Неразъемным называют такое соединение деталей и узлов, разборка которого невозможна без повреждения деталей (рис. 15.1).
Заклепкой называют круглый стержень, имеющий сформированную закладную головку на одном конце и формируемую в процессе клепки замыкающую головку на другом его конце. При этом детали сильно сжимаются, образуя прочное, неподвижное неразъемное соединение (рис. 15.2).
Выбор материала и размеров заклепок. В современных конструкциях машин способ клепки для получения неразъемных соединений вытесняется сваркой, склеиванием и соединениями на резьбе. Однако в ряде механизмов и машин многие сборочные единицы, подверженные большим динамическим нагрузкам, имеют преимущественно заклепочные соединения. Их применяют в тех случаях, когда нагрев соединяемых деталей нежелателен, а также при сборке деталей из разнородных материалов (сталь — чугун, металл — пластмасса), сварка и паяние которых затруднены, а склеивание не обеспечивает нужной прочности.
Рис. 15.1. Классификация неподвижных неразъемных соединений
Рис. 15.2. Основные типы заклепок:
а — общий вид: 1 — закладная головка; 2 — замыкающая головка; 3 — стержень; 4 — соединяемые листы; б — с полукруглой головкой; в - с полукруглой низкой головкой; г — с полупотайной головкой; д — с потайной головкой; е — с плоской головкой; ж — пустотелая со скругленной головкой
Для получения качественного заклепочного соединения большое значение имеет выбор длины заклепки. Она зависит от толщины склепываемых листов (деталей) и формы замыкающей головки. Замыкающая головка образуется из выступающей части стержня. Длина этой части стержня для образования потайной головки должна составлять 0,8... 1,3, а для образования полукруглой головки — 1,3... 1,6 диаметра стержня заклепки.
При соединении деталей заклепками отверстия под них обычно подготавливают заранее. Сверление отверстий одновременно в обеих деталях в процессе сборки применяют лишь в тех случаях, когда требуется особо повышенная точность в совпадении отверстий. При сверлении необходимо выдерживать диаметральные зазоры между стержнем заклепки и базовой деталью, так как от этого в значительной мере зависит возможность появления изгиба стержня, смещения деталей, а при переменных нагрузках — быстрый износ и разрушение соединения. Эти зазоры составляют 0,1...0,2 мм для заклепок с диаметром стержня до 6 мм; 0,25 мм — при диаметре 6... 10 мм; 0,3 мм — при диаметре 10...20 мм.
Достоинства и недостатки заклепочных соединений. К достоинствам относятся:
■ высокая надежность соединения;
■ удобство контроля качества клепки;
■ повышенная сопротивляемость ударным и вибрационным нагрузкам;
■ возможность соединения деталей из трудносвариваемых металлов (например, из алюминия);
■ неизменность физико-химических свойств материалов соединяемых деталей в процессе клепки;
■ отсутствие температурных деформаций;
■ детали при разборке не разрушаются.
Дополнительно отметим, что, так как заклепки изготовляют из высокопластичных материалов, их разрушению предшествуют значительные остаточные деформации, которые в некоторых случаях как бы сигнализируют об опасности разрушения, что и позволяет принять предупредительные меры. При разборке соединения (разрушении заклепок) соединяемые детали обычно почти не повреждаются и могут быть использованы повторно.
Клепаная конструкция с большим количеством заклепок вместо сварки (авиация, котлы, мосты) хотя и создает высокую концентрацию напряжений вблизи отверстий соединяемых деталей, при возникновении трещины не позволяет ей распространяться на всю ширину детали, а лишь от одного отверстия до другого.
К недостаткам относятся:
■ высокая стоимость, так как процесс получения заклепочного шва состоит из большого числа операций (разметка, продавливание или сверление отверстий, нагрев заклепок, их закладка, клепка) и требует применения дорогостоящего оборудования (станки, прессы, клепальные машины);
■ повышенный расход материала для этого соединения (из-за ослабления соединяемых деталей отверстиями под заклепки требуется увеличение их толщины, применение накладок и т.д.). Масса заклепок составляет 4 % массы конструкции (масса сварных швов — 1,5%);
■ детали ослаблены отверстиями;
■ высокий шум и ударные нагрузки при изготовлении;
■ нарушение плотности швов при эксплуатации;
■ невозможность соединения деталей сложной конфигурации;
■ соединение деталей встык требует применения специальных накладок, что приводит к дополнительному увеличению массы конструкций;
■ заклепки и соединяемые детали должны быть однородными (в местах соединений разнородных металлов возникают гальванические токи, разрушающие соединение) с одинаковым температурным коэффициентом линейного расширения. Указанные недостатки весьма существенны, поэтому они привели к резкому сокращению применения заклепочных соединений и замене их сварными, паяными и клеевыми соединениями.
Диаметры отверстий под заклепки dотв выбирают по стандарту в зависимости от диаметра заклепки. Для холодной клепки можно рекомендовать формулу
dотв = d3 + 0,05d3; (15.1)
для горячей клепки формулу —
dотв = d3 + 0,1d3, (15.2)
где d3 — диаметр устанавливаемой заклепки, мм.
Материалы. В качестве склепываемых материалов могут быть углеродистые и легированные стали, цветные металлы и их сплавы, неметаллические материалы, применяемые в общем машиностроении. Заклепки изготовляют из низкоуглеродистых сталей Ст2, СтЗ, Ст2кп, СтЗкп, 10, 15, 10кп, 15кп, легированной стали 12Х18Н9Т, меди М3, латуни JT63, алюминиевых сплавов АД1, Д18, АМг5 и др. Материал заклепки должен быть достаточно пластичным.
К материалу заклепки предъявляют следующие требования:
■ высокая пластичность для облегчения процесса клепки;
■ одинаковый коэффициент температурного расширения с материалом 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 дюралюминиевых — алюминиевые, для медных — медные.
При выборе материала заклепок должно быть такое сочетание материалов, которое бы исключало образование гальванических пар и гальванических токов в соединении.
Виды клепки. Клепку выполняют как в холодном, так и в горячем состоянии. Холодную клепку при сборке машин применяют, когда диаметр заклепки не превышает 10... 12 мм. При достаточной мощности клепального оборудования качество клепки получается в пределах требований.
Горячую клепку применяют, когда диаметр заклепок более 12 мм. Она состоит из следующих операций:
■ нагрев стальных заклепок до 1000... 1 100°С;
■ постановка заклепки при указанной температуре в заранее подготовленное отверстие;
■ осаживание клепальным инструментом стержня заклепки;
■ образование замыкающей головки.
Клепка стальных заклепок заканчивается при температуре 450...500°С. Ниже этой температуры металл теряет пластичность и приобретает синеломкость.
Заклепочные соединения состоят из двух (рис. 15.3, а) или нескольких листов или деталей (рис. 15.3, б), соединяемых (склепываемых) в неразъемную конструкцию с помощью заклепок. Заклепочным швом называют соединение, осуществляемое группой заклепок.
 |
Рис. 15.3. Заклепочное соединение:
а — из двух листов или деталей; б — из нескольких листов или деталей