1.1 Šroubové spoje v tenkostěnných materiálech Šroubové a maticové spoje byly speciálně vyvinuty pro vzájemné spojení komponentů a plechů, které je následně možno demontovat. Protože uvolněné matice a podložky zpomalují výrobní proces a během provozu se ztrácí nebo mohou spadnout do výrobku, mají se tam, kde je to možné, integrovat závity do materiálu neztratným způsobem. (Obr. 1 až 3). Šroubové spoje se mohou k nosnému materiálu upevnit různým způsobem. V souvislosti s neustálou poptávkou na snížení nákladů, stále přísnější ochranou životního prostředí a zákony bezpečnosti práce, má mechanická integrace šroubových spojů přednost. (Tabulka 4). Obr. 2: lisovací matice extra silné KAPITOLA 1 Technické informace KAPITOLA 1 Šroubové spoje v tenkostěnných materiálech Obr. 3: lisovací matice Obr. 1: nýtovací matice Všechny rozměry v mm 7
Informace Výhody mechanické montáže závitu do tenkostěnného Upevňovací systémy slepého nýtování materiálu: Pro jednostrannou (z jedné jediné strany) montáž závitu do obrobku byly vyvinuty různé typy nosičů závitu. Každý Montáž do vyvrtaného, laserem vypáleného či z nich má speciální vlastnosti. Jednostranná montáž se vyraženého otvoru zabezpečuje precizní umístění upřednostňuje tehdy, je-li produkt přístupný pouze z jedné upevňovacího prostředku. strany nebo je velmi velký a nedá se umístnit pod lis. Při montáži šroubových spojení této formy je potřeba přístupu k Čistý produkční proces, žádné kapky kovu a výpary při obrobku pouze z jedné strany (obr. 5). svařování nebo zkřivení díky působení tepla. Upevňovací Nízká spotřeba energie. systémy slepého nýtování je možno namontovat i po povrchové úpravě obrobku. Slepé nýtovací matice z hliníku lze například namontovat do hliníkových Vizuální kontrola kvality. profilů (Extruze), aniž by došlo k výskytu kontaktní koroze (viz. obr. 6). Vysokovýkonné slepé nýtovací prvky jsou ideální Spojované materiály není třeba čistit či jakkoliv jinak předem ošetřit. pro montáž do kulatých trubek. Díky speciálnímu postupu montáže je zde docíleno vysoké ochrany proti protočení (viz. obr. 7). Povrchová úprava obrobku (např. zinková nebo lakovaná vrstva) není narušena. Není třeba dalšího ošetření. Pozinkované matice mohou být totiž nasazeny do pozinkovaného plechu. Silné spojení s dostačujícími závity a třídy pevnosti dle vašeho výběru. Automatické sledování strojů a robotů. Obr. 6: vysokovýkonná nýtovací matice v extrudovaném profilu. Tabulka 4: Výhody mechanické montáže šroubových závitů Obr. 7: vysokovýkonná nýtovací matice v trubce. Obr. 5: Jednostranná montáž. Nářadí je nasazeno na produkt. 8 HEYMAN Manufacturing GmbH Tel. +420 54321 4900 Fax +420 54321 3690 www.heyman.cz info@heyman.cz
Výrobně-technické požadavky: automatizace dostupnost (jednostranně, oboustranně) vzdálenost od kraje rozměry otvorů rychlost při zpracování (počet spojů za jednotku času) Často se podceňují důsledky jedné výrobně-technické volby, ačkoliv jsou rozhodující pro efektivitu výroby a souvisejících nákladů na výrobek. Pro dosažení nejlepší volby, je nutná analýza celého montážního procesu. 1.2 Spojované materiály Obr. 8: Oboustranná montáž. Produkt je přinesen k lisu. Upevňovací lisovací systémy I pro oboustrannou montáž závitů do obrobku byly vyvinuty různé druhy lisovacích nosičů závitů. Montáž lisovacích prvků pomocí lisu je často nejrychlejší, nejpevnější a zaručuje nelepší kvalitu pro vložení závitu do tenkého plechu. Předpokládá se ovšem, že obrobek bude možno položit pod lis, a že bude přístupný z obou stran (viz. obr. 8). 1.1.1 Požadavky Důležitým bodem při výběru nosiče závitu je zvážení možnosti a omezení jednotlivých systémů. Před samotným výběrem je nutné důkladně formulovat všechny požadavky. Tyto požadavky by měli odpovídat funkčním a výrobně-technickým požadavkům a přáním. Funkční požadavky mohou být: typ spojovaného materiálu síly, které působí na spoj - vytahovací síla - mez protáčení - utahovací moment odolnost vůči korozi Nosiče závitů jsou vyrobeny z různých materiálů, aby se mohly použít i do různých materiálů. Pro dobrou integraci závitu do plechu je důležitá predevším tloušťka a tvrdost materiálu. V katalogu na stránkách jednotlivých produktů naleznete, pro které tloušťky a tvrdosti materiálu je závitový upevňovací prvek vhodný. 1.3 Lisování do nerezové oceli Zpracování nebo spojování nerezové oceli je mimořádnou výzvou, protože ocel je přirozeně tvrdá a pevná. Houževnatost materiálu zajišťuje odolnost proti tvarování za studena, a nedostatečné upevnění závitu při lisování do obrobku z nerezové oceli. Běžné lisovací systémy (netvrzené) z nerezové oceli mohou být použity v materiálu s maximální tvrdostí 70 Rockwell B. Prakticky všechny typy nerezové oceli přesahují tuto tvrdost. V zájmu zajištění stále dobrého spojení doporučujeme používat lisovací upevňovací prvky z tvrzené nerezové oceli. Před tvarováním za studena je důležité správně nastavit dobu lisování. Každý lisovací stroj PEMSERTER je vybaven mechanizmem, kterým se dá doba lisování snadno nastavit. Kromě toho jsou důležité používané raznice a matrice. Pro lisovací prvky z tvrzené nerezové oceli jsou k dispozici speciálně přizpůsobené raznice a matrice. Tyto lisovací nástroje nutí materiál obrobku, aby vniknul až do spodní části lisovaného prvku, čímž se vytvoří lepší spojení. 9
1.4 Pevnost Pevnost šroubových spojů není závislá pouze na kvalitě materiálů zvoleného nosiče závitu. Závisí i na samotném spoji nosiče závitu s materiálem obrobku. Vytahovací síla a mez protáčení (obr. 9 a 10) slouží jako spolehlivé vodítko pro zjištění potřebné síly spoje. Na následujících stránkách budou uvedeny specifické hodnoty vytahovací síly a meze protáčení pro jednotlivé nosiče závitů. Tyto hodnoty jsou pouze orientační. Mimo jiné jsou závislé na tvrdosti materiálu, tloušťce spojovaných dílů, rozměrech otvorů, vzdálenosti od kraje a montážní síle. Utahovací moment: doporučený utahovací moment šroubů s pevnostní třídou 8.8. Obr. 11: utahovací moment Kvalita materiálu nosiče závitu předurčuje ve vysoké míře tažnou sílu a utahovací moment (obr. 11) šroubového spoje. V tabulce 12 naleznete směrodatné hodnoty utahovacího momentu pro šrouby a matice různých pevnostních tříd. utahovací moment pevnostní třídy velikost šroubu 6.9 8.8 10.9 Vytahovací síla je síla, kterou je zapotřebí vyvinout, aby byla nýtovací matice / šroub vytažen z materiálu, ve kterém je nainstalován. Během měření je materiál přidržován přídržným kroužkem, jehož průměr se rovná trojnásobku průměru slepé nýtovací matice / šroubu. Obr. 9: vytahovací síla M3 (x 0,5) 1,1 Nm 1,3 Nm 1,8 Nm M3,5 (x 0,6) 1,6 Nm 1,9 Nm 2,7 Nm M4 (x 0,7) 2,4 Nm 2,9 Nm 4,1 Nm M4,5 (x 0,75) 3,5 Nm 4,1 Nm 5,8 Nm M5 (x 0,8) 4,8 Nm 5,7 Nm 8,1 Nm M6 (x 1) 8,4 Nm 9,9 Nm 14,0 Nm M7 (x 1) 14,0 Nm 16,0 Nm 23,0 Nm M8 (x 1,25) 21,0 Nm 24,0 Nm 34,0 Nm M8 x 1 22,0 Nm 26,0 Nm 37,0 Nm M10 (x 1,5) 40,0 Nm 48,0 Nm 68,0 Nm M10 x 0,75 48,0 Nm 57,0 Nm 80,0 Nm M10 x 1 45,0 Nm 54,0 Nm 75,0 Nm M10 x 1,25 43,0 Nm 51,0 Nm 72,0 Nm M12 (x 1,75) 71,0 Nm 85,0 Nm 120,0 Nm M12 x 1 82,0 Nm 97,0 Nm 135,0 Nm M12 x 1,25 79,0 Nm 93,0 Nm 130,0 Nm M12 x 1,5 75,0 Nm 89,0 Nm 125,0 Nm Mez protáčení: je točivý moment, který je zapotřebí vyvinout, aby se slepá nýtovací matice bez zatížení hlavy radiálně uvolnila z nosného materiálu (po montáži). Tabulka 12: utahovací momenty pro standardní šrouby. Uvedené hodnoty slouží jako maximální hodnoty, minimální hodnoty jsou o 7% nižší. Součinitel tření je µ=0,14. Za rozměrem závitu jsou v závorkách uvedeny hodnoty stoupání závitu, pokud se jedná o normální závit. Jednáli se o jemný závit, potom jsou tyto hodnoty uvedeny bez závorek. Obr. 10: Mez protáčení 10
Informace 1.5 Odolnost vůči korozi Odolnost vůči korozi nabývá u nosičů závitu na důležitosti. Existují dva druhy koroze - atmosferická a galvanická. Při atmosferické korozi reaguje materiál nosiče závitu a materiál v němž je nainstalován s látkami, které se vyskytují ve vzduchu. Při galvanické korozi reaguje materiál nosiče závitu přímo s materiálem, ve kterém je nainstalován na základě rozdílných potenciálů. Čím je tento rozdíl vyšší, tím pravděpodobnější je výskyt koroze. Nosiče závitu se dodávají z různých materiálů odolných proti korozi, např. hliník, nerezová ocel a Monel. Ocelové spojovací prvky jsou k dispozici s různými povrchovými úpravami. Obr. 13: odolnost vůči korozi Monel je slitina mědi a niklu, která má za určitých podmínek lepší odolnost proti korozi než nerezová ocel (Obr. 13). Z hlediska nebezpečí výskytu koroze je žádoucí, aby byl materiál Pokud se používají šrouby z nerezové oceli ve spojení s vysokovýkonnými nýtovacími maticemi Monel, zabrání tento materiál "zažrání" šroubů z nerezové oceli do nosiče závitu. nebo povrch závitu vyroben ze stejného materiálu jako nosný materiál. Pokud je nosič závitu z výrobně-technických důvodů vyroben z odlišného materiálu než nosný materiál, může se zvolit lepší kombinace materiálů na základě tabulky 14. materiál nosiče závitu materiály pro instalaci ocel pozink. hliník martenzitická ušlechtilá ocel (AISI 410) austenitická ušlechtilá ocel (AISI 302/304) Monel ocel pozink. ocel hliník a slitiny hliníku měď feritická ušlechtilá ocel (AISI 430) austenitická ušlechtilá ocel (AISI 302/304) žádná styková koroze na instalačním materiálu díky materiálu nosiče závitu. styková koroze na instalačním materiálu není ovlivněna. Povrchová úprava ovlivňuje materiál nosiče závitu tak, aby zůstal kov lesklý. Zvýšená koroze nosiče závitu díky instalačnímu materiálu možná lehká styková koroze na instalačním materiálu díky materiálu nosiče závitu. významně zvýšená styková koroze na instalačním materiálu dík materiálu nosiče závitu. styková koroze na instalačním materiálu není ovlivněna. Lehká styková koroze na nosiči závitu díky instalačnímu materiálu. nedoporučuje se Tabulka 14: Směrnice galvanické koroze HEYMAN Manufacturing GmbH Tel. +420 54321 4900 Fax +420 54321 3690 www.heyman.cz info@heyman.cz 11
1.6 Rozměry otvorů Pro pevný spoj jsou určující správné rozměry otvorů. Ražené nebo laserem řezané otvory (bez otřepů) mají celkově lepší kvalitu než shora vrtané otvory. Pokud je to možné, měla by být lisovací matice použita na vyražené straně plechu. (obr. 15). V souvislosti s přístupem nástroje může být vzdálenost závitového prvku od hran velmi problematická (obr. 17). strana raznice řezat vylomit ØH1 Obr.15: průměr otvorů kovadlinová strana s 10% Ambossseite sklonem výlomu mit 10% Ausbruchwinkel ØH 1 < ØH 2 ØH2 Obr. 17: Poměr vzdálenosti od hran k polovičnímu průměru nářadí 1.7 Vzdálenost od hran V souvislosti s radiálním roztažením nýtovacích matic a směru deskového materiálu u lisovacích matic je nutné dodržet jistou vzdálenost montážního otvoru od hran materiálu (minimální průměr hlavy závitového prvku Ø H, viz. obr. 16). Příklady pro vzdálenost montážního otvoru od hran materiálu jednostranná oboustranná třístranná Obr. 16: vzdálenost od hran 12
1.8 Šroubový závit v materiálech z umělé hmoty Opětovná rozpojitelnost je funkční požadavek, který je zabezpečován šroubovými spoji. Ale zkoušeli jste už upevnit šroubový závit do materiálů z umělé hmoty? Není to tak jednoduché...že? V nabídce našich produktů naleznete celou řadu řešení, která se hodí pro instalaci šroubových závitů do materiálů z umělé hmoty. Kombinací upevňovacího prvku a nářadí můžete snížit náklady a zvýšit kvalitu Vašich produktů. V následující kapitole je prezentována řada šroubových závitů. 1.8.1 Slepé řešení Inovativní vysokovýkonná technika slepého nýtování Vám nabízí řešení pro montáž šroubových závitů do materiálů z umělé hmoty. Vzhledem k tomu, že materiály z umělé hmoty (laminátu) nemají mnohdy rovnoměrnou tloušťku, je nutné použít systém, u kterého tolerence síly materiálu nepředstavuje kritický aspekt kvality celého spoje. Nýtovací matice z neoprénu se skládá ze silného elastického pouzdra z neoprénu a vnitřního jádra z mosazi. Pouzdro se během utahování běžného metrického šroubu (ručním, elektrickým, pneumatickým šroubovákem) rozpíná. Tím vzniká spoj, který je díky neoprénu utěsněn před průsaky. Navíc je odolný vůči vibracím a otřesům. Při nasazení "slepých" spojů nesmí být použito žádné mazivo. Při použití maziva nastává nebezpečí protáčení jednotlivých dílů slepého montážního systému. Vysokovýkonné nýtovací matice a rozpěrné nýtovací matice jsou díky svému velkému rozsahu svěrné síly (Multigrip) velice flexibilní. Oproti standardním slepým nýtovacím systémům vyplňují vysokovýkonné systémy skvěle montážní otvor a poskytují tak vysokou bezpečnost proti protočení. Montážní nářadí řízené kroutícím momentem umožňují bezpečnou, rychlou a jednoduchou montáž těchto nosičů. Odpadá obvyklé nastavování nářadí na odpovídající sílu materiálu, což ulehčuje montáž částí nýtovacích systémů do materiálů z umělé hmoty z jedné strany. 13
1.9 Monel Monel 400 / NiCu30Fe Materiál č. 2.4360 Právě v místech se zvýšeným výskytem koroze vyžaduje výběr správného upevňovacího prvku zvýšenou pozornost. Zvolen by měl být nejen upevňovací prvek, který splňuje určité požadavky co se týká síly materiálu a specifikace, ale také takový upevňovací prvek, který omezuje náklady spojů na minimum. Výběr je ještě obtížnější, pokud se požaduje, aby byla tato spojení odolná proti korozi. Monel je vysoce odolný proti korozi s následným chemickým složením: Pro porovnání: ocel C10 (materiál č.1.0301) pevnost v tahu = ca. 640 N/mm 2 mez pružnosti = ca. 250 N/mm 2 hliník AlMg5 (materiál č. 3.3555) pevnost v tahu = ca. 300 N/mm 2 mez pružnosti = ca. 110 N/mm 2 nerezová ocel X5CrNi18 10 (materiál č.1.4301) pevnost v tahu = ca. 500-700 N/mm 2 mez pružnosti = ca. 200 N/mm 2 materiál obsah v % nikl (Ni) 66,5% měď (Cu) 31,5% železo (Fe) 1,25% uhlík (C) 0,15% mangan (Mn) 1% neoprén-křemík (Si) 0,25% síra (S) 0,12% Monel nachází díky svým vynikajícím pevnostním a antikorozním vlastnostem uplatnění při výrobě přístrojů pro chemii, nádob pro chemické procesy, lopatek pro parní turbíny a ventilů. Jako další příklady pro využití tohoto materiálu mohou sloužit výstruhy na námořních lodích (odolává mořské vodě), nádrže na benzín a čerstvou vodu, tepelné výměníky, ale i elektronické komponenty. Díky své vysoké odolnosti vůči žáru nachází Monel uplatnění i v leteckém průmyslu a astronautice. Fyzikální vlastnosti: Hustota: 8,83 kg/dm 3 Teplota tavením: 1.300 C - 1.350 C Curieova teplota: -7 C - 10 C (= mezní teplota mezi magnetickým a nemagnetickým stavem) Elektrická vodivost: 2.08 S/mm 2 (20 C; S = Siemens) Elektrický odpor: 0.480 x mm 2 /m Mechanické vlastnosti: Pevnost v tahu = ca. 700-800 N/mm 2 Mez pružnosti = ca. 340 N/mm 2 Pevnost v tahu materiálu Monel dosahuje minimálně maxima hodnot běžných chrom-niklových ocelí, je ale s ohledem na mez pružnosti daleko více zatížitelný než nerezové druhy oceli. Navíc dochází při teplotách do 400 C jen k minimálnímu snížení pevnosti (= tepelná odolnost). Jsou-li dosaženy nižší teploty, vzrostou hodnoty mechanické pevnosti a to bez výskytu lámavosti. Monel se velice dobře formuje za studena. Díky tvarování za studena se hodnoty pevnosti a tuhosti dále zvyšují. Odolnost vůči korozi: Monel 400 = NiCu30Fe je všeobecně vysoce odolný vůči korozi, např. vůči mořské, sladké, destilované vodě, především při vysokém průtoku (lodní šrouby, ventily, tepelné výměníky atd.). Aplikace v chemickém či petrochemickém průmyslu bývají často chlazeny mořskou vodou (např. na ropných plošinách). Z tohoto důvodu zde Monel nalézá velmi často své uplatnění. I po 30 letech nebyly na výztužích námořních lodí z Monelu objeveny žádné známky koroze. Rozsah koroze materiálu Monel v mořské vodě: 0.003 mm/rok. Monel 400 je navíc odolný vůči většině organických kyselin, kyselině sírové, alkalickým roztokům, síranu amonnému, (NH 2 SO 4 -hnojivo), chloridu amonnému (NH 4 Cl-salmiak), H 2 SO 4, neutrálním a alkalickým roztokům soli, kyselině fluorovodíkové (HF) a rtuti (Hg). Monel 400 je jeden z mála materiálu, který je odolný vůči kyselině solné (HCl). Styková koroze zde nehrozí. 14