Калькулятор размеров заклепок: Найдите идеальные размеры заклепок

Калькулятор размеров заклёпок

Калькулятор размеров заклёпок — это инструмент, который рекомендует диаметр, длину и тип материала заклёпки по размеру отверстия, толщине материала и диапазону захвата соединения. Заклёпка представляет собой короткий металлический стержень, соединяющий два или более слоя материала за счёт образования головки на каждом конце: одна головка изготовлена на заводе, а другая формируется при установке. Неправильный выбор размера может сделать соединение слабым или вообще не позволить установить заклёпку.

Как рассчитывается диаметр заклёпки

Заклёпка должна проходить через предварительно просверленное отверстие, поэтому её диаметр не может быть больше диаметра отверстия. На практике отверстие сверлят примерно на 0,1 мм–0,3 мм больше диаметра стержня заклёпки, чтобы её можно было легко вставить.

Калькулятор использует набор стандартных метрических диаметров заклёпок: 2,4, 3,2, 4,0, 4,8 и 6,4 мм. Он выбирает наибольший из них, который всё ещё подходит для отверстия.

Формула:

$\text{Диаметр заклёпки} = \text{наибольший стандартный размер} \leq \text{Диаметр отверстия}$

Например, в отверстие диаметром 4,2 мм подходит заклёпка диаметром 4,0 мм (следующий размер, 4,8 мм, слишком велик). В отверстие меньше 2,4 мм нельзя установить ни одну стандартную заклёпку, поэтому калькулятор выводит ошибку, а не делает предположение.

Проверка прочности на срез

Тонкая заклёпка в толстом материале может срезаться под нагрузкой. Согласно эмпирическому правилу, диаметр заклёпки должен быть не менее чем втрое больше толщины самого толстого соединяемого слоя:

$\text{Минимальный диаметр по прочности на срез} = 3 \times \text{Толщина материала}$

Если отверстие слишком мало для заклёпки, соответствующей этому правилу, калькулятор всё равно возвращает наибольшую заклёпку, которая в него помещается, но добавляет предупреждение о том, что соединение может быть слабее оптимального. Для исправления ситуации нужно просверлить отверстие большего диаметра и использовать более крупную заклёпку либо установить вдоль соединения больше заклёпок, чтобы распределить нагрузку.

Как рассчитывается длина заклёпки

Длина заклёпки зависит от диапазона захвата — общей толщины всех соединяемых слоёв. Заклёпке также нужна дополнительная длина за пределами зоны захвата, чтобы её хвост можно было сформировать в головку; эта величина называется припуском на формирование головки. Припуск равен 1,5 диаметра самой заклёпки.

Формула:

$\text{Минимальная длина} = \text{Диапазон захвата} + 1.5 \times \text{Диаметр заклёпки}$

Калькулятор округляет это значение вверх до следующей стандартной длины: 6, 8, 10, 12, 16, 20 или 25 мм. Если требуемая длина больше 25 мм, стандартная заклёпка не подходит, и калькулятор возвращает ошибку, а не делает предположение.

Тип заклёпки и код заклёпки

Рекомендуемый материал заклёпки соответствует соединяемому материалу: для алюминиевого листа используется алюминиевая заклёпка, для стали — стальная, для нержавеющей стали — заклёпка из нержавеющей стали, для пластика — пластиковая, а для разнородных материалов — заклёпка для соединения разнородных материалов. Это предотвращает гальваническую коррозию, возникающую, когда два разных металла соприкасаются в присутствии влаги и менее благородный металл корродирует быстрее.

Калькулятор также формирует короткий код заклёпки для заказа или документации:

$\text{Код заклёпки} = \text{Код материала} + \text{Диаметр}\times10 + \text{"-"} + \text{Длина}$

Коды материалов: AL (алюминий), ST (сталь), SS (нержавеющая сталь), PL (пластик) и MM (разные материалы). Стальная заклёпка диаметром 4,0 мм и длиной 8 мм получает код ST40-8.

Пример расчёта

Возьмём алюминиевый лист толщиной 1,5 мм с отверстием диаметром 3,2 мм и диапазоном захвата 3,0 мм.

1. Диаметр: наибольший стандартный размер, не превышающий 3,2 мм, — это 3,2 мм.
2. Длина: минимальная длина = 3,0 + 1,5 × 3,2 = 7,8 мм, после округления вверх — стандартный размер 8 мм.
3. Проверка на срез: согласно эмпирическому правилу, требуется диаметр не менее 3 × 1,5 = 4,5 мм, но в отверстие помещается только 3,2 мм, поэтому калькулятор выдаёт предупреждение о прочности на срез.
4. Результат: алюминиевая заклёпка диаметром 3,2 мм и длиной 8 мм, код AL32-8, с предупреждением о целесообразности использования отверстия и заклёпки большего размера.

Во втором случае предупреждения нет. Для стального листа толщиной 1,0 мм с отверстием диаметром 4,2 мм и диапазоном захвата 2,0 мм получается диаметр 4,0 мм (наибольший стандартный размер, не превышающий 4,2 мм), длина 2,0 + 1,5 × 4,0 = 8,0 мм (уже стандартный размер), а диаметр превышает минимальное значение по срезу 3 × 1,0 = 3,0 мм. Результат: стальная заклёпка диаметром 4,0 мм и длиной 8 мм, код ST40-8, без предупреждений.

Вытяжные и сплошные заклёпки

Вытяжную заклёпку, часто называемую заклёпкой-поп, можно установить только с одной стороны материала. Она состоит из трубчатого корпуса и центрального стержня, называемого сердечником, который отламывается после вытягивания, формируя головку на дальней стороне, невидимой установщику. Для установки сплошной заклёпки нужен доступ к обеим сторонам: один конец уже имеет форму головки, а другой при установке расплющивается молотком или прессом. Сплошные заклёпки обычно выдерживают большую нагрузку при том же размере, но требуют больше времени для установки.

Распространённые применения

Клёпка соединяет листовой металл без нагрева и деформации, которые может вызвать сварка. Заклёпки широко применяются в обшивке самолётов и несущих каркасах, поскольку хорошо выдерживают повторяющиеся вибрации. Кузова автомобилей, металлическая кровля и облицовка, лестницы и другие металлические конструкции, изготавливаемые своими силами, используют те же крепёжные изделия, но в меньших масштабах. В корпусах лодок и палубной арматуре часто применяют алюминиевые заклёпки или заклёпки из нержавеющей стали, поскольку во влажных условиях они лучше противостоят коррозии, чем обычная сталь.

Распространённые альтернативы — болты, сварка, клеевые соединения и самонарезающие винты. Болтовое соединение можно впоследствии разобрать; сварка создаёт непрерывное очень прочное соединение, но требует специального оборудования; клеевые соединения равномерно распределяют нагрузку, но могут ослабевать при нагреве; самонарезающие винты в некоторых материалах позволяют обойтись без отдельного этапа сверления отверстий.

Часто задаваемые вопросы

Что означает код заклёпки? Он объединяет обозначение материала (AL, ST, SS, PL или MM), диаметр в десятых долях миллиметра и длину в миллиметрах. AL32-8 — это алюминиевая заклёпка диаметром 3,2 мм и длиной 8 мм.

Почему калькулятор предупредил о прочности на срез, хотя выдал результат? Отверстие ограничило диаметр заклёпки значением, меньшим утроенной толщины материала. Калькулятор всё равно возвращает наибольшую заклёпку, которая помещается в отверстие, поскольку только её можно физически установить, но предупреждение означает, что соединение может выдерживать меньшую нагрузку, чем следует.

Можно ли использовать алюминиевые заклёпки для стали или стальные заклёпки для алюминия? Механически это возможно, но в месте контакта два металла могут корродировать, особенно на открытом воздухе или рядом с солёной водой. Более безопасным выбором для соединения разнородных металлов будут заклёпки из нержавеющей стали.

Почему калькулятор показывает ошибку, а не размер? Ошибка возникает в двух случаях: если отверстие меньше 2,4 мм, поскольку стандартных заклёпок такой малой толщины не существует, или если диапазон захвата настолько велик, что сумма диапазона захвата и припуска на формирование стержня превышает 25 мм — максимальную стандартную длину. Для заклёпки большего диаметра требуется больший припуск, поэтому длины начинает не хватать раньше: для заклёпки диаметром 6,4 мм требуется припуск 9,6 мм, поэтому она перестаёт подходить, когда диапазон захвата превышает 15,4 мм.

Что такое диапазон захвата? Диапазон захвата — это суммарная толщина всех слоёв, через которые проходит заклёпка. Он определяет, какая часть длины заклёпки находится внутри материала до припуска на формирование головки.

Насколько длина заклёпки должна превышать диапазон захвата? Примерно на 1,5 диаметра самой заклёпки с округлением вверх до ближайшей стандартной длины. Для заклёпки диаметром 4,0 мм требуется примерно 6 мм дополнительной длины сверх диапазона захвата, чтобы правильно сформировать головку.

Источники

1. Хиггинс, Рэймонд А. (2001). Материалы для инженеров и техников. Newnes. ISBN 978-0750652506.
2. Месслер, Роберт У. (2004). Соединение материалов и конструкций: от практического процесса к передовой технологии. Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0750677578.
3. ASME B18.1.1: Малые сплошные заклёпки. Американское общество инженеров-механиков.
4. ISO 14 588: Вытяжные заклёпки — терминология и определения. Международная организация по стандартизации.