Выбор правильных типов крепежа для листового металла: Полное руководство

Введение

В производстве соединение деталей из листового металла - важнейший процесс, который используется в различных отраслях, таких как автомобильная, аэрокосмическая и многие другие. Но что определяет прочность и устойчивость этих узлов? Крепеж. Выбор правильного крепежа - это не только соединение компонентов, но и определение надежности, производительности, стоимости, времени и простоты сборки.

Неправильный выбор крепежа может привести к дорогостоящим поломкам, затратам времени и даже опасным изделиям. С другой стороны, правильный выбор крепежа, который лучше всего подходит при правильном применении, обеспечивает идеальное, долговечное и экономичное соединение.

В этом руководстве дается представление о наиболее распространенных крепежных элементах для изготовления листового металла, рассматриваются важнейшие критерии выбора, представлены типичные области применения, представлены профессиональные решения в области крепежа, объясняется, как правильно устанавливать крепежные элементы, и подготавливает специалистов к правильному выбору крепежа.

Что такое листовой металлкрепеж?

Крепеж для листового металла - это крепеж, который используется для соединения двух или более тонких металлических листов, толщина которых составляет от 0,5 до 6 мм. В отличие от крепежа, предназначенного для толстых профилей или массивных материалов, крепеж для листового металла должен преодолевать трудности, связанные с тонкими материалами. К ним относятся деформация материала под нагрузкой, ограниченное зацепление резьбы в тонких участках, а также вырывание или срыв при приложении чрезмерного усилия. Поэтому крепежные элементы для листового металла имеют определенные конструктивные особенности, позволяющие распределять нагрузку, обеспечивать точки крепления в тонком материале или устанавливать их там, где доступ может быть ограничен только с одной стороны. Их роль заключается в обеспечении прочного и постоянного соединения, способного выдержать нагрузки, которые будут к нему приложены, а также легко обслуживаемого в случае необходимости.

Основные типы крепежа для листового металла

Разнообразие областей применения листового металла требует применения различных крепежных решений. Очень важно понимать основные категории, чтобы выбрать наиболее подходящую.

Самозажимные крепежные элементы

Самозажимной крепеж - это тип крепежа, который предназначен для того, чтобы стать частью той детали из листового металла, в которой он используется. Одними из самых популярных являются самозажимные гайки, шпильки и стойки. Установка подразумевает забивание крепежа в отверстие нужного размера с помощью пресса параллельного действия. При этом зажимное кольцо с накаткой или специально профилированная головка крепежа отжимает материал листового металла и заставляет его холодно стекать в кольцевое углубление или подрез в хвостовике или пилотной части крепежа. Этот вытесненный материал эффективно обездвиживает крепеж и обеспечивает высокую устойчивость к выталкивающим и крутящим усилиям.

К числу преимуществ можно отнести возможность создания прочного, постоянного крепления или точек крепления в тонких листах, что хорошо подходит для применения в тех случаях, когда требуется высокая прочность соединения, и возможность установки только с одной стороны. Одним из главных условий является возможность доступа к обеим сторонам листа во время установки и наличие соответствующего прессового оборудования для приложения нужного усилия посадки и параллельности. Они широко используются в корпусах электроники, автомобильных деталях и аэрокосмической промышленности.

Заклепки

Клепка - один из самых ранних и эффективных способов соединения двух или более кусков листового металла благодаря простоте использования. Заклепка - это просто цилиндрический стержень с головкой на одном конце. Для установки заклепки необходимо пропустить стержень через отверстия в соединяемых деталях, а затем механическим способом расширить хвостовую часть заклепки, чтобы сформировать вторую головку - "магазинную головку" или "хвост заклепки". В результате листы плотно прилегают друг к другу.

• Сплошные заклепки: Обеспечивают наивысшую прочность на сдвиг, но могут устанавливаться только с двух сторон листа: с одной стороны - головка для производства, с другой - головка для магазина с помощью молотка и расклинивающего бруска или клепальной машины, так как массивный вал обеспечивает дополнительную поддержку при установке.
• Полутрубчатые заклепки: Они похожи на цельные заклепки, но имеют небольшое отверстие в хвостовой части, поэтому для формирования головки магазина требуется меньшее усилие.
• Слепые заклепки (Pop Rivets): Они используются в тех случаях, когда доступ к соединяемому участку ограничен только с одной стороны. Глухая заклепка состоит из хвостовика и оправки. При этом оправка вытягивается, тело заклепки на глухой стороне расширяется, образуя вторую головку, после чего оправка удаляется.

Заклепки обладают высокой нагрузкой на сдвиг и идеально выдерживают вибрации. Они используются для формирования неразъемных соединений и широко применяются в авиационных конструкциях, при строительстве мостов и в общей обработке листового металла.

Винты для листового металла

Винты для листового металла - это винты, которые предназначены для создания собственной резьбы в листовом металле, когда они вставляются в предварительно просверленные или пробитые отверстия.

• Самонарезающие винты: Они имеют более острую резьбу и могут потребовать сверления пилотного отверстия перед установкой винта. Они образуют резьбу в процессе смещения материала.
• Саморезы: Они имеют на головке сверло, которое одновременно сверлит отверстие и создает резьбу, что позволяет сэкономить время при сборке.

Шурупы для листового металла различаются по типу головки (под ключ, шестигранные, плоские) и по типу привода (Phillips, шлиц, Torx). Их основные преимущества заключаются в том, что они легко и быстро устанавливаются, при этом используются только забивные инструменты и не требуется нарезание резьбы. Однако их удерживающая способность сравнительно ниже, чем у самозажимных крепежей, и они с большей вероятностью сорвутся при чрезмерном затягивании, особенно при использовании на очень тонких материалах. Они широко применяются в воздуховодах HVAC, автомобильных салонах, холодильниках и других бытовых приборах, а также в легких конструкциях.

Сварной крепеж

Приварные крепежи - это гайки или шпильки, предназначенные для постоянного крепления к детали из листового металла с помощью точного выравнивания и таких методов сварки, как контактная сварка, проекционная сварка, дуговая сварка или сварка конденсаторным разрядом (CD). Они имеют специальные выступы или фланцы, которые позволяют направить энергию таким образом, чтобы получить качественный сварной шов.

Первое преимущество - это очень прочное и долговечное крепление для высоких нагрузок или в тех случаях, когда различные материалы имеют дополнительные детали, которые необходимо прикрутить. Сварной крепеж не требует создания отверстий для самого крепежа (хотя могут быть предусмотрены специальные отверстия), что сохраняет прочность листа.

К недостаткам можно отнести необходимость в специализированном сварочном оборудовании и опытных операторах, термическое воздействие на поверхность листового металла или маркировку, а также необходимость совместимости крепежа с заготовкой. Он широко используется в автомобильных рамах и кузовах, тяжелых транспортных средствах и оборудовании, а также в промышленном оборудовании.

Болты и гайки

Хотя болты и гайки часто ассоциируются с более толстыми материалами, они также используются в листовом металле, особенно когда требуется высокая степень зажима или возможность разборки соединения. Как правило, этот метод предполагает предварительное сверление отверстий в листовом металле, а затем крепление компонентов друг к другу путем затягивания гайки на болте. Для распределения нагрузки и предотвращения повреждения поверхности листового металла часто используются шайбы. В зависимости от конкретных требований к применению предлагаются различные типы болтов (например, кареточные болты, шестигранные болты) и гаек (например, стандартные гайки, контргайки).

Резьбовые вставки

Резьбовые вставки используются для создания прочной, долговечной и многоразовой резьбы на материалах, которые не поддаются прямой резьбе из-за их тонкости или мягкости, например, на листовом металле.

• Заклепочные гайки (гайки-вставки): Они устанавливаются с одной стороны, как и глухие заклепки. Инструмент натягивает резьбовую оправку, в результате чего корпус вставки сжимается и расширяется относительно глухой стороны листа, образуя резьбовой анкер.
• Вставки для прессования: Они похожи на самозажимные крепежи, которые впрессовываются в отверстия и могут использовать специальные профили для зацепления с материалом.

Резьбовые вставки очень полезны, когда требуется прочная и многоразовая резьба в тонких панелях, где доступ возможен только с одной стороны (для гаек-заклепок). Они используются в автомобильной и аэрокосмической промышленности, а также при соединении деталей с корпусами.

Гайки с обоймой и зажимные гайки

Гайки с обоймой состоят из гайки с квадратной головкой и обоймы из пружинной стали с двумя крыльями или зажимами. Эти крылья позволяют закручивать гайку в квадратное или прямоугольное отверстие в панели из листового металла, обычно в стойке или шкафу. Накидные гайки (или U-образные гайки) работают аналогичным образом, защелкиваясь на краю панели или в прямоугольном отверстии, чтобы создать резьбовое отверстие.

Основное преимущество обоих вариантов заключается в том, что они имеют определенный люфт, так что отверстия в панели не обязательно должны идеально совпадать с крепежным элементом. Кроме того, они удобны в обслуживании, поскольку их можно легко разобрать и заменить в случае повреждения. Они широко используются в стойках для ИТ-оборудования, электрических шкафах и некоторых автомобильных приложениях, где устройства устанавливаются на панели.

Примечание: Значения производительности являются типичными оценками для крепежа из среднеуглеродистой стали толщиной 1,0-2,0 мм. листовой металл. Фактические характеристики могут отличаться в зависимости от материала, качества установки и особенностей конструкции.

Критические факторы при выборе крепежа

Выбор оптимального крепежа требует оценки множества факторов, учитывающих специфику применения.

Материал и толщина листового металла

Тип и толщина листового металла - два наиболее важных фактора, определяющих выбор инструмента. Важно избегать контакта разнородных металлов друг с другом, так как это приведет к гальванической коррозии, особенно в присутствии электролита. Материал крепежа должен быть того же типа, что и листовой металл, или, по крайней мере, должен быть гальванически совместим с ним. К числу распространенных листовых металлов относятся алюминий, сталь, нержавеющая сталь, оцинкованная сталь, медь и латунь. Они также имеют различные механические характеристики и коррозионную стойкость, которые определяют тип крепежа, который необходимо использовать.

Толщина определяет практичность. Например, самозащелкивающиеся крепежи имеют минимальные требования к толщине листового материала. Диапазон захвата заклепки должен быть равен общей толщине соединяемых материалов.

Требования к нагрузке

Характер и величина нагрузок, которые должно выдерживать соединение, очень важны. Это растягивающие, сдвиговые, крутящие и вибрационные нагрузки. Эксплуатационные характеристики, указанные в паспортах крепежа, обычно получены при определенных условиях испытаний. Выбранный крепеж должен обладать достаточным запасом прочности, превышающим эксплуатационные нагрузки, которые предполагается прикладывать к конструкции.

Доступность для установки

Определите, имеют ли обе стороны доступ к стыку или только одна из них (слепой доступ). Это значительно сокращает количество доступных крепежей. Слепые заклепки и некоторые резьбовые вставки используются для глухого применения, в то время как самозащелкивающиеся крепежи и массивные заклепки требуют доступа с двух сторон. На тип требуемого инструмента и, соответственно, возможные типы крепежа также может влиять свободное пространство вокруг места соединения.

Соображения по поводу стоимости

Оцените общую стоимость, а не только цену единицы крепежа. Сюда входит стоимость самого крепежа, специализированного инструмента, необходимого для установки, трудозатраты на установку и потенциальные расходы, связанные с переделкой или поломкой. Саморезы могут иметь более высокую удельную стоимость, но при этом значительно сокращают трудозатраты. Самозажимные крепежи могут потребовать инвестиций в прессовое оборудование, но обеспечивают высокую надежность.

Экологические факторы

Условия эксплуатации и окружающей среды влияют на выбор материала и отделки. Учитывайте воздействие влаги, соляного тумана, химикатов, перепадов температур и ультрафиолетового излучения. Для коррозионной среды может потребоваться крепеж из нержавеющей стали или с соответствующими защитными покрытиями (например, цинкование, пассивация). Температура может влиять на прочность и совместимость материалов.

Желаемый срок службы и техническое обслуживание

Определите, будет ли соединение постоянным или его можно будет разобрать для обслуживания или замены. Заклепки и сварные крепежные элементы используются для создания постоянных креплений. Винты, гайки с обоймой и резьбовые вставки облегчают разборку и сборку, но резьба, создаваемая винтами из листового металла, со временем может ослабнуть.

Эстетические требования

В некоторых случаях, когда речь идет об эстетике (например, в бытовой электронике, архитектурных панелях), выбор крепежа и типа винта имеет большое значение. Некоторые из факторов включают в себя то, должна ли головка крепежа быть видимой или скрытой, требуется ли поверхность заподлицо с одной или обеих сторон, тип головки и цвет/отделка головки. Некоторые крепежные элементы, такие как самозажимные или потайные заклепки/винты, обеспечивают минимальную или даже скрытую конфигурацию головки.

TZR: Эксперт Листовой металл Крепежные решения

TZR - лидер в производстве листового металла, обладающий глубоким опытом в области критической роли крепежа для целостности изделий. Мы работаем в таких отраслях, как автомобилестроение, медицинское оборудование, 3D-печать, возобновляемые источники энергии, и специализируемся на стали, нержавеющей стали, алюминии, меди и латуни.

Наши услуги включают прецизионную формовку, резку, такую как лазерная резка, плазменная резка и штамповка с ЧПУ, чтобы гарантировать идеальное производство крепежа. Мы поддерживаем высокий стандарт качества 98% нашей продукции, которая соответствует стандартам ISO 9000, сертифицированным для клиентов. Наши специалисты по рассмотрению DFM имеют 30-летний опыт работы и знают требования и потребности вашего приложения, чтобы предоставить лучшие и наиболее экономически эффективные крепежные решения в сотрудничестве. Сотрудничайте с TZR - это прочный, надежный и соответствующий самым высоким стандартам качества крепеж для листового металла.

Лучшие практики для Крепеж Установка

Независимо от конкретного типа крепежа, соблюдение передовых методов при монтаже имеет решающее значение для достижения требуемых характеристик соединения и предотвращения преждевременных отказов.

Подготовка заготовки

Монтажные отверстия должны быть правильного размера и формы и располагаться в правильном положении в соответствии с рекомендациями производителя крепежа. Допуски отверстий часто являются критическими. Не должно быть больших заусенцев, которые могут помешать правильной посадке отверстий. Вокруг отверстия не должно быть загрязнений, таких как масло, грязь и излишняя окалина, которые могут повлиять на соединение или последующие этапы обработки. Во избежание деформации заготовки во время установки ее следует правильно поддерживать.

Выбор правильных инструментов

В большинстве случаев рекомендуется использовать монтажные инструменты, рекомендованные производителем крепежа. К ним относятся прессы с достаточным тоннажем и параллельным движением для самозажимных крепежей, подходящая носовая часть и усилие вытягивания для глухих заклепок, правильное сварочное оборудование и настройки для приварных крепежей и калиброванные динамометрические ключи или драйверы для винтовых крепежей. Еще один фактор, приводящий к проблемам при монтаже, - использование неправильной или поврежденной оснастки.

Правильная техника установки

Важно, чтобы процесс установки выполнялся в соответствии с инструкциями производителя. Для крепежа с прессовой посадкой (самозажимной, вставной) прикладывайте усилие в осевом направлении и плавно прилагайте его до тех пор, пока крепеж не будет полностью вставлен. Не забивайте зажимные крепежи молотком. В случае с заклепками важно добиться правильного состояния срыва. Для винтов вращайте их прямым движением и не применяйте высокую скорость, которая может привести к нагреву или срыву резьбы.

Контроль крутящего момента

При использовании резьбовых крепежных элементов (винтов, болтов, резьбовых вставок) очень важно соблюдать правильный момент затяжки. Недостаточная затяжка приводит к ослаблению соединений и может привести к поломке под воздействием вибрации или нагрузки. Чрезмерная затяжка может привести к повреждению резьбы, поломке крепежа или даже повреждению листового металла. Используйте калиброванные приборы для измерения крутящего момента и убедитесь, что момент затяжки находится в пределах рекомендуемых значений.

Инспекция и проверка качества

После установки визуально проверьте крепеж на правильность посадки, плотность (если требуется) и любые признаки повреждения крепежа или окружающего материала (трещины, деформация). Для критических областей применения проведите выборочные испытания (например, испытания на выталкивание или крутящий момент для зажимных крепежей, проверку крутящего момента для резьбовых крепежей) для проверки целостности установки в соответствии с указанными требованиями.

Общие ошибки, которых следует избегать

• Неправильный размер отверстия или допуск (слишком большой размер приводит к плохой фиксации; слишком маленький может повредить крепеж или лист).
• Использование крепежа, не подходящего для типа или твердости листового материала.
• Превышение указанной минимальной толщины листа или диапазона захвата крепежа.
• Прикладывать усилие при установке не по оси (можно повредить крепеж или отверстие).
• Чрезмерное усилие при установке или недостаточное усилие/время выдержки.
• Неправильная поддержка заготовки, приводящая к деформации.
• Попытка установки крепежа из нержавеющей стали в листы из нержавеющей стали без проверки совместимости по твердости (крепеж должен быть более твердым).
• Перезакручивание или недозакручивание винтов.

Заключение

Эффективный выбор и установка крепежа для листового металла имеют решающее значение для качества продукции, объединяя конструкторские разработки с точностью производства. Понимание типов крепежа, факторов выбора и передовых методов установки очень важно.

Однако теоретические знания должны быть дополнены тщательным исполнением на этапах изготовления и сборки. Соблюдение передового опыта, правильная оснастка и строгий контроль качества являются обязательными. Тщательно продумав требования к применению и привлекая при необходимости партнеров по изготовлению, инженеры и производители могут обеспечить соответствие узлов из листового металла требованиям к производительности, стоимости и долговечности. Правильное крепление - это не просто этап сборки, это краеугольный камень качества продукции.