Определение вытяжных заклепок и их использование
Заклепками называются крепежные изделия, позволяющие получить неразъемное соединение двух или более тонких материалов, таких как металлические листы, пластик, дерево, ткань, кожа и джинс. Прочность, надежность и умеренная стоимость сделали их популярными крепежными элементами на протяжении десятилетий в авиастроении, судостроении, конструкциях из алюминия и стали.
Вытяжные заклепки часто называют «слепыми» или «глухими» потому, что их можно устанавливать без доступа к тыльной стороне склепываемых листов, например, при креплении автомобильного крыла или водосточного желоба.
В каких отраслях применяются
- В авиационной промышленности: конструкция фюзеляжей, крыльев и других элементов.
- В автомобильной промышленности: соединение кузовных элементов, крепление брызговиков, сборка подвески, глушителя.
- В строительстве и судостроении: соединение металлических и композитных панелей, оконно-рамных конструкций.
- В электротехнике и электронике: сборка корпусов, монтаж печатных плат.
- В мебельном производстве: крепление ручек, замков, петель, фурнитуры.
Преимущества заклепочного соединения
- Высокая прочность и надежность.
- Устойчивость к вибрациям и динамическим нагрузкам.
- Возможность соединения деталей, не поддающихся сварке.
- Цинковое или другое покрытие подложки не повреждается при клепке.
- Упрощенная процедура установки без необходимости специального оборудования.
Конструкция вытяжной заклепки
Классические (обычные) тяговые заклепки состоят из двух компонентов: металлической втулки (корпуса) и отрывного вытяжного сердечника (стержня). Различаются по форме бортика, который по сути является установочной головкой. Выбор между той или иной формой зависит от требований к внешнему виду точки крепления.
- Стандартный бортик (куполообразный)
Стандартный бортик имеет низкий профиль. Его размер в два раза больше диаметра корпуса. После установки он будет немного выступать над поверхностью объекта и обеспечивает достаточную опорную поверхность для большинства материалов, кроме мягких и хрупких.
- Потайной бортик
Потайная головка (угол 120°) входит в материал «заподлицо», сохраняя плоскую лицевую поверхность. Используется в основном на металлических поверхностях, где важны хороший внешний вид, малозаметность, антивандальность и устранение ненужного аэродинамического сопротивления.
- Широкий бортик (большая головка)
Увеличенный бортик тоже имеет низкий профиль, но обеспечивает в два раза большую опорную поверхность по сравнению со стандартной головкой. Крепеж с широким бортиком используется для крепления мягких и легко повреждаемых материалов к жесткой основе. Большая головка также будет полезна, когда необходимо закрыть увеличенное отверстие в верхнем компоненте.
Сравнение заклепок с открытым и закрытым концом
Возможно, вы слышали, что существуют заклепки с открытым и закрытым концом, но знаете ли вы разницу?
Открытый тип
Тело слепой заклепки открытого типа имеет сквозное отверстие в корпусе. После протяжки стержня его головка остается внутри корпуса и запирает отверстие, но не герметично, поэтому такое крепление НЕ является водонепроницаемым. К тому же оно не такое прочное, как многие другие заклепочные соединения.
Данный вид заклепки является одним из самых распространенных, недорогих и универсальных. Она обеспечивает надежный результат в повседневных проектах с невысокими требованиями к несущей способности заклепочного соединения.
Закрытый тип
Тело глухой заклепки закрытого типа имеет несквозное отверстие в корпусе, что исключает попадание воды и испарений через крепление. Именно поэтому за ней закрепились названия - герметичная, водонепроницаемая, закрытая.
Эта особенность делает ее идеальным выбором для использования там, где важна водонепроницаемость места соединения, например, для крепления и ремонта водосточных желобов, установки душевых панелей, при производстве оконных блоков, металлических емкостей, сборке корпусов электрооборудования, приборов, электронных гаджетов и т.д.
Глухая заклепка с закрытым концом по сравнению с заклепкой с открытым концом того же размера и материала обеспечивает примерно на 20% большую прочность на сдвиг и растяжение.
Принцип работы вытяжных заклепок
Они устанавливаются в предварительно просверленное отверстие (шаг 1), которое проходит через пакет соединяемых материалов (шаг 2). Заклепочник вытягивает стержень через корпус (шаг 3), при этом происходит деформация конца корпуса и формирование обратной головки. В определенный момент сердечник обламывается и отпадет (шаг 4), а скрепляемые листы оказываются плотно сжатыми между установочной и замыкающей (расклепанной) головкой. При этом часть ножки стержня остается в теле заклепки (шаг 5).
Как выбрать вытяжную заклепку
Выбирая правильную вытяжную заклепку для работы, вы должны учитывать ее физические характеристики, включая характер материалов, отверстия, толщину соединения, коррозионную стойкость, прочность на растяжение и на сдвиг.
Материал заклепок
Слепые заклепки доступны в следующих сочетаниях материалов:
Al - алюминий; ST - оцинкованная сталь; A2 - нержавеющая сталь A2; A4 - нержавеющая сталь A4; CU - медный сплав; BR - бронза, Monel - медно-никелевый сплав.
Сталь
- Самый распространенный материал: используется с различными сталями.
- Высокая прочность: лучше всего подходит для тяжелых и прочных материалов.
- Экономическая выгода.
Алюминий
- Используется с более мягкими материалами (например: алюминий, дерево, пластик).
- Малый вес.
- Устойчивость к коррозии в пресной воде и незагрязненной атмосфере.
- Отличный проводник для электрических применений.
Нержавеющая сталь
- Высокая прочность и устойчивость к высокотемпературному воздействию.
- Устойчивость к коррозии на открытом воздухе и в агрессивной среде.
- Лучше всего подходит для клёпки материалов из нержавеющей стали, крепления автомобильных номерных знаков, ремонта кузовов и глушителей.
Медь
- Обеспечивает наилучшую электрическую и тепловую проводимость.
- Устойчивость к коррозии во влажной среде, органических кислотах, морской воде.
- Подходит для крепления групп заземления, медной кровли, водостоков, фасадных и декоративных элементов.
В идеале, материал заклепки по своим физико-механическим свойствам должен соответствовать свойствам материалов двух соединяемых компонентов, это сведет к минимуму риск разрушения соединения из-за усталости материала или гальванической коррозии.
Выбор материала заклепок с учетом гальванической коррозии
Различают атмосферную и гальваническую коррозию (ГК). В случае атмосферной коррозии крепеж реагирует с веществами в окружающем воздухе. Гальваническая коррозия возникает из-за разности потенциалов между металлами, находящимися в контакте друг с другом. Большая разность потенциалов приводит к более быстрому протеканию коррозионных процессов.
Следующая таблица является общим руководством по возможному воздействию коррозии на корпус заклепки при контакте с различными материалами компонентов.
Таблица 1. Данные о совместимости материала крепежа и материала основания.
| Материал корпуса заклепки | Материал соединяемых деталей | |||||
| CuNi | А2/А4 | Cu | St | Al & A | Zn | |
| Медно-никелевый сплав (CuNi) - монель | серый | голубой | голубой | голубой | голубой | голубой |
| Нержавеющая сталь (А2/А4) | голубой | серый | голубой | голубой | голубой | голубой |
| Медь (Cu) | оранж | оранж | серый | серый | серый | голубой |
| Углеродистая сталь (St) | красный | красный | красный | серый | желтый | голубой |
| Алюминий и сплавы (Al & A) | красный | оранж | бордов | оранж | серый | голубой |
| Цинк (Zn) | красный | красный | красный | красный | красный |
серый |
- серый – абсолютная совместимость (отсутствие ГК);
- голубой – допустимое сопряжение (низкий риск ГК);
- желтый – ограничено рекомендуемое сопряжение (легкая ГК);
- оранжевый – менее рекомендуемое сопряжение (ускорение ГК);
- красный – нерекомендуемое сопряжение (высокая скорость ГК);
- бордовый – сопряжение не рекомендуется ни при каких обстоятельствах.
Если по производственным причинам не удается создать коррозионно-стойкую комбинацию материалов, то нужно полностью исключить попадание влаги или создать барьерную защиту путем окрашивания или использования неметаллических прокладок.
Вам пригодится: Как избежать гальванической коррозии?
Сравнение прочности
- Алюминиевые заклепки AL/AL являются самыми низкопрочными, их выбирают при небольших усилиях на растяжение и срез.
- Алюминиевые со стальными сердечниками (AL/ST) прочнее полностью алюминиевых.
- Еще более высокой прочностью обладают стальные заклепки ST/ST.
- Самыми прочными являются нержавеющие заклепки А2/А2, А4/А4, корпус и стержень которых выполнены из нержавеющей стали.
Как выбрать правильный размер?
Размеры заклепок представлены в виде двух цифр, первая из которых - это диаметр корпуса (D), а вторая - его длина от нижней части бортика до торца (L). Исключение составляет потайная заклепка. В ее длину входит потайной бортик, который будет сидеть «заподлицо» с поверхностью закрепляемого материала.
Так, например:
- заклепка 3,2х6 мм имеет диаметр 3,2 мм и длину 6 мм без учета головки;
- заклепка 3,2x12 мм имеет такой же диаметр, но в два раза длиннее;
- заклепка 4,8x12 мм имеет такую же длину, как и 3,2x12 мм, но диаметр ее корпуса больше на 1,6 мм.
Какой выбрать диаметр?
Диаметр заклепки определяет величину нагрузок, которую она способна нести. Общее правило состоит в том, что для создания прочных заклепочных соединений минимальный диаметр (D) заклепки должен быть равен толщине скрепляемых материалов, а максимальный диаметр не должен превышать толщину более чем в 3 раза.
При выборе размеров глухих заклепок помните, чем больше их диаметр, тем прочнее заклепочное соединение как на сдвиг (сила, действующая под углом 90°), так и на растяжение (сила, действующая вдоль оси крепежа).
Какую выбрать длину?
Не стоит путать длину (L) с диапазоном захвата заклепки (который будет объяснен далее). Длина корпуса должна быть больше толщины всех скрепляемых материалов и выступать на длину, способную обеспечить качественное формирование слепой головки.
Формула расчета длины вытяжной заклепки:
L = S + 1,2 х D
Длина отрывной заклепки должна быть равна толщине скрепляемых листов плюс припуск на крепление, равный 1,2 диаметра ее корпуса.
Пример расчета:
Измерьте общую толщину материалов (S), которые необходимо скрепить. Скажем - 5,0 мм. Прибавьте рекомендуемый диаметр (D) заклепки, например - 2,4 мм, умноженный на 1,2.
5,0 мм + (1,2 × 2,4 мм) = 7,88 мм
Когда вы рассчитали длину тела, вы можете выбрать стандартный размер заклепки по специальной таблице (см. таблицу №1).
Рекомендуемый размер: 2,4х8 мм.
Если требуется повышенная прочность соединения, то можно использовать заклепки 3х8 мм, 3,2х8 мм или 4х8 мм, диапазон захвата которых покрывает заданную толщину материалов - 5 мм.
Выбор заклепки в зависимости от толщины соединяемых материалов
Каждая глухая заклепка рассчитана на определенный диапазон толщин соединяемых материалов, в рамках которого она будет эффективна. Этот диапазон называется «диапазоном захвата» и всегда указан в спецификации изделия. Он включает минимально допустимую и максимально допустимую толщину пакета.
Выбирать заклепку рекомендуется таким образом, чтобы толщина скрепляемого пакета не выходила за пределы указанного диапазона захвата заклепки, а в идеале НЕ находилась близко к пограничной зоне.
Заклепка с меньшим диапазоном захвата будет слишком короткой, чтобы должным образом раскрыться на обратной стороне листа. Крепеж с большим диапазоном захвата будет удерживать два листа вместе, но соединение будет слишком свободным, что может привести к разделению листов между собой.
Таблица 2. Подбор заклепок по толщине скрепляемого материала
| Диаметр корпуса D, мм | 2,4 | 3 | 3,2 | 4 | 4,8 | 5 | 6 | 6,4 |
| Диаметр бортика d, мм | 5 | 6,5 | 6,5 | 8 | 9,5 | 9,5 | 12 | 13 |
| Высота бортика k, мм | 0,65 | 1,0 | 1,0 | 1,2 | 1,3 | 1,3 | 1,5 | 1,8 |
| Диаметр отверстия, мм | 2,5 | 3,1 | 3,3 | 4,1 | 4,9 | 5,1 | 6,1 | 6,5 |
| Длина корпуса L, мм | Толщина пакета материалов (min-max) S, мм | |||||||
| 4 | 0,5-1,5 | 0,5-1,5 | 0,5-1,5 | - | - | - | - | - |
| 5 | - | 0,5-2,5 | 0,5-2,5 | 0,5-2,5 | - | - | - | - |
| 6 | 2,0-4,0 | 1,5-3,5 | 1,5-3,5 | 1,5-3,0 | 0,5-3,0 | 0,5-3,0 | - | - |
| 8 | 4,0-6,0 | 3,5-5,5 | 3,5-5,5 | 3,0-5,0 | 3,0-4,5 | 3,0-4,5 | 2,0-4,0 | - |
| 10 | 6,0-8,0 | 5,5-7,0 | 5,5-7,0 | 5,0-6,5 | 4,5-6,0 | 4,5-6,0 | 4,0-6,0 | - |
| 12 | 8,0-10,0 | 7,0-9,0 | 7,0-9,0 | 6,5-8,5 | 6,0-8,0 | 6,0-8,0 | 6,0-8,0 | 2,0-6,0 |
| 14 | - | 9,0-11,0 | 9,0-11,0 | 8,5-10,5 | 8,0-10,0 | 8,0-10,0 | 8,0-10,0 | - |
| 16 | - | 11,0-13,0 | 11,0-13,0 | 10,5-12,5 | 10,0-12,0 | 10,0-12,0 | 9,0-11,0 | 8,0-11,0 |
| 18 | - | 13,0-15,0 | 12,0-15,0 | 12,5-14,5 | 12,0-14,0 | 12,0-14,0 | 11,0-13,0 | 9,0-12,0 |
| 20 | - | 15,0-17,0 | 15,0-17,0 | 14,5-16,5 | 14,0-16,0 | 14,0-16,0 | 13,0-15,0 | 12,0-14,0 |
| 25 | - | - | 17,0-22,0 | 16,5-21,5 | 18,0-21,0 | 16,0-21,0 | 15,0-20,0 | 14,0-18,0 |
| 30 | - | - | - | 21,5-26,0 | 23,0-25,0 | 21,0-25,0 | 20,0-24,0 | 20,0-24,0 |
| 35 | - | - | - | - | 27,0-30,0 | 25,0-30,0 | 24,0-29,0 | 24,0-29,0 |
| 40 | - | - | - | - | 30,0-35,0 | 30,0-35,0 | 29,0-34,0 | - |
| 45 | - | - | - | - | 35,0-40,0 | 35,0-40,0 | - | - |
| 50 | - | - | - | - | 40,0-45,0 | 40,0-45,0 | - |
29,0-42,0 |
Например, если вам нужно соединить две металлические пластины общей толщиной 13 мм и вы хотите использовать вытяжную заклепку диаметром 4,8 мм, то вам потребуется крепеж с длиной корпуса 18 мм.
Размеры отверстий под заклепку
Для сверления отверстий под заклепки используются стандартные спиральные сверла. Размеры сверл для каждого конкретного диаметра заклепки всегда указаны в спецификации изделия. Обратите внимание, что размер отверстия на 0,1 мм больше фактического диаметра корпуса клёпки. Это позволяет легко и полностью вставить гильзу в отверстие, а затем заставить ее расшириться, плотно заполнить зазор, максимизируя прочность.
Правильный размер отверстия важен для обеспечения полной нагрузочной способности, устойчивости к вибрации и эксплуатационной надежности заклепочного соединения.
Рекомендуемый диаметр отверстия под заклепку смотри в Таблице 2.
Несколько советов:
- Перфорированные отверстия предпочтительнее просверленных, так как их качество и точность выше.
- Размер отверстия со стороны замыкающей головки особенно важен для закрытых глухих заклепок, которые гарантируют водонепроницаемость только при наличии монтажных отверстий хорошего качества.
- Размер отверстия под головкой заклепки менее критичен.
- Многозажимные и распорные заклепки терпимы к диаметру отверстия, потому что они обладают хорошими свойствами заполнения отверстия или образуют большую замыкающую головку.
- Для установки потайной заклепки необходимо не только просверлить отверстие, но и изготовить зенковкой в нем углубление под коническую головку метиза, которая имеет угол 100° или 120°. При этом толщина наружного металлического листа должна быть достаточной, чтобы сделать углубление под потай головку.
- Прежде чем устанавливать заклепки, убедитесь, что все отверстия идеально совмещены, вся стружка и заусенцы удалены, а детали, которые необходимо склепать, надежно скреплены друг с другом.
Заключение
Вытяжные заклепки являются хорошей альтернативой болтовым, винтовым и сварным соединениям, особенно в тех случаях, когда доступ к точке крепления есть только с лицевой стороны. Заклепочные соединения прочны, стабильны и обеспечивают контролируемую фиксацию. Но для получения качественного результата клепки, необходимо придерживаться следующих рекомендаций:
- Выберите заклепку из того же материала, что и компоненты, которые вы собираетесь скреплять.
- Подумайте о различных доступных дизайнах головок.
- Оцените возможные нагрузки на срез и растяжение.
- Выберите правильную длину и диаметр заклепки.
- Сравните глухие и сплошные заклепки.
- Оцените коррозионную стойкость.
- Точно следуйте инструкции по установке.
При сборке ответственных металлоконструкций размеры, материал и количество заклепок подбираются на стадии проектирования.
Александр
Очень доходчиво!
Денис (Алма-Ата)
Отличная статья! Многое описано исчерпывающе! Но есть просьба, может можно эту шикарную статью дополнить ещё формулой или принципов расчёта частоты установки заклёпок (расстояние между заклёпками) в зависимости от несущая конструкция или декоративная (если есть то более точная градация)...
Валентин
Очень подробно, а главное доходчиво всё объяснено. Я никогда раньше не сталкивался с такими заклёпками. Необходимость применения данных заклёпок появилась. Обшарил несколько сайтов и практически ничего не мог понять, пока не наткнулся на данный обзор.
Огромное Вам спасибо за Ваш труд.
Рафаил
Знал а общих чертах. Готовясь к соединениям заклёпками, искал информацию. И нашел. Спасибо огромное !
Антон
Понял одно - для дома нужно иметь все виды заклёпок по чуть-чуть ((( мало ли какая понадобится
Николай
Исчерпывающе, спасибо!
Андрей
Самое грамотное описание. На многих сайтах не могут даже минимально нужной информации дать - (Размеры заклепок представлены в виде двух цифр, первая из которых - это диаметр корпуса (D), а вторая - его длина от нижней части бортика до торца (L).) Не говоря уже о принципах подбора.
Спасибо большое. Всё по делу!
