Пневматический заклёпочник: расчёт усилия и расхода

Краткий ответ: пневматический заклёпочник работает от сети 5–6 бар (0,5–0,6 МПа) — это давление нужно держать у инструмента во время рывка, а не только на манометре компрессора. Силу обрыва стержня даёт не давление само по себе, а газогидравлический усилитель внутри инструмента: прямой цилиндр в габарите ручного инструмента при 0,6 МПа даёт лишь 150–500 Н. Подробный расчёт — ниже.

Содержание статьи (11 разделов)

1. Как рассчитать тяговое усилие пневматического заклёпочника за 30 секунд?
2. Как работает пневматический заклёпочник — как устроен тяговый узел?
3. Какие параметры у пневматического заклёпочника — диаметр, давление, усилие обрыва?
4. Как параметры заклёпочника зависят от диаметра заклёпки?
5. Как выглядит пневматическая схема заклёпочника?
6. Как выглядит расчёт тягового усилия цилиндра на артикуле WAALPC?
7. Как выглядит спецификация тягового узла?
8. Какие типичные ошибки бывают при подборе пневматического заклёпочника?
9. Чем пневматический заклёпочник отличается от станка для клепки?
10. Какие вопросы чаще всего задают про пневматический заклёпочник?
11. Какие материалы пригодятся ещё?

Как рассчитать тяговое усилие пневматического заклёпочника за 30 секунд?

Пневматический заклёпочник — это не станок для клепки. Станок для клепки (см. смежный материал «Станок для клепки своими руками») осаживает головку обычной заклёпки силовым ударом или давлением пресса — нужен доступ к детали с двух сторон. Пневматический заклёпочник работает иначе: он тянет стержень вытяжной (слепой) заклёпки цанговым зажимом, пока головка стержня не расширит гильзу с обратной стороны детали, а сам стержень не оборвётся по канавке — доступ нужен только с одной стороны. Дальше в статье речь только о втором классе инструмента.

Тяговое усилие пневматического заклёпочника считается по формуле цилиндра: F = P·A, где P — давление сети в МПа, A — рабочая площадь поршня в мм². Прямой пневмоцилиндр в габарите ручного инструмента (Ø20–32 мм) при 0,5–0,6 МПа даёт 150–500 Н — этого мало для вытяжной заклёпки Ø4,8 мм (ISO 15977 допускает усилие обрыва стержня до 6500 Н, см. расчёт ниже). Поэтому в корпусе стоит не прямой цилиндр, а газогидравлический интенсификатор — он умножает усилие гидравликой внутри того же компактного корпуса.

Подобрать совместимый аналог узла под свой типоразмер — пришлите спецификацию инструмента и партии заклёпок, подбор газогидравлического цилиндра (серия MPT) и распределителя по вашему давлению сети займёт один рабочий день.

Оглавление

• Как работает пневматический заклёпочник: устройство тягового узла
• Параметры пневматического заклёпочника: диаметр, давление, усилие обрыва
• Главная таблица: пневматический заклёпочник по диаметру заклёпки
• Пневматическая схема заклёпочника
• Расчёт на артикуле WAALPC: тяговое усилие цилиндра
• Спецификация тягового узла
• Типичные ошибки при подборе пневматического заклёпочника
• Чем пневматический заклёпочник отличается от станка для клепки
• Вопросы и ответы
• Связанные материалы

Как работает пневматический заклёпочник — как устроен тяговый узел?

Вытяжная заклёпка состоит из полой алюминиевой (реже стальной, медной) гильзы и стального стержня-сердечника с утолщённой головкой и проточенной канавкой обрыва. Заклёпку вставляют в отверстие, инструмент захватывает выступающий хвостовик стержня цанговым зажимом и тянет его на себя. Гильза упирается в мундштук насадки, стержень идёт дальше — головка стержня втягивается в гильзу и расширяет её со стороны, недоступной для инструмента, формируя вторую (замыкающую) головку. Когда усилие натяжения достигает расчётного порога, стержень рвётся по канавке заподлицо с гильзой, а обрезок падает в сборник инструмента.

Всё усилие даёт тяговый узел — тот самый пневматический заклёпочник в буквальном смысле слова. В ручном инструменте курок открывает встроенный воздушный клапан (катушки и питания 24 В там нет), воздух идёт в рабочую камеру тягового узла, шток тянет цангу назад. При отпускании курка камера соединяется с выхлопом, шток возвращается, цанга раскрывается и освобождает то, что держит (обрывок стержня или незаконченную заклёпку при осечке). При пропаже воздуха усилие исчезает: удерживать под нагрузкой в этом узле нечего.

Для рабочего диапазона 0,5–0,6 МПа и компактного корпуса прямой пневмоцилиндр физически не даёт нужного усилия (см. расчёт ниже), поэтому в профессиональных пневматических заклёпочниках тяговый цилиндр — газогидравлический: пневматика толкает поршень большой площади, тот через масляную камеру приводит в движение плунжер меньшей площади с многократно возросшим давлением, а значит и усилием на штоке при том же входном давлении сети. Точный коэффициент умножения зависит от конкретного исполнения интенсификатора и уточняется по паспорту — общий принцип разобран в расчёте на артикуле ниже.

Какие параметры у пневматического заклёпочника — диаметр, давление, усилие обрыва?

Параметр	Типовой диапазон	Что определяет
Давление сети	0,5–0,6 МПа (5–6 бар)	рабочее усилие по формуле F=P·A, при меньшем давлении усилия для обрыва заклёпки может не хватить — проверяйте по формуле
Диаметр вытяжной заклёпки	Ø2,4–6,4 мм	требуемое усилие обрыва стержня, ход зажима
Материал заклёпки	алюминий, сталь, нержавеющая сталь, медь	усилие обрыва у стальной заклёпки выше, чем у алюминиевой со стальным стержнем, на том же диаметре (для 4,8 мм по таблице ниже — 7500 Н против 6500 Н)
Ход тягового штока	от 15 мм (Gesipa Taurus 1 — 15 мм), точно — по паспорту	должен превышать длину протяжки самой длинной заклёпки в линейке инструмента
Расход воздуха на цикл	≈1 нл за протяжку Ø4,8 мм (оценка по работе ниже; Gesipa Taurus 1 — 1,0 л)	растёт с усилием и ходом; для конкретной модели — паспортный расход инструмента
Тип тягового цилиндра	газогидравлический; прямой цилиндр — только вне ручного инструмента (Ø66 мм и больше)	соотношение компактность/усилие — см. расчёт

Как параметры заклёпочника зависят от диаметра заклёпки?

Усилие обрыва — верхний предел из таблицы 3 ISO 15977 (корпус алюминиевый, стержень стальной). Инструмент подбирают по верхней границе: фактическое усилие конкретной партии может быть ниже, его уточняют по паспорту заклёпки.

листайте таблицу вбок →

Оговорка по таблице. Это верхние пределы, а не типовые значения, поэтому для расчёта берите паспорт заклёпки. Для сравнения: Gesipa Taurus 1 с усилием 5500 Н рассчитан на заклёпки Ø2,4–3,2 мм всех материалов и до Ø4 мм алюминий/сталь. Строка для стали дана по сводке ISO 15979 (заклёпки из стали), текст стандарта при проверке не открывался. Диаметры заклёпок из нержавеющей стали проверяйте по паспорту отдельно.

Столбец «минимальный диаметр прямого цилиндра» посчитан из той же формулы F=P·A в обратную сторону: d = √(4·F/(π·P)). Шток и трение здесь не учтены: на втягивании нужен ещё больший диаметр. Уже с Ø2,4 мм цилиндр такого диаметра в рукоятку инструмента не убрать — отсюда и газогидравлика в столбце решения.

Как выглядит пневматическая схема заклёпочника?

Три схемы построены по методике «Схемника»: сначала состав по четырём вопросам (что при отказе, какое давление гарантировано, такт, где руки оператора), затем позиции из каталога, затем арифметика. Схемы относятся к стендовому узлу на MPTC-50-1, а не к ручному инструменту. Что при отказе — тяга пропадает, удержания груза нет. MPTC двустороннего действия с двумя воздушными портами G1/4, возвратной пружины в листе нет, поэтому нужен моностабильный 5/2 с пружинным возвратом золотника: при снятии сигнала воздух идёт на возврат штока. При полной потере воздуха шток сам не вернётся, и цанга может остаться на стержне. Пневмозамки для схем с удержанием груза здесь не нужны — в узле нет механизма, который должен оставаться взведённым при потере давления. КР1 (HVFF06) отсекает подачу на вводе, но не сбрасывает давление за собой. Для обслуживания нужен подтверждённый способ блокировки закрытого ввода и отдельный путь сброса после регулятора; эти средства в учебной схеме не показаны и должны быть разработаны отдельно.

Что остаётся открытым: точный коэффициент умножения усилия конкретного исполнения газогидравлического интенсификатора (зависит от соотношения площадей поршня и плунжера у производителя) и порог давления пилота на распределителе — оба паспортных значения нужно запросить под конкретный типоразмер перед проектированием инструмента. Полный перебор состояний по методике Схемника (пять перепроверок) для узла с удержанием груза здесь избыточен: тяговый узел — одноактуаторный, моностабильный, без пневмозамков и без второго независимого канала, поэтому классов гонок, характерных для схем с удержанием, в этой схеме нет — два состояния (в покое/под тягой) и один переключающий элемент.

Как выглядит расчёт тягового усилия цилиндра на артикуле WAALPC?

Шаг 1 — прямой мини-цилиндр MAL-20-25-CA (Ø20 мм, ход 25 мм, ISO 6432-совместимый, каталог WAALPC, 1 300 ₽): площадь поршня A = π·Ø²/4 = π·20²/4 = 314,2 мм². При давлении сети 0,6 МПа усилие на выдвижении F = P·A = 0,6 × 314,2 = 188,5 Н, при 0,5 МПа — 157,1 Н. На втягивании работает кольцевая площадь (шток Ø8 мм, 263,9 мм²): 158 Н и 132 Н. Для сравнения: тот же расчёт для цилиндра Ø32 мм даёт 483 Н, для Ø50 мм — 1178 Н (толкающий ход) — сохраняется прямая зависимость усилия от квадрата диаметра.

Шаг 2 — сколько нужно на самом деле. Для заклёпки Ø4,8 мм алюминий/сталь ISO 15977 допускает до 6500 Н на обрыв стержня (см. таблицу выше). Обратный расчёт диаметра прямого цилиндра под этот предел при 0,6 МПа: A = F/P = 6500/0,6 = 10 833 мм², d = √(4·A/π) = √(4·10 833/3,1416) ≈ 117,4 мм. Цилиндр такого диаметра не помещается в корпус инструмента, который держат одной рукой.

Шаг 3 — реальное решение. В каталоге WAALPC есть газогидравлический цилиндр MPTC-50-1 (газогидравлический цилиндр прямого давления, двустороннего действия, 39 520 ₽). По каталогу SNS той же серии, стр. 327: давление 0,2–0,7 МПа, 50 мм — диаметр масляного цилиндра, а не пневматической ступени, исполнение на 1 т при 0,6 МПа даёт теоретически 1500 кгс (≈14,7 кН) — с запасом против 6500 Н. Это стационарный узел с фланцем 70×70 мм для стенда или пресса: в ручной инструмент он не встанет, а усилие развивает на выдвижении, поэтому для вытяжки стержня нужен рычаг или тяговая рама. Серийные пневматические заклёпочники промышленного класса почти всегда газогидравлические, а не «просто цилиндр покрупнее»: поршень Ø118 мм в инструмент массой около 1,3 кг (Gesipa Taurus 1) не укладывается, производитель ставит свой компактный узел на тот же принцип.

Шаг 4 — расход воздуха за такт. Формула объёма цилиндра к MPTC-50-1 напрямую не подходит: диаметр и ход пневматической ступени в листе не указаны, а её ход не равен ходу цанги. Порядок величины даёт баланс работы: объём воздуха при давлении сети V = F·S/P, затем приведение к нормальным условиям. Для заклёпки Ø4,8 мм при F = 6500 Н (верхний предел), S = 15 мм (ход как у Gesipa Taurus 1, принят для оценки) и P = 0,6 МПа: V = 6500 × 15 / 0,6 = 162 500 мм³; коэффициент приведения (6+1,013)/1,013 = 6,923; 162 500 × 6,923 ≈ 1 125 000 мм³ = ≈1,1 нл за одну протяжку. Потери здесь не учтены, а сила в начале хода меньше предельной, поэтому число только ориентир; для сравнения, у Gesipa Taurus 1 (заклёпки до Ø4 мм) паспортный расход 1,0 л. При непрерывной работе с тактом 3–5 с выходит ≈14–23 нл/мин. Компрессор подбирайте по паспортному расходу конкретного инструмента; у стендового MPTC добавьте воздух на обратный ход.

Подобрать конкретный типоразмер под свой диапазон заклёпок и давление сети — воспользуйтесь калькулятором тягового усилия цилиндра или пришлите спецификацию инструмента, подбор займёт один рабочий день.

Как выглядит спецификация тягового узла?

листайте таблицу вбок →

Упростить узел до прямого цилиндра нельзя даже для заклёпки Ø2,4 мм, если считать по верхнему пределу: под 2000 Н нужен цилиндр Ø66 мм, а серия MAL заканчивается на Ø50 мм (1178 Н при 0,6 МПа). Цилиндры Ø20–25 мм при 0,6 МПа дают лишь 188–294 Н. Диаметры MAL от Ø32 мм лежат вне ряда ISO 6432 (до Ø25 мм). Совместимый аналог импортного газогидравлического узла подбирают по входному давлению, диаметру пневматической ступени и присоединению; пришлите паспорт своего инструмента, подберём аналог по WAALPC.

Какие типичные ошибки бывают при подборе пневматического заклёпочника?

• Занижают усилие под диаметр заклёпки. Берут цилиндр «на глаз», а не считают F=P·A под верхнюю паспортную границу усилия обрыва конкретной заклёпки — стержень не обрывается или обрывается с недостаточно сжатой замыкающей головкой, соединение получается слабым.
• Путают с заклёпками под кувалду или пресс. Пытаются купить «заклёпочник» для обычных (не вытяжных) заклёпок — это другое изделие, станок или пресс для осадки, доступ нужен с двух сторон (см. смежную статью про станок для клепки).
• Не проверяют ход штока против длины протяжки. Длинная заклёпка требует большего хода цанги — если ход меньше, стержень не дотягивается до обрыва в канавке.
• Считают усилие по паспортному давлению, а не по фактическому в точке подключения. На длинном шланге или тонкой магистрали в цеху может проседать до 0,4 МПа — усилие падает пропорционально давлению.
• Забывают про сброс усилия при отпуске курка. Если распределитель бистабильный без пружины, при обрыве трубки шток может остаться под давлением — для этого узла годится только моностабильное исполнение.

Чем пневматический заклёпочник отличается от станка для клепки?

Оба инструмента работают со сжатым воздухом и относятся к соединению деталей заклёпками, но это разные классы оборудования для разных типов крепежа. Пневматический заклёпочник тянет вытяжную заклёпку цанговым зажимом и обрывает стержень по канавке — нужен доступ только с одной стороны детали. Станок для клепки (см. «Станок для клепки своими руками: расчёт усилия, схема, спецификация») осаживает обычную (не вытяжную) заклёпку силовым ударом бойка или прямым давлением пресса — нужен доступ с двух сторон детали, чтобы поддержать заклёпку с обратной стороны. Перепутать их при подборе — значит купить инструмент, которым нельзя решить свою задачу: под вытяжную заклёпку станок не встанет (нечем удержать обратную сторону), а под сплошную заклёпку в закрытой конструкции не сработает заклёпочник (у сплошной заклёпки нет стержня, цанге не за что тянуть).

Какие вопросы чаще всего задают про пневматический заклёпочник?

Какое давление сети нужно пневматическому заклёпочнику?

0,5–0,6 МПа (5–6 бар) на входе инструмента — обычное давление цеховой сети; паспортный диапазон у конкретной модели свой, например у Gesipa Taurus 1 — 5–7 бар. Усилие падает пропорционально давлению по формуле F=P·A, поэтому проседание сети напрямую снижает тяговое усилие.

Почему в заклёпочнике стоит не обычный цилиндр, а газогидравлический?

Потому что прямой пневмоцилиндр нужного диаметра (≈118 мм под заклёпку Ø4,8 мм алюминий/сталь при 0,6 МПа, см. расчёт) не помещается в корпус ручного инструмента. Газогидравлический интенсификатор даёт то же усилие в компактном корпусе за счёт передачи давления через масляную камеру на плунжер меньшей площади.

Чем пневматический заклёпочник отличается от станка для клепки?

Заклёпочник тянет вытяжную заклёпку цанговым зажимом с доступом с одной стороны детали. Станок для клепки осаживает обычную заклёпку ударом или давлением, доступ нужен с двух сторон — подробный разбор в статье «Станок для клепки своими руками».

Как посчитать, хватит ли усилия под конкретную заклёпку?

Возьмите паспортное усилие обрыва стержня заклёпки у производителя (по диаметру и материалу), сравните с тяговым усилием инструмента на рабочем давлении. Для прямого цилиндра усилие считается по F=P·A, для газогидравлического — берётся из паспорта тягового узла, так как оно уже включает коэффициент умножения интенсификатора.

Можно ли использовать пневматический заклёпочник на пониженном давлении, например 0,4 МПа?

Формально да, но тяговое усилие упадёт пропорционально давлению — для крупных заклёпок (Ø4,8 мм и больше) этого может не хватить на чистый обрыв стержня. Проверяйте по верхней паспортной границе усилия обрыва конкретной заклёпки и фактическому давлению на входе, а не по номинальному давлению цеха.

Какой ход штока нужен инструменту?

Ход должен превышать длину протяжки самой длинной заклёпки в вашей линейке; например, у Gesipa Taurus 1 ход 15 мм. Если работаете с удлинёнными заклёпками под увеличенный зажимной диапазон, ход проверяйте отдельно по паспорту заклёпки.

Что делать, если стержень не обрывается до конца?

Первая причина — недостаточное давление сети в точке подключения (проверить манометром прямо на входе инструмента, не в цеховой магистрали). Вторая — цанга изношена и проскальзывает по стержню. Третья — подобрана заклёпка с усилием обрыва выше паспортного тягового усилия инструмента.

Подобрать по теме

Какие размеры по теме есть у нас?

Страницы с размерами, ценой и обозначениями других марок для серий из этой статьи: MAL-25-80, MAL-32-100, MAL-32-350, MAL-20-125.

Какие материалы пригодятся ещё?

• Станок для клепки своими руками: расчёт усилия, схема, спецификация — смежное, но другое оборудование (обычные заклёпки, доступ с двух сторон)
• Пневматический инструмент: подбор
• ISO 6432: анатомия стандарта мини-цилиндров
• Пневматический нейлер: расход воздуха
• Пневмостеплер: расход воздуха и компрессор
• Калькулятор тягового усилия цилиндра
• Как пользоваться калькулятором усилия цилиндра перед подбором
• Поиск аналога онлайн

Ещё по теме: артикулы, аналоги и статьи (1)

• WAALPC MAL-16-25-CA