Как обеспечить герметичность соединения при клепке

Обновлено: 15.06.2024

Заклепочное соединение деталей получило широкое применение в строительстве, машиностроении, приборостроении и многих других отраслях. Заклепки — это широкая категория метизов, которые позволяют создавать прочные и жесткие неразъемные соединения. Монтажные узлы рассчитаны на высокую долговечность при значительных эксплуатационных нагрузках. Разберем основные особенности, достоинства и недостатки заклепочных соединений.

Заклепочное соединение — особенности строения

Заклепочные соединения относятся к неразъемным соединениям, которые используются для сопряжения элементов конструкций из разных материалов. Как правило, они служат для скрепления деталей из листового металла. Заклепочное соединение состоит из двух или более сопрягаемых деталей и заклепки, которая создает усилия, удерживающие вместе соединительные элементы. Заклепка вставляется в соосные монтажные отверстия, выполненные в сопрягаемых изделиях методом сверления или продавливания. Метод выполнения отверстий выбирают в зависимости от материала деталей и их толщины.

Заклепка состоит из следующих частей:

стержень круглого сечения;
закладная головка, выполненная в процессе изготовления крепежного элемента;
замыкающая головка, которые формируется в процессе клепки.

Это классическая конструкция простой заклепки, которая имеет широкое применение. Также для монтажа отдельных узлов разработано значительное число видов заклепочного крепежа. Для изготовления заклепок сегодня используются специальные высадочные автоматы. Стержень заклепки может быть сплошным или иметь сквозное отверстие.

Клепка производится вручную при помощи специального инструмента, либо при помощи пневматических клепальных молотков и прессов. Часто для соединения деталей используется много заклепок, установленных по единой оси. Такое соединение называют заклепочным швом.

Виды заклёпочных швов

Заклепки Читать далее: Основные критерии работоспособности при расчете деталей машин

3. Виды заклёпочных швов

Место соединения деталей заклёпками называется заклёпочным швом, которые делятся на три вида [24].

Прочный шов имеет несколько рядов заклёпок и применяется при клёпке балок, колонн, мостов и т. д.

Плотный шов применяют для герметических конструкций (резервуаров не подвергающихся высоким давлениям) при небольших нагрузках. Для герметичности шва используют прокладки из пропитанной олифой бумаги или ткани. Выполняют клёпку холодным способом.

Прочноплотный шов выполняют горячей клёпкой с помощью клепальных машин с последующей подчеканкой головок заклёпок и кромкой листов. Заклёпочные швы делятся на однорядные, двухрядные и многорядные, а в зависимости от расположения заклёпок – на параллельные и шахматные [20].

В каждом заклепочном соединении заклепки располагают в один, два и более рядов.

В соответствии с этим заклепочные швы делятся на однорядные, двухрядные, многорядные, параллельные и шахматные (рис. 4).

Различают клепку ручную, механизированную, при которой применяют пневматические клепальные молотки, и машинную, выполняемую на прессах одинарной и групповой клепки.

При ручной клепке применяют слесарные молотки с квадратным бойком, поддержки, обжимки, натяжки и чеканки [19].

Массу молотка выбирают в зависимости от диаметра заклепки.

Поддержки являются опорой при расклепывании стержня заклепок. Форма и размеры поддержек зависят от конструкции склепываемых деталей и диаметра стержня заклепки, а также от выбранного метода клепки (прямой или обратный). Поддержка должна быть в 3—5 раз массивнее молотка.

Обжимки служат для придания замыкающей головке заклепки после осадки требуемой формы. На одном конце обжимки имеется углубление по форме головки заклепки.

Рис. 4. Заклепочные швы: а — однорядный в нахлесточном соединении; б — однорядный в стыковом соединении; в — однорядный в стыковом соединении с одной накладкой; г — двухрядные с шахматным расположением заклепок в стыковом соединении с одной накладкой

Натяжка представляет собой бородок с отверстием на конце. Натяжка применяется для осаживания листов [7].

Чекан представляет собой слесарное зубило с плоской рабочей поверхностью и применяется для создания герметичности заклепочного шва, дости-аемой обжатием (подчеканкой) замыкающей головки и края листа.

Клепка бывает двух видов: обыкновенная, когда обе головки заклепок возвышаются над поверхностями склепываемых деталей, и потайная, когда головки заклепок скрыты заподлицо с поверхностями склепанных деталей. Детали из сортовой стали склепывают с деталями из кровельной стали заклепками диаметром 2…3 мм. Закладные головки заклепок при этом должны располагаться на более тонкой детали. Детали соединяют заклепочными швами в один и реже в два ряда. Соединяемые листы укладывают при этом внахлестку (рис. 5).

Рис. 5. Заклепочные швы: а — соединение внахлестку с одним рядом заклепок; б — соединение внахлестку с двумя рядами заклепок; 1 — лист; 2 — заклепка; d — диаметр отверстия

Шаг между заклепками склепываемых листов для однорядных швов делают не менее 3d. Расстояние от центра заклепки до кромки соединяемых деталей должно составлять 1,5d стержня заклепки. Диаметр отверстия для заклепок просверливают на 1/10 больше диаметра стержня заклепок. Когда детали склепывают впотай, отверстия под головки в деталях раззенковывают под углом 60…90° на глубину, равную высоте закладной головки. Рабочие операции клепки (рис. 6) выполняют следующими инструментами: поддержкой 4, осадкой 1, обжимкой 6 и молотком 5 массой не более 0,3 кг.

Рис. 6. Рабочие операции клепки: а — осаживание соединяемых листов; б — расклепка стержня заклепки молотком; в — формирование головки; 1 — осадка; 2 — заклепка; 3 — заклепываемые листы; 4 — поддержка; 5 — молоток; 6 — обжимка

Поддержка предназначается для укладки закладной головки заклепки, поэтому поверхность поддержки, на которую опирается закладная головка, должна иметь лунку по форме головки. Осадка служит для уплотнения склепываемых листов 3, обжимка — для окончательного оформления замыкающей головки оставляемой заклепки. Склепывание деталей начинают с постановки маячных заклепок на концах шва и нескольких заклепок, симметрично располагаемым между маячными. Процесс клепки слагается из следующих операций: подгонки склепываемых деталей; разметки деталей для сверления в них отверстий под заклепки; сверления отверстий (при клепке впотай и зенковании); установки заклепок; осадки склепываемых деталей для плотного примыкания их одна к другой и к замыкающей головке заклепки; окончательного формирования замыкающей головки обжимкой [4].

Заклепки Читать далее: Основные критерии работоспособности при расчете деталей машин

Раздел: Промышленность, производство Количество знаков с пробелами: 47713 Количество таблиц: 0 Количество изображений: 16

Под воздействием вибрации, ударов и других механических воздействий резьбовые соединения различных узлов и механизмов транспортных средств, промышленного оборудования и другой техники ослабляются, что приводит к их непроизвольному откручиванию. Для предотвращения ослабления и разбалтывания задействуют специальные составы, которые сегодня выпускаются несколькими производителями, включая и Chester Molecular.

Что это за вещества?

Фиксаторы резьбы – однокомпонентные клеевые анаэробные смеси, которыми обрабатывают участки сопряжения резьбовых пар перед сборкой. Заполняя все зазоры, они надежно фиксируют детали и пресекают их самопроизвольную раскрутку даже при сильной вибрации и других механических нагрузках.

Принцип действия веществ следующий: в процессе соединения резьбовой пары доступ атмосферного воздуха к нанесенному материалу перекрывается, поэтому он полимеризуется, формируя на обработанной поверхности устойчивое соединение со 100% адгезионным контактом, пресекающим появление коррозии.

Сферы применения

Средства задействуются для фиксации и центрирования любых резьбовых соединений. Их использование – более эффективный вариант, чем применение традиционных механических приспособлений, таких как отгибная шайба, полимерная вставка, контргайка, гровер и т.д. Заполняя полости между ветками резьбы, вещества обеспечивают равномерную нагрузку по всей плоскости компонента. Также фиксаторы пресекают утечку газов и жидкостей, находящихся внутри конструкций.

Материалы широко используются при строительстве транспортных средств и во многих других направлениях промышленности. Их применяют при крепеже тормозных суппортов, в конструкциях КПП и механизмов рулевого управления. Также вещества задействуются в процессе ремонта бытовых приборов, велосипедов, бензопил и другой техники. Кроме этого применение фиксаторов востребовано в узлах и механизмах, где существует вероятность попадания в резьбу воды, пыли или грязи.

Фиксация скользящих и вал-втулочных узлов

Для крепления подшипниковых узлов, шестерней, заглушек, втулок и прочих разновидностей скользящих соединений также используют фиксирующие составы. Соединение осуществляется двумя способами:

Посадка с зазором – застывшее вещество передает нагрузку и крутящий момент.
Посадка с натягом – крутящий момент между компонентами перенаправляется за счет адгезии и трения, формируемого остаточным напряжением.

Оба варианта предполагают предварительную очистку поверхности либо задействование специальных составов Chester Molecular, которые не теряют своих свойств под воздействием грязи, влаги и других агрессивных сред.

Разновидности

Chester Molecular выпускает фиксаторы нескольких групп: A, B, C, D, E. Каждый состав относится к одной из трех категорий:

Все смеси анаэробные, помещаются в тюбики, банки и другие сосуды. Они не вступают в реакцию с кислородом. После попадания на поверхность, в условиях, когда объем воздуха минимизируется (при закручивании резьбы), вещества застывают, выполняя все свои функции.

Состав

Основа многих жидких фиксаторов - полигликоль метакрилат, а также специальные добавки. В более сложных смесях (категории D и E) может присутствовать акриловая кислота, бисфенол А этоксила диметакрилат, 2-гидроксипропилметакрилат и т.д.

Характеристики

Клеи герметики Chester Molecular обладают следующими свойствами:

облегчение монтажа за счет высоких смазывающих показателей;
обеспечение равномерности распределения нагрузки между частями резьбы;
препятствование самоотвинчиванию;
обеспечение герметичности соединения, вне зависимости от усилия затяжки;
защита поверхности от коррозии – демонтаж соединений проходит без повреждений;
устойчивость к различным жидкостям и топливу.

Время полимеризации у разных материалов неодинаковое и зависит от состава конкретного вещества. Отдельные разновидности не сразу проявляют свои свойства, поэтому скрепленный механизм не рекомендуется сразу использовать на максимальных нагрузках. Иначе необходимо точно знать время полного застывания фиксатора.

Кроме этого, при подборе средства для конкретного узла нужно знать уровень ответственности соединения, условия работы, приблизительное число разборок и сборок механизма, размеры соединяемых компонентов, их месторасположение и степень доступности.

Жидкие герметики удобнее всего наносить через капельницу флакона. При задействовании шпателя или кисти анаэробную смесь переливают в удобный стеклянный или эмалированный сосуд.

Лучшие фиксаторы от Chester Molecular и других производителей

Chester Molecular – мировой лидер по производству веществ для обработки резьбовых соединений любой транспортной и промышленной техники. Кроме этого компания выпускает вспомогательные составы, которые могут использоваться вместе с фиксирующими жидкостями.

Chester Molecular A-80

Смесь предназначена для слабой фиксации и легкого демонтажа посадочных и резьбовых соединений, размером – М36-М80, при зазоре 0,1 – 0.25 мм. Усилие на сдвиг – менее 10 МПа. Вещество также задействуется для герметизации и защиты металлических деталей от коррозии, крепежных болтов от протечек. Основа вещества – пероксиды органические, акриловые и метакриловые эфиры. Вязкость высокая, сила схватывания низкая.

Chester Molecular B-36

Состав подходит для средней фиксации соединений, размером М36-М80 и посадочных узлов при зазоре – 0,04 - 0.15 мм. Усилие на сдвиг – от 9 до 18 МПа. Также смесь задействуется для герметизации, защиты от коррозии и крепления подшипников большого диаметра. Вязкость и сила схватывания – средняя. Основа смеси – акриловые и метакриловые эфиры, а также органические пероксиды.

Chester Molecular C-80

Клей для сильной фиксации резьбовых узлов, размером – М36 - М80, при зазоре 0,10 - 0.25 мм, работающих в условиях сильных нагрузок. Усилие на сдвиг – от 15 до 25 МПа. Материал также подходит для герметизации резьбовых и посадочных узлов, испытывающих сильные воздействия, фиксации двухсторонних винтов и посадки подшипников. Вязкость и сила схватывания – высокие. Вещество содержит органические пероксиды, акриловые и метакриловые эфиры.

Chester Molecular D-12

Анаэробный клей, предназначенный для сильной фиксации соединений (усилие на сдвиг –от 20 до 55 МПа), размером М3 - М12, при зазоре – 0,02-0.04 мм. Также задействуется для герметизации резьбовых и посадочных узлов, работающих под воздействием сильных нагрузок, соединения двухсторонних винтов и посадки подшипников. В основе вещества – акриловые и метакриловые эфиры, а также пероксиды органические. Вязкость – низкая, сила схватывания – высокая. Допускается обработка поверхностей без предварительной очистки.

Chester Molecular E-12

Вещество предназначено для сильной фиксации узлов, размером М3 - М12, при зазоре 0,02 - 0.04 мм. Усилие на сдвиг – от 20 до 40 Мпа. Также смесь обеспечивает герметизацию винтовых, пазовых соединений и закрепление подшипников. Защищает сильнонагруженные соединения от самораскручивания и коррозии. Рабочая температура вещества – до 250°С. Вязкость и сила схватывания – высокие. В составе смеси есть акриловые и метакриловые эфиры, органические пероксиды. Обработка поверхностей возможна без предварительной очистки.

Кроме Chester Molecular, качественные фиксаторы выпускает немецкая компания Henkel под брендом Loctite. В основе всех составов – эфир диметакрилата. Особенность веществ в видимости при ультрафиолетовом освещении, что облегчает проверку наличия материалов на поверхности деталей.

Loctite 222

Фиксатор невысокой прочности, подходит для любых компонентов, сделанных из металла. Материал наиболее эффективен при покрытии алюминиевых и латунных деталей. Состав рекомендуется применять для обработки крепежей с потайной головкой, где возможен срыв резьбы при откручивании. Смесь устойчива к маслам и другим жидкостям. Полная полимеризация достигается в течение недели. Предельная величина резьбы – М36.

Loctite 245

Материал средней прочности, не стекающий с поверхности после обработки. Подходит для любых узлов, требующих простого демонтажа с помощью подручного инструмента. Предельная величина резьбы – М80. Температура рабочей среды – от -55°C до +150°C. Период ручной прочности: сталь – 20 мин., латунь – 12 мин., нержавеющая сталь – 4 часа.

Вот, к примеру, корпус общеизвестного лайнера "Адмирал Нахимов", бывший пароход "Berlin" состоял из набора, и обшивки, как и у всех судов начала 20 века, которые строились без применения сварки.

Частота клепочных гнезд создавала минимальные зазоры между листами металла. Проще говоря, сопряжение заготовок было настолько плотным, что поверхностное натяжение (воды) в стыках было весьма приличным. Что уже делало бы корпус герметичным. Учитывая то, что клепку монтировали раскаленной. После остывания она стягивала свой личный участок максимально.

Ну и в довершение стыки дорабатывали специальными приспособлениями. Понятнее - чеканили все кромки стянутых клепкой листов. "Осаживая" таким образом часть металла к линии соединения. Делая щель - практически микроскопической.

А если представить, что клепка корабельных корпусов была многорядовой, да еще потом корпус покрывался специальными составами, которые окончательно герметизировали стыки, то понятное дело - корпус становился непроницаемым.

Чеканка клепочного шва

Рациональное зерно в описанном способе есть. А как подгоняли листы со сложным профилем? Ведь изогнуть точно по контуру лист 5 метров на 2 метра, и толщиной 20 мм едва ли возможно. — 5 лет назад

Гнут специальными станками. И видел на РЭБ флота станины для загибания по любым лекалам. Правда, клепку там уже не делали, но ремонтировали старый дебаркадер, кассу-причал. Пневмомолотом чеканили новые стыки. После замены порванных клепок. — 5 лет назад

Ваш вопрос фактически состоит из двух разных тем: 1) как обеспечивалась герметичность клепки, и 2) как обеспечивалась друг к другу точная подгонка криволинейных стальных листов?

Правильно написал Епрст Известный герметичность обеспечивалась тем, что клепали раскаленными заклепками,иногда даже между стальными листами клали тканевые прокладки смазанные водостойким материалом. И при этом ткань нисколько не обгорала из-за заклепок - потому, что сами-то стальные листы обшивки оставались абсолютно холодными, да и заклепки располагаются друг от друга на значительном расстоянии нескольких сантиметров, тем более что ткань при этом находилась между плотно сжатыми стальными листами - то есть практически в безвоздушном пространстве - поэтому сгореть она не могла. В доказательство этого вспомните разрушение башен-Близнецов в Нью-Йорке, когда при разборе их был найден бумажный паспорт одного из арабских террористов, который нисколько не сгорел потому, что был плотно зажат между двумя бетонными плитами, хотя рядом бушевал чудовищный пожар из десятков тонн авиационного керосина.

Вдобавок герметичность корабельной обшивки кроме чеканки обеспечивается еще и банальной ржавчиной. Как правильно написал Е Известный, после чеканки остается только микроскопической толщины щель. Но практически сразу же в этом месте возникает коррозия - то есть ржавчина! Которая и закрывает эту микроскопическую щель абсолютно герметично без всякой возможности протечки воды даже под огромным давлением - надо сказать что большинство подводных лодок во вторую мировую войну были клепанными - во всяком случае у них были клепанные участки прочного корпуса - и они не пропускали воду даже на глубине 210 метров, куда иногда проваливались ПЛ.

2 Точная подгонка стальных листов двояковыпуклой кривизны (то есть когда кривизна поверхности в двух плоскостях как например у шара, а не в одной - как у цилиндра или конуса - которые легко согнуть. Так вот - для гибки толстых стальных листов используются следующие приемы (это все я сам видел своими глазами). Сначала толстый стальной лист загоняют в большую печь и нагревают его докрасна. Потом гидравлическим прессом бьют по нему в нужных местах, так, чтобы изогнуть приблизительно по форме. Потом приносят специально сделанный деревянный шаблон из перекрещивающихся досок, которые выпилены и выстроганы точно по форме нарисованной с теоретического чертежа этого судна на плазе. Кладут этот шаблон на изогнутый стальной лист и убеждаются что он изогнуть неправильно. Сразу после этого опять загоняют стальной лист в печь и снова нагревают его. Тут же вытаскивают обратно под пресс и снова гнут прессом, опять кладут на него шаблон, чтобы убедится что шаблон точно прижат всеми своими досками к поверхности этого стального листа - и так происходит как минимум два-три раза, а иногда и по пять раз!

Заклепочные (или клепаные) соединения относятся к неразборным соединениям, поскольку для его демонтажа требуется разрушить соединительные элементы – заклепки.

Получают клепаные соединения расклепыванием выступающих стержней заклепок, вставляемых в совмещенные отверстия соединяемых деталей. Отверстия под заклепки в деталях выполняют в сборе продавливанием или сверлением. При продавливании образуются мелкие трещины по периферии отверстия, которые могут быть причиной разрушения соединения во время работы. Продавливание отверстий применяют в малоответственных конструкциях и при толщине деталей не более 25 мм.

Сверление – процесс малопроизводительный и дорогой. Сверленые отверстия применяют в конструкциях, где требуется высокая надежность. При больших диаметрах отверстий практикуют продавливание с последующим рассверливанием.

Для повышения циклической прочности соединения отверстия под заклепки после сверления развертывают или прошивают, а по краям отверстий делают фаски.

Для облегчения ввода стержня заклепки диаметр отверстия d₀ в детали делают больше номинального диаметра d заклепки. Так, например, для заклепки диаметром 6 мм отверстие в детали делают диаметром 6,5-6,7 мм, а для заклепки диаметром 10 мм отверстие выполняют диаметром 10,5-11 мм.

Заклепка в готовом виде имеет две головки – закладную, которую выполняют на заклепке заранее, и замыкающую головку, получаемую в процессе клепки во время сборки соединения. Для образования замыкающей головки конец стержня заклепки должен выходить из отверстия детали на длину l₀ = 1,5d₀ .

Клепку – процесс образования замыкающей головки заклепки, производят на клепальных машинах (прессах) или пневматическими молотками.
В начале клепки происходит осадка стержня, зазор между заклепкой и стенками отверстия заполняется, после чего формируется замыкающая головка.
Клепку стальных заклепок диаметром до 10 мм, а также заклепок из цветных металлов производят холодным способом.

При горячем способе стальные заклепки нагревают до светло-красного каления. Этот способ обеспечивает более высокое качество клепаного соединения, так как при остывании заклепки укорачиваются и стягивают детали, создавая на стыке их поверхностей большие силы трения, препятствующие относительному сдвигу деталей при действии нагрузки.

Основные достоинства клепаных (заклепочных) соединений заключаются в их высокой надежности, удобству контроля качества и хорошей сопротивляемости вибрационным и ударным нагрузкам. При помощи заклепок можно соединять детали из несвариваемых материалов и металлов.
К недостаткам можно отнести сложность автоматизации процесса, образование концентраторов напряжений в соединении и относительно высокую стоимость. Низкая экономичность клепаных соединений имеет место из-за сложности технологического процесса (разметка, продавливание и сверление отверстий, нагрев заклепок, их закладка, клепка) и необходимости применения дорогостоящего оборудования (станки, прессы, нагреватели, клепальные машины) . Кроме того, при необходимости применения усиливающих накладок увеличивается расход материала.

В связи с развитием сварки заклепочные (клепаные) соединения в большинстве областей вытеснены сварными соединениями.

Классификация клепаных (заклепочных) соединений

В зависимости от назначения клепаные соединения бывают:

прочные (силовые) , обеспечивающие основной критерий работоспособности – прочность. Применяют для деталей общего назначения, в металлоконструкциях, в самолетостроении;
прочноплотные , обеспечивающие прочность и герметичность соединения. Применяют в различных резервуарах. В настоящее время этот вид соединений вытеснили сварные соединения.

В зависимости от взаимного расположения склепываемых деталей различают соединения внахлестку и встык, с одной или с двумя накладками.

В зависимости от числа рядов заклепок соединения бывают однорядными и многорядными. Для соединений встык число рядов учитывается по одну сторону стыка.

В зависимости от расположения заклепок в рядах различают соединения рядные и шахматные.

В зависимости от числа плоскостей среза одной заклепки различают односрезные и двухсрезные соединения.

Материал клепаных соединений и заклепок

Основными материалами склепываемых деталей являются низкоуглеродистые стали марок Ст0, Ст2, Ст3, цветные металлы и их сплавы.

К материалу заклепок предъявляются следующие требования:

высокая пластичность для облегчения процесса клепки;
одинаковый температурный коэффициент расширения с материалом склепываемых деталей во избежание дополнительных температурных напряжений в соединении при колебаниях температуры;
однородность с материалом склепываемых деталей для предотвращения появления гальванических токов, сильно разрушающих соединения. Для стальных деталей применяют только стальные заклепки, для медных – медные, для алюминиевых – алюминиевые.

Заклепки изготавливают на высадочных автоматах из прутков стали или сплавов, аналогичных по составу материалу склепываемых деталей.
Наиболее часто для изготовления заклепок применяют стали марок Ст2, Ст3, 10, 15 и др. Из цветных металлов и сплавов часто используют Д18, В65 (алюминиевые) , ВТ16, ОТ4 (титановые) , М2 (медь) , Л63 (латунь) .

Допускаемые напряжения в клепаных соединениях

Допускаемые напряжения для материала заклепок и склепываемых деталей прочных и прочноплотных соединений принимают в соответствии с рекомендациями, основанными на опыте эксплуатации.

Так, для склепываемых деталей изготовленных из сталей Ст2 или Ст3 допускаемые напряжения на растяжение не должны превышать 140-160 МПа, а напряжения среза – не более 90-140 МПа.
Заклепки, выполненные из такого же материала допускают напряжения на срез – до 100 МПа, на смятие – 240-320 МПа.
Указанные напряжения для заклепок зависят от способа изготовления отверстия – для отверстий, изготовленных сверлением, допускаются большие напряжения.

При действии переменных нагрузок допускаемые напряжения уменьшаются на 10…25%, а при холодной клепке допускаемые напряжения для заклепок уменьшают на 30%.

Расчет на прочность клепаных (заклепочных) соединений

Расчет на прочность – основной критерий работоспособности прочных клепаных соединений – основан на следующих допущениях:

1. Силы трения на стыке деталей не учитывают, считая, что вся нагрузка передается только заклепками (наличие трения учитывают приближенно при выборе значений допускаемых напряжений).

2. Расчетный диаметр заклепки равен диаметру d₀ отверстия.

3. Нагрузка между заклепками распределяется равномерно.

Рассмотрим простейшее клепаное соединение – однорядное односрезное внахлестку (см. рис 1) .

При нагружении соединения осевой силой F детали (листы) стремятся сдвинуться относительно друг друга.
В этом случае условия прочности элементов соединения имеют следующий вид:

а) на смятие поверхностей заклепок и стенок отверстий:

где: δ – наименьшая из толщин склепываемых деталей (мм) ; d₀ – диаметр отверстия под заклепку (мм) ; z – число заклепок в соединении; σ’_см и [σ]’_см – расчетное и допускаемое напряжения на смятие (МПа) для менее прочного из материалов для деталей или заклепок.

где: i – число плоскостей среза одной заклепки, τ’_ср и [τ]’_ср – расчетное и допускаемое напряжение на срез (МПа) для материала заклепок.

в) на растяжение деталей (см. сечение I-I на рис. 1) :

где:
N – продольная сила, возникающая в том сечении, где определяется расчетное напряжение σ_р ;
р – шаг заклепок (мм);
n – число отверстий в сечении, в котором определяется σ_р ;
σ_р и [σ]_р – расчетное и допускаемое напряжения на растяжение (МПа) для соединяемых деталей.

г) на срез края детали одновременно по двум сечениям II-II (см. рисунок 1) .
Поскольку распределение напряжения на срез в указанных сечениях весьма сложно, для надежности расчета принимают, что срез может произойти по длине (e – d₀/2) :

где: F₀ = F / z – сила, приходящаяся на одну заклепку; τ_ср и [τ]_ср – расчетное и допускаемое напряжение на срез (МПа) для соединяемых деталей.

На практике при расчете прочных клепаных (заклепочных) соединений пользуются следующими соотношениями, полученными из приведенных выше уравнений:

1. Диаметр отверстия под заклепки для соединения внахлестку или с одной накладкой: d₀ ≤ 2δ . В авиастроении принимают d₀ = 2 √ Δ , где Δ – суммарная толщина соединяемых элементов .

3. Расстояние от края детали до оси заклепки при продавленных отверстиях: e = 2d₀ , При сверленных отверстиях: e = 1,65d₀ .

4. Расстояние между рядами заклепок: а ≥ 0,6p .

5. Толщина накладок: δ₁ = 0,8 δ .

Необходимое число заклепок z в соединении определяют расчетом из условий прочности на смятие и срез.

Коэффициент прочности клепаного соединения

Отверстия под заклепки снижают прочность соединяемых деталей на растяжение.
Число, показывающее во сколько раз прочность на растяжение детали с отверстиями под заклепки меньше прочности на растяжение той же детали без отверстий, называют коэффициентом прочности клепаного соединения и обозначают буквой φ .
Сечение детали на длине одного шага p ослаблено отверстием диаметра d₀ , следовательно:

Чем больше значение φ , тем лучше использован материал склепываемых деталей.

Значения коэффициента прочности φ зависят от конструкции соединения. Так, для однорядного соединения внахлестку φ_min = 0,67, для двухрядного внахлестку – 0,75, а для однорядного с двумя накладками – 0,71.

При проектировочном расчете клепаного (заклепочного) соединения значением коэффициента φ_min задаются, а затем выполняют проверочный расчет. Если окажется, что φ , то изменяют конструкцию соединения и расчет повторяют.

Для повышения значения коэффициента прочности клепаного соединения уменьшают диаметр отверстий d₀ и увеличивают шаг p , т. е. применяют многорядные двухсрезные соединения или увеличивают ширину или толщину деталей в местах постановки заклепок.

Область применения клепаных (заклепочных) соединений

В современном машиностроении область применения клепаных соединений все более сокращается по мере совершенствования методов сварки.
В настоящее время клепаные соединения применяются в тех случаях, когда сварные соединения недопустимы, а именно:

Клепка металла – это процесс получения неразъемного соединения сравнительно тонких деталей: металлических листов или полосок, или листа железа с полосой ил металла.
Клепка производится при помощи заклепок, которые изготавливаются из мягкой стали и представляют собой цилиндрические стержни с двумя головками. Одна из этих головок называется закладной, а другая, расклепываемая на другом конце стержня, - замыкающей. Именно замыкающая головка обеспечивает скрепление деталей.

В зависимости от требований к поверхности, замыкающие головки заклепок могут быть полукруглыми, потайными, полупотайными или плоскими. Если обе головки заклепки располагаются над поверхностями склепанных деталей, клепка называется обыкновенной. Если же головки заклепки помещаются заподлицо с поверхностями склепанных деталей, клепку называют потайной.

Заклепочные соединения подразделяются на:

Прочные (рассчитаны только на восприятие силовых нагрузок);
Плотные (обеспечивают герметичность соединения в резервуарах с невысоким давлением);
Прочноплотные.

Для обеспечения герметичность соединения на поверхность стыка наносятся различные герметики или под стык подкладываются разные пластичные материалы. Для выполнения герметичных соединений используют заклепки с усиленными головками.
В зависимости от конструкции выделяют однорядные, двухрядные и многорядные заклепочные соединения с расположением заклепок параллельными рядами или шахматном порядке. В однорядных соединениях расстояние между центрами заклепок (шаг заклепочного шва) должно быть равно трем диаметрам заклепки, а в двухрядных соединениях – четырем диаметрам заклепки.
По количеству плоскостей среза такие соединения подразделяются на одно- и многосрезные. В качестве еще одного критерия для классификации выступает характер воздействия нагрузки на заклепочное соединение. Нагрузка может воздействовать на заклепочное соединение в продольном направлении, параллельном оси заклепок, и в поперечном, перпендикулярном оси заклепок.
По конструкции заклепочные соединения во многом схожи с паянными, клеевыми и сварными соединениями. Детали и листы, соединяемые заклепочным швом, могут располагаться внахлестку или встык с накладками.
Заклепки изготавливаются для разных способов установки. Односторонняя клепка выполняется с использованием множества видов заклепок, включая отрывные и взрывные. При обычной клепке наковаленка-поддержка может находиться с лицевой либо с тыльной стороны. Преимуществом последнего способа является возможность использования более легкой по весу наковаленки-поддержки.
Клепка бывает холодной, горячей и смешанной. При холодной клепке замыкающая головка заклепки высаживается в холодном состоянии. Холодную клепку используют, когда толщина стержня заклепки не превышает 8 мм.
Горячая клепка предусматривает предварительный разогрев стержня заклепки до температуры красного каления. Данный способ применяют при толщине стержня заклепки 8 мм и более.
Технология клепки
При ручной клепке для осаживания стержня заклепки используется кувалда или ручной клепальный пневматический молоток. Ручная клепка выполняется следующим образом. Клепальщик вставляет в буксу молотка наковаьню-поддержку, затем в правую руку берет рукоятку молотка, одновременно левой рукой поддерживая его ствол, направляемый на расклепываемую заклепку. Прижав молоток к заклепке, клепальщик пускает его в работу.
Как правило, в процессе клепки участвуют два человека – клепальщик и его подручный. Подручный молотком меньшей мощности клепает с внутренней стороны, подбивая заклепку, а клепальщик в это время клепает с наружной стороны, заклепку осаживая. Таким образом достигается уплотнение листов и, как результат, высокое качество клепки.
В последнее время для выполнения клепки вместо клепального молотка и наковальни-поддержки все чаще применяются клепальные прессы с ЧПУ, которые позволяют увеличить производительность и автоматизировать процесс клепки.
Видео
В сюжете - Крепление металлических деталей на горячие заклепки

Преимущества и недостатки заклепочных соединений
В число недостатков заклепочных соединений входят трудоемкость процесса, повышенная материалоемкость соединения, необходимость специальных мер для обеспечения герметичности, а также шум и вибрация, сопровождающие процесс.
При этом заклепочные соединения препятствуют распространению усталостных трещин, повышая надежность всего изделия. Еще одно преимущество – возможность соединения не поддающихся сварке материалов.

Читайте также: