Горячая клепка заклепок

Горячая клепка заклепокГорячую клепку применяют в силовых и прочноплотных соединениях при диаметре заклепок более 8—10 мм. Заклепки меньшего диаметра устанавливают по большей части вхолодную.

Заклепку с предварительно отформованной головкой (закладная головка) нагревают до пластического состояния (900—1000°С), вводят в отверстия, совместно пробитые или просверленные в соединяемых деталях, после чего, поддерживая головку, осаживают противоположный конец заклепки клепальным инструментом ударного или прессового действия (рис. 21, а), формируя замыкающую (высадную) головку (рис. 21, б). При остывании заклепка усаживается, плотно сжимая соединяемые детали.

Прочность соединения почти целиком определяется силами трения, возникающими на поверхности стыка деталей в результате усадки заклепок.

Схема горячего клепания

В начальной стадии остывания, когда металл заклепки находится в пластичном состоянии, стержень заклепки вытягивается, в результате чего уменьшается его диаметр. Заклепка в это время не развивает сколько-нибудь значительного давления на соединяемые детали. С понижением температуры материал заклепки постепенно упрочняется и начинает оказывать сопротивление усадке. Окончательная стягивающая сила определяется сжатием заклепки за период остывания с температуры, при которой пластические деформации материала заклепки сменяются упругими деформациями, до температуры полного остывания. Это же сжатие определяет растягивающие напряжения в стержне заклепки.

В процессе остывания диаметр стержня уменьшается вследствие пластической вытяжки в первый период остывания, упругой вытяжки и сокращения поперечных размеров при окончательном остывании. Объем заклепки изменяется также в результате происходящего при остывании γ—α-превращения.

В результате совместного действия этих факторов между стержнем и стенками отверстия (даже если заклепку вводят в отверстие первоначально без зазора, например, из-под молотка) образуется зазор, достигающий десятых долей миллиметра. Принятая в настоящее время схема расчета заклепочных соединений на срез стержней заклепок, смятие стенок отверстия и поверхности стержней действием поперечной силы Р (рис. 22, а) не согласуется с действительными условиями работы заклепочных соединений.

Расчет заклепок

Заклепки начинают работать на срез только после того, как произойдет сдвиг соединяемых деталей на зазор между стержнем заклепки и стенками отверстия, т. е. когда уже нарушена работоспособность заклепочного соединения.

При расчете горячих заклепочных соединений правильнее исходить из величины осевой силы N, развиваемой заклепкой при усадке, и силы трения Р = Nf на стыке (вид б). Осевая сила

Gorjathaja klepka 3

где F — площадь поперечного сечения заклепки; σ — растягивающее напряжение, возникающее в заклепке в конце усадки:

Gorjathaja klepka 4

Здесь Е и α — соответственно модуль нормальной упругости и коэффициент линейного расширения материала заклепки; t0 — конечная температура охлаждения; t1 — температура, при которой прекращается пластическое течение материала заклепки и начинается упругая вытяжка стержня заклепки.

Трудность расчета по этой схеме состоит в том, что входящие в уравнение величины переменны. Величины Е и α зависят от температуры, а температура t1 неопределенна вследствие растянутости периода перехода пластических деформаций в упругие. Расчет осложняется из-за неодинакового нагрева заклепок перед клепанием, а также неравномерного температурного поля по оси заклепок. Например, часто нагревают только свободный конец заклепки, из которого формируется замыкающая головка, оставляя закладную головку холодной. При этом стягивающая сила значительно уменьшается.

Схема чистого сдвига (виды а, б) на практике встречается редко. В большинстве случаев заклепочные соединения подвергаются дополнительным напряжениям, например, изгибу или растяжению (виды в, г), возникающим в результате деформации узла под действием внешних сил.

Существующий расчет не учитывает решающий для прочности фактор — растяжение заклепки в результате усадки при остывании. Если даже за основу принимать схему работы заклепок на срез, то расчет следовало бы вести по сложному напряженному состоянию сдвиг — растяжение.

Практически при выборе параметров заклепочных соединений главным образом опираются на исполненные конструкции, учитывая вместе с тем специфические условия работы проектируемого соединения (требования к герметичности, рабочие температуры, воздействие агрессивных сред и т, д.). Почти в каждой области, где применяют горячие заклепочные соединения, существуют свои нормативы, проверенные в эксплуатации (хотя, может быть, и не самые рациональные).