Заклёпки лепестковые: для мягких материалов
Заклёпки лепестковые: принцип работы, применение в мягких материалах и ограничения по нагрузке
Что такое лепестковая заклёпка и для каких материалов она предназначена?
Лепестковая заклёпка (peel-type blind rivet) — это вытяжная заклёпка специальной конструкции, корпус которой при установке разделяется на 3–4 лепестка, отгибающихся в стороны и формирующих замыкающую головку большой площади. В отличие от стандартной заклёпки, где корпус развальцовывается равномерно, лепестковая конструкция распределяет нагрузку на значительно большую площадь обратной стороны материала, что делает её незаменимой для соединения мягких, хрупких и пористых материалов: пластиков, древесины, ДСП, фанеры, мягких металлов.
Принцип работы и конструкция
Механизм раскрытия лепестков
Корпус лепестковой заклёпки имеет продольные прорези (обычно 3 или 4) со стороны замыкающей головки. При вытягивании стержня утолщённый конец дорна входит в корпус и, упираясь в зону прорезей, заставляет стенки корпуса разделяться и отгибаться наружу. Лепестки расходятся в радиальном направлении, формируя замыкающую головку в виде «цветка» с диаметром, в 3–5 раз превышающим диаметр тела заклёпки.
Геометрия замыкающей головки
| Диаметр заклёпки d, мм | Диаметр раскрытия лепестков Dp, мм | Dp/d | Площадь опирания*, мм² |
|---|---|---|---|
| 3,2 | 9–12 | 2,8–3,8 | 55–105 |
| 4,0 | 12–16 | 3,0–4,0 | 100–190 |
| 4,8 | 14–20 | 2,9–4,2 | 135–295 |
| 5,0 | 15–22 | 3,0–4,4 | 155–360 |
| 6,0 | 18–26 | 3,0–4,3 | 225–500 |
| 6,4 | 20–28 | 3,1–4,4 | 285–585 |
* Площадь опирания рассчитана как π/4 · (Dp² − dh²), где dh — диаметр отверстия.
Применение в различных материалах
Пластики и полимеры
Лепестковые заклёпки — основной тип крепежа для соединения пластиковых деталей. При установке в термопласты (ПВХ, полипропилен, АБС) лепестки распределяют нагрузку на большую площадь, предотвращая растрескивание материала. Для поликарбоната и оргстекла, склонных к растрескиванию под напряжением, лепестковые заклёпки являются единственным допустимым типом вытяжных заклёпок.
Рекомендуемое давление на материал под лепестками не должно превышать предела текучести полимера. Для ПВХ: σдоп ≤ 25 МПа; для поликарбоната: σдоп ≤ 35 МПа.
Древесина и древесные плиты
В древесине, ДСП, МДФ и фанере лепестковые заклёпки формируют замыкающую головку, которая работает как анкерная пластина, распределяя нагрузку на значительный объём материала. Это предотвращает вырыв крепежа, характерный для стандартных заклёпок в пористых материалах. Расчётное сопротивление смятию древесины поперёк волокон принимается по СП 64.13330.2017.
Мягкие металлы (алюминий, медь, латунь)
При соединении тонких листов из мягких металлов (отожжённый алюминий, медь) лепестковые заклёпки предотвращают деформацию материала вокруг отверстия. Лепестки, отгибаясь, не создают концентрации напряжений, характерной для стандартной развальцовки.
Сэндвич-панели и композитные материалы
В трёхслойных панелях с пенополистирольным или пенополиуретановым заполнителем лепестковые заклёпки применяются для крепления к внутренней обшивке. Лепестки раскрываются в полости заполнителя, создавая анкерный эффект без повреждения наружной обшивки.
Ограничения по нагрузке
Сниженная прочность на срез
Из-за наличия продольных прорезей площадь поперечного сечения корпуса лепестковой заклёпки меньше, чем у стандартной того же диаметра. Несущая способность на срез снижается на 20–40%:
| Диаметр, мм | Срез станд., кН | Срез лепестк., кН | Снижение, % |
|---|---|---|---|
| 4,0 | 1,20 | 0,80 | −33% |
| 4,8 | 1,70 | 1,10 | −35% |
| 6,4 | 3,50 | 2,30 | −34% |
Ограничения по толщине пакета
Для корректного раскрытия лепестков необходимо, чтобы длина корпуса за вычетом толщины пакета составляла не менее 1,5 диаметра заклёпки. При недостаточной длине лепестки не успевают раскрыться, и соединение работает как стандартная заклёпка с пониженной прочностью. Максимальная толщина пакета ограничена длиной корпуса минус 1,5d.
Температурные ограничения
Лепестковые заклёпки с алюминиевым корпусом не рекомендуются к применению при температурах выше 120°C из-за разупрочнения алюминиевого сплава. Для высокотемпературных применений (до 250°C) используются лепестковые заклёпки со стальным корпусом.
Заключение
Лепестковые заклёпки — это специализированный крепёж для мягких, хрупких и пористых материалов, где стандартные заклёпки не обеспечивают надёжного соединения. Раскрытие лепестков на обратной стороне материала создаёт замыкающую головку большой площади, предотвращающую вырыв и растрескивание. При проектировании соединений на лепестковых заклёпках необходимо учитывать сниженную на 20–40% прочность на срез и правильно подбирать длину корпуса для обеспечения полного раскрытия лепестков.
Нормативные документы
- СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции»
- СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-25-80»
- СП 128.13330.2016 «Алюминиевые конструкции»
- ISO 15978:2002 «Open end blind rivets with break pull mandrel and protruding head — A/St, peel type»
- ISO 14589:2000 «Blind rivets. Mechanical testing»
- EN 1995-1-1:2004 «Eurocode 5: Design of timber structures»
