Заклепки, суцільні та сліпі конструкція, матеріали та застосування
Заклепки відносяться до постійних, незнімних кріпильних виробів. Ще недавно заклепки вважалися застарілими та неекономічними. Однак, в останні десятиліття заклепки повторно винайшли і з'явився такий вид заклепок, як сліпі заклепки. Нині їх широко застосовують, наприклад, у автомобілебудуванні. Знайшли своє застосування, хоча багато в чому обмежене, нові заклепки та у будівництві.
Класичні (суцільні) заклепки
Класичні заклепки є найстарішими та найбільш надійним типом механічних кріпильних виробів. Вони вимагають заздалегідь підготовленого отвору та доступу до з'єднання з обох боків. До встановлення класичне заклепування складається з циліндричного стрижня і головки на одному з кінців.
Часто класичні заклепки називають просто суцільними заклепками. Суцільні заклепки класифікують за формою головки та формою стрижня. Найчастіше застосовуються суцільні заклепки з круглою та плоскою головками, а іноді також з потайною головкою. Крім повністю суцільних стрижнів застосовують також напівтрубчасті та трубчасті (порожнисті) стрижні заклепок, щоб знизити зусилля, які потрібні для формування другої головки. Характеристики заклепувальної сполуки, у тому числі, міцнісні, значно залежать від типу заклепки, її матеріалу та форми.
Малюнок 1 — Різні види головок та стрижнів суцільних заклепок
При встановленні суцільного заклепки з її стрижня шляхом пластичного деформування формується друга головка, що стягує матеріали. Оскільки встановлена заклепка має головки по обидва боки з'єднання, вона може нести навантаження, що розтягує (вздовж своєї осі), проте призначена в основному для опору навантаженням на зріз(перепендикулярно до осі). Болти і гвинти, навпаки, призначені, в першу чергу, для опору навантаженням, що розтягують [1].
Процес встановлення заклепки залежить від типу стрижня заклепки. Стрижень суцільного заклепки розширюється в отворі в ході клепки і повністю заповнює його, що забезпечує щільне і надійне з'єднання (рисунок 2). У разі напівтрубчастої заклепки задня частина стрижня розвальцьовується і створює зусилля, які стискають матеріали разом, а діаметр стрижня всередині отвору залишається практично без змін. Тому часто напівтрубчасті та трубчасті заклепки застосовують для створення осі між елементами, які повертаються відносно один одного.
В алюмінієвих конструкціях застосовують майже виключно алюмінієві заклепки з холодною установкою, тобто без їх попереднього нагрівання. Їх застосовують там, де потрібна надійність та безпека, наприклад, у несучих конструкціях літаків, а також у критичних автомобільних компонентах.
Малюнок 2 — Встановлення суцільного заклепування
Сліпі заклепки
Типи сліпих заклепок
Основною особливістю сліпих заклепок є те, що ці кріпильні вироби встановлюються та заклепуються з одного робочого боку із застосуванням попередньо підготовленого отвору. Конструкції та способи встановлення сліпих заклепок мають багато варіантів (рисунок 3). Однак тільки частина їх застосовуються для конструкційних, несучих з'єднань, інші — для допоміжних, декоративних цілей.
Малюнок 3 — Різні типи сліпих заклепок
Стандартні (витяжні) сліпі заклепки
Основним типом сліпих заклепок, які застосовуються як конструкційні кріпильні вироби, є сліпі заклепки з відривним сердечником. У нас вониотримали назву «витяжні заклепки»
Стандарти та терміни
В українській версії міжнародного стандарту ISO, ДСТУ ISO 14588-2005 офіційною загальною назвою всіх таких заклепок є: «заклепки „сліпі“» (рис. 4). В англійській версії стандарту DIN 7337, вже заміненого на європейські (міжнародні) стандарти, цей вид заклепок називався "break mandrel blind rivets", тобто "заклепки сліпі, з відривним сердечником". Американський галузевий стандарт IFI 114, який був першим стандартом таких заклепок, називає їх «break mandrel rivets», тобто «заклепки з відривним сердечником». На практиці і часто в технічній літературі ці заклепки називають «витяжні заклепки».
Малюнок 4 - Терміни за ГОСТ Р ИСО 14588-2005:
1 — корпус «сліпої» заклепки, 2 — кінець «сліпої» заклепки, 3 — головка «сліпої» заклепки, 4 — стрижень «сліпої» заклепки, 5 — серцевина «сліпої» заклепки, 6 — сердечник, 7 - головка сердечника, 8 - зона відриву сердечника, 9 - хвостовик сердечника, 10 - кінець сердечника.
Переваги витяжних заклепок
Трьома основними причинами застосування витяжних заклепок є:
Низька вартість установки. Інші методи з'єднання матеріалів – зварювання, гвинти, болти з гайками та суцільні заклепки – вимагають більшої витрати людської праці.
Різноманітність. Витяжні заклепки мають багато типів, розмірів та поєднань матеріалів, щоб задовольняти специфічні конструкторські вимоги.
Надійність. Правильно підібрана та встановлена витяжна заклепка здатна витримувати високі механічні навантаження та жорсткі кліматичні дії.
Обмеження витяжних заклепок
Проте витяжні – «сліпі» – заклепки мають свої обмеження:
Міцність заклепок обмежена характеристиками міцності застосовуваних в ній матеріалів і особливостями її порожнистої форми.
Може застосовуватись лише для з'єднання відносно тонких матеріалів.
Встановлення витяжних заклепок
Сліпі - витяжні - заклепки встановлюються в щільний отвір, який проходить через матеріали (кроки 1 і 2) - малюнок 5. Заклепувальний інструмент, який називають заклепочником, захоплює хвіст сердечника і тягне його на себе, утримуючи при цьому заклепку на місці (крок 3 ). Коли сердечник витягується, він деформує заклепку та формує задню, сліпу голівку заклепки. У певний момент осердя обривається і частина його разом із головкою залишається в заклепці (крок 4). Головка заклепки, що утворилася на задній частині з'єднання, міцно притискає матеріали один до одного.
Зусилля розриву сердечника
Зусилля, яке потрібно, щоб відірвати сердечник, визначається кількістю деформації, яка потрібна для формування задньої головки заклепки, і діаметром паза (засічки) на сердечнику. Зусилля розриву сердечника задається таким чином, щоб:
— по-перше, уникнути виникнення надто великого зусилля затискання, яке може пошкодити матеріали, що з'єднуються, і
- по-друге, його величина була достатньою для виконання щільного з'єднання матеріалів.
Товщина заклепувального з'єднання
Витяжні заклепки конструюються так, щоб з'єднувати разом матеріали із заданою загальною товщиною. Кількість деформації тіла заклепки, що відбувається при її осіданні, залежить від цієї товщини (рисунок 6).
Малюнок 6 - Захоплення заклепувального з'єднання
Якщо заклепка занадто довга, то на сліпій стороні з'єднання залишатиметься занадто багато матеріалу.заклепки і потрібно більше зусилля для розриву сердечника.
Якщо заклепка занадто коротка, то на «сліпій» стороні з'єднання може бути недостатньо матеріалу заклепки, щоб забезпечити щільне з'єднання матеріалів.
Типи головок витяжних заклепок
Сліпі заклепки мають кілька типів головок (рисунок 7). Головки заподлицо призначені для випадків, коли заклепки не повинні виходити за поверхню. Широкі голівки застосовують для кріплення м'якіших матеріалів, щоб збільшити площу контакту.
Рисунок 7 - Основні типи головок
а - стандартна, б - потаємна, в - широка
Матеріали стрижнів та сердечників
Витяжні заклепки заслужили свою популярність завдяки легкості встановлення та різноманітності застосовуваних форм та матеріалів. Застосування витяжних заклепок у різних галузях промисловості та будівництва створює потребу в заклепках з різних типів матеріалів.
Зазвичай вирішальними факторами при виборі матеріалів компонентів витяжного заклепки — власне заклепки та сердечника — є міцність, корозійна стійкість та матеріали, які будуть з'єднувати цією заклепкою.
Матеріали стрижнів та сердечників:
Алюмінієво-магнієві сплави (серія 5ххх): AlMg2,5; AlMg3, AlMg5.
Оцинкована вуглецева сталь.
Нержавіючі сталі 304 чи 316.
Гальванічна корозія на заклепках
Коли різнорідні метали перебувають у контакті у присутності якогось електроліту, всі вони піддаються гальванічної корозії, причому один метал корродує швидше, а інший — повільніше.
Швидкість корозії залежить від:
різниці хімічних потенціалів металів;
ступеня електропровідності електроліту та
відносних розмірівплощ контактуючих металів.
Витяжні заклепки можуть застосовуватися з такими різнорідними матеріалами як алюміній, нержавіюча сталь, низьковуглецева сталь, оцинкована сталь і мідь. При застосуванні заклепок у вологій, хімічно забрудненій та морській атмосфері повинні бути вжиті заходи щодо мінімізації гальванічної корозії:
уникати утворення з'єднання з різнорідних металів шляхом правильного вибору матеріалу корпусу заклепки;
встановлювати бар'єр між різнорідними матеріалами, наприклад у вигляді шару фарби, пластмасової шайби або гумового ущільнювача;
вживати заходів щодо влаштування дренажу, щоб дозволити воді та іншим електролітам виходити з конструкції.
Гальванічна сумісність металів
Алюмінієві заклепки можуть застосовуватися без обмежень для кріплення алюмінієвих деталей та матеріалів.
Заклепки з нержавіючих сталей 304 та 316 застосовуються без обмежень для кріплення нержавіючих сталей. Застосування нержавіючих заклепок для з'єднання деталей з алюмінієвих сплавів та оцинкованої сталі можливе лише у сільських районах та районах із сухим кліматом та слабко забрудненою атмосферою.
Особливості застосування витяжних заклепок
«Захоплення» заклепки
Технічні характеристики будь-якої витяжної заклепки включає мінімальне і максимальне захоплення матеріалів, що скріплюються. Англійською він називається «grip». Максимальне захоплення - це найбільша товщина комбінації матеріалів, які дане заклепування може скріпити разом. Мінімальне захоплення - це така товщина, для якої існує потрібно застосовувати коротше заклепку з існуючого розмірного ряду заклепок. Наприклад, заклепку з мінімальним захопленням 6 мм можна застосовувати і для меншої товщини, на задній стороні заклепки будезалишатися більше тіла заклепки, ніж це має бути у заклепки нормального розміру (рисунок 8, а) та б)). Іноді ця надмірна довжина може заважати суміжним деталям конструкції. Так звані «мультизахоплювальні» заклепки є в цьому сенсі універсальнішими і можуть працювати в широкому діапазоні захоплення (рисунок Х, в)).
Так звані «мультизахоплювальні» заклепки (рисунок 8, в) є в цьому сенсі універсальнішими і можуть працювати в широкому діапазоні захоплення, але коштують вони дорожче.
Розмір отвору під витяжну заклепку
Правильне отвір дуже важливе для отримання максимальної несучої здатності витяжної заклепки. Навіть невелике збільшення розміру може призвести до різкого зниження несучої здатності заклепок як на розрив, так і на зріз. Тому при встановленні заклепок застосовують точно задані розміри свердла та гарний свердлильний інструмент, щоб не отримати розбитий отвір, як показано на малюнку 9б.
Малюнок 9 - а - нормально, б - не допускається
Не стягувати матеріали заклепкою
Як багато інших кріпильних виробів, заклепки не призначені для того, щоб стягувати матеріали один з одним. Вони повинні застосовуватися, коли скріплювані матеріали вже тимчасово притиснуті один до одного тим чи іншим способом. Якщо ж намагатися стягувати матеріали разом за допомогою заклепки, то заклепка може почати формувати задню головку між матеріалами, як це показано на малюнку 10. Цей дефект дуже важко усувати, так для цього потрібно висвердлити заклепку, видалити залишки заклепки між матеріалами, просвердлити отвір зі збільшеним діаметром та встановити нове заклепування зі збільшеним діаметром.
1. EAA Aluminium Automotive Manual - Joining. 8. Mechanical joining
3. AjaxRivet Handbook
ТОВ «Алюком» р. Москва, вул. Нагатинська, 16, стор 9, офіс 2-5
Виробництво та склад: Калузька обл., м. Малоярославець, вул. Калузька, 64.