Заклепки дюралевые

Заклепки дюралевые — крепёжные элементы для формирования неразъёмных соединений деталей и конструкций. Изготавливаются из деформируемых алюминиевых сплавов системы Al–Cu–Mg (дюралюминов) методом холодной высадки. Дюралевые заклепки сочетают малую массу с достаточной прочностью на срез, что определяет их широкое применение в авиастроении, машиностроении, приборостроении и судостроении. Основные марки сплавов для заклёпочной проволоки: Д18, Д16П, Д1П, В65 — регламентируются ГОСТ 14838-78 и ГОСТ 4784-2019.

Марки дюралюминиевых сплавов для заклепок

Выбор сплава определяется условиями эксплуатации соединения: рабочими температурами, уровнем нагрузок, требованиями к коррозионной стойкости и технологией клёпки. Проволоку для изготовления заклепок методом холодной высадки выпускают из следующих алюминиевых сплавов по ГОСТ 14838-78:

Сплав Д18 — основной заклёпочный дюралюминий

Д18 (числовая маркировка 1180) — заклёпочный сплав системы Al–Cu–Mg с пониженным содержанием легирующих элементов. Отличается высокой пластичностью в свежезакалённом состоянии, что позволяет ставить заклёпки без предварительного разупрочнения. После закалки и естественного старения обеспечивает временное сопротивление срезу не менее 190 МПа по ГОСТ 10304-80. Д18 является наиболее распространённым сплавом для заклёпок общемашиностроительного применения. Зарубежный аналог — AA 2117.

Сплав Д16П — высокопрочный заклёпочный сплав

Д16П — модификация сплава Д16 для изготовления проволоки под холодную высадку. Содержит повышенное количество меди и магния, что обеспечивает более высокую прочность после термообработки по сравнению с Д18. Применяется в силовых конструкциях авиационной техники. Заклёпки из Д16П устанавливают в свежезакалённом состоянии (не позднее 2 часов после закалки), поскольку сплав интенсивно стареет при комнатной температуре и быстро теряет пластичность.

Сплав В65 — заклёпочный сплав для ответственных соединений

В65 (числовая маркировка 1165) — сплав системы Al–Cu–Mg–Mn, специально разработанный для заклёпок, которые устанавливаются в закалённом и состаренном состоянии. Пластичность В65 после естественного старения достаточна для расклёпывания, что упрощает технологию монтажа — не требуется повторная закалка перед установкой. Применяется в авиа- и судостроении для ответственных силовых соединений.

Сплав Д1П

Д1П — один из первых дюралюминиевых заклёпочных сплавов. По прочности уступает Д16П и В65, однако обладает удовлетворительной пластичностью. Применяется в менее нагруженных конструкциях. Заклёпки из Д1П устанавливают в свежезакалённом состоянии.

Химический состав заклёпочных дюралюминиев по ГОСТ 4784-2019

Химический состав каждого сплава регламентирован ГОСТ 4784-2019. Ниже приведены данные по основным легирующим элементам. Алюминий — основа во всех сплавах.

Помимо основных легирующих элементов, стандартом нормируются примеси: кремний (Si), железо (Fe), цинк (Zn), титан (Ti), хром (Cr). Содержание каждой нерегламентированной примеси не превышает 0,05 %, суммарное — не более 0,10–0,15 % в зависимости от марки. Для проволоки, предназначенной для холодной высадки, химический состав дополнительно уточняется в таблице 10 ГОСТ 4784-2019.

Виды дюралевых заклёпок по форме головки

Дюралюминиевые заклёпки общемашиностроительного применения классов точности В и С выпускают нескольких основных типов. Форма головки определяет область применения и особенности монтажа крепежа. Ниже перечислены виды и соответствующие им стандарты.

Заклёпки с полукруглой головкой — ГОСТ 10299-80

Наиболее распространённый тип. Полукруглая головка обеспечивает надёжную опорную поверхность и хорошо распределяет нагрузку. По ГОСТ 10299-80 диаметр стержня составляет от 1 до 36 мм, длина — от 2 до 180 мм. Диаметр головки варьируется от 1,8 мм (при d = 1 мм) до 55 мм (при d = 36 мм). Нормируются также высота головки, радиус сферы и другие геометрические параметры. Применяются в строительстве, машиностроении, судостроении — везде, где допускается выступание головки над поверхностью.

Заклёпки с потайной головкой — ГОСТ 10300-80

Применяются, когда головка заклёпки не должна выступать над поверхностью детали — в обшивках летательных аппаратов, кузовных элементах, приборных корпусах. Диаметр стержня — от 1 до 36 мм, длина — от 2 до 180 мм по ГОСТ 10300-80. Установка требует предварительной зенковки отверстия под конус потайной головки (угол 90°). Стандарт также регламентирует заклёпки класса точности В и С.

Заклёпки с плоской головкой — ГОСТ 10303-80

Плоская головка обеспечивает минимальный выступ над поверхностью при сохранении достаточной опорной площади. По ГОСТ 10303-80 выпускаются с диаметром стержня от 2 до 36 мм, длиной от 4 до 180 мм. Применяются в конструкциях, где требуется минимальный профиль выступающей части и при этом не предъявляются жёсткие требования к заподлицо установке.

Заклёпки с полупотайной головкой — ГОСТ 10301-80

Занимают промежуточное положение между потайными и полукруглыми заклёпками. Головка частично утопает в зенкованном отверстии, но при этом обеспечивает большую опорную площадь, чем чисто потайная. Диаметр стержня — от 1 до 36 мм по ГОСТ 10301-80. Применяются в приборостроении и при соединении тонколистовых конструкций.

Заклёпки повышенной точности

Для ответственных конструкций авиационной и ракетной техники выпускают заклёпки повышенной точности по отдельным стандартам: ГОСТ 14797-85 (полукруглая головка), ГОСТ 14798-85 и ГОСТ 14799-85 (потайная головка с углом 90° и 120° соответственно). Общие технические условия на заклёпки повышенной точности — ГОСТ 14803-85. В данном стандарте дополнительно перечислен сплав Д19П — дюралюминий с микродобавками бериллия, предназначенный для работы при повышенных температурах (до 200–250 °С).

Общие технические требования — ГОСТ 10304-80

Технические условия на дюралевые заклёпки классов точности В и С определены ГОСТ 10304-80. Стандарт регламентирует допустимые материалы, механические свойства, качество поверхности, предельные отклонения и методы испытаний.

Классы точности заклёпок

Класс точности В — нормальная точность. Зазор между стержнем заклёпки и стенкой отверстия составляет 0,1–0,2 мм. Применяется в большинстве конструкций общего машиностроения. Шероховатость поверхности — не более Ra 6,3 мкм.

Класс точности С — грубая точность. Зазор увеличен до 0,2–0,3 мм, что допускает небольшое несовпадение отверстий соединяемых деталей. Шероховатость — не более Ra 50 мкм. Применяется в менее ответственных конструкциях.

Механические свойства

Заклёпки из сплава Д18 в состоянии после закалки и естественного старения должны обеспечивать временное сопротивление срезу не менее 190 МПа (19 кгс/мм²) по ГОСТ 10304-80. Для сравнения: заклёпки из технического алюминия АД1 — не менее 60 МПа, из сплавов АМг5П — не менее 160 МПа.

Каждая заклёпка должна выдерживать испытание на прочность соединения головки со стержнем — изгиб на угол 15° без поперечных надрывов. Также нормируется расклёпываемость: конец стержня должен выдерживать формирование замыкающей головки без трещин и расслоений.

Требования к поверхности

Поверхность дюралевых заклёпок не должна иметь трещин, надрывов, расслоений, пузырей, раковин и грата. Допускаются поверхностные дефекты, предусмотренные стандартами на проволоку-заготовку, а также следы инструмента в пределах допусков на размеры.

Термическая обработка дюралевых заклёпок

Дюралюминиевые сплавы относятся к термически упрочняемым. Механические свойства заклёпок напрямую зависят от режима термообработки, который определяется маркой сплава.

Закалка и естественное старение

Основной режим для заклёпочных сплавов — закалка с последующим естественным старением при комнатной температуре. Закалка Д18 проводится нагревом до 495–505 °С с охлаждением в воде. Естественное старение длится не менее 4 суток, после чего сплав приобретает максимальную прочность при данном режиме.

Особенности установки заклёпок в свежезакалённом состоянии

Сплавы Д16П и Д1П интенсивно стареют при комнатной температуре и теряют пластичность в течение нескольких часов после закалки. Поэтому заклёпки из этих сплавов устанавливают в свежезакалённом состоянии — как правило, не позднее 2–3 часов после закалки. Если заклёпки не были установлены в срок, их необходимо повторно закалить. Для увеличения времени пригодности допускается хранение свежезакалённых заклёпок при отрицательных температурах (от −10 °С и ниже), что замедляет процесс естественного старения.

Заклёпки из сплава В65 устанавливают в закалённом и состаренном состоянии — сплав сохраняет достаточную пластичность для расклёпывания даже после полного цикла старения. Это существенно упрощает технологический процесс и исключает необходимость оперативной установки.

Заклёпки из Д18 также допускают установку после закалки и старения, что делает этот сплав наиболее технологичным для массового производства.

Проволока для изготовления заклёпок — ГОСТ 14838-78

Заклёпки изготавливают методом холодной высадки из проволоки по ГОСТ 14838-78. Стандарт распространяется на проволоку из алюминия марки АД1 и алюминиевых сплавов: АМц, АМг2, АМг5П, Д1П, Д16П, Д18, В65. Проволока выпускается в нагартованном состоянии.

Диаметры проволоки

Диаметры проволоки зависят от марки сплава. Для Д18 выпускается проволока диаметром от 1,6 до 10,0 мм, для Д16П — от 1,6 до 10,0 мм, для В65 — от 2,0 до 10,0 мм. Проволока поставляется в бухтах, намотанных правильными рядами без перепутывания.

Контроль качества проволоки

Поверхность проволоки не должна иметь трещин, расслоений, плен, пузырей, закатов, забоин, заусенцев, резких перегибов и коррозионных пятен. Каждая партия сопровождается документом о качестве с указанием марки сплава, номера плавки, диаметра, результатов испытаний на срез и овальность.

Области применения дюралюминиевых заклёпок

Заклёпочные соединения на дюралюминиевом крепеже применяются в отраслях, где требуется сочетание малой массы конструкции с надёжностью неразъёмного соединения.

Авиастроение и ракетостроение

Основная область применения. Обшивки фюзеляжей, крыльев, хвостового оперения собираются на тысячах дюралевых заклёпок. Для силовых элементов применяют Д16П и В65, для менее нагруженных узлов — Д18. Потайные заклёпки (ГОСТ 10300-80 и его авиационные аналоги) обеспечивают гладкую аэродинамическую поверхность обшивки.

Судостроение

Алюминиевые надстройки судов, катеров и яхт собирают с использованием заклёпок из коррозионно-стойких алюминиевых сплавов. Дюралевые заклёпки используют в конструкциях, защищённых от прямого контакта с морской водой, поскольку дюралюминий имеет ограниченную коррозионную стойкость из-за высокого содержания меди.

Машиностроение и приборостроение

Заклёпочные соединения применяют при сборке корпусов приборов, лёгких кожухов, элементов конвейерного и транспортного оборудования — везде, где необходим лёгкий и достаточно прочный неразъёмный крепёж. Дюралевый прокат различных форм широко используется в качестве соединяемого материала для подобных конструкций.

Строительство и транспорт

Алюминиевые заклёпки применяются при изготовлении лёгких ограждающих конструкций, вентиляционных коробов, декоративных фасадных панелей. В транспортном машиностроении — при сборке кузовов автобусов, вагонов, прицепов, где снижение массы имеет экономическое значение.

Коррозионная стойкость и защита

Все дюралюминиевые сплавы системы Al–Cu–Mg имеют ограниченную коррозионную стойкость, обусловленную высоким содержанием меди. Медь создаёт гальваническую пару с алюминиевой матрицей, что способствует развитию межкристаллитной и питтинговой коррозии во влажных средах.

Для защиты заклёпочных соединений от коррозии применяют: анодирование (электрохимическое оксидирование), нанесение грунтов и лакокрасочных покрытий, герметизацию швов. В авиации широко используется технология установки заклёпок на герметик, который одновременно обеспечивает герметичность и защиту от контактной коррозии.

При проектировании заклёпочных соединений необходимо учитывать совместимость материалов заклёпки и соединяемых деталей, чтобы исключить контактную (гальваническую) коррозию. Дюралевые заклёпки не рекомендуется применять в прямом контакте со сталью, медью и медными сплавами без изолирующих прокладок.

Формы поставки дюралевых заклепок

Заклёпки дюралевые поставляются в следующих формах:

Каждая партия заклёпок сопровождается документом о качестве с указанием: марки сплава, номера стандарта на заклёпки, типоразмера, класса точности, номера партии и результатов испытаний.

Условное обозначение дюралевых заклёпок

Условное обозначение заклёпки включает: тип головки (определяется стандартом), класс точности (В или С), диаметр стержня, длину, условное обозначение группы материала и покрытие. Например:

Заклёпка 6×20.36 ГОСТ 10299-80 — заклёпка с полукруглой головкой класса точности В, диаметром стержня 6 мм, длиной 20 мм, из сплава Д18 (группа материала 36), без покрытия.

Группы материалов по ГОСТ 10304-80 для алюминиевых заклёпок: 31 — АМг5П, АМг3, АМг5, АМг6; 36 — Д18; 37 — АД1, А5Е.

Технология клёпки — основные принципы

Процесс установки дюралевых заклёпок (клёпка) включает несколько последовательных операций. Соблюдение технологии критически важно для обеспечения прочности и долговечности соединения.

Подготовка отверстий

В соединяемых деталях сверлят сквозные отверстия, диаметр которых превышает номинальный диаметр стержня заклёпки на 0,1–0,2 мм (для класса точности В) или 0,2–0,3 мм (для класса С). Отверстия зачищают от заусенцев. Для потайных заклёпок выполняют зенковку под конус головки.

Выбор длины заклёпки

Длина стержня заклёпки должна обеспечивать формирование замыкающей головки. Для заклёпок с полукруглой замыкающей головкой выступающая часть стержня должна составлять приблизительно 1,3–1,5 диаметра стержня. Недостаточная длина не позволит сформировать полноценную головку, избыточная — приведёт к перерасходу материала и возможному искривлению стержня.

Расклёпывание

Замыкающая головка формируется ударами клепального молотка (ручная клёпка), пневматического молотка или на прессовом оборудовании (машинная клёпка). При ручной клёпке сначала осаживают стержень лёгкими ударами, затем формируют головку обжимкой. Поддержка прижимается к закладной головке для предотвращения её деформации.

Хранение дюралевых заклёпок

Заклёпки из дюралюминиевых сплавов хранят в сухих, вентилируемых помещениях, защищённых от попадания влаги и агрессивных сред. Заклёпки в свежезакалённом состоянии (Д16П, Д1П), предназначенные для отложенной установки, хранят в холодильных камерах при температуре не выше −10 °С. Срок хранения при пониженной температуре может составлять до нескольких суток — конкретные условия определяются технологической документацией предприятия.

Заклёпки из Д18 и В65 в состоянии после полного цикла закалки и естественного старения не требуют специальных условий хранения, кроме защиты от коррозии. Срок хранения определяется нормативной документацией на конкретное изделие.

Нормативные документы на дюралевые заклёпки

Ниже приведены основные стандарты, регламентирующие производство и применение дюралюминиевых заклёпок общемашиностроительного назначения: