клинч

В металлообработке направленный клинчирование или прессование — это процесс объемной обработки листового металла, на соединение тонких металлических листов без дополнительных компонентов с использованием специальных инструментов для пластического образования соединения между двумя или более листами. 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 характеризуется рядом преимуществ перед конкурентными технологиями: ^[1]

Уменьшено время присоединения (время присоединения составляет менее секунды)
Снижение стоимости и веса: процесс не требует дополнительных элементов, таких как винты , заклепки или клей.
Сниженная стоимость машины
Никаких предварительных отверстий не требуется
Может использоваться для соединения различных материалов, включая металлы, полимеры , древесину и композитные материалы.
Легко автоматизируется и не требует квалифицированных работников.
Экологичность: не требует предварительной обработки растворителями, кислотами и другими вредными жидкостями.
Механическая прочность металлического материала вблизи соединения обычно увеличивается за счет наклепа.
Чистота: процесс не дает вспышек или дыма.
Повторяемость
Гибкость: одни и те же инструменты можно использовать для широкого спектра материалов.
Уменьшение соединительных усилий

Инструменты

Поскольку этот процесс требует относительно небольших усилий (от 5 до 50 кН в зависимости от соединяемого материала, типа инструментов и толщины листа), для клинчирования обычно используются машины меньшего размера (часто портативные). Инструменты обычно состоят из пуансона и матрицы. К настоящему времени разработаны различные инструменты, которые можно разделить на круглые и прямоугольные. К инструментам для круглой запрессовки относятся: фиксированные рифленые матрицы, разъемные матрицы (с 2–4 подвижными секторами) и плоские матрицы. Такие инструменты создают круглые соединения, которые демонстрируют почти одинаковое механическое поведение во всех плоскостях. При использовании круглых инструментов необходимо гарантировать целостность листа в соединении, чтобы сохранить хорошее механическое поведение соединений.

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

Пластичность материала
Направление загрузки
Толщина листов

Кроме того, выбор скрепляющих инструментов сильно влияет на прочность соединения и поглощаемую энергию заклиниваемого соединения, помимо силы соединения. Например, прямоугольные инструменты требуют меньших усилий соединения, чем круглые инструменты, поскольку материал разрезается, в то время как среди круглых инструментов разъемные матрицы требуют минимального усилия соединения и наибольшего взаимного соединения. ^[1]

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

Основные преимущества по сравнению со сваркой

Клинчинг используется в основном в автомобильной , приборостроительной и электронной промышленности, где он часто заменяет точечную сварку . Клинчирование не требует электричества или охлаждения электродов, обычно используемых при точечной сварке. Будучи процессом механического соединения, клинч можно использовать для соединения материалов, не обладающих электропроводностью, таких как полимеры. ^[2]^[3] или композиты пластик-металл. ^[1] Кроме того, он не требует подготовки основы, такой как предварительная очистка поверхностей, необходимая для процессов сварки. Этот факт способствует снижению затрат на соединение и негативного воздействия на окружающую среду (поскольку не требуется химическая очистка). При клинче не образуются искры или дым. Прочность заклиненного соединения можно проверить неразрушающим методом с использованием простого измерительного прибора для измерения остаточной толщины в нижней части соединения, диаметра изготовленной пуговицы в зависимости от типа применяемого инструмента. Ожидаемый срок службы клинч-инструментов исчисляется сотнями тысяч циклов, что делает этот процесс экономичным. Заклиненные соединения, выполненные на алюминиевых листах, имеют более высокую усталостную долговечность по сравнению с точечной сваркой. ^[1]^[4]

Основные преимущества по сравнению с клеевым соединением

Клинчирование не требует предварительной очистки поверхностей, необходимой перед нанесением клеев. Клинчирование представляет собой практически мгновенный процесс соединения (необходимое время соединения менее секунды), тогда как клеевое соединение часто требует гораздо более длительного времени, главным образом из-за отверждения соединения (до многих часов). Заклеенные соединения меньше подвержены влиянию окружающей среды и старению.

Основные ограничения

Поскольку клинчирование основано на пластической деформации листов, оно ограничивается формуемостью (пластичностью) листового материала. Пластичность металла увеличивается с повышением температуры, поэтому были разработаны процессы заклинивания с применением тепла, расширяющие «соединяемость» заклинивания. Увеличение температуры соединения снижает предел текучести материала, поэтому требуется меньшее усилие соединения. Для нагрева листов перед клинчированием используются различные системы нагрева:

Конвективное отопление – самое дешевое решение. Подходит для широкого спектра материалов, включая металлы и полимеры (термопластики). Используется для соединения алюминиевых листов. ^[1]^[5] и полимерные листы. ^[2]^[6]
Индуктивный нагрев предлагает решение для быстрого нагрева, которое концентрирует тепловой поток на уменьшенной площади. Этот метод можно применять к металлическим материалам, таким как магниевые сплавы . ^[1]
Пламеневое отопление.

Длительный нагрев может увеличить размер зерна или вызвать металлургические изменения в сплавах, которые могут изменить механическое поведение материала в месте соединения. ^[5]

Материалы

Клинчирование широко используется для соединения пластичных металлов, в том числе следующих:

Низкоуглеродистая сталь ^[7]^[8]
Алюминий ^[1]^[5]
Медные сплавы ^[1]

Недавно он распространился и на другие металлы, такие как:

Магний и его сплавы ^[1]
Алюминий пониженной пластичности (АА6082-Т6) ^[1]^[5]
Высокопрочная низколегированная сталь ^[1]
Титановые сплавы ^[1]

Это также распространилось на неметаллические материалы, такие как:

Полимеры ^[2]^[6]^[3]
, армированные волокном Пластиковые композиты ^[1]
Древесно-металлические композиты ^[1]
Картон ^[1]

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот ^п Он, Сяокун (2017). «Клинчинг для листовых материалов» . Наука и технология перспективных материалов . 18 (1): 381–405. дои : 10.1080/14686996.2017.1320930 . ПМЦ 5468947 . ПМИД 28656065 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Ламбиазе, Ф. (2015). «Соединение различных термопластичных полимеров с листами алюминия АА6082 методом механического заклинивания». Международный журнал передовых производственных технологий . 80 (9–12): 1995–2006. дои : 10.1007/s00170-015-7192-1 . S2CID 253676173 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Ламбиазе, Ф. (2015). «Механическое поведение гибридных полимерно-металлических соединений, полученных заклиниванием различными инструментами» . Материалы и дизайн . 87 : 606–618. дои : 10.1016/j.matdes.2015.08.037 .
^ Мори, К.; и др. (2012). «Механизм превосходства усталостной прочности листов алюминиевых сплавов, соединенных механическим заклиниванием и самопрокалывающей клепкой». Технология обработки материалов . 212 (9): 1900–1905. дои : 10.1016/j.jmatprotec.2012.04.017 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Ламбиазе, Ф. (2015). «Клинчевое соединение термообрабатываемого алюминиевого сплава АА6082-Т6 в теплых условиях». Журнал технологии обработки материалов . 225 : 421–422. дои : 10.1016/j.jmatprotec.2015.06.022 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Ламбиасе, Ф.; Ди Илио, А. (2015). «Механическое заклинивание соединений металл-полимер». Журнал технологии обработки материалов . 215 : 12–19. дои : 10.1016/j.jmatprotec.2014.08.006 .
^ Ламбиасе, Ф.; Ди Илио, А. (2013). «Конечно-элементный анализ потока материала при механическом клинче с выдвижными матрицами». Журнал материаловедения и производительности . 22 (6): 1629–1636. Бибкод : 2013JMEP...22.1629L . дои : 10.1007/s11665-012-0451-5 . S2CID 135958269 .
^ Ламбиазе, Ф. (2012). «Влияние параметров процесса при механическом заклинивании выдвижными матрицами». Международный журнал передовых производственных технологий . 66 (9–12): 2123–2131. дои : 10.1007/s00170-012-4486-4 . S2CID 253686235 .

[r1-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот ^п Он, Сяокун (2017). «Клинчинг для листовых материалов» . Наука и технология перспективных материалов . 18 (1): 381–405. дои : 10.1080/14686996.2017.1320930 . ПМЦ 5468947 . ПМИД 28656065 .

[polymers-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с Ламбиазе, Ф. (2015). «Соединение различных термопластичных полимеров с листами алюминия АА6082 методом механического заклинивания». Международный журнал передовых производственных технологий . 80 (9–12): 1995–2006. дои : 10.1007/s00170-015-7192-1 . S2CID 253676173 .

[polymer-metal-3] Перейти обратно: ^а ^б Ламбиазе, Ф. (2015). «Механическое поведение гибридных полимерно-металлических соединений, полученных заклиниванием различными инструментами» . Материалы и дизайн . 87 : 606–618. дои : 10.1016/j.matdes.2015.08.037 .

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

[Al1-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Ламбиазе, Ф. (2015). «Клинчевое соединение термообрабатываемого алюминиевого сплава АА6082-Т6 в теплых условиях». Журнал технологии обработки материалов . 225 : 421–422. дои : 10.1016/j.jmatprotec.2015.06.022 .

[Mechanical_clinching_of_metal–polymer_joints-6] Перейти обратно: ^а ^б Ламбиасе, Ф.; Ди Илио, А. (2015). «Механическое заклинивание соединений металл-полимер». Журнал технологии обработки материалов . 215 : 12–19. дои : 10.1016/j.jmatprotec.2014.08.006 .

[7] Ламбиасе, Ф.; Ди Илио, А. (2013). «Конечно-элементный анализ потока материала при механическом клинче с выдвижными матрицами». Журнал материаловедения и производительности . 22 (6): 1629–1636. Бибкод : 2013JMEP...22.1629L . дои : 10.1007/s11665-012-0451-5 . S2CID 135958269 .

[8] Ламбиазе, Ф. (2012). «Влияние параметров процесса при механическом заклинивании выдвижными матрицами». Международный журнал передовых производственных технологий . 66 (9–12): 2123–2131. дои : 10.1007/s00170-012-4486-4 . S2CID 253686235 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]