4.2. Материалы для изготовления заклепок
Заклепки изготавливают из металлов, обладающих вязкостью и пластичностью в холодном состоянии (сталь, медь, латунь, алюминий, серебро и др.).
Для горячеклепаных соединений применяют заклепки из углеродистых сталей 30, 35, 45. В специальных соединениях заклепки в зависимости от условий работы делают из коррозионностойких сталей, жаропрочных и жаростойких сплавов.
Заклепки для холодного соединения стальных деталей изготавливают из мягких пластичных сталей 10, 20, в ответственных соединениях – из сталей 15Х, 20Х, обладающих пластичностью и повышенной прочностью.
Сталь представляет собой сплав железа с углеродом и другими химическими элементами. Стали 10,20,30,35,40 – углеродистые качественные конструкционные стали; стали 15Х, 20Х – легированные конструкционные стали. Число марки указывает среднее содержание в стали углерода в сотых долях процента. Буква Х указывает на наличие хрома.
Для соединения цветных металлов, а также для соединения мягких материалов к металлическим деталям применяют заклепки из меди, латуни, бронзы, алюминия и алюминиевых сплавов. При повышенных требованиях к коррозионной стойкости заклепки делают из нержавеющих сталей, никелевых и титановых сплавов.
Для соединения деталей из благородных металлов и сплавов применяют заклепки из соответствующих материалов (сплавы золота, серебра, платины).
В холодноклепаных соединениях не рекомендуется применять металлы с различным электрохимическим потенциалом, потому что образуются гальванические пары, вызывающие коррозию. Как правило, заклепки делают из того же материала, что и склепываемые детали.
В соединениях с разнородными металлами (например, алюминиевые заклепки в деталях из магниевых и медных сплавов) необходимо антикоррозионное покрытие заклепок (кадмием или цинком) [4].
4.3. Виды заклепок
В зависимости от требований к поверхности, заклепки могут иметь полукруглую, потайную, полупотайную или плоскую головку (рис. 4.3).
Рис. 4.3. Виды заклепок: а – заклепка с полукруглой головкой;
б – заклепка с потайной головкой; в – заклепка с полупотайной головкой;
г – заклепка с плоской головкой
Заклепки выполняются по ГОСТ 10304–80 и по стандартам на виды заклепок. Заклепки с полукруглой (сферической) головкой выполняются по ГОСТ 10299–80, с потайной головкой – по ГОСТ 10300–80, с полупотайной головкой – по ГОСТ 10301–80, с плоской головкой – по ГОСТ 10303–80.
Соединения деталей из мягких материалов (кожи, пластмасс и т.п.), не требующие повышенной прочности, могут выполняться с помощью пустотелых (трубчатых) заклепок (рис. 4.4). Размеры и параметры таких заклепок приведены в ГОСТ 12644–80.
Рис. 4.4. Пустотелая заклепка
Выбор параметров заклепки
Наиболее широкое распространение получили заклепки с полукруглой головкой (рис. 4.5) и потайной головкой (рис. 4.6). Размеры заклепок с полукруглой головкой приведены в табл. 4.1, заклепок с потайной головкой – в табл. 4.2.
Из какого металла изготавливают заклепки
Как правило, вытяжные заклёпки изготавливаются из следующих материалов:
- Сталь без покрытия
- Оцинкованная сталь
- Нержавеющая сталь A2 или A4
- Различные сплавы алюминия
- Монель (сплав меди и никеля)
- Медь
- Бронза
- Полиамид
В зависимости от сферы применения заклёпки эти материалы могут комбинироваться между собой. Например, стержень заклёпки (сердечник) может быть из оцинкованной стали, а сама заклёпка из алюминия. Кстати, именно поэтому этот вид крепёжных изделий ещё называют комбинированной заклёпкой.
Выбор материала заклёпки
Основной принцип подбора заклёпки по материалу заключается в том, чтобы материал заклёпок максимально совпадал по своим физическим и механическим свойствам с материалом соединяемых деталей. Например, чрезмерное усилие заклёпки из нержавеющей стали может деформировать поверхность более мягкого материала (пластик или алюминий).
Гальваническая пара
Не следует забывать и о коррозии. Гальваническая коррозия появляется в месте соединения двух разнородных металлов в коррозийной среде (электролите). Электролитом может быть любая жидкость, проводящая электрический ток, например, обычная влага, содержащаяся в воздухе. Степень коррозии соединения будет зависеть от концентрации электролита, а также от разницы электрохимических потенциалов соединяемых металлов. Если вы не уверены в правильном выборе материала заклёпки, во избежание появления гальванической коррозии воспользуйтесь таблицей электрохимических потенциалов (так называемый электрохимический ряд). Чем дальше друг от друга разнесены соединяемые материалы в таблице, тем интенсивней будет проходить электрохимическая коррозия и тем быстрее разрушится соединение. При взаимодействии разнородных материалов в соединении, коррозии будет подвергаться более электроотрицательный материал (на нашей иллюстрации такой материал расположен выше), так как в данной гальванической паре он является восстановителем, отдавая свои катионы более положительно заряженному материалу.
Как избежать гальванической коррозии?
Вот несколько простых советов, как избежать гальванической коррозии в вашем заклёпочном соединении:
- Убедитесь в том, что материал заклёпки и материал соединяемых деталей находятся как можно ближе друг к другу в таблице электрохимических потенциалов.
- Создайте диэлектрический барьер между корродирующими материалами. Это может быть слой краски, неметаллическая шайба или прокладка.
- Подберите заклёпку таким образом, чтобы в вашем соединении она стала катодом, то есть, материал заклёпки должен быть более электроположительным. На практике это означает, что при возникновении гальванической коррозии в соединении, анод (поверхность соединяемых материалов) будет восстанавливать катод (заклёпку). Это наилучший сценарий, учитывая, что, как правило, площадь поверхности соединяемых материалов гораздо больше площади заклёпки.
- Если заклёпка имеет определённое покрытие, именно материал покрытия должен быть максимально близок к материалу соединяемых материалов в таблице электрохимических потенциалов.
Цветные заклёпки
Некоторые задачи предусматривают использование цветных вытяжных заклёпок. В этом случае заклёпки могут быть окрашены порошковой краской в определённый цвет согласно международной системе соответствия цветов RAL.
Заклепки: одинаковые на вид, но с массой различий
Дата публикации: 03.02.2016
Заклёпочное соединение применяется с очень давних (если не сказать древних) времён. И хотя современные технологии, такие как болтовые, сварочные, клеевые соединения, в ряде случаев оказываются выгоднее, применение заклёпок в специфических условиях (в конструкциях, работающих при ударных нагрузках или сильной вибрации, при соединении несвариваемых материалов и т.п.) более чем оправдано.
Принцип соединения
Заклёпка представляет собой короткий пруток из пластичного материала с плоско-выпуклой головкой и продолговатой ножкой. Для соединения двух деталей (к примеру, листовых панелей) их края накладывают друг на друга и сверлят сквозное отверстие. В него вставляется ножка заклёпки – до упора в головку с одной стороны. А с другой, ножка расплющивается ударной нагрузкой (без нагрева или при повышенной температуре). Получается неразборное соединение, которое отлично противостоит нагрузке, действующей как в плоскости, параллельной оси заклёпки, так и перпендикулярной ей. При расплющивании от удара ножка заклёпки утолщается по всей длине и заполняет пространство отверстия в соединяемых деталях. Возникающий при этом натяг обеспечивает дополнительную прочность и герметичность соединения.
Какие бывают заклёпки?
В зависимости от действующих нагрузок, условий монтажа и формы соединяемых деталей, применяются заклёпки различного вида:
- «классические» (или обычные) – для узлов общего назначения. Клёпка производится в обычных условиях или с нагревом;
- стержневые – применяются для крепления деталей, работающих при значительных нагрузках;
- трубчатые и полутрубчатые – используются в низконагруженных соединениях. Обеспечивают очень высокую скорость заклёпки;
- пистонные – подходят для скрепления податливых материалов;
- вытяжные (закладные, тяговые) – позволяют осуществлять соединение деталей при одностороннем доступе.
Каждый вид заклёпок имеет специфические преимущества и недостатки, что и определяет области их применения.
Вытяжные заклёпки
Одним из широко применяемых видов крепежа являются т.н. вытяжные заклёпки. Хорошо известно, что главными недостатками заклёпочных соединений являются низкая производительность, высокий шум при клёпке, сложная технологическая оснастка, необходимость доступа к заклёпкам с обеих сторон и ряд прочих. Чтобы устранить эти недостатки, сохранив безусловные достоинства клепаных соединений, были разработаны технологии односторонней клёпки. А заклёпки соответствующей конструкции получили название вытяжных (или отрывных, слепых, тяговых).
Вытяжная заклёпка представляет собой составной узел, состоящий из тела и стержня. Тело включает головку с бортиком и пустотелую сминаемую цилиндрическую втулку.
По виду головок вытяжные заклёпки бывают:
- с высоким бортиком;
- с широким бортом – обеспечивают наиболее прочное соединение, но образуют «горбики» в месте крепежа;
- с потайным бортиком – прячутся заподлицо к поверхности скрепляемой детали (но отличаются меньшей надёжностью).
Сминаемая втулка является основным рабочим элементом заклёпки. Именно диаметр и длина цилиндра определяют габаритные размеры заклёпки – по ним осуществляется выбор крепежа для конкретных условий.
В исходном состоянии рабочий цилиндр заклёпки одет на вспомогательный стержень. Перед началом соединения стержень вставляется в технологическую оправку, а противоположный конец (где располагается головка втулки-заклёпки) вставляется в отверстие скрепляемых деталей. При движении стержня он сминает и вытягивает цилиндр «наружу», в направлении оправки. А затем стержень отламывается по технологическому шву (заподлицо с краем головки лицевой стороны) – в отверстии остаётся заклёпка, расплющенная с обеих сторон. Процесс очень похож на вытаскивание пробки штопором – как если бы пробка сплющивалась с нижнего конца и блокировала отверстие горлышка.
Материал заклёпок
Вытяжные заклёпки изготавливают из:
Разнообразие материала для вытяжных заклёпок обусловлено различием условий их применения. Хорошо известно, что при поверхностном контакте алюминий и сталь выступают как гальваническая пара. В результате химическая коррозия быстро «съедает» алюминий, и заклёпочное соединение разрушается. Следовательно, для крепления стальных деталей алюминиевые вытяжные заклёпки применять нельзя (несмотря на их привлекательную стоимость). Для других материалов также имеются нюансы. К примеру, медные заклёпки являются самыми универсальными (без проблем контактируют с любыми материалами соединяемых деталей). Но их отличает сравнительно высокая стоимость и потеря «товарного вида» (со временем медь покрывается зеленоватым налётом), хотя прочность соединения при этом сохраняется! Если же требуется максимальная выносливость соединения, необходимо применять стальные заклёпки (из нержавеющей стали – если условия среды агрессивные).
Алюминиево-магниевые сплавы
Вытяжные заклёпки из алюминия широко применяются для крепления облицовочных материалов при проведении наружных и внутренних строительных работ. Для придания заклёпкам прочности к алюминию добавляют магний. Его количество определяет прочность сплава (при добавлении 7% магния прочность возрастает почти в 6 раз!).
Особенности выбора крепежа
Тип крепёжных элементов выбирается исходя из требований к заклёпочному соединению. В настоящий момент на рынке доступны следующие виды вытяжных заклёпок:
- универсальные (комбинированные) – применяются для крепления деталей из твёрдых и сверхтвёрдых материалов, а также тонких листовых оболочек;
- герметичные метизы – специфический вид вытяжных заклёпок, применяемый в основном в судостроительной отрасли. Характерная особенность этого крепежа — запаянный торец заклёпки (чем и обеспечивается герметичность). Чаще всего, подобные заклёпки изготавливают из меди. Однако могут применяться и алюминий, и нержавеющая сталь;
- многозажимные – имеют набор сминаемых втулок (от двух, до пяти) и могут использоваться для крепления пакетов из нескольких деталей единственной односторонней заклёпкой. При этом обеспечивается подвижность соединения;
- усиленные метизы – в таких заклёпках рабочая сминаемая втулка представляет собой цилиндр с утолщёнными стенками. Чаще всего, усиленные заклёпки делаются из алюминия.
Прежде чем определиться с выбором типоразмера заклёпок, необходимо знать:
- толщину скрепляемых деталей;
- предельные нагрузки, которые должно выдерживать соединение;
- материал скрепляемых деталей (алюминий, сталь, неметалл и т.п.);
- требования к внешнему виду соединения (допустимы ли «торчащие» заклёпки).
Имея эти исходные данные, легко подобрать конкретный тип вытяжных заклёпок по фирменным каталогам производителей. При этом главными критериями выбора остаются сочетание «цена-бренд-качество».
Монтаж заклёпок
Монтаж вытяжных заклёпок осуществляется легко и быстро, если использовать специализированный инструмент. В настоящее время на рынке имеется большое разнообразие заклепочников – механических, пневматических, даже электрических. При отсутствии специального инструмента стержень заклёпки можно вытянуть и плоскогубцами. Однако такой метод «домашнего мастера» требует значительных физических сил и подходит, конечно же, только при низких требованиях к надёжности соединения.
Для монтажа вытяжной заклёпки нужно просверлить отверстие в соединяемых деталях. Его диаметр должен быть равен (либо на 0,1 мм меньше) диаметру цилиндра заклёпки. Глубина отверстия также должна равняться длине цилиндра (за минусом зоны расклёпочного участка). Затем в отверстие вставляется заклёпка (стержнем наружу) и вытягивается с помощью инструмента – вот и всё!
Материал заклепок
Для горячеклепаных соединений общего назначения применяют заклепки из углеродистых сталей 30, 35 и 45. В специальных соединениях заклепки в зависимости от условий работ делают из коррозионностойких сталей, жаропрочных и жаростойких сплавов.
Заклепки для холодного соединения стальных деталей изготовляют из пластичных сталей 10, 20, а в ответственных соединениях — из сталей 15X, 20Х, обладающих наряду с пластичностью повышенной прочностью.
Для соединения цветных металлов, а также для присоединения мягких материалов к металлическим деталям применяют заклепки из меди, латуни, бронз, алюминия и алюминиевых сплавов. При повышенных требованиях к коррозионной стойкости заклепки делают из коррозионностойких сталей, монель-металла, никелевых и титановых сплавов.
Для склепывания силовых соединений из алюминиевых сплавов применяют заклепки из дюралюминия Д1, Д16.
Пользуясь свойством старения дюралюминия, заклепки ставят в свежезакаленном состоянии (закалку производят в воду с температуры 500—520°С), когда материал заклепок в течение 0,5—2 ч после закалки сохраняет пластичность. После выдержки в течение четырех-шести суток при t = 20°C (естественное старение) материал заклепок застаревает, приобретая повышенную прочность и твердость. Искусственное старение (выдержка при 150—175°С) сокращает продолжительность застаревания до 1—4 ч.
В массовом производстве консервируют большие партии закаленных заклепок в холодильных камерах с температурой около –50°С, задерживающей старение практически на неограниченный срок.
Деформируемые сплавы Д1П, Д18, В65, В95 обладают достаточной пластичностью после старения и поддаются расклепыванию в этом состоянии.
В холодноклепаных соединениях не рекомендуется применять металлы с различным электрохимическим потенциалом, образующие гальванические пары и вызывающие коррозию. Как правило, заклепки делают из того же материала, что и склепываемые детали.
В соединениях с разнородными металлами (например, алюминиевые заклепки в деталях из магниевых и медных сплавов) необходимо антикоррозионное покрытие заклепок (кадмием или цинком).