Клинч - Clinching

Для использования в других целях см. Клинч.
Фазы клинча

Клинч или пресс-присоединение представляет собой процесс формовки объемного листового металла, направленный на соединение тонких металлических листов без дополнительных компонентов с использованием специальных инструментов для пластического соединения двух или более листов. Процесс обычно выполняется при комнатной температуре, но в некоторых особых случаях листы могут быть предварительно нагреты, чтобы улучшить пластичность материала и тем самым избежать образования трещин во время процесса. Клинчинг имеет ряд преимуществ перед конкурентными технологиями:[1]

  • Сокращенное время соединения (время соединения меньше секунды);
  • Снижение стоимости и веса: процесс не требует дополнительных элементов, таких как винты, заклепки или клеи.
  • Сниженная стоимость машины;
  • Предварительные отверстия не требуются;
  • Может использоваться для соединения различных материалов, включая металлы, полимеры, дерево, и композитные материалы;
  • Легко автоматизируется и не требует квалифицированных рабочих;
  • Экологичность: не требует предварительной обработки растворителями, кислотами и другими вредными жидкостями;
  • Механическая прочность металлического материала вблизи стыка обычно повышается за счет наклепа;
  • Чистота: процесс не вызывает вспышек или дыма;
  • Повторяемость;
  • Гибкость: одни и те же инструменты можно использовать для широкого ряда материалов
  • Сниженное объединение сил

инструменты

Поскольку в этом процессе используются относительно небольшие силы (от 5 до 50 кН в зависимости от материала, который нужно соединить, типа инструментов и толщины листа), клинчинг обычно включает в себя машины уменьшенного размера (часто портативные). Инструменты обычно состоят из пуансона и матрицы. К настоящему времени разработаны различные инструменты, которые можно разделить на круглые и прямоугольные. Круглые обжимные инструменты включают: штампы с фиксированными канавками, разъемные штампы (с 2–4 подвижными секторами) и плоские штампы. Такие инструменты создают круглые соединения, которые демонстрируют практически идентичное механическое поведение во всех направлениях плоскости. Если используются круглые инструменты, целостность листа в стыке должна быть гарантирована, чтобы сохранить хорошее механическое поведение стыков.

Клинчинг умирает

С другой стороны, прямоугольные защелкивающиеся соединения демонстрируют поведение, которое зависит от направления нагрузки, и оба листа намеренно разрезают в «длинном направлении», чтобы создать блокировку. На выбор инструментов большое влияние оказывают:

  • Пластичность материала
  • Направление загрузки
  • Толщина листов

Кроме того, выбор зажимных инструментов сильно влияет на прочность соединения и поглощенную энергию зажимного соединения, кроме силы соединения. Прямоугольные инструменты, например, требуют меньших сил соединения, чем круглые инструменты, из-за сдвига материала, в то время как среди круглых зажимных инструментов разъемные штампы требуют минимального усилия соединения и наибольшего сцепления.[1]

Одним из преимуществ клинчинга является возможность соединять предварительно окрашенный листовой металл, обычно используемый в бытовой промышленности, без повреждения окрашенной поверхности. Клинчинг является важным средством крепления алюминиевых панелей, таких как капоты и крышки багажника, в автомобильной промышленности из-за сложности точечной сварки алюминия.[1]

Основные преимущества перед сваркой

Клинчинг используется в основном в автомобильный, прибор и электронный отрасли, где часто заменяет точечная сварка. Зажим не требует электричества или охлаждения электродов, обычно связанных с точечной сваркой. Являясь процессом механического соединения, скрепление можно использовать для соединения материалов, не показывающих электропроводность, таких как полимеры.[2][3] или композиты пластик-металл.[1] Кроме того, не требуется подготовка основания, такая как предварительная очистка поверхностей, необходимая для сварочных процессов. Этот факт способствует снижению затрат на соединение и снижению воздействия на окружающую среду (поскольку химическая очистка не требуется). При скалывании не образуются искры или пары. Прочность защемленного соединения может быть проверена неразрушающим методом с использованием простого измерительного прибора для измерения остаточной толщины в нижней части соединения диаметра полученной кнопки в зависимости от типа используемых инструментов. Ожидаемый срок службы обжимных инструментов составляет сотни тысяч циклов, что делает этот процесс экономичным. Клиновидные соединения, выполненные на алюминиевых листах, имеют более высокий усталостный ресурс по сравнению с точечной сваркой.[1][4]

Основные преимущества перед клеевым соединением

Клинчинг не требует предварительной очистки поверхностей, которая необходима перед нанесением клея. Клинчинг - это почти мгновенный процесс соединения (необходимое время соединения меньше секунды), в то время как соединение клеем часто требует гораздо большего времени, в основном из-за отверждения соединения (до многих часов). Зажимные суставы меньше подвержены влиянию факторов окружающей среды и старению.

Основные ограничения

Основное ограничение скрепления, поскольку это метод соединения, основанный на пластической деформации листов, связан с формуемостью (пластичностью) листового материала. Поскольку пластичность металла увеличивается с температурой, были разработаны процессы заклинивания с помощью нагрева, которые увеличивают пластичность материала и расширяют «способность соединения». Кроме того, повышение температуры соединения приводит к снижению предела текучести материала и, как следствие, уменьшению требуемого усилия соединения. Тем не менее, если применяется продолжительный нагрев, увеличение размера зерна, а также металлургические изменения сплавов могут повлиять на механическое поведение материала в зоне стыка.[5] Для нагрева листов перед скреплением использовались различные системы нагрева:

  • Конвективное отопление: представляет собой самый дешевый раствор и подходит для широкого спектра материалов, включая металлы и полимеры (термопласты). Применялся для соединения алюминиевых листов.[1][5] и полимерные листы[2][6]
  • Индуктивный нагрев предлагает решение для быстрого нагрева, которое позволяет сконцентрировать тепловой поток на меньшей площади. Этот метод может быть применен к металлическим материалам, таким как магниевые сплавы.[1]
  • Пламенное отопление.
Конвекционная система отопления

Материалы

Хотя клинчирование широко используется для соединения пластичных металлов, включая

недавно он распространился на другие металлы, такие как

и неметаллические материалы, такие как

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п Он, Сяоцун (2017). «Клинчинг для листовых материалов». Наука и технология современных материалов. 18 (1): 381–405. Дои:10.1080/14686996.2017.1320930. ЧВК  5468947. PMID  28656065.
  2. ^ а б c Ламбиас, Ф. (2015). «Свариваемость различных термопластичных полимеров с алюминиевыми листами AA6082 механическим скреплением». Международный журнал передовых производственных технологий. 80 (9–12): 1995–2006. Дои:10.1007 / s00170-015-7192-1.
  3. ^ а б Ламбиас, Ф. (2015). «Механическое поведение гибридных соединений полимер-металл, полученных путем обжима с использованием различных инструментов». Материалы и дизайн. 87: 606–618. Дои:10.1016 / j.matdes.2015.08.037.
  4. ^ Мори, К .; и другие. (2012). «Механизм превосходства усталостной прочности листов из алюминиевых сплавов, соединенных механическим обжимом и самопробойной клепкой». Технология обработки материалов. 212 (9): 1900–1905. Дои:10.1016 / j.jmatprotec.2012.04.017.
  5. ^ а б c d Ламбиас, Ф. (2015). «Соединение внахлест термически обрабатываемого алюминиевого сплава АА6082-Т6 в теплых условиях». Журнал технологий обработки материалов. 225: 421–422. Дои:10.1016 / j.jmatprotec.2015.06.022.
  6. ^ а б Lambiase, F .; Ди Илио, А. (2015). «Механическое скрепление соединений металл – полимер». Журнал технологий обработки материалов. 215: 12–19. Дои:10.1016 / j.jmatprotec.2014.08.006.
  7. ^ Lambiase, F .; Ди Илио, А. (2013). «Конечно-элементный анализ потока материала при механическом клинчировании с расширяемыми штампами». Журнал материаловедения и производительности. 22 (6): 1629–1636. Bibcode:2013JMEP ... 22.1629L. Дои:10.1007 / s11665-012-0451-5.
  8. ^ Ламбиас, Ф. (2012). «Влияние технологических параметров при механическом обжиме с растягиваемыми штампами». Международный журнал передовых производственных технологий. 66 (9–12): 2123–2131. Дои:10.1007 / s00170-012-4486-4.