Většina lidí vnímá plechové kování jako položku v katalogu. Vyberete si velikost závitu, zkontrolujete cenu a jdete dál.
Na adrese ShincoFab, Strávil jsem roky v továrně a sledoval, jak tato chyba poškozuje kovové součásti. Ještě minulý měsíc jsme museli vyřadit paletu hliníkových krytů z hliníku 5052, protože zákazník specifikoval nesprávný spojovací prvek pro venkovní prostředí, což vedlo k galvanická koroze během našich zkoušek v solné mlze. I ten nejlepší návrh ztratí na hodnotě, pokud kvůli nevhodnému spojovacímu prvku váš výrobek zrezne, začne chrastit nebo selže na montážní lince.
V tomto průvodci vám představím osvědčený postup pro výběr správných spojovacích prvků pro plechové díly. Dozvíte se, jak vybrat nejlepší spojovací prvek, jak sladit kovy tak, aby se minimalizovala koroze, a jak navrhnout soubory CAD tak, aby se díly hladce do sebe zapadaly. Rovněž se s vámi podělím o skryté náklady na nástroje a o řešení problémů přímo ve výrobě pro případ, že se něco pokazí.
Pojďme rovnou k věci, abyste už dnes mohli vytvořit silnější a lepší produkt.
Jak vybrat kování pro plechové výrobky: strategie a plánování
Proč je výběr hardwaru rozhodujícím faktorem pro úspěch či neúspěch vašeho návrhu
Výběr nevhodného hardwaru ohrožuje kvalitu výrobků. Slabý spoj způsobuje chrastění. Nevhodný kov vede ke korozi.
Pokud s přemýšlením o hardwaru počkáte až na konec návrhu, později za to draze zaplatíte. Včasné plánování vám ušetří spoustu starostí. Zajistí, že vaše montážní linka bude běžet plynule. A navíc vám pomůže udržet rozpočet pod kontrolou.
5 rychlých otázek, které vám pomohou najít ideální hardware
Odpovědi na pět otázek týkajících se vibrací, demontáže, přístupnosti, tloušťky a prostředí vám pomohou vybrat správný spojovací materiál pro váš projekt. Než se podíváte do katalogu, položte si tyto otázky:
- Demontáž: Budu to muset později rozebrat? Pokud ano, použijte šrouby nebo šrouby s hlavou.
- Vibrace: Bude tato část vibrovat? Pokud ano, nepoužívejte běžné šrouby. Místo toho použijte nýty nebo pojistné matice.
- Přístupnost: Dosáhnu až na zadní stranu spoje? Pokud ne, budete potřebovat slepé nýty nebo matice s automatickým sevřením.
- Tloušťka: Jak silný je můj plech? Na tenký plech je třeba použít samozavírací spojovací materiál. Do plechu tenkého jako papír nelze vyřezat závit.
- Životní prostředí: Bude to stát venku na dešti? Pokud ano, budete potřebovat vhodné kovy odolné proti korozi.
Jak navrhovat hardware s ohledem na opravitelnost
Zákazníci si chtějí své věci opravovat sami. Nové ekologické předpisy navíc nutí firmy vyrábět produkty, které lze opravit.
Pokud ve velkém měřítku používáte trvalé nýty, vaši zákazníci se dostávají do slepých uliček. Nemohou snadno vyměnit vybitou baterii nebo prasklý displej. Použitím standardních, odšroubovatelných šroubů zajistíte, že váš výrobek bude možné modernizovat. Tato volba posiluje loajalitu ke značce. Zároveň tím zabráníte tomu, aby váš výrobek skončil na skládce.
Jak se vyhnout zpožděním v dodavatelském řetězci pomocí ekvivalentních výrobků
Mnoho inženýrů na výrobky prostě jen nalepí značku nějakého výrobce, jako třeba PEM®, do svých CAD výkresů. To může být past.
Nedávno jsem byl svědkem toho, jak startup zabývající se robotikou málem zmeškal uvedení svého produktu na trh. Pro hardware podvozku si totiž striktně stanovili konkrétní značku se sídlem v USA, u které byla dodací lhůta 10 týdnů. Náš nákupní tým ve společnosti ShincoFab musel zasáhnout. Pokud vyrábíte v zahraničí, požadavek na konkrétní značku způsobuje zpoždění v dodavatelském řetězci. Může se stát, že budete čekat týdny jen na krabici standardních matic.
Místo toho uveďte požadovanou velikost, závit a materiál. Do výkresu přidejte poznámku, která výslovně povoluje použití ekvivalentních výrobků od výrobce. Když jsme pro tento startup přešli na identický hardware z místních zdrojů, zkrátili jsme dodací lhůtu na 4 dny a ušetřili jsme jim přibližně 30% na nákladech na spojovací materiál.
Jaké jsou hlavní druhy kování pro plechy?
4 základní hardwarové varianty
Čtyři hlavní typy spojovacích prvků pro plechy jsou nýty, šrouby, matice a šrouby s hlavou a samoklepací spojovací prvky. Každý z nich řeší určitý problém při montáži:
- Nýty: Rychlé a trvalé. Skvěle se hodí pro rychlou montáž. Stačí je jen zasunout a pokračovat dál. Vyhněte se však jejich použití na vysoce dynamických součástech, protože silné vibrace mohou časem způsobit jejich uvolnění.
- Šrouby: Snadná demontáž. Šrouby jsou nejlepší volbou pro součásti, u nichž bude v budoucnu nutná údržba. Samorezné šrouby si při zašroubování vytvářejí vlastní závit. Strojní šrouby se vkládají do předem vyřezaných otvorů, což zajišťuje přesné usazení.
- Základy: Maximální pevnost. Tyto svorky si pořiďte, pokud potřebujete zajistit konstrukční pevnost. Nabízejí maximální upínací sílu. Nevýhodou je, že jsou těžké a objemné. K jejich instalaci navíc potřebujete přístup z obou stran kovového dílu.
- Spojovací prvky s automatickým zalisováním: Ideální pro tenký plech. Vtlačíte je do předem vyraženého otvoru. Plech se za studena vtlačí do výstupků spojovacího prvku. Spojovací prvek a váš díl se tak spojí v jeden celek.
Datový slot: Skutečné náklady na hardware
Při odhadu nákladů na plechové kování byste měli zohlednit jak cenu samotného dílu, tak i náklady na ruční práci potřebnou k jeho montáži. Porovnejte níže uvedené typické celkové náklady na různé typy kování (Poznámka: Ceny jsou přibližné průměry a liší se podle dodavatele):
| Typ hardwaru | Odhadovaná cena dílu (za 1 000 kusů) | Doba instalace | Odhadované náklady včetně nákladů na přepravu | Nejlepší pro |
|---|---|---|---|---|
| Standardní matice a šroub | ~$20 | 12 hodin | ~$380 | Nízký objem, vysoká zátěž |
| Svařovací matice | ~$45 | 8 hodin | ~$285 | Silný kov, trvalé |
| Matice s automatickým upevněním (ruční) | ~$60 | 6 hodin | ~$240 | Střední objem, tenký kov |
| Matice s automatickým upevněním (automatizovaná) | ~$60 | 1,5 hodiny | ~$105 | Sériová výroba ve velkém objemu |
Pravidla pro návrh plechových dílů v CAD pro kovové součástky
Jak sladit materiál kování s plechem
Neměli byste bez rozmyslu kombinovat různé kovy.
- Tvrdost: Váš spojovací materiál pro samozavírání musí bude tvrdší než váš plech. Zamyslete se nad tím. Pokud vtlačíte měkkou hliníkovou matici do tvrdého ocelového plechu, matice se zdeformuje. Nebude správně držet.
- Galvanická koroze: Pokud do hliníkového dílu namontujete ocelové spojovací prvky a necháte jej venku, vznikne taková miniaturní baterie. Rozdílné kovy spolu reagují a dochází k jejich korozi. Pokud je to možné, volte spojovací prvky ze stejného materiálu jako plech. V hliníkových dílech používejte hliníkové spojovací prvky, abyste zabránili korozi.
Je možné laserem vyřezat otvory pro samoklinčovací spojovací prvky?
Pro výrobu otvorů pro spojovací prvky s automatickým zaklinováním se důrazně doporučuje používat místo vláknového laseru CNC děrovací lis, aby se zabránilo zpevnění okraje kovu. Zde je srovnání těchto dvou metod:
- CNC děrování: Kovová hrana zůstává měkká. Rýhování spony se do ní perfektně zakousne.
- Řezání laserem: Hrana je příliš tvrdá. Lasery vytvářejí Tepelně ovlivněná zóna (HAZ) který roztaví a zpevní okraj otvoru. Kov se do drážek nemůže snadno vtékát. Spojovací prvek se může na místě protáčet nebo vytlačit ven. Vytváření otvorů děrováním je standardní osvědčenou praxí pro spojovací prvky určené k samoklinčování.
Základní pravidla pro rozmístění hardwaru
Při umisťování hardwaru dodržujte tři pravidla pro návrh v CADu: zkontrolujte minimální tloušťku kovové vrstvy, dodržujte vzdálenost od okrajů a ověřte hloubku zahloubení:
- Tloušťka: Zkontrolujte kód dříku v technickém listu kování, abyste ověřili minimální tloušťku kovu. Pokud má váš kov tloušťku 0,040 palce, ujistěte se, že dřík kování je kratší než tato hodnota. V opačném případě by mohl vyčnívat a narušit tak zapuštěnou montáž.
- Vzdálenost od okraje: Vyhněte se vrtání otvoru příliš blízko okraje nebo ohybu. Při zatlačování kování se kov pravděpodobně vyboulení nebo zdeformuje. Dobrým pravidlem je ponechat mezi otvorem a jakýmkoli okrajem vzdálenost odpovídající alespoň dvojnásobku tloušťky kovu.
- Zahlubovače: Pokud chcete, aby hlavy šroubů ležely rovně, použijte zahloubení. Jen se ujistěte, že je kov dostatečně silný, aby zakryl celou hlavu šroubu, aniž by došlo k prorážení na druhé straně.
Jak při montáži instalovat plechové kování
Kolik stojí nástroje pro zpracování plechu?
Nezapomeňte zohlednit potřebné nářadí. Montáž slepých nýtů je obecně velmi nákladově efektivní. Obvykle stačí základní ruční nářadí (často v rozmezí $20 až $30). Samozavírací matice jsouice velmi účinné, ale k jejich montáži je zapotřebí vysoce výkonný lis s hřídelí. Pokud provozujete malou dílnu nebo jste kutil, držte se spojovacího materiálu, na jehož montáž již máte k dispozici potřebné nářadí. Obecně se nedoporučuje kupovat prémiové spojovací prvky, pokud nemáte vybavení k jejich lisování.
Povrchové úpravy a nátěry: Kdy je aplikovat
Povrchové úpravy mohou poškodit váš hardware, pokud postupujete v nesprávném pořadí.
- Lakování a práškové lakování: Namontujte distanční vložky a nýty před maluješ.
- Galvanické pokovování a eloxování: Jednou jsem byl svědkem toho, jak technik z jiné firmy odepsal hliníkové šasi v odhadované hodnotě $10 000, protože požádali výrobce, aby před eloxováním vlisoval ocelové distanční sloupky. Ocelové spojovací prvky se totiž v eloxovací lázni na hliník rozpouštějí. Je proto naprosto zásadní používat spojovací prvky z nerezové oceli poté Proces eloxování je dokončen. Ve společnosti ShincoFab naši inženýři zabývající se CAM tyto kroky ve vašem plánu obrábění označují a oddělují, aby se této katastrofě předešlo.
Datový slot: Návrh s ohledem na povrchové úpravy
Při nanášení povrchových úprav na plechové díly je třeba zohlednit nárůst tloušťky povlaku v kritických otvorech, drážkách, závitech a spojovacích prvcích. Použijte tolerance rozměrů povrchové úpravyv závislosti na zvoleném postupu a tloušťce povlaku: u práškového lakování se obvykle počítá s přídavkem přibližně 0,08 mm povlaku na každou stranu, zatímco eloxování typu II obvykle přidává asi 0,01 mm na každou stranu. U otvorů se závitem a spojů s úzkou tolerancí specifikujte maskování, řezání závitů až po povrchové úpravě nebo přídavek specifický pro danou povrchovou úpravu, který si ověřte u svého dodavatele povrchových úprav. Pro zachování správného uložení a funkčnosti závitů postupujte podle následujícího návodu:
| Typ povrchové úpravy | Přidaná tloušťka | Je třeba použít otvor s větším průměrem |
|---|---|---|
| Eloxování (standardní) | Minimální | + 0,00 mm |
| Zinkování | 0,01 mm – 0,02 mm | + 0,02 mm |
| E-Coating | 0,02 mm – 0,04 mm | + 0,05 mm |
| Práškové lakování | 0,06 mm – 0,10 mm | + 0,10 mm až 0,15 mm |
Datový slot: Kontrola kvality a validace
Jak můžete vědět, že váš hardware v terénu neselže? Otestujete ho až na hranici jeho možností.
Spolehlivé továrny používají zkušební stroj pro zkoušku vytažením nebo vytlačením. Vezmou vzorový panel a vloží do něj distanční vložku M4. Poté jej pomocí hydraulického lisu tlačí, dokud nedojde k jeho vytržení. Pokud je v katalogu uvedeno, že spojovací prvek by měl odolat síle 200 liber, ale vytrhne se již při 150 librách, továrna zastaví výrobní linku. Důrazně se doporučuje provést destruktivní zkoušky na první výrobní šarži.
Jak napravit běžné chyby při montáži plechových prvků
Jak opravit poškozené závity, uvolněné nýty a vytlačené spojovací prvky
Časté chyby při práci s plechovým kováním, jako jsou poškozené závity, protáčející se nýty a vytlačené spojovací prvky, lze často opravit pomocí technik používaných přímo ve výrobě. Zkuste nejprve tyto způsoby opravy:
- Poškozené závity: Neutáhl snad někdo šroub příliš silně a nepoškodil tak závitový otvor? Stačí otvor mírně zvětšit vrtáním. Poté nainstalujte závitovou vložku, například Helicoil. Získáte tak pevnější závit.
- Vrtací nýty: Pokud se popový nýt točí a nejde vyvrtat, nepanikařte. Uchopte přírubu pomocí upínacích kleští. Tím nýt znehybníte. Poté vyvrtejte otvor středem pomocí ostrého vrtáku.
- Vyřazený hardware: Pokud vám vyskočila samozavírací matice, otvor byl pravděpodobně příliš velký. Díl se obvykle dá zachránit. Použijte o něco větší svařovací matici a přivařte ji bodově na místo.
Schopnost napravovat chyby vzniklé ve výrobě je velmi užitečná dovednost. Když však uslyšíte hydraulické ‘lupnutí’ lisovacího stroje ve výrobě, chcete mít jistotu, že vše bylo provedeno správně hned napoprvé. Optimálním přístupem je proto plánovat montážní prvky již od samého začátku.
Závěr
Výběr správného spojovacího materiálu pro plechy nemusí být hádankou. Včasným plánováním, správným sladěním kovů a návrhem s ohledem na výrobní podmínky můžete předejít poruchám ještě předtím, než k nim dojde. Pamatujte, že spojovací prvek je jen tak dobrý, jak dobrý je otvor, do kterého se vkládá.
Ve společnosti ShincoFab se s těmito problémy při zpracování plechu setkáváme každý den přímo v naší výrobní hale. Spolehlivý výrobní partner vám pomůže odhalit tyto chyby v konstrukci ještě předtím, než zbytečně utratíte peníze za vadnou sérii výrobků.
Než dokončíte svůj další CAD soubor, zkontrolujte, zda splňuje pravidla uvedená v této příručce. Ušetříte tak čas, snížíte náklady na montáž a vytvoříte produkt, který vydrží.
