Риветы и риветные соединения: полное руководство для надежного строительства

Риветование — постоянный холодной процесс соединения, широко применяемый в машиностроении. Это лучшая альтернатива сварным и клееным соединениям с точки зрения экономичности. До широкого внедрения сварки риветование было основным методом соединения при строительстве металлических мостов, котлов (герметичные напряжение-снятые соединения), низкого давления резервуаров (требуют герметичных соединений) и подъемных кранов (прочные или напряжение-снятые соединения).

Что такое риветы?

Риветы — нерезьбовые крепежные элементы, обычно из стали или алюминия, для соединения металлических деталей. Состоят из предупрессованной головки и штока, устанавливаемого в соединяемые детали. Соединения выполняются с помощью риветного гвоздика и пистолета, процесс называется риветованием. Существуют разные типы пистолетов и гвоздиков в зависимости от применения.

Риветы классифицируются как крепежи, так как вторая головка формируется на свободном конце различными способами (закладка). На иллюстрации показан обычный ривет до и после закладки.

Риветы изготавливают из любых вязких материалов: углеродистой стали, алюминия, латуни. Наносят покрытия для улучшения коррозионной стойкости. При выборе материала и покрытия необходимо серьезно учитывать возможность гальванической коррозии.

Обратите внимание: данный размер ривета не будет таким прочным, как эквивалентный резьбовый крепеж.

Применение риветных соединений

• Постоянные соединения для листового и профильного металла
• Нахлесточные, стыковые и двухпокрышные соединения
• Строительство металлических мостов, подъемных кранов, котлов, резервуаров под давление (хотя другие методы могут быть лучше)
• Соединение материалов, которые нельзя сварнать или нагревать: тонкостенные детали из листового материала в авиастроении
• Производство кузовов автобусов и троллейбусов для высоконагруженных соединений
• Широко применяются в авиации, котелostroении, судостроении, коробках и оболочках
• Риветование дешевле других методов. Автоматизированные машины устанавливают более 1000 риветов в час

Типы риветов

Риветы с полукруглой головкой

Используются там, где выступающая головка не мешает работе. Подходят для неподвижных и тесных соединений благодаря плотному сжиманию.

Риветы с потайной головкой

Для соединения деталей с неровными поверхностями за счет выступающей головки. Не подходят для высоконапряженных соединений. Конусная головка входит в соединение, выравнивая поверхность.

Риветы с овальной потайной головкой

Для шероховатых и неровных поверхностей. Не требуют высокого качества поверхности, так как она все равно будет неровной.

Котельные риветы

Полукруглые головки с коническим штоком. Легко входят в несовпадающие отверстия. Применяются в котельных и сосудах под давлением. Герметичные и неподвижные соединения достигаются обкатыванием краев пластин и головок риветов.

Взрывные риветы

Для соединений, доступных только с одной стороны (авиация, легкие металлы). Риветы электрически поджигаются по штоку, который взрывается и расширяется.

Риветы для ремней

Для соединения мягких материалов: кожи, войлока, резины.

Полостные (трубчатые) риветы

Для соединения нежных материалов. Требуют малого усилия, процесс менее трудоемок.

Шплинты

В точной механике выступающий конец работает как шток ривета.

Типы риветных соединений

По расположению пластин:

• Нахлесточное соединение: пластины накладываются друг на друга, риветы устанавливаются в зону нахлеста
• Стыковое соединение: пластины выравниваются впритык без нахлеста. Внешняя накладная пластина закрывает одну или обе стороны основной пластины, также приривована к ней. Дороже, но иногда необходимо

По количеству накладных пластин (стыковые соединения):

• Однонакладное стыковое соединение: одна накладная пластина на основной
• Двухнакладное стыковое соединение: две накладные пластины, по одной на каждую сторону

По количеству рядов риветов:

• Однорядное: один ряд в нахлесточном или по одному ряду на каждой пластине в стыковом
• Двухрядное: два ряда в нахлесточном или по два ряда на каждой пластине в стыковом
• Существуют также трех- и четырехрядные соединения

По расположению соседних рядов:

• Цепное соединение: риветы в соседних рядах противоположны друг другу (в одной поперечной линии)
• Шахматное (зигзагообразное) соединение: риветы в соседних рядах не выстроены в цепь

Операции риветования

Закрепление и сверление

Пластины сжимают максимально плотно для исключения зазоров, затем сверлят вместе для избежания смещения отверстий. При смещении расширяют структурным расширителем. Отверстия под риветы сверлят с диаметром немного большим диаметра штока.

Снятие заусенцев / зафаскивание

Зафаскиватель 75° снимает заусенцы с отверстий под риветы.

Установка / закладка

Риветный гвоздик вставляется в отверстие. Ударом молота или пистолета на закладку пластины сжимаются, так как головка закладки прижимается к детали.

Усадка

Несколько точных ударов молотка по продольной оси до полного заполнения отверстия.

Предварительная формировка головки

Равномерные удары вокруг головки для формирования полукруглой головки.

Закладка головки (для потайных риветов)

Головка вдавливается в зафаскивание сразу операцией закладки.

Финишная формировка закрывающей головки

После достаточной предформировки закрывающая головка доводится до финальной формы закладкой.

Риветование вручную выполняется в холодном состоянии для стальных риветов до ~8 мм. Толще риветы — в краснораскаленном состоянии. Цветные металлы — в холодном состоянии после отжига.

Материалы твердеют и ломкеют при холодной деформации, особенно при множестве ударов. Для сохранения вязкости и эластичности применяют малое число точных ударов.

Инструменты для риветования

Риветный молоток

Слесарные молотки (50–200 г) и ручные (200–400 г). Используют также инженеры.

Закладка для риветов

Для установки установочной головки на деталь и сжатия пластин. Гнездо головки из твердого материала.

Закладка для финишной формировки (риветная закладка)

Похожа на закладку, но для финальной формировки закрывающей головки полукруглых риветов после предформировки молотом. Впадина закалена и полирована для хорошего вида.

Подставка для риветов (контрхолдер)

Принимает установочную головку полукруглого ривета. Оснащена впадиной. Есть стационарные для зажима в тисках и регулируемые.

Зажимные инструменты

Зажимные «собаки» сжимают пластины зубами. Для круглых материалов используют риветные гвоздики.

Для горячего риветования:

• Кузнечный очаг — нагрев риветов
• Риветные тиски — удержание горячих риветов
• Риветные клещи — извлечение риветов из огня

Механизированное риветование:

• Гидравлический риветный пистолет
• Пневматический риветный пистолет

Преимущества и недостатки риветных соединений

Преимущества

• Дешевый метод соединения (производство ривета недорого)
• Соединяют как черные, так и цветные металлы
• Можно соединять неметаллические материалы: дерево, пластик, асбест
• Соединение разнородных материалов (алюминий с медью)
• Возможность соединения в любом пространственном положении (вертикально, над головой)
• Неопасны: нет газов и дыма как при сварке
• Экологично и безопасно для оператора
• Надежны при вибрации и ударовых нагрузках
• Хорошая усталостная прочность и высокая сдвиговая прочность

Подходят для легких конструкций (болты и винты тяжелее)

• Высокая стойкость к атмосферной и химической коррозии
• Минимальный термический эффект: нет плавления металла и неравномерного нагрева/охлаждения. Малое повреждение защитных покрытий
• Контроль проще, чем сварных швов
• Разборка риветного соединения вызывает меньше повреждений, чем сварки

Недостатки

• Риветование требует больше трудоемкости, чем сварка (дополнительные операции: сверление, зафаскивание)
• Высокая трудовая стоимость
• Отверстия ослабляют поперечное сечение пластин
• Концентрация напряжений у отверстий
• Больше вес из-за накладных пластин и риветов
• Объемнее других методов (сварка, пайка)
• Выступающие риветы ухудшают эстетику
• Обычно не герметичны (только при горячем риветовании или с герметиком — дороже)
• Шумнее сварки из-за ударов молота

Заключение

Среди современных методов соединения риветование остается одним из самых распространенных и универсальных. В статье рассмотрены определение, применение, функции, компоненты, схемы, типы, операции и инструменты риветования и риветных соединений, а также их преимущества и недостатки.