Клепка представляет собой один из древнейших и надежнейших методов создания неразъемных соединений металлических деталей. Несмотря на развитие современных сварочных и клеевых технологий, клепочные соединения по-прежнему применяются в конструкциях, где необходимы высокая прочность, долговечность и устойчивость к динамическим нагрузкам. Эта технология находит применение в тяжелом машиностроении, авиации, судостроении, строительстве мостов, резервуаров, а также в производстве инструмента.
История клепки насчитывает более двух тысячелетий. Ещё в Древнем Риме клепали элементы доспехов и колёс повозок, применяя бронзовые и железные заклепки. Со временем технология распространилась на кораблестроение: начиная с XV века деревянные суда стали усиливать металлическими элементами, соединёнными клепкой.
Настоящий расцвет технологии клепки пришёлся на XIX–XX века, особенно в эпоху индустриализации. Паровозы, мосты, котлы, рельсовые соединения и корпуса судов собирались исключительно клепкой. Знаменитый Тауэрский мост в Лондоне (1894 г.) и Эйфелева башня (1889 г.) также содержат десятки тысяч клёпаных соединений.
В авиации клепка стала незаменимой во времена Второй мировой войны: обшивка самолетов выполнялась вручную с использованием десятков тысяч заклепок, что обеспечивало легкость конструкции и прочность без перегрева металла.
Клепкой называют технологическую операцию создания прочного неразъемного соединения элементов с применением заклепок. Этот метод широко применяется в различных отраслях: при сборке несущих элементов металлических конструкций, при производстве балочных систем и резервуаров, в конструкциях рам для подов печей, а также в соединении монтажных участков мостовых кранов, рассчитанных на работу в тяжелых условиях.
У заклепки формируется две головки: одна из них – закладная – образуется в процессе изготовления, а другая – замыкающая – получается в результате осадки стержня в процессе клепки. Конструктивное разнообразие форм головок обусловлено требованиями к прочности и типу соединяемых деталей. Как правило, заклепки производят из того же металла, что и соединяемые элементы. Комплекс заклепок, установленных в один или несколько рядов, формирует заклепочный шов.
Различают три разновидности заклепочных швов в зависимости от назначения:
- прочностные – предназначены для восприятия механических нагрузок;
- плотнопрочные – обеспечивают и прочность, и относительную герметичность;
- плотные – применяются в системах, где критична полная герметичность соединения.
В зависимости от способа сопряжения деталей различают два основных типа соединений: нахлесточные и стыковые. В первом случае один элемент перекрывает другой, а во втором – соединяются торцевые кромки с использованием накладных деталей. Количество рядов заклепок может варьироваться от одного до нескольких, в зависимости от расчетной нагрузки.
В условиях ручной сборки заклепочных соединений используют молотки с квадратным бойком, различные упоры, приспособления для осадки и формирования головок. Тип молотка определяется диаметром используемой заклепки:
| Диаметр заклепки, мм | 2…2,5 | 3…3,5 | 4…5 | 6…8 |
| Масса молотка, г | 100 | 200 | 400 | 500 |
Упор (или поддержка) используется как массивная опора под закладную головку – её масса должна в несколько раз превышать массу молотка, обычно в 3–5 раз. Обжимка позволяет придать правильную форму замыкающей головке – она имеет углубление, соответствующее требуемому профилю. Натяжка – это полый цилиндрический стержень с отверстием, на 0,2 мм превышающим диаметр заклепки. С её помощью обеспечивают плотное прилегание элементов перед расклепкой.
Для повышения герметичности применяют чекан – зубильный инструмент с плоской рабочей частью. Им проводят дополнительную обработку краёв замыкающей головки и краев сопрягаемых листов.
Размеры стержня заклепки определяются суммарной толщиной соединяемых материалов и типом формируемой головки. Для полукруглой головки необходимо выступание стержня на 1,2…1,5 диаметра, а для потайной – 0,8…1,2 диаметра. Диаметр самой заклепки выбирают из расчета на общий «пакет» материалов.
Диаметр отверстий под заклепки принимается с определённым припуском: при точной посадке – на 0,1…0,2 мм больше диаметра заклепки, а при грубой – на 0,3…1,0 мм. Ниже приводятся значения сверл для различных условий:
| Диаметр заклепки, мм | 2,0 | 2,3 | 2,6 | 3,0 | 3,5 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 7,0 | 8,0 |
| Диаметр сверла: | ||||||||||
| точная сборка | 2,1 | 2,4 | 2,7 | 3,1 | 3,6 | 4,1 | 5,2 | 6,2 | 7,2 | 8,2 |
| грубая сборка | 2,3 | 2,6 | 3,1 | 3,5 | 4,0 | 4,5 | 5,7 | 6,7 | 7,7 | 8,7 |
Процесс клепки может быть реализован двумя способами: прямым – с возможностью доступа к обеим головкам, и обратным – когда доступ ограничен с одной стороны. При прямом методе удары молотком прикладываются со стороны замыкающей головки.
Алгоритм ручной клепки включает следующие этапы. Сначала выбирают базовую поверхность (кромку или осевую линию), размечают оси, проводят кернение центров. Шаг между центрами заклепок t обычно составляет 3d, а отступ до края a — 1,5d. При наличии двух рядов t = 4d. Совмещённые детали стягивают струбцинами или тисками. Затем сверлят отверстия по разметке. В случае потайных головок выполняют зенковку гнезда на глубину 0,8d. Под головки полукруглой формы снимают фаску на 1…1,5 мм.
В отверстие вставляют заклепку снизу, обеспечивая плотное прилегание закладной головки к поддержке. Сверху надевают натяжку и ударами молотка устраняют зазор между деталями. Начинают с крайних заклепок, формируя замыкающую головку обжимкой. Далее клепают заклепки к центру через два–три промежутка.
При обратном способе клепки удары передаются через специальную оправку по закладной головке, когда доступ к замыкающей невозможен. Такой метод широко применяется в ограниченных пространствах.
В дополнение к неразъёмным неподвижным соединениям применяются шарнирные клепки – например, в инструментах (пассатижах, ножницах). Здесь чаще используют полые заклепки. Такие соединения формируются аналогично, но расклепка замыкающей головки может выполняться на сверлильном оборудовании с помощью вальцовки или специализированных обжимок.
Горячая клепка — метод, применяемый для массивных деталей и металлоконструкций. В этом случае задействуется клепальный молоток с пневмоприводом, и процесс проводится двумя операторами. В отверстие вставляется нагретая заклепка, поджимается с одной стороны опорой, а с другой — осаживается натяжкой под воздействием молотка. После плотной стяжки формируют замыкающую головку. Операции повторяются для всех элементов соединения в заданной последовательности.
Интересные факты:
-
В строительстве мостов клепка применялась до 1950-х годов. Мост «Форт-Бридж» в Шотландии, построенный в 1890 году, содержит более 6,5 миллионов заклепок.
-
В авиационной промышленности клепка используется до сих пор: современный самолет Boeing 747 содержит около 3 миллионов заклепок.
-
Существует клепка, выполненная «вслепую», где доступ возможен только с одной стороны — это позволило развить технику слепых (пустотелых) заклепок, широко применяемых в сборке алюминиевых и пластиковых изделий.
-
Современные технологии автоматизированной клепки включают роботов-клепальщиков, которые повышают точность и производительность при сборке конструкций.
Клепка, как способ механического соединения деталей, занимает важное место среди традиционных и проверенных методов сборки. Простота, надежность, устойчивость к вибрациям и возможность визуального контроля качества делают её актуальной даже в условиях высокотехнологичного производства. От древних римских колесниц до космических кораблей, от мостов до хирургических инструментов — клепка прошла путь, доказывая свою эффективность и функциональность на протяжении веков.
Александр работал над проектами по внедрению комплексных решений для диагностики и оптимизации работы металлорежущих станков. Он регулярно публикует статьи о передовых методах резки, наплавки и покрытий, а также освещает новинки в сфере литейного производства и полимерных композиционных материалов — включая технологии контактного формования и сварку.