Если вы работаете с листовым металлом, вам наверняка знакома проблема нанесения прочной резьбы на ультратонкие детали. Как специалист по металлообработке, проработавший много лет на производстве в ShincoFab, Я курировал установку миллионов крепежных элементов PEM. Я также был свидетелем того, как тысячи деталей заказчиков были испорчены ещё до того, как они поступили на нашу сборочную линию, из-за использования неподходящего крепежа или некачественного монтажа.
Именно поэтому я и написал это руководство.
Из этой статьи вы узнаете, что такое крепежные элементы PEM и почему они зачастую превосходят сварку по своим характеристикам. Я расскажу вам, как правильно подобрать крепеж для конкретного вида металла, какие технические правила необходимо соблюдать, чтобы избежать деформации, а также как наши операторы в компании ShincoFab оперативно устраняют неполадки прямо на прессе.
К концу этой статьи вы узнаете, как использовать крепеж PEM, чтобы сэкономить время, сократить расходы и создать более качественный продукт.
«Золотое правило» крепежных элементов PEM
Если к креплениям PEM относиться как к элементу сборки, о котором вспоминают в последнюю минуту, это часто приводит к браку деталей.
Я часто сталкиваюсь с этой ошибкой, когда клиенты присылают нам свои исходные CAD-файлы. Вы проектируете отличный корпус, размещаете плоские чертежи для лазерной резки, а потом пытаетесь понять, как потом соединить его болтами. Это прямой путь к браку.
Вот золотое правило, которого мы придерживаемся в ShincoFab: конструкцию изделия из листового металла необходимо разрабатывать с учётом крепежа. Это нужно сделать до того, как хотя бы один кусок металла будет вырезан на лазере или проштампован на револьверном прессе с ЧПУ.
Чтобы сэкономить время и деньги, необходимо заранее разработать тщательный план. Необходимо правильно подобрать твердость материала. Требуется соблюдать строгие зазоры по краям, чтобы металл не деформировался в процессе гибки на листогибочном прессе, и вам необходимо тщательно спланировать правильную последовательность монтажа.
Что такое крепеж PEM?
PEM® является зарегистрированным товарным знаком компании PennEngineering, первопроходец в области технологии самозажимного крепления. Можно представить себе это как постоянную гайку или шпильку, специально предназначенную для тонкого листового металла.
Обычно в ультратонком металле невозможно нарезать резьбу. Материала недостаточно, чтобы винт мог в нем зацепиться. Крепежные элементы PEM эффективно решают эту проблему.
Вот как они работают:
- Пробить отверстие: Вы вырезаете в листовом металле отверстие точных размеров.
- Вставьте его: С помощью механического пресса крепежный элемент вдавливается прямо в отверстие.
- Заблокируйте: Под действием давления листовой металл подвергается холодному течению и вдавливается в специальную канавку на основании крепежного элемента.
После установки вы получаете прочную и надежную резьбу, которая отличается высокой устойчивостью к прокручиванию и выскакиванию. Это простое, но гениальное инженерное решение.
Почему стоит использовать крепеж PEM?
Создание прочных резьб в ультратонком металле
Если вы попытаетесь вдеть нить в 0,030 дюйма Если вы вкрутите винт в кусок алюминия, он сорвётся. Там нет материала, за который можно было бы зацепиться.
Крепежные элементы PEM обеспечивают глубокую несущую резьбу в металле толщиной всего 0,020 дюйма. Вы получаете высокую удерживающую способность без необходимости добавлять в конструкцию толстые и тяжелые пластины.
Гладкая, ровная поверхность с обратной стороны
Никто не хочет, чтобы из задней части элегантного корпуса торчало некрасивое оборудование.
Когда вы вдавливаете крепеж PEM, его головка оказывается на одном уровне с поверхностью металла. Задняя сторона остается гладкой. Это придает деталям аккуратный и профессиональный вид. Кроме того, это гарантирует, что крепеж не поцарапает и не зацепится за внутренние компоненты.
Обойдитесь без сварщика
Сварные гайки могут стать настоящей головной болью. Под воздействием высокой температуры тонкий листовой металл деформируется. Это приводит к нарушению допусков и оставляет после себя неприятный след в виде подгоревшего беспорядка.
При использовании крепежа PEM можно полностью обойтись без сварщика. Здесь нет нагрева, нет брызг и не требуется шлифовка. Это чистый процесс холодного прессования от начала до конца.
Сократите время сборки и снизьте затраты
Давайте поговорим о вашей чистой прибыли. Да, одна гайка PEM может стоить на несколько центов дороже, чем стандартная отдельная гайка. Но посмотрите на ситуацию в целом.
Вам не придется платить квалифицированному сварщику за их крепление. Вам также не придется заставлять свою монтажную бригаду возиться с крошечными гаечными ключами, разбросанными шайбами и упавшими гайками.
Данные завода показывают, что переход с сварных гаек на крепеж PEM сокращает общее время сборки на 50%.
Вы избавляетесь от сварки, шлифовки и необходимости затягивать гайки обеими руками. Это позволяет значительно снизить общую стоимость каждой детали.
Где применяются крепежные элементы PEM?
Вероятно, вы каждый день пользуетесь изделиями, скреплёнными с помощью PEM-крепежа. Благодаря экономии места и веса они являются предпочтительным выбором для некоторых крупнейших отраслей промышленности в мире.
Автомобильная промышленность и зарядка электромобилей
Загляните под капот современного электромобиля. Вес является решающим фактором. Инженеры используют крепежные элементы PEM для фиксации медных шин и аккумуляторных панелей. Они обеспечивают прочные токопроводящие соединения без использования громоздких металлических пластин.
Бытовая электроника
Посмотрите на свой смартфон или ноутбук. Эти устройства состоят из множества крошечных деталей. Крепеж Micro-PEM позволяет сохранить невероятно тонкий корпус вашей электроники. Он фиксирует материнские платы и экраны в ограниченном пространстве, где стандартные винты оказались бы слишком большими.
Медицинские изделия
В больнице оборудование должно быть исключительно чистым. Брызги сварки и металлическая стружка представляют опасность. Крепеж PEM обеспечивает ровную, гладкую поверхность, которую легко дезинфицировать. Его можно найти внутри аппаратов МРТ, аппаратов искусственной вентиляции легких и хирургических роботов.
Шкафы для оборудования связи и обработки данных
Представьте себе огромные серверные стойки, на которых установлены тяжелые компьютеры. Телекоммуникационным компаниям требуются прочные металлические каркасы, которые помещаются в тесных серверных помещениях. Крепежные элементы PEM обеспечивают жесткость, компактность и максимальную простоту сборки этих шкафов.
Крепеж PEM, заклепочные гайки или сварные гайки: что выбрать?
| Тип крепежа | Лучшее для | Требуется доступ с двух сторон | Термическая обработка |
|---|---|---|---|
| Крепеж PEM | Тонкий листовой металл, ровная поверхность | Да | Нет |
| Гайка с заклепкой (Rivnut) | Полые металлические трубки, глухие отверстия | Нет | Нет |
| Сварная гайка | Толстая сталь, значительные конструктивные нагрузки | Нет | Да |
Если в вашем проекте используется тонкий металл и требуется гладкая, ровная поверхность, PEM — это то, что вам нужно. Если вы работаете с полой трубой, внутрь которой невозможно добраться, используйте глухую заклепку-гайку. Если вы строите прицеп для тяжелых грузов из толстой стали, возьмите сварную гайку и запускайте сварочный аппарат.
4 самых популярных типа аппаратного обеспечения PEM
На рынке представлены сотни специализированных крепежных элементов PEM. Однако для большинства проектов по изготовлению деталей достаточно знать только эти четыре.
Четыре наиболее популярных типа крепежа PEM — это гайки с самозажимным креплением, шпильки и штифты с самозажимным креплением, стойки с самозажимным креплением и глухие крепежные элементы.
Самоконтрящиеся гайки
Это ваша основная работа. Гайки с самозажимным механизмом обеспечивают прочную и долговечную внутреннюю резьбу. Вместо того чтобы возиться с гаечным ключом за панелью, вы просто вкручиваете болт в металл. Задняя сторона остается ровной и находится на одном уровне с поверхностью.
Шпильки и штифты с самозажимным креплением
Нужен штифт с резьбой для крепления детали? Воспользуйтесь самозажимным штифтом. Он действует как постоянный болт, торчащий прямо из листового металла. Это значительно упрощает сборку тяжелых узлов. Достаточно надеть детали на штифты и затянуть гайку сверху. Также доступны штифты без резьбы для быстрой центровки деталей.
Самозажимные стойки
Иногда между двумя компонентами требуется соблюдать определённое расстояние. Именно для этого и используются распорки. Они создают жёсткое пространство между слоями. Их можно увидеть повсюду в электронике. Они обеспечивают надёжную подвеску чувствительных печатных плат над металлическим корпусом, предотвращая возникновение короткого замыкания.
Крепеж для поверхностного монтажа и скрытого крепления
Они предназначены для особых случаев. Крепежные элементы для поверхностного монтажа припаиваются непосредственно к печатным платам, как микросхемы. Глухие крепежные элементы немного отличаются. У них закрытый конец. Это предотвращает попадание пыли, грязи и влаги через резьбовое отверстие, благодаря чему они идеально подходят для герметичных наружных корпусов.
Как выбрать идеальный крепеж для вашего проекта
Неправильный выбор крепежа может привести к браку детали. Чтобы избежать этого, необходимо соблюдать следующие пять инженерных правил. Это не теоретические положения из учебников, а правила, которые мы строго соблюдаем на нашем собственном производственном участке.
Правило #1: Крепеж должен быть тверже металла
В этом и заключается весь секрет самозажимных крепежных элементов. Крепежный элемент должен сжать и деформировать металлический лист вокруг себя.
Если крепеж мягче, чем листовой металл, он будет сплющиваться. Иногда мы получаем чертежи от инженеров с просьбой изготовить стандартные алюминий Гайки PEM в Нержавеющая сталь 304. Установка не удастся. Перед началом проектирования всегда проверяйте показатели жесткости, указанные в техническом паспорте.
Правило #2: Подбирайте материалы с учетом необходимости предотвращения коррозии
Смешивание неподходящих металлов — это серьезная ошибка. Гальваническая коррозия между разнородными металлами, такими как нержавеющая сталь и алюминий, что приведёт к быстрому износу ваших деталей.
Реальный пример из нашего магазина: Недавно мы восстановили партию телекоммуникационных шкафов для наружной установки для клиента, которого подвел предыдущий поставщик. В старой мастерской использовались стандартные Нержавеющая сталь серии 300 крепежные детали, впрессованные в необработанный материал Алюминий 5052 панели. В течение шести месяцев эксплуатации в полевых условиях в результате гальванической коррозии алюминий вокруг крепежных элементов превратился в белый порошок. Соединения полностью вышли из строя. В компании ShincoFab мы обнаружили эту проблему на этапе доработки конструкции и заменили крепеж на стальной с специальным покрытием.
Правило #3: Проверьте минимальную толщину листа
Каждый крепежный элемент PEM имеет минимальную толщину листа. Если толщина металла слишком мала, крепежному элементу не хватит материала для закрепления. В результате в детали пробьётся огромное отверстие. Когда наша инженерная команда анализирует ваши чертежи, это первое, на что мы обращаем внимание. Например, если вы используете 0,020″ Алюминий — в этом случае нельзя использовать стандартные гайки; приходится закупать специальную микрофурнитуру.
Правило #4: Определите свои требования к нагрузке
Какая нагрузка приходится на это соединение? Это нужно узнать, прежде чем утверждать проект. Несущая способность этих крошечных крепежных элементов вас удивит.
Стандарт M4 гайка PEM из термообработанной стали, установленная в 1,5 мм Холоднокатаная сталь способна выдерживать усилие выталкивания свыше 400 фунтов и обеспечивает примерно 45 дюймо-фунтов (5 Нм) сопротивления откручиванию, согласно Официальные данные PennEngineering о характеристиках самозажимных соединений. Не полагайтесь на догадки. Всегда сверяйтесь с техническими таблицами производителя, чтобы убедиться, что крепеж способен безопасно выдержать конкретную нагрузку без катастрофического разрушения соединения
Не гадайте. Ознакомьтесь с техническими таблицами, чтобы убедиться, что оборудование выдержит именно вашу нагрузку.
Правило #5: Оставляйте достаточно свободного пространства вокруг краев и изгибов
Нельзя устанавливать крепеж непосредственно на кромке металлической детали.
При нажатии на зажим происходит перемещение большого количества материала. Если подойти слишком близко к краю, давление приведет к выпуклости боковой поверхности детали. Если подойти слишком близко к изгибу, металл деформируется или треснет. Насколько близко можно подойти?
Воспользуйтесь этой простой формулой: Расстояние от центра отверстия до края листа должно составлять не менее 1,5 раза больше диаметра отверстия. Если у вас есть 6 мм отверстие, оставьте его как минимум 9 мм на расстоянии от любого края.
Как правильно устанавливать крепеж PEM
Выполните следующие три шага.
Правильно определите размер отверстия
Размер отверстия должен быть точным. Если отверстие слишком мало, крепеж деформирует металл. Если отверстие слишком велико, крепеж будет выскальзывать при затяжке болта. В компании ShincoFab мы не полагаемся на догадки. Мы программируем наши лазерные резаки Amada и штамповочные станки с ЧПУ так, чтобы обеспечить соблюдение жестких допусков в пределах +/- 0,003 дюйма специально для отверстий в корпусе оборудования, что строго соответствует Допуски на зазор крепежных элементов аэрокосмического назначения.
Используйте пресс, но ни в коем случае не молоток
Отложите молоток в сторону. Не следует вбивать крепеж PEM с силой. Крепеж самозажимного типа требует медленного и равномерного сжатия. Это даёт холодному металлу достаточно времени, чтобы затечь в фиксирующие канавки крепежа.
Взгляд изнутри завода: В нашем производственном цехе мы используем исключительно прессы параллельного действия Haeger с автоподающими бункерами. Недавний внутренний аудит показал, что применение этих прецизионных гидравлических прессов позволило снизить уровень брака при установке металлических деталей практически до нуля по сравнению с ручными ударными методами, используемыми на предприятиях более низкого уровня.
Установите перед нанесением отделочных покрытий
Последовательность процессов имеет решающее значение. Всегда устанавливайте оборудование непосредственно на голую металлическую поверхность. Это необходимо сделать до того, как детали будут окрашены, подвергнуты анодированию или порошковой окраске.
Почему? Мы сталкивались с ситуациями, когда клиенты просили нас впрессовывать крепеж в панели, предварительно покрытые порошковой краской. Если это сделать, крепеж будет зацепляться за мягкое лакокрасочное покрытие, а не за твердый металл. Давление также может привести к появлению трещин на покрытии. Наша стандартная рабочая процедура (SOP) всегда выглядит следующим образом: резка → гибка → впрессовка крепежа → маскировка → порошковое покрытие.
Как устранять типичные сбои при установке
Даже при наличии тщательно разработанного плана на производстве могут возникнуть непредвиденные ситуации. Если оператор допустит ошибку, её необходимо незамедлительно выявить.
Как определить некачественную укладку пола
Не стоит ждать до этапа окончательной сборки, чтобы обнаружить, что крепежный элемент вышел из строя. Наша команда по контролю качества (QC) использует резьбовые калибры типа «годен/не годен» непосредственно на прессовальном участке.
При правильной установке крепеж должен плотно прилегать к обратной стороне листа. Если вы видите зазор, это означает, что при прессовании было приложено недостаточное усилие. Неудачное испытание на выталкивание выглядит как разрыв. Крепеж пробивает обратную сторону листового металла, унося с собой отломанный кусок материала.
Почему у меня деформировался металл?
Вы вдавливаете крепеж — и вдруг ваша плоская панель становится похожей на картофельный чипс. Это настоящий кошмар для эстетически важных деталей, таких как корпуса аудиоусилителей.
Это происходит, когда вы устанавливаете деталь слишком близко к краю или изгибу. Огромное давление пресса должно куда-то уходить. Если вокруг недостаточно металла, чтобы поглотить эту нагрузку, ваша деталь деформируется и искривится.
Можно ли снять крепеж PEM, если допустили ошибку?
Ошибки случаются. Возможно, монтажник закрутил гайку в обратную сторону. Или, может быть, шпильку вставили не в то отверстие.
Не паникуйте и не выбрасывайте деталь в мусор. Мы обучаем наших начинающих операторов тому, как восстанавливать такие детали, не повредив при этом листовой металл.
Что бы ни случилось, ни в коем случае не берите молоток и не пытайтесь выбить его. Вы сильно деформируете панель.
Вместо этого возьмите сверло, диаметр которого немного превышает размер внутренней резьбы. Аккуратно просверлите отверстие в центре крепежного элемента (обычно мы делаем это на столярном сверлильном станке, чтобы не просверлить основной металл). Достаточно просверлить отверстие на глубину, достаточную для разрушения зажимного кольца, сформированного методом холодного течения.
Как только стопорное кольцо будет разрушено, переверните деталь, вставьте выбиватель в отверстие и осторожно выбейте оставшийся фрагмент.
Заключение
Использование крепежа PEM не должно превращаться в игру в угадайку. Теперь у вас есть четкий план, который поможет вам всегда делать всё правильно.
Помните золотое правило: проектируйте детали из листового металла с учетом используемой фурнитуры. Согласуйте твердость материала, проверьте зазоры по краям и избегайте использования молотка при их установке. Если вы будете следовать этим рекомендациям, вам не придется выбрасывать детали, а время сборки значительно сократится.
В компании ShincoFab мы ежедневно впрессовываем тысячи таких крепежных элементов в листовой металл. Как предприятие, специализирующееся на изготовлении продукции по индивидуальным заказам, мы не понаслышке знаем, что правильный подбор крепежа — залог высокого качества конечного продукта.
Перестаньте относиться к крепежу как к мелочи, о которой вспоминают в последнюю минуту. Заранее продумайте выбор крепежа, следуйте техническим нормам — и ваша следующая сборка пройдет как по маслу.
