемых пластинах;

• б). Заклепка продевается в совмещенные отверстия;

• в). Осаживание пластин для вхождения ими в плотный контакт;

• г). Расклепывание с помощью ручного либо механического инструмента замыкающей шляпки;

• д). Придание замыкающей головке требуемой конфигурации.

На рисунке приняты такие обозначения:

• поз. 1 – бородок, на конце которого имеется глухое гнездо – натяжка;

• поз. 2 – опорный инструмент – поддержка;

• поз. 3 – инструмент для формирования импульсных воздействий – молоток;

• поз. 4 – стержень, имеющий на одном конце углубление под замыкающую головку, а на противоположном боек – обжимка.

Рекомендации

Чтобы создать высококачественное неразъемное заклепочное соединение, следует прислушаться к советам профессионалов. Основные из этих рекомендаций представлены ниже.

• Клепка заклепок из стали диаметром (см. первый рисунок) d₃≤12,0 мм осуществляется вхолодную.

• Такой же подход применяется при работе с крепежом с тем же диаметром, но изготовленным из сплавов цветных металлов.

• Заклепки, диаметр стержня которых d₃>12,0 мм, подлежат нагреву до температуры в пределах 1000°С≤Т≤1100°С. Так будет обеспечено создание высококачественного шва. В данном случае вступают в действие законы физики. Остывшие заклепки укорачиваются, благодаря чему элементы конструкции стягиваются еще сильнее. Данное явление обусловливает увеличение силы трения контактирующих поверхностей скрепляемых деталей, предотвращающей сдвиг одной относительно другой.

• Диаметр отверстий для клепки, выполняемой вхолодную, должен быть больше этого параметра предполагаемой к использованию заклепки на пять сотых миллиметра. Для клепки горячей превышение должно составлять одну десятую миллиметра.

• Клепка, проводимая с помощью механических устройств, обеспечивает более надежную работу соединения по сравнению с такой процедурой, выполняемой вручную. Причина – при машинном способе заполнение отверстия металлом осуществляется лучше.

• Чтобы не возникали процессы коррозии, металл изготовления заклепок должен быть таким же, как и у скрепляемых деталей.

Плюсы и минусы заклепочного соединения

Из преимуществ заклепочного соединения эксперты выделяют:

• скрепление характеризуется высокой надежностью;

• простота контроля качества выполненной клепки;

• повышенный уровень устойчивости к воздействию нагрузок вибрационного и импульсного/ударного характера;

• возможность сопряжения элементов конструкции, изготовленных из металлов, трудно поддающихся сварке (например, алюминий, титан);

• соединяемые с помощью клепки детали сохраняют свои природные физико-химические характеристики;

• не возникают температурные деформации;

• демонтаж заклепок в ходе разборки не сопровождается повреждением элементов конструкции. Их можно использовать повторно.

В этом плане существует еще один важный момент. Как известно, в качестве сырья для производства заклепок используются металлы, характеризующиеся высокой пластичностью. Их разрушение предваряет появление существенных остаточных деформаций. Данное явление – нечто вроде сигнала об угрозе выхода соединения из строя. Увидев его, нужно будет незамедлительно предпринять предупредительные меры.

И еще. Сегодня создаются объекты, в которых скрепление осуществляется не сваркой, а большим количеством деталей для клепки (летательные аппараты, мостовые сооружения и пр.). Такой подход вызывает появление поблизости от отверстий в сопрягаемых элементах концентраций напряжений повышенного уровня. Но если трещина и появится, область ее распространения ограничена лишь промежутком между ближайшими отверстиями. Основная же часть соединения сохранит свою целостность.

К недостаткам заклепочного соединения следует отнести:

• высокие стоимостные показатели. Обусловлено это необходимостью проведения при клепке многих операций, начиная с разметки, включая высверливание либо продавливание отверстий, и заканчивая разогревом заклепок, их установкой и, собственно, клепкой;

• повышенные затраты металла. Отверстия априори ослабляют скрепляемые элементы. Поэтому для надежности конструкции эти детали должны быть потолще. Расход материала увеличивает также вариант создания стыкового заклепочного соединения с применением накладок. От всей массы конструкции на долю заклепок приходится 4 процента. Для сравнения: масса сварочных швов – полтора процента;

• создание соединения сопровождается шумом с немалыми децибелами и нагрузками ударного характера;

• невозможность сопряжения элементов со сложной конфигурацией.

Все эти недостатки настолько значимы, что соединения, формируемые посредством заклепок, в последнее время стали использоваться реже. Их заменили клеевые, сварные (где это возможно) и, кроме того, паяные соединения.

Применение

На фоне вышесказанного может возникнуть вопрос, в каких сферах производственной деятельности сохранилась актуальность скрепления элементов конструкции с использованием заклепок? Ответ на него звучит так:

• это объекты, работающие под воздействием высоких вибрационных и импульсных/ударных нагрузок, к уровню надежности которых предъявляются повышенные требования;

• в тех соединениях, для реализации которых сварочные и клеевые технологии малоэффективны, либо находятся на стадии разработки/усовершенствования.

Это же касается и деталей, прошедших этап финишной обработки. Сварка может вызвать их коробление по причине нагрева. Поэтому в данном случае ее применение недопустимо.

Особенно широкое применение получили заклепки для сопряжения разнородных материалов или тех, которые прошли этап холодной деформации (по-научному – были нагартованы), например, сталь-сплав на основе алюминия, холоднокатаный металлопрокат, соединения типа металл-неметалл.

Клепальные работы проводятся в значительном объеме в авиастроительной отрасли. В конструкцию современных лайнеров некоторых моделей входит, без преувеличения, просто огромное количество заклепок – свыше миллиона. Другие сферы широкого применения заклепочных сопряжений – процесс производства паровых котлов, строительство мостовых сооружений, в том числе железнодорожных, подъемно-транспортные механизмы и т.д.

Классификация заклепочных соединений

Подразделение заклепочных швов на классы производится по следующим критериям:

предназначение. Это швы:

• прочные. Применяются в летательных аппаратах, фермах подъемных кранов и мостов и т.д. Обеспечивают высокую прочность сопряжения;

• прочноплотные. Встречаются в емкостях и котлах с рабочей средой, находящейся под высоким давлением. Наряду с прочностью, сформированное соединение непроницаемо для газообразных и жидких веществ;

• плотные. Могут работать при относительно невысоких нагрузках. Используются для создания герметичных соединительных узлов;

взаимное расположение скрепляемых элементов. Наиболее распространенный вариант – заклепывание внахлестку. 

Применяется также соединение встык с использованием накладок – одной либо двух;

• количество рядов. По этому критерию швы бывают как одно-, так и многорядными. При соединении встык учету подлежат ряды, расположенные с одной стороны стыка;

• расположение в рядах заклепок. Швы параллельные либо в шахматном порядке;
  

• количество плоскостей среза. Данный критерий отображает условия работы заклепок. Согласно ему, швы подразделяются на:

• односрезные – у каждой крепежной детали одна плоскость среза. Например, соединение внахлест либо встык с использованием одной накладки;

• многосрезные – у заклепок по несколько плоскостей среза. Это, например, то же стыковое соединение, но с применением уже двух накладок.

Основные виды заклепок

Как видно, заклепочные соединения представлены в широком разнообразии. Благодаря данному фактору в сегменте метизов рынка стройматериалов присутствуют заклепки, отличающиеся как конструкцией, так и способом монтажа.

Выбор конфигурации закладной головки определяется предназначением соединения.

• Там, где к плотности и прочностным характеристикам шва предъявляются повышенные требования, применяются заклепки со шляпкой полусферической формы (поз. «а» на рисунке). Их производство регламентируют нормы двух ГОСТов. Стандарт за номером 14797-85 устанавливает требования к данным крепежным деталям, изготовленным с повышенной точностью (класс «А»). Нормы ГОСТа 10299-80 утверждают технические характеристики заклепок с полусферической шляпкой, произведенных с точностью, соответствующей условиям класса «В» и «С» – точность нормальная и грубая, соответственно.

• Заклепки со шляпками впотай и полупотай (поз. «б» и «в») целесообразно применять: в случае препятствования полусферических закладных головок перемещению определенных элементов конструкции; когда требуется минимизировать уровень гидро- или аэродинамического сопротивления (судостроение и авиастроение). Производство заклепок впотай регламентируют положения ГОСТа 10300-80 (точность изготовления должна соответствовать условиям классов «В» и «С»), а также стандарта №14798-85 – это уже точность класса «А». Метизы со шляпкой в полупотай изготавливаются по нормам ГОСТа 10301-80 с нормальной и грубой точностью.

• Заклепки со шляпкой бочкообразной конфигурации (поз. «г») применяются, если предполагается, что в ходе эксплуатации такой крепеж будет омываться горячими газообразными веществами, в проточных камерах паровых котлов (называются топками) и т.д. В процессе работы головки изменяют форму и становятся полукруглыми. Происходит это явление за счет их обгорания. Но прочность при этом не уменьшается.

• Изготовление заклепок с плосковыпуклой шляпкой (поз. «д») нормируется ГОСТом 14800-85. Сфера их применения – скрепление материалов, представляющих собой тонкие листы – толщиной не более 1,5 мм.

• Заклепки пустотелые/трубчатые (поз. «е») – их еще принято называть пистонами – производятся в соответствии с положениями трех Государственных стандартов под номерами 12638-80,12639-80 и 12640-80. Применяются данные метизы в соединениях типа металл-металл, не подвергающихся значительным нагрузкам, и, кроме того, для сопряжения неметаллических изделий, изготовленных, например, из фибры, гетинакса и т.п. Также трубчатые заклепки используются при производстве ПК. Там сквозь отверстие пропускаются тонкие провода. Изготовление заклепок полупустотелых регламентируют положения ГОСТа 12641-80. В их стержне на торце проделано несквозное отверстие/гнездо. Такая конструкция позволяет применять эти метизы в случаях недопустимости либо нежелательности подвергания их импульсным точечным воздействиям, проще говоря, ударам.

• Заклепки взрывные (поз. «ж») используются при работе в условиях с ограниченным доступом, когда сформировать замыкающую головку невозможно.

• Функцию расклепывающего инструментария здесь выполняет электронагреватель (поз. «1» на рисунке).  Место, на которое он прикладывается – закладная головка метиза (поз. «2»). Тепловая энергия, передаваемая по стержню заклепки, воздействует на взрывчатую смесь, из-за чего происходит взрыв. В результате выступающий сегмент стержня расширяется, образуя таким образом замыкающую головку (поз.3).

Материалы изготовления

В качестве сырья для производства заклепок используются цветные металлы и сплавы на их основе, стали, как легированные, так и углеродистые, а также материалы из неметаллов, которые нашли применение в сфере общего машиностроения. В частности, это:

• стали с низким содержанием углерода

1. кипящие марок Cт15кп, Cт10кп, Cт3кп, Cт2кп;

2. конструкционные качественные Cт15, Cт10;

3. конструкционные обыкновенного качества Cт3, Cт2;

• сталь легированная марки 12X18H9T;

• медный сплав M3. Особенность – применяется при создании криогенной аппаратуры;

• сплавы на основе алюминия:

1. алюминиево-магниевый AMг5;

2. дуралюмин заклепочный Д18;

3. технический, упрочняемый давлением AД1

и другие материалы. Они должны соответствовать следующим требованиям:

• обладать высокой пластичностью. Это способствует облегчению клепальных работ;

• иметь коэффициент расширения от воздействия температуры, совпадающий с этим показателем материала скрепляемых элементов. Так будут исключены дополнительные напряжения, связанные с температурными перепадами;

• характеризоваться однородностью с материалом изготовления склепываемых объектов. Это предотвратит образование гальванической пары, протекание в которой физико-химических процессов вызовет коррозию, разрушающую сформированное соединение.

Заключение

Чтобы создать надежное заклепочное соединение, нужно корректно подобрать сами крепежные детали. Сделать это помогут нижеприведенные цифры. Диаметр заклепок должен быть таким:

                                               D_з=(1,5…2,0)×ψ_мин., где

D_з –искомый параметр (диаметр заклепки);

ψ_мин. – меньшая из толщин склепываемых пластин.

Длина выступающего сегмента стержня (обозначение L) под замыкающую полусферическую головку принимает значение из диапазона 1,2D_з≤L≤1,5D_з, а под головку впотай 0,8D_з≤L≤1,2D_з.

 

Твитнуть

comments powered by Disqus