Кріплення за допомогою заклепок є одним з найстаріших, але все ще широко використовуваних методів з'єднання конструкційних елементів, особливо в будівельній, машинобудівній, авіаційній та автомобільній промисловості. Заклепування дозволяє створювати міцні та довговічні з'єднання, а в багатьох випадках є чудовою альтернативою зварюванню або гвинтовим з'єднанням. У цій статті ми детально розглянемо характеристики клепаних з'єднань, їх типи, переваги та недоліки, а також представимо основні принципи розрахунку міцності для цього типу з'єднань.

Процес кріплення металевих конструкцій за допомогою професійного пневматичного заклепувальника

Характеристика ригельних з'єднань

Ригельні з'єднання є нероз'ємними, що означає, що після складання їх не можна легко роз'єднати без пошкодження з'єднаних елементів. Ригелювання полягає в з'єднанні щонайменше двох елементів за допомогою ригеля, який проходить через отвори в елементах і розплющується з обох боків, утворюючи міцне механічне з'єднання.

Професійна пневматична нітовниця Chicago Pneumatic для промислового кріплення заклепками

Процес клепання

Підготовка елементів - в елементах, які потрібно з'єднати, проробляються отвори відповідного діаметру, через які будуть проходити заклепки.
Вставлення заклепки - заклепка вставляється через отвори в з'єднуваних елементах. Заклепки можуть мати різну форму, але найчастіше це стрижні з циліндричним стрижнем і головкою з одного боку.
Розплющення - другий кінець заклепки потім розплющується (розширюється), щоб утворити так звану заклепку, яка унеможливлює витягування заклепки. Цей процес здійснюється механічно або вручну, залежно від технології та розміру заклепки.
Затискання - після розширення заклепки вона затискає з'єднані елементи, утворюючи міцне з'єднання. У деяких випадках з'єднання додатково герметизуються (наприклад, у разі застосування в конструкціях суден або резервуарів).

Набір пневматичних заклепувальників та інструментів для монтажу на робочому столі в майстерні

Переваги ригельних з'єднань

Міцність - ригельні з'єднання дуже міцні, що робить їх ідеальними для з'єднання елементів, що піддаються великим навантаженням.
Корозійна стійкість - на відміну від зварювання, де з'єднуваний матеріал піддається впливу високої температури, клепані з'єднання не викликають структурних змін у матеріалах, що може вплинути на їх корозійну стійкість.
Простота монтажу - клепання є простим технологічним процесом, особливо у випадку малих і середніх конструкцій.
Відсутність впливу тепла - клепання не вимагає нагрівання матеріалів, що дозволяє з'єднувати матеріали, чутливі до високих температур, наприклад, деякі металеві сплави.

Цифрова система контролю процесу нітування з монітором для точного розрахунку параметрів заклепування

Недоліки з'єднань за допомогою заклепок

Вага - заклепування додає ваги конструкції, що може бути проблематичним у деяких сферах застосування, таких як авіаційна або автомобільна промисловість, де важливо зменшити вагу.
Складність демонтажу - з'єднання за допомогою заклепок є нероз'ємними, що означає, що їх демонтаж вимагає пошкодження заклепок.
Часовитратність - процес клепання є більш трудомістким, ніж, наприклад, з'єднання гвинтами.
Складність в автоматизації - клепання важче автоматизувати, ніж інші методи з'єднання, такі як зварювання або гвинтові з'єднання.

Процес встановлення заклепок на металевий профіль за допомогою промислового пневматичного заклепувальника

Види ригельних з'єднань

Ригельні з'єднання можна розділити на різні типи залежно від функції, конструкції та технології монтажу. Нижче наведено найважливіші класифікації.

Технічні характеристики та процес монтажу заклепувальних з'єднань на кузові автомобіля

1. За функцією:

нероз'ємні з'єднання - заклепки нероз'ємні без руйнування заклепки. Становлять більшість заклепкових з'єднань
напівроз'ємні з'єднання - застосування роз'ємних заклепок (наприклад, зривних заклепок), які можна видалити без руйнування з'єднаних елементів, для них використовуються спеціальні інструменти, такі як заклепочники для зривних заклепок

Демонстрація функцій пневматичного заклепувальника при створенні міцних з'єднань у промисловості

2. За способом навантаження:

З'єднання на зсув - у цьому типі з'єднань навантажувальна сила діє вздовж поперечного перерізу заклепки, а заклепка працює на зсув. Це найпоширеніший спосіб роботи заклепок у конструкціях.
Розтяжні з'єднання - заклепка навантажується розтяжною силою, що діє вздовж осі заклепки. Такі з'єднання менш міцні, ніж з'єднання зсувні.

Схема та приклад монтажу меблевих петель до ДСП за допомогою витяжних заклепок

3. За технологією виготовлення:

Повні заклепки - найкласичніший тип заклепки, яка розплющується з обох сторін, утворюючи міцне з'єднання. Вимагає доступу до обох сторін з'єднуваних елементів.
Зривні заклепки - ці заклепки легше монтувати, оскільки не вимагають доступу до обох сторін елементів. Використовуються в основному в монтажних роботах, де швидкість має ключове значення.
Трубчасті та напівтрубчасті заклепки - ці заклепки мають отвір у стрижні, що зменшує їх вагу та полегшує деформацію в процесі заклепування. Використовуються в легких конструкціях.
Розширювальні заклепки - спеціальні заклепки, які після введення в отвір розширюються, утворюючи міцне з'єднання. Використовуються в місцях, де неможливо заклепати заклепку традиційним способом.

Різні види та кольори витяжних заклепок для декоративного та промислового кріплення металу

4. За формою головки заклепки:

Заклепки з кулястою головкою - найпоширеніший тип заклепок, що використовується в сталевих і будівельних конструкціях.
Кліпси з конічною головкою - використовуються там, де після заклепування потрібно отримати рівну поверхню (наприклад, в авіаційних конструкціях).
Кліпси з плоскою головкою - використовуються в конструкціях, що вимагають естетичного оздоблення і низького профілю головки кліпси.

Професійні пневматичні та ручні заклепувальники FAR для встановлення заклепувальних гайок

Огляд основних видів інструменту: пневматичний, акумуляторний та ручний заклепувальники марки FAR

Розрахунок міцності шовних з'єднань

При проектуванні шовних з'єднань ключовим є проведення розрахунків міцності, які дозволяють визначити несучу здатність і безпеку конструкції. Ці розрахунки базуються на декількох ключових параметрах, таких як: сили, що діють на з'єднання, міцність матеріалу заклепки і з'єднуваних елементів, а також кількість і розміщення заклепок.

1. Несуча здатність заклепки на зсув

У з'єднаннях, що піддаються зсуву, сила, що діє на заклепку, діє поперек її осі, викликаючи зсув заклепки. Несучу здатність заклепки на зсув можна обчислити за формулою:

Rsc = Asc ⋅ fsc

де:

Rsc - несуча здатність заклепки на зсув,
Asc - площа поперечного перерізу заклепки

Математична формула для розрахунку площі поперечного перерізу тіла заклепки

(для повного заклепки, де d - діаметр заклепки)

fsc - міцність матеріалу заклепки на зсув.

2. Несуча здатність заклепки на розтяг

У з'єднаннях, що піддаються розтягуванню, сила діє вздовж осі заклепки, викликаючи розтягування елемента. Несуча здатність заклепки при розтягуванні може бути визначена за формулою:

Rt = At ⋅ ft

де:

Rt - несуча здатність заклепки при розтягуванні,
At - площа поперечного перерізу заклепки,
ft - міцність матеріалу заклепки на розтягування.

3. Несуча здатність заклепки на стискання

У заклепкових з'єднаннях також важливим фактором є міцність заклепки на стискання, тобто сила, з якою заклепка тисне на з'єднувані елементи. Несучу здатність на стискання можна обчислити за формулою:

Rb = d ⋅ t ⋅ fb

де:

Rb - несуча здатність при стисканні,
d - діаметр заклепки,
t - товщина з'єднуваних елементів,
fb - міцність матеріалу з'єднуваних елементів на стискання.

4. Перевірка міцності заклепкових з'єднань

Для забезпечення безпеки з'єднання необхідно перевірити, чи витримає з'єднання задані навантаження. Слід порівняти розраховані сили зсуву, розтягування та притиску з допустимими значеннями міцності матеріалів заклепки та з'єднуваних елементів.

Різні типи сталевих заклепувальних гайок (нітонакруток) з фланцем для створення різьбового з'єднання в металі

Різноманітні види витяжних (відривних) заклепок для міцного з'єднання металевих конструкцій

Застосування ригельних з'єднань

Ригельні з'єднання, що виконуються за допомогою ригельних машин, знаходять широке застосування в різних галузях промисловості. Найважливіші області:

Будівництво - ригелювання застосовується в сталевих конструкціях, таких як мости, промислові зали або телевежі. У цих випадках міцність з'єднань має ключове значення.
Автомобільна промисловість - заклепки використовуються для з'єднання панелей кузова та елементів несучих конструкцій автомобілів і мотоциклів, де важлива міцність, але також і мала вага з'єднання.
Авіаційна та космічна промисловість - в авіаційних та космічних конструкціях клепані з'єднання є кращими через їх надійність, а також стійкість до змінних умов навколишнього середовища та вібрацій.
Суднобудування - у суднобудуванні клепані з'єднання застосовуються головним чином там, де потрібна герметичність і стійкість до корозії, наприклад, у корпусах, палубах або паливних баках.

Масове використання сталевих заклепувальних гайок для надійних з'єднань у промисловому виробництві