Клинч

Фазы клинчинга

Обрезка или прессовое соединение - это 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 можно предварительно нагреть, 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 и дыма;
Повторяемость;
Гибкость: одни и те же инструменты можно использовать для широкого ряда материалов.
Уменьшение объединяющих сил

Инструменты

Поскольку в процессе используются относительно небольшие силы (от 5 до 50 кН в зависимости от материала, который нужно соединить, типа инструментов и толщины листа), клинчинг обычно предполагает использование станков меньшего размера (часто портативных). Инструменты обычно состоят из пуансона и матрицы. К настоящему времени разработаны различные инструменты, которые можно разделить на круглые и прямоугольные. К круглым обжимным инструментам относятся: штампы с фиксированными канавками, разъемные штампы (с 2–4 подвижными секторами) и плоские штампы. Такие инструменты создают круглые соединения, которые демонстрируют почти идентичное механическое поведение во всех направлениях плоскости. Если используются круглые инструменты, необходимо гарантировать целостность листа в стыке, чтобы сохранить хорошее механическое поведение стыков.

Клинчинг умирает

С другой стороны, прямоугольные защелкивающиеся соединения демонстрируют поведение, зависящее 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 для разъемных штампов требуется минимальное усилие соединения и наибольшая блокировка. ^[1]

Одним из преимуществ клинчинга является возможность соединения предварительно окрашенного листового металла, обычно используемого 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 автомобильной , бытовой и электронной промышленности, где он часто заменяет точечную сварку . 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 металл-пластик. ^[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 клинче 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 изготовленной кнопки в зависимости от типа используемых инструментов. Ожидаемый срок службы обжимных инструментов исчисляется сотнями 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 пластичностью (пластичностью) листового материала. Поскольку пластичность металла увеличивается с температурой, были разработаны процессы заклинивания с помощью нагрева, что увеличивает пластичность материала и расширяет «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: это наиболее дешевое решение, подходящее для широкого спектра материалов, включая металлы и полимеры (термопласты). Он использовался для соединения алюминиевых листов ^[1]^[5] и полимерных листов ^[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 сплавы магния . ^[1]
Пламенное отопление.

Система конвекционного отопления

Материалы

Хотя клинчирование широко использовалось для соединения пластичных металлов, в том числе

недавно он распространился на другие металлы, такие как

магний и его сплавы; ^[1]
алюминий с пониженной пластичностью (AA6082-T6); ^[1]^[5]
высокопрочная низколегированная сталь ; ^[1]
титановые сплавы ; ^[1]

и неметаллические материалы, такие как

полимеры ^[2]^[6]^[3]
композиты из пластика, армированного волокном ; ^[1]
композиты дерево-металл; ^[1]
картон . ^[1]

использованная литература

Викискладе есть медиафайлы по теме клинчинга .

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

[r1-1] Б с д е е г ч я J к л м п о р He, Сяоцун (2017). «Обрезка листовых материалов» . Наука и технология перспективных материалов . 18 (1): 381–405. DOI : 10.1080 / 14686996.2017.1320930 . PMC 5468947 . PMID 28656065 .

[polymers-2] Ламбиас, Ф. (2015). «Свариваемость различных термопластичных полимеров с алюминиевыми листами AA6082 механическим скреплением». Международный журнал передовых производственных технологий . 80 (9–12): 1995–2006. DOI : 10.1007 / s00170-015-7192-1 .

[polymer-metal-3] Lambiase, F. (2015). «Механическое поведение гибридных соединений полимер-металл, полученных путем обжима с использованием различных инструментов» . Материалы и дизайн . 87 : 606–618. DOI : 10.1016 / j.matdes.2015.08.037 .

[4] Мори, К .; и другие. (2012). «Механизм превосходства усталостной прочности листов из алюминиевых сплавов, соединенных механическим скреплением и самопробойной клепкой». Технология обработки материалов . 212 (9): 1900–1905. DOI : 10.1016 / j.jmatprotec.2012.04.017 .

[Al1-5] а б в г Ламбиас, Ф. (2015). «Соединение внахлест термообрабатываемого алюминиевого сплава АА6082-Т6 в теплых условиях». Журнал технологий обработки материалов . 225 : 421–422. DOI : 10.1016 / j.jmatprotec.2015.06.022 .

[Mechanical_clinching_of_metal–polymer_joints-6] Lambiase, F .; Ди Илио, А. (2015). «Механическое скрепление стыков металл – полимер». Журнал технологий обработки материалов . 215 : 12–19. DOI : 10.1016 / j.jmatprotec.2014.08.006 .

[7] Lambiase, F .; Ди Илио, А. (2013). "Конечноэлементный анализ потока материала при механическом клинчировании с расширяемыми штампами". Журнал материаловедения и производительности . 22 (6): 1629–1636. Bibcode : 2013JMEP ... 22.1629L . DOI : 10.1007 / s11665-012-0451-5 .

[8] Lambiase, F. (2012). «Влияние технологических параметров при механическом обжиме с растягиваемыми штампами». Международный журнал передовых производственных технологий . 66 (9–12): 2123–2131. DOI : 10.1007 / s00170-012-4486-4 .

[1]