Для чего заклепки алюминиевые
Алюминиевые заклепки: виды стержней и накладных головок, расчет длины, подбор размера, свойства и классификация
Алюминиевые заклёпки – часто используемый в разных областях деятельности расходный материал. Заклёпки прочно соединяют всевозможные элементы и материалы друг с другом. Популярностью они пользуются, потому что способны заменить сварку.
Содержание
Как выглядит заклепка из алюминия
Это стержень в форме цилиндра, абсолютно гладкий, с небольшой головкой на одной из сторон. Как только изделие установлено и готово к фиксации, заднюю часть заклёпки расплющивают с помощью молотка или специального оборудования.
Получается, что образовывается вторая головка, а стержень в 1,5 раза увеличивает свою толщину.
Сферы применения заклепок из алюминия
Используется такой материал в достаточно большом количестве отраслей. Его применяют не только при строительстве всевозможных летательных аппаратов, но и в пищевой промышленности, химической, косметической.
Достоинства и недостатки алюминиевых заклепок
Сначала обратимся к преимуществам изделия:
К недостаткам отнесём следующие моменты:
Классификации заклепок
По разновидности стержня
По разновидности головки
Каждый из перечисленных типов головок встречается в комбинации с любым из видов стержня. Какой вариант необходим, зависит от нагрузки, которая будет оказываться на изделие.
Все заклёпки из алюминия можно разделить на следующие группы:
Ещё бывают заклёпки с высокопрочными головками. Они обеспечивают самое надёжное крепление и выдерживают высокую нагрузку на смещение или разрыв.
Заклёпки для соединения мягкого материала
Чтобы соединить изделия из пластичных материалов, например, из пластика, правильно будет использовать маленькие и не слишком прочные метизы. Это обеспечит меньшее усилие при расплющивании. Значит и само изделие не пострадает.
Такие заклёпки предусмотрены в двух вариантах: лепестковые и распорные. Существуют еще заклёпки из пластика. Они предназначены для мебели и фиксирования декоративных элементов.
Размеры заклёпок из алюминия
От чего зависит выбор размера той или иной заклёпки? Здесь важную роль играет несколько факторов: тип и свойства соединяемых деталей, особенности нагрузки, место расположения метиза.
Существует общепринятое правило, согласно которому выбирают метиз:
Другой способ, позволяющий определить диаметр заклёпки:
Всегда выбирайте заклёпки у проверенных производителей. Они не станут рисковать своей репутацией и экономить на качестве своей продукции.
Классификация и особенности вытяжных алюминиевых заклепок
Для крепления самых различных деталей часто применяются алюминиевые заклепки. Их большое распространение связано с тем, что не во всех случаях можно применять сварку. Главным достоинством рассматриваемого крепежного изделия можно назвать устойчивость к ударам и вибрационным нагрузкам. Существует довольно большое количество разновидностей заклепок, все они обладают своими определенными достоинствами и недостатками.
Свойства крепежных изделий
Под алюминиевыми заклепками понимают метизы, которые применяются для создания неразрывных соединений. Стоит учитывать, что подобные крепежные изделия подходят для соединения не всех материалов.
Основными свойствами, которые связаны с эксплуатационными качествами сплава, можно назвать нижеприведенные моменты:
Кроме этого, недостатком можно назвать то, что получаемое соединение неразъемное, дальнейший демонтаж затруднителен.
Разновидности заклепок
Можно выделить несколько разновидностей заклепок:
Выбор крепежного изделия проводится в соответствии с тем, каких параметров соединения следует достигнуть.
Вытяжной тип
Метизы вытяжного типа делятся на несколько категорий:
Для получения надежного соединения зачастую используется вариант исполнения с высокопрочными головками. Они способны выдерживать довольно высокую нагрузку на разрыв и смещение. Прочность повышается за счет применения легированного алюминиевого сплава. Для соединения стальных изделий зачастую применяется метиз открытого типа.
Алюминиевые заклепки
Ниже представлены выдержки из практического руководства для американских авиационных механиков по применению алюминиевых заклепок при ремонте самолетов. Начинающим это будет полезно для первого ознакомления с алюминиевыми заклепками, знатоки-профессионалы могут сравнить американскую практику с отечественной, в том числе, при ремонте алюминиевых лодок и катеров.
Алюминиевые заклепки «под молоток»
Заклепки со сплошным стержнем – заклепки под молоток – являются обычным типом заклепок, которые применяют в самолетных конструкциях. Эти заклепки являются самым старым и самым надежным из всех типов крепежа. Они также широко применяются и при строительстве и ремонте маломерных речных и морских судов, таких как моторные алюминиевые лодки и катера.
Преимуществами заклепок являются относительно низкая стоимость, а также меньшая трудоемкость по сравнению с винтами и гайками. Кроме того, для установки заклепок можно применять автоматические высокопроизводительные инструменты и оборудование.
Заклепки предназначены работать на срез, поэтому их не применяют для соединения толстых материалов или если скрепляемые материала подвергаются растягивающим нагрузкам. Дело в том, что прочность заклепок при растяжении обычно является весьма низкой по сравнению с их прочностью на срез. Чем больше общая толщина соединяемых листов, тем труднее хорошо соединить их с помощью заклепок.
Клепаные соединения в принципе не являются герметичными, если при клепке не применять специальные герметики или прокладки. Поскольку заклепки ставятся «на постоянно», то для того, чтобы их снять их высверливают, что является довольно трудной задачей.
Сущность заклепки как крепежа
До установки заклепка состоит из гладкого цилиндрического стержня с заводской головкой на одном конце. Чтобы соединить вместе два или более листов металла, заклепку помещают в отверстие диаметром немного больше, чем диаметр самой заклепки. После того, как заклепка установлена в это заранее просверленное отверстие, ее задний конец осаживают или деформирует одним из нескольких способов, от клепки ручным молотком до пневматических клепочных инструментов. В результате этих действий стержень заклепки расширяется до диаметра примерно в полтора раза больше исходного. Так образуется вторая головка заклепки, которая прочно держит вместе соединяемые материалы.
Головка алюминиевой заклепки
Сплошные заклепки могут иметь различные формы головок, однако так называемая универсальная головка и потайная головка с конусом 100° являются самыми распространенными, по крайней мере, в американских самолетных конструкциях.
Заклепки с универсальной головкой были специально разработаны для самолетостроения для замены как заклепок с обычной полукруглой головкой, так и заклепок с низкой полукруглой головкой («brazier head»).
Рисунок 1 – Головки американских алюминиевых заклепок
Угол потайной головки может меняться от 60° до 120°, но угол 100° был принят как стандартный, так как такая головка с одной стороны, обеспечивает необходимую прочность (на разрыв и срез), а, с другой, минимально выступает из поверхности конструкции. Эту заклепку применяют там, где требуется аэродинамическая гладкость поверхности, например, на высокоскоростных самолетах.
Алюминиевые сплавы для заклепок
Обычно алюминиевые заклепки изготавливают из таких алюминиевых сплавов, как 2017-Т4, 2024-Т4, 2117-Т4, 7050 и 5056.
Отечественным аналогом сплава 2017 является сплав Д1, сплава 2024 – сплав Д16, сплава 2117 – сплав Д18. Алюминиевый сплав 5056 не имеет полного аналога, но близок сплаву АМг5. Алюминиевый сплав 7050 также имеет полного аналога, но относится к сплавам типа В94.
Для ремонта самолетов наиболее часто применяют заклепки из алюминиевого сплава 2117 (отечественный аналог – сплав Д18), так их можно устанавливать в состоянии поставки.
Некоторые «заклепочные» алюминиевые сплавы, например 2024-Т4 (Д16) являются слишком твердыми, чтобы применять их прямо в состоянии поставки, и должны подвергаться закалке перед тем, как их устанавливать. Закалка заключается в нагреве до температуры около 500 °С и охлаждение в воде. Эти заклепки применяют в так называемом свежезакаленном состоянии. Поэтому обычно эти заклепки закаливают и хранят в холодильнике, чтобы задержать их упрочнение старением. Их достают из холодильника непосредственно перед установкой. Все это создает неудобства для производства и поэтому большинство заклепок из сплава 2024 заменили на заклепки из сплава 7050, которые можно устанавливать прямо в состоянии поставки.
Размеры алюминиевых заклепок
Тип головки, размер и прочность при выборе заклепки зависит от таких факторов, как вид нагрузок, которые воздействуют в месте заклепки, типа и толщины материала, который склепывают и расположение заклепки в самолете. Заклепки с потайной головкой применяют там, где требуется аэродинамическая гладкость поверхности. Универсальные головки могут применяться в большинстве других мест.
Размер (или диаметр) заклепки выбирают в соответствии с общей толщиной склепываемых листов. Если слишком толстую заклепку применить к тонкому материалу, то усилие, которое возникает при установке заклепки, приведет к нежелательному вспучиванию вокруг головки заклепки. С другой стороны, если слишком маленькую заклепку применить для толстого материала, то ее прочность на срез будет недостаточной, чтобы нести нагрузку в месте этого соединения.
Общим правилом при выборе диаметра заклепки является следующее: диаметр заклепки должен быть, по крайней мере, в 2,5-3 раза больше толщины самого толстого из соединяемых листов. При ремонте самолетов наиболее часто применяют заклепки диаметром от 2,5 до 9,5 мм (от 3/32 до 3/8 дюйма). Заклепки диаметром меньше 2,5 мм никогда не применяют для конструкционных элементов, которые несут нагрузку.
Другим способом определения размеров заклепок, который можно применять, является такой: умножить толщину обшивки на 3 и взять следующие по размеру заклепки. Например, если толщина обшивки составляет 1,0 мм, то 1,0×3=3,0 мм. Поэтому нужно брать заклепку со следующим после 3,0 мм диаметром, то есть 3,2 мм.
Как правило, применяют заклепки из того же или близкого алюминиевого сплава, что и у материала, который будут склепывать. Например, применяют заклепки из сплавов 1100 (АД) и 3003 (АМц) для деталей из сплавов 1100 и 3003 и заклепки из сплава 2117 (Д18) для деталей из сплавов 2017 (Д1) и 2024 (Д16).
Контроль качества установки заклепок
Размер заклепанной головки является визуальным критерием для контроля правильной установки заклепки. Обычные требования к размерам отклепанной головки показаны на рисунке 2.
Рисунок 2 – Требования к размерам головок установленных алюминиевых заклепок (см. рисунок 4 по маркировке заклепок)
Проектирование установки алюминиевых заклепок
Установка заклепок начинается с уяснения следующих вопросов:
Все эти расстояния измеряются в диаметрах заклепки.
Длина заклепки
Чтобы определить общую длину заклепки, которую нужно установить, необходимо знать общую толщину соединяемых материалов, например, листов. Полная длина заклепки равна сумме общей толщины листов и длина стержня заклепки, которая необходима для формирования правильной головки заклепки. Эта часть длины заклепки составляет полтора диаметра заклепки (рисунок 2).
Прочность заклепки
При ремонте конструкционных элементов самолета или лодки прочность устанавливаемых заклепок имеет первоочередную важность. Если при ремонте применяются заклепки, которые имеют более низкую прочность, чем исходные, «родные», заклепки, то они должны большего диаметра, чтобы компенсировать эту «недостачу» прочности. Например, заклепки из сплава 2024-Т4 можно заменять на заклепки из сплавов 2117-Т4 или 2017-Т4 только, если при этом применяются заклепки на размер больше.
Заклепки из сплава 2117-Т4 применяют при общих ремонтных работах самолета, так как они не требуют предварительной термической обработки, являются весьма пластичными и в тоже время достаточно прочными. Кроме того, эти заклепки имеют высокую коррозионную стойкость при применении с большинством типов алюминиевых сплавов.
Прочность на срез различных заклепок
Прочность установленных американских заклепок на срез показана на рисунке 3.
Рисунок 3 – Типичные величины прочности на срез установленных заклепок
из различных алюминиевых сплавов
Американская маркировка заклепок
Прочность алюминиевой заклепки узнают по виду клейма на головке или отсутствию клейма (рисунок 4).
Рисунок 4 – Американская маркировка алюминиевых заклепок
Маркировка алюминиевых заклепок по ГОСТ 14803-85
Для сравнения на рисунке 5 приведена система маркировки алюминиевых заклепок по ГОСТ 14803-85.
Рисунок 5 – Маркировка алюминиевых заклепок по ГОСТ 14803-85
Заклепки. Виды и работа. Применение и как выбрать. Особенности
Заклепки – это крепежная система, которая применяется для соединения двух или нескольких деталей. Они вставляются в предварительно сделанные отверстия в заготовках, составленные в одну линию. Крепеж представляет собой круглый стержень, который в результате деформации плотно охватывает стенки отверстий и удерживается в них благодаря силе трения.
Основные свойства заклепок
Заклепка дает более надежное соединение, чем шуруп или винт. При этом она занимает минимум пространства, не выступая из заготовки большой головкой, которая бывает у болтов. Главное преимущество такого крепежа в его низкой себестоимости и высокой скорости монтажа. Заклепки применяют в тех случаях, когда заготовки не планируется рассоединять. Посадив заклепку, разобрать соединение без засверливания уже невозможно.
Немаловажным преимуществом использования заклепок является их устойчивость к вибрации. Если, к примеру, резьбовое соединение при постоянной встряске может ослабнуть, поскольку винты, гайки или болты раскручиваются, то заклепка подобного недостатка не имеет. Она плотно засаживается и уже не выходит. В том случае, если на соединение оказывается большая механическая нагрузка на разрыв или срез, то металл клепки может только разорваться, или повредить сами детали, но никак не выйдет просто так.
Заклепки являются популярным соединительным элементом, поэтому неудивительно, что они предлагаются в довольно обширном ассортименте. Все существующие конструкции можно условно разделить на две группы – холодной и горячей клепки. Холодные делаются из более мягких и пластичных металлов, которые сравнительно легко деформируются, принимая требуемую форму. Заклепка горячего типа сделана из твердой стали, поэтому в результате создаваемого давления практически не меняет своей формы без предварительного разогрева. Она обеспечивает более надежное соединение, но может применяться далеко не всегда. Данный тип используют в тех случаях, когда разогрев не повредит деталям. В частности, таким крепежом пользуются в кораблестроении и станкостроении.
Разновидности заклепок
Существует довольно много разновидностей заклепок. Каждая из них имеет свои преимущества и предназначена для применения в определенных случаях. Крепежи отличаются между собой не только способом монтажа, но и нагрузкой, которую способны выдержать.
Кроме классификации заклепок по температуре их монтажа они также разделяются на три группы по конструкционным особенностям:
Каждая разновидность предназначена для определенной цели, поэтому сказать, что какая-то группа лучше нельзя.
Обычные
Обычные появились самыми первыми. Их легко узнать, поскольку они имеют форму гриба. Их металлический стержень украшен широкой шляпкой. Такие заклепки считаются одними из самых прочных, но сложных в монтаже. Данный тип крепежа может применяться только в том случае, если требуется соединение двух элементов с возможностью установки клепки сквозь них. То есть с одного конца соединения должен оставаться грибок, а с дорогу выходить хотя бы на несколько миллиметров основной стержень крепежа.
Для того чтобы соединить две заготовки необходимо упереть твердый металлический предмет в шляпку клепки и мягкими ударами по ее стержню расплющить материал образовывая подобие уже имеющейся головки. Таким образом, прочное соединение обеспечивается не только внутренним трением в отверстиях, но и внешним прижимом, который создается между заводской и созданной шляпкой.
Вытяжные
При вытягивании стального стержня гильза деформируется, поскольку на его конце имеется небольшая шляпка, которая не позволяет ему выйти. В результате создаваемого давления гильза плотно прилегает ко всей поверхности отверстия. Для того чтобы провести качественное соединение необходимо упирать торец заклепочного пистолета к соединяемым деталям. Именно это является залогом успеха. Непосредственно сам хвостик из стали, который втягивается пистолетом, может обламываться, поскольку имеет специальные насечки для ослабления прочности, или полностью выходит из гильзы.
Резьбовые
Резьбовая заклепка является самой дорогой. Сам крепеж представляет собой полую гильзу, внутри которой нарезана резьба. Гильза непосредственно вставляется в подготовленное отверстие соединяемых деталей, после чего внутрь закручивается стержень. После этого он вырывается в сторону опорной поверхности, с которой закручен. При этом гильза начинает сминаться, как в случае с вытяжной. Как только требуемое качество соединения достигнуто, стержень просто выворачивается.
Такие гильзы обычно делают из алюминия, но бывают медные и латунные. Главный недостаток такого крепежа в его высокой стоимости. Также для того чтобы добиться качественного соединения важно соблюдать направление вытягивания стержня под 90 градусов. В связи с этим работу лучше всего делать с помощью специального пистолета, но вполне можно обойтись болтом и гайкой.
Главным преимуществом таких заклепок является минимальная травматичность. В случае с обычными заклепками всегда существует риск пораниться молотком. При работе с вытяжным типом возможно соскальзывание пистолета и травмирование. Винтовые заклепки обеспечивают надежную фиксацию. Такой крепеж обычно применяется в машиностроении, также при изготовлении корпусов бытовой электротехники. Он позволяет закрепить толстую заклепку, диаметр которой существенно выше, чем в обычной вытяжной.
Как выбрать диаметр и длину заклепки
Для того чтобы соединение получилось надежным и внешне привлекательным важно правильно подобрать параметры крепежа:
В первую очередь стоит обратить внимание на материал. Алюминиевые клепки применяются для соединения деталей, на которых недопустимо появление ржавчины. Они не только устойчивые к коррозии, но и обладают вполне хорошим показателем прочности. Латунные крепежи применяется для фиксации заземления на щитках, а также в прочих в сферах, где нужно обеспечить монтаж токопроводящих элементов.
Заклепка из нержавеющей стали обычно используется в оборудовании, применяемом в пищевой или химической промышленности, на которое оказывается серьезное давление. Такое соединение не боится коррозии, и при этом обеспечивает максимальную степень фиксации. Медную заклепку обычно применяют для медной кровли. Использование для таких целей крепежей из других материалов может привести к появлению окисления, что сокращает ресурс службы крыши.
Следующим немаловажным показателем являются длина крепежа. Если выбрать слишком короткую заклепку, то получаемое соединение будет ненадежным. Если взять избыточно длинный стержень, то в результате деформации получится неаккуратный грибок, который испортит внешний вид изделий. В том случае, если применяется вытяжная гильза, то это может привести к раннему вырыванию хвостика, что создаст ненадежное соединение. В идеале применять заклепку, длина которой на 20% выше, чем толщина приложенных плотно друг к другу соединяемых элементов. Это позволяет получить идеальную шляпку с обратной стороны, которая будет надежно удерживать детали вместе с заводской головкой.
Также важным является соотношение толщины заклепки к диаметру подготовленного отверстия. Она должна быть лишь немного меньше, чтобы обеспечить легкое вхождение стержня. Если разница будет слишком большой, то получаемый зазор будет заполняться недостаточно плотно, что создаст минимальное трение. В результате такое соединение будет ненадежным, поэтому вырвется даже при слабой нагрузке.
Рекомендации по работе
Если необходимо достигнуть надежного соединения нужно применять заклепки как можно большего диаметра, насколько это позволяет материал, который соединяется. В том случае, если под рукой такого крепежа нет, то можно обойтись и более тонким, но при этом использовать несколько заклепок расположенных близко друг от друга.
В том случае, если необходимо соединить с помощью заклепки материалы, не способные выдержать нагрузку, которая создается при деформации, можно пойти на хитрость. Для этого на обратной стороне гильзы, которая будет деформироваться, нужно надеть широкую шайбу. В результате раздавленный кончик не сможет пройти сквозь нее, поэтому начнет вдавливать ее как тиски, притягивая к своему грибку. Это позволит создать вполне надежную фиксацию, не прорвав при этом мягкий материал. Таким методом закрепляют поликарбонат и фанеру.