I giunti di lamiera spiegati: Una guida pratica

Introduzione

La lamiera è alla base di numerosi oggetti utilizzati nella nostra vita quotidiana, dalla vita di tutti i giorni al settore aerospaziale. L'assemblaggio di questi sottili fogli di materiale è quindi uno degli aspetti più importanti dell'ingegneria e della fabbricazione. Le giunzioni in lamiera sono le particolari disposizioni e tecniche di unione di due o più fogli di metallo per formare strutture e connessioni utili. La qualità, il costo e il funzionamento del prodotto finale dipendono dalla progettazione e dalla costruzione di questi particolari giunti.

Questa guida fornisce una conoscenza pratica per ingegneri, progettisti e costruttori. In questo articolo vengono illustrati i tipi di giunzione più utilizzati, le tecniche di giunzione, i fattori di progettazione, gli usi e gli sviluppi futuri. È un riferimento prezioso per chiunque sia coinvolto nelle specifiche, nella progettazione o nella produzione di parti e sottogruppi in lamiera e offre informazioni aggiuntive sulle migliori pratiche del settore.

Tipi comuni di Lamiera Articolazioni

Il modo in cui sono disposti i bordi dei pezzi di lamiera determina il tipo di giunzione di base. La scelta del tipo di giunto viene solitamente effettuata nella fase iniziale del processo di progettazione, in base alla direzione del carico, allo spazio disponibile e all'aspetto estetico. Di seguito sono riportate alcune delle configurazioni più tipiche:

Giunto a labbro

Il Lap Joint è un tipo di giunzione in cui due pezzi di lamiera sono sovrapposti per una certa lunghezza. Il processo di giunzione, che può includere la saldatura, la rivettatura, l'incollaggio, ecc. viene eseguito all'interno di quest'area di sovrapposizione. I giunti lappati sono facili da preparare e da assemblare e offrono una buona resistenza soprattutto nella direzione parallela alle superfici lappate. Sono facili da usare ed è per questo che sono comunemente utilizzati, ma danno una superficie sfalsata.

Giunto di testa

In un giunto di testa, i bordi di due pezzi di lamiera sono allineati sullo stesso piano e un pezzo è posizionato da un capo all'altro o da un bordo all'altro senza alcuna sovrapposizione. La saldatura viene normalmente eseguita lungo la cucitura in cui i bordi delle lamiere sono uniti. Le giunzioni di testa offrono una migliore finitura superficiale e non aggiungono molto spessore, il che è ideale per l'estetica e il flusso d'aria. Tuttavia, in genere richiedono una preparazione accurata dei bordi e del loro allineamento e possono essere meno resistenti delle giunzioni di testa se sottoposte ad alcuni carichi, se non sostenute o realizzate con saldature a piena penetrazione.

Giunto d'angolo

Un giunto d'angolo è un giunto in cui due bordi di due lamiere sono collegati ad angolo retto l'uno con l'altro. I pezzi possono essere uniti da un bordo all'altro oppure un pezzo può essere posizionato sopra il bordo dell'altro pezzo. I giunti angolari sono fondamentali nella costruzione di scatole, involucri e telai. Possono essere collegati in vari modi, come la saldatura lungo l'angolo interno o esterno o l'uso di elementi di fissaggio. La configurazione specifica dipende dalla resistenza necessaria e dalla facilità di accesso al processo di giunzione.

Giunto a T

Un giunto a T, noto anche come giunto a T, è un giunto in cui il bordo o l'estremità di un pezzo di lamiera è collegato alla superficie di un altro pezzo di lamiera ad angolo retto, a forma di "T". Ciò avviene spesso quando si saldano irrigidimenti interni, staffe o divisori a un pannello più grande. I giunti a T sono spesso realizzati con saldature a filetto che offrono un supporto alla giunzione. È importante assicurarsi che il collegamento sia il più stretto possibile per evitare qualsiasi slittamento.

Giunto di bordo

Una giunzione perimetrale è un processo di collegamento dei bordi piegati o delle flange di due parti adiacenti di lamiera che sono quasi parallele tra loro. L'unione dei bordi stessi avviene mediante saldatura o brasatura. Questo tipo di giunzione viene spesso utilizzato per aumentare la rigidità, creare un bordo finito o unire due pannelli adiacenti affiancati dove è richiesta una superficie piana.

Giunto di cucitura/cerniera

I giunti di giunzione sono realizzati piegando o sovrapponendo i bordi delle parti in lamiera. L'orlo è un processo di ripiegamento di un bordo sulla lamiera stessa, principalmente per avere un bordo liscio e sicuro o per garantire la rigidità. Le cuciture di bloccaggio, come la cucitura di Pittsburgh, la cucitura a scanalatura o la cucitura in piedi, sono formate dall'incastro dei bordi piegati di due diversi pezzi di metallo per produrre una cucitura continua che di solito è fissata meccanicamente. Sono ampiamente utilizzate nei condotti HVAC, nei tetti e nei container e in alcuni progetti possono offrire funzioni di tenuta senza la necessità di ulteriori elementi di fissaggio o sigillanti.

Lamiera Formatura e lavorazione dei giunti

Per unire i componenti in lamiera, i componenti possono essere sottoposti a diverse operazioni di formatura e lavorazione per condizionare i bordi e le superfici da unire. Questi processi sono importanti per garantire la qualità, la resistenza e la durata del giunto.

La piegatura è il primo processo di formatura della lamiera in cui il materiale viene separato per ottenere le dimensioni e la forma desiderate. Alcune delle tecniche più comuni sono la cesoiatura, il taglio laser, il taglio al plasma e il taglio a getto d'acqua, tutte con diversi gradi di precisione e applicabilità al tipo e allo spessore del materiale. Il processo di taglio è fondamentale per determinare il giusto adattamento durante il processo di giunzione.

Un'altra importante operazione di formatura è la piegatura, utilizzata per realizzare flange, orli e altre caratteristiche che consentono la giunzione. La piegatura consente di realizzare giunzioni a sovrapposizione, giunzioni d'angolo e giunzioni perimetrali per garantire una superficie di accoppiamento per la giunzione. L'angolo di piegatura e il raggio di curvatura sono fondamentali per la geometria e la resistenza del giunto.

La foratura e l'alesaggio sono utilizzati per praticare fori nella lamiera per il fissaggio mediante rivetti e bulloni. Il diametro, la posizione e l'intervallo di questi fori devono essere ben determinati per consentire il corretto allineamento e la distribuzione dei carichi nel giunto.

L'intaglio e la scanalatura sono processi che comportano il taglio di piccole parti dei bordi della lamiera. Queste caratteristiche possono essere utilizzate per l'incastro con altri pezzi, per allineare il pezzo con altri pezzi durante l'assemblaggio o per fornire spazio ad altri pezzi.

La preparazione dei bordi è necessaria per alcune tecniche di giunzione, in particolare per la saldatura. Può essere necessario smussare i bordi della lamiera per migliorare la penetrazione della saldatura e la resistenza del giunto. È inoltre necessario sbavare i bordi per evitare qualsiasi asperità che possa causare un accoppiamento non perfetto.

Tecniche come l'imbutitura, lo stampaggio e la profilatura sono alcuni dei processi che possono essere utilizzati per formare forme complesse nelle parti in lamiera.

Il grado di precisione ottenuto durante queste fasi di formatura e lavorazione determina la facilità di assemblaggio, la qualità del giunto e le sue prestazioni. Se non si effettua una preparazione adeguata, l'accoppiamento non sarà buono, i giunti saranno deboli e ci saranno punti di rottura.

Metodi chiave per l'unione Lamiera Insieme

Una volta formata e preparata la lamiera, si possono utilizzare vari metodi per creare il collegamento vero e proprio. La scelta del metodo dipende in larga misura dal materiale, dallo spessore, dalla resistenza richiesta, dal volume di produzione, dai vincoli di costo e dall'aspetto desiderato.

Nota: tutti i valori sono approssimativi e possono variare in base ai materiali, alle condizioni e alle attrezzature specifiche utilizzate.

Saldatura

La saldatura prevede l'uso di calore, pressione e/o materiale d'apporto per unire i pezzi di lamiera all'interfaccia del giunto e formare un legame forte e continuo quando il calore viene rimosso. Alcuni dei metodi più comuni di saldatura della lamiera sono: MIG (Metal Inert Gas), TIG (Tungsten Inert Gas), saldatura a punti e saldatura laser.

Resistenza Saldatura a punti (RSW): Comporta il passaggio di corrente elevata attraverso le lamiere che vengono sovrapposte e bloccate tra due elettrodi e il calore viene prodotto all'interfaccia per formare una pepita. Veloce ed economica per le giunzioni a baionetta nella produzione di massa (ad esempio, nel settore automobilistico).

Saldatura a resistenza: Simile alla saldatura a punti, ma gli elettrodi hanno la forma di ruote che ruotano per produrre una serie di saldature a punti sovrapposte per formare un cordone continuo a tenuta.

Saldatura ad arco con gas metallici (GMAW) / MIG): Utilizza un elettrodo a filo pieno e un gas di protezione. Versatile per vari tipi di giunti e spessori.

Gas tungsteno Arco Saldatura (GTAW / TIG) e saldatura a gas inerte di tungsteno (TIG): Questo metodo impiega un elettrodo di tungsteno e un gas di protezione non consumabili e il materiale d'apporto viene alimentato manualmente. Offre un'elevata precisione e una buona finitura per materiali sottili e applicazioni con tolleranze ristrette, come nel settore aerospaziale e nell'acciaio inossidabile.

Saldatura a fascio laser (LBW): Utilizza un raggio laser focalizzato ad alta energia. Offre un basso apporto di calore, una bassa distorsione, un'alta velocità e una buona capacità di lavorare materiali fini e dissimili.

Rivincita

La rivettatura è un processo di fissaggio meccanico che prevede l'uso di un elemento cilindrico e duttile, detto rivetto, dotato di una testa a un'estremità. Il rivetto viene fatto passare attraverso i fori allineati delle lamiere e l'estremità del rivetto viene poi appiattita per bloccare insieme i due pezzi. I rivetti ciechi sono una variante che può essere inserita solo da un lato del materiale da unire. La rivettatura è precisa, non richiede il riscaldamento del materiale ed è adatta per unire materiali diversi o lamiere rivestite. È comunemente utilizzata nell'industria aeronautica, dei trasporti e delle costruzioni.

Bullonatura e avvitamento

È un processo di fissaggio che prevede l'uso di bulloni o viti che vengono fatti passare attraverso i fori praticati sulle lamiere da unire. I bulloni vengono solitamente utilizzati insieme ai dadi. Le viti autofilettanti sono quelle viti che possono creare la propria filettatura nei fori della dimensione richiesta. Questo le rende ideali per l'uso in pannelli di accesso, punti di manutenzione e costruzioni modulari, in quanto possono essere facilmente assemblate e smontate. Tuttavia, i fori possono essere considerati un fattore di stress e quindi il serraggio (coppia) deve essere controllato.

Incollaggio adesivo

Gli adesivi strutturali sono ampiamente utilizzati per la giunzione di lamiere e possono essere impiegati in combinazione con altre tecniche di giunzione (giunti multiprocesso). Gli adesivi sopportano il carico attraverso un'area più ampia rispetto ai dispositivi di fissaggio puntuali, possono incollare materiali diversi, sigillare, ridurre le vibrazioni e fornire una superficie esterna liscia. È importante preparare bene la superficie per ottenere una buona forza di adesione. È importante considerare i tempi di polimerizzazione e la resistenza all'ambiente, come la temperatura e le sostanze chimiche. È comune nel settore automobilistico (pannelli della carrozzeria), aerospaziale ed elettronico.

Clinching

Il clinching è un processo di formatura a freddo che prevede l'uso della pressione per unire due o più strati di lamiera senza l'uso di altri elementi di fissaggio o di calore. La pressione viene utilizzata per tirare e modellare gli strati di metallo e per assottigliare localmente il metallo e produrre un incastro simile a un bottone. È un processo rapido, non utilizza materiali di consumo, non produce fumi o scintille e può essere utilizzato su metalli pre-rivestiti o dissimili. Di solito è inferiore alla saldatura o alla rivettatura, ma è sufficiente per la maggior parte dei carichi statici.

Brasatura e Saldatura

Questi metodi prevedono l'uso di un metallo d'apporto che ha un punto di fusione inferiore a quello della lamiera di base. Il metallo d'apporto viene riscaldato e scorre nella fessura del giunto per azione capillare e, una volta raffreddato, si solidifica per unire le parti. La brasatura prevede l'utilizzo di temperature superiori a 450°C, mentre la saldatura avviene a temperature inferiori a 450°C. Il processo di brasatura consente di ottenere giunti più resistenti. Entrambi sono adatti per la realizzazione di giunti sigillati, per unire metalli di tipo diverso e per i casi in cui non è auspicabile l'uso del calore come nella saldatura. La pulizia della superficie è fondamentale.

Fattori critici di progettazione per RobustoLamiera Articolazioni

La progettazione di un giunto in lamiera di successo va oltre la semplice scelta del tipo e del metodo. È necessario considerare attentamente diversi fattori critici per garantire che il giunto sia forte, durevole, conveniente e adatto all'applicazione prevista.

Considerazioni sulla selezione dei materiali

Il tipo di lamiera (acciaio, alluminio, acciaio inox, rame, ecc.) è il principale fattore determinante per la progettazione dei giunti. Si tratta di resistenza, duttilità, saldabilità, resistenza alla corrosione, in particolare alla corrosione galvanica quando si uniscono metalli diversi, caratteristiche di espansione e contrazione termica e compatibilità con i processi di giunzione scelti, ad esempio alcune leghe di alluminio sono difficili da saldare. Anche il tipo di materiale e lo spessore del materiale determinano le possibili tecniche di giunzione e i parametri necessari per il processo.

Scegliere il tipo di giunto giusto per la resistenza

È necessario determinare il tipo di carichi che si prevede di applicare al giunto (trazione, compressione, taglio, flessione, fatica). È importante capire che i diversi giunti hanno caratteristiche diverse quando sono sottoposti a carichi. I giunti ad anello sono normalmente buoni a taglio lungo la lunghezza della sovrapposizione e le saldature di testa sono buone a trazione, se eseguite correttamente. I giunti ad angolo e a T sono soggetti a momenti flettenti. Deve anche essere in grado di distribuire efficacemente i carichi tra le parti collegate.

Selezione del metodo di giunzione appropriato

A seconda del materiale, del tipo di giunzione, della resistenza richiesta, della velocità di produzione, dei vincoli di costo, dell'aspetto e dell'ambiente in cui il prodotto verrà utilizzato, è necessario scegliere la tecnica di giunzione più appropriata. La saldatura offre generalmente la massima resistenza statica, ma comporta l'impiego di calore. La rivettatura non consente distorsioni dovute al calore, ma richiede dei fori. Gli adesivi forniscono superfici lisce, ma richiedono una preparazione della superficie e un certo tempo per l'indurimento. L'incollaggio è più veloce degli altri metodi di giunzione, ma fornisce una resistenza inferiore. Ciascuno di questi metodi presenta vantaggi e svantaggi e, sebbene la saldatura sia spesso presa in considerazione, è importante riconoscere che questi non sono gli unici modi per ottenere un giunto sicuro.

Progettazione di dimensioni e spaziatura per l'integrità del giunto

Il dimensionamento preciso è fondamentale. Nel caso di giunti a sovrapposizione, è richiesta la distanza di sovrapposizione. Nel caso di giunzioni bullonate o rivettate, il diametro del foro, la distanza dal bordo (distanza dal centro del foro al bordo del pezzo) e il passo (distanza tra due elementi di fissaggio) devono essere scelti correttamente per evitare strappi, rotture dei cuscinetti o instabilità. Le dimensioni della saldatura di raccordo (ad esempio, la lunghezza della gamba della saldatura di raccordo) devono essere sufficienti a sostenere il carico. Le tolleranze sulle dimensioni devono essere raggiungibili in produzione.

Garantire la producibilità di Lamiera Articolazioni

Il progetto del giunto deve essere realizzabile con gli strumenti e le tecniche attualmente disponibili sul mercato. Alcuni di questi sono l'accesso alle torce di saldatura, agli strumenti di rivettatura o agli applicatori di adesivi; la possibilità di allineare i pezzi durante l'assemblaggio; l'evitare attrezzature complesse; la progettazione di tolleranze di produzione raggiungibili. Progetti complessi o con tolleranze ristrette sono costosi e possono portare a un maggior numero di difetti.

Pianificazione per Manutenzione e Smontaggio

Se l'assemblaggio richiede ispezione, manutenzione, riparazione o eventuale smontaggio, il progetto del giunto deve tenerne conto. I giunti bullonati o avvitati sono intrinsecamente adatti allo smontaggio. I giunti saldati o incollati sono generalmente permanenti e la loro riparazione è più difficile. Si deve anche considerare l'accesso per l'ispezione (ad esempio, ispezione visiva delle saldature, controllo dell'integrità dei rivetti).

Attuazione delle misure di protezione dalla corrosione

Le giunzioni in lamiera possono essere soggette a corrosione, soprattutto in ambienti difficili o quando vengono uniti metalli dissimili (corrosione galvanica). Le strategie di progettazione comprendono la scelta di materiali resistenti alla corrosione, l'applicazione di rivestimenti protettivi (vernici, rivestimenti in polvere, placcature) prima o dopo la giunzione, l'uso di sigillanti per escludere l'umidità dalle fessure (comuni nelle giunzioni a incastro) e l'impiego di isolamento elettrico (ad esempio, rondelle non conduttive) tra metalli dissimili.

Diverse applicazioni di Lamiera Giunti in tutti i settori

La versatilità della lamiera e la varietà delle tecniche di giunzione disponibili ne fanno un prodotto onnipresente in numerosi settori:

Automotive

Le carrozzerie dei veicoli utilizzano ampiamente la saldatura a resistenza a punti, la saldatura laser e l'incollaggio per il telaio, i pannelli della carrozzeria e i componenti strutturali. La rivettatura e la bullonatura sono utilizzate per attacchi specifici.

Aerospaziale

Le strutture degli aeromobili si affidano in larga misura alla rivettatura (soprattutto quella a filo per l'aerodinamica) e alla saldatura ad alta precisione (TIG, Laser) per unire leghe di alluminio, titanio e materiali compositi. Anche l'incollaggio è fondamentale.

HVAC (riscaldamento, ventilazione, condizionamento dell'aria)

Per l'assemblaggio delle condotte si ricorre prevalentemente a cuciture di sicurezza (ad esempio, Pittsburgh lock) e alla rivettatura. La saldatura può essere utilizzata per i componenti di calibro maggiore o per i raccordi speciali.

Costruzione

Le giunzioni verticali o le giunzioni a giro sono comuni nelle coperture e nei rivestimenti metallici e utilizzano viti e bulloni. Le connessioni nelle strutture in acciaio sono realizzate mediante bullonatura o saldatura.

Elettrodomestici

Le lavatrici, i frigoriferi, i forni, ecc. utilizzano la saldatura a punti, l'aggraffatura, le viti, l'orlatura e l'aggraffatura per gli involucri, i telai e le parti interne.

Elettronica

Gli alloggiamenti di computer e server, così come quelli di altre apparecchiature, sono fissati con viti o clinciature, oppure con piccole saldature e brasature.

Mobili

Gli armadi, le scaffalature e le strutture metalliche possono essere saldati a punti, avvitati o fissati.

Ogni applicazione ha i suoi requisiti in termini di resistenza, peso, costo, durata, resistenza all'ambiente e aspetto, che determinano la scelta dei giunti e delle tecnologie.

TZR: il vostro partner esperto per i giunti di precisione in lamiera

Per ottenere la migliore qualità delle giunzioni in lamiera, è necessario disporre delle giuste competenze, di una lavorazione adeguata e di una garanzia di qualità. TZR offre un servizio completo per la fabbricazione di lamiere, che ci rende il vostro negozio di fabbricazione unico. I nostri servizi si concentrano sui settori automobilistico, medico, delle stampanti 3D e delle energie rinnovabili. Disponiamo di una capacità di lavorazione della lamiera completa di taglio, piegatura e formatura per garantire che le parti siano fabbricate con precisione prima della saldatura. La nostra esperienza abbraccia un'ampia gamma di metodi di giunzione, con competenza nella tecnologia di saldatura laser avanzata.

In TZR ci impegniamo sempre a comprendere appieno le esigenze applicative di ciascun cliente. I dipartimenti di ingegneria e produzione sono coinvolti con i clienti dalla fase di progettazione a quella di produzione e offriamo diverse opzioni di materiali come acciaio, acciaio inossidabile, alluminio, rame e ottone. Prestiamo particolare attenzione alla producibilità ed eseguiamo controlli DFM professionali per garantire l'alta qualità e la producibilità dei prodotti. La nostra garanzia di qualità, la conformità agli standard ISO 9000 e la garanzia di qualità del prodotto 98% garantiscono che i giunti in lamiera che produciamo siano di alta qualità e standard nel mercato internazionale.

Se deciderete di collaborare con TZR, capirete quanto un approccio professionale possa giovarvi nel vostro prossimo progetto.

Guardare avanti: Tendenze e innovazioni in Lamiera Articolazioni

Il settore della giunzione delle lamiere è in continuo sviluppo a causa delle crescenti esigenze di riduzione del peso, aumento della resistenza, migliore produttività e capacità di unire materiali nuovi e diversi. Le tendenze principali includono:

Giunzione di materiali avanzati: Le sfide e le opportunità per lo sviluppo di metodi affidabili per la giunzione di acciai ad alta resistenza (AHSS), leghe di alluminio, leghe di magnesio, titanio e strutture in metallo-composito sono ancora presenti. Si stanno adottando anche processi più recenti, come la saldatura per attrito (FSW), diverse tecnologie di saldatura laser e adesivi di nuova generazione.

Tecniche di giunzione ibride: L'uso di due o più processi di giunzione in un unico processo (ad esempio, la saldatura a punti e l'incollaggio, dove i due processi sono denominati saldatura-incollaggio) può essere vantaggioso in termini di resistenza, durata a fatica e tenuta rispetto all'uso di un unico processo di giunzione.

Automazione e robotica: L'applicazione di sistemi robotizzati per la saldatura, la rivettatura, l'aggraffatura e l'erogazione di adesivi migliora l'efficienza, l'accuratezza e la ripetibilità, soprattutto nella produzione di massa come quella dell'industria automobilistica. I sistemi di visione e i controlli adattivi migliorano la precisione.

Simulazione e strumenti digitali: Un esempio è il software FEA avanzato in grado di simulare la meccanica dei giunti sotto carico, di prevedere le concentrazioni di sollecitazioni, di ottimizzare la progettazione e persino di modellare il processo di giunzione (ad esempio, la simulazione della saldatura) in un ambiente virtuale che riduce i tempi e i costi di sviluppo.

Controlli non distruttivi (NDT): I nuovi metodi di NDT (come le prove a ultrasuoni e le immagini termiche) possono essere utilizzati per ispezionare la qualità delle giunzioni senza causare alcun danno al pezzo, il che è molto importante per le applicazioni critiche per la sicurezza.

Queste innovazioni suggeriscono ulteriori miglioramenti nella funzionalità, nell'efficacia e nella versatilità dei giunti in lamiera, garantendo così la loro importanza per la produzione negli anni a venire. È importante che i progettisti e i produttori tengano traccia di questi sviluppi nel tentativo di ottenere un vantaggio competitivo.

In conclusione, i giunti in lamiera sono componenti fondamentali di vari prodotti e strutture. È importante comprendere i vari tipi di giunti, i processi di realizzazione e i parametri di progettazione che sono rilevanti per il successo della connessione. Con l'avanzare della tecnologia, ci saranno ulteriori sviluppi nei metodi di giunzione delle lamiere, migliorando così l'efficienza, il costo e le prestazioni.