Con il continuo sviluppo della scienza e della tecnologia industriale, i telai in lamiera hanno trovato ampia diffusione.
Trovano applicazione negli apparecchi elettrici ed elettronici, nelle comunicazioni, nell'industria automobilistica e nei dispositivi medici.
Per far fronte alle sfide sempre più impegnative della produzione industriale, i prodotti realizzati con telai in lamiera devono garantire prestazioni e affidabilità più elevate.
Allo stesso tempo, devono ridurre i costi mantenendo la qualità.
Importanza dei metodi di connessione nei telai in lamiera
Nella progettazione e nella fabbricazione di telai in lamiera, la scelta del metodo di collegamento è fondamentale per le prestazioni e l'affidabilità della struttura complessiva.
I diversi metodi di collegamento implicano una serie di fattori, quali la scelta del materiale, il processo di produzione e il costo.
Per questo motivo è particolarmente importante lo studio approfondito e l'analisi comparativa dei diversi metodi di connessione.
In questo articolo viene condotta un'analisi comparativa dettagliata dei metodi di connessione.
Ne illustra i principi di base, l'ambito di applicazione, i vantaggi e gli svantaggi, i requisiti di processo e i costi.
L'obiettivo è quello di fornire una comprensione completa e approfondita della selezione dei metodi di collegamento per le strutture dei telai in lamiera.
Si prevede che i risultati di questo studio forniranno riferimenti utili per ingegneri, progettisti e decisori in settori correlati.
Il loro obiettivo è promuovere il progresso e l'innovazione nella tecnologia di produzione dei telai in lamiera.
Analisi comparativa di più metodi di connessione
La lavorazione della lamiera solitamente prevede un processo completo di lavorazione a freddo. Questo include cesoiatura, stampaggio , piegatura, giunzione e formatura.
Questi processi producono parti e componenti di varie forme e dimensioni. Una caratteristica fondamentale è lo spessore uniforme all'interno dello stesso pezzo.
In base a ciò, le parti strutturali in lamiera presentano generalmente le seguenti caratteristiche: leggerezza, elevata resistenza ed elevata precisione.
Offrono inoltre elevata produttività e conduttività, rendendoli adatti alla schermatura elettromagnetica. Inoltre, hanno un costo contenuto e buone prestazioni nella produzione di massa.
Panoramica dei metodi di collegamento comuni per telai in lamiera
Un telaio in lamiera è un prodotto finito assemblato da una serie di componenti strutturali in lamiera attraverso una serie di metodi di collegamento diversi.
Parallelamente alla sempre più ampia applicazione dei componenti strutturali in lamiera, anche i loro metodi di collegamento stanno diventando sempre più diversificati.
I metodi di collegamento più comunemente utilizzati includono principalmente il collegamento filettato, la rivettatura, la saldatura e altre categorie principali.
I collegamenti filettati possono essere ulteriormente suddivisi in collegamenti a vite e collegamenti a bullone. I collegamenti a vite si uniscono principalmente con parti rivettate o filettature filettate.
I collegamenti tramite bulloni, d'altro canto, necessitano di dadi per fissare il giunto.
La giunzione dei rivetti può essere a trazione, a pressione, a foro girevole e senza chiodi.
La saldatura viene effettuata principalmente mediante saldatura a resistenza a punti, saldatura laser e saldatura ad arco di argon.
Attraverso i metodi di collegamento sopra descritti, più componenti strutturali del telaio vengono fissati nelle rispettive posizioni.
Ciò consente infine il montaggio completo del telaio in lamiera del prodotto finito.
Attacco filettato
Collegamento filettato, in genere si riferisce all'uso di parti filettate o parti filettate delle parti collegate che saranno collegate alle parti collegate in un collegamento flessibile e rimovibile.
I collegamenti filettati vengono solitamente suddivisi in collegamenti a vite e collegamenti a bullone.
Nelle connessioni bullonate, non è necessario filettare le parti collegate. Non ci sono inoltre restrizioni sui materiali per le parti da collegare.
Questo semplifica la costruzione. Tuttavia, l'assemblaggio richiede generalmente l'accesso a entrambi i lati delle parti collegate.
La connessione tramite bulloni può unire diverse proprietà del materiale, l'uso di una gamma più ampia può fornire una maggiore resistenza della connessione e può soddisfare le esigenze di diversi scenari applicativi.
Tuttavia, in spazi stretti o complessi, i collegamenti tramite bulloni possono risultare difficili da installare o manutenere.
Durante il serraggio di bulloni e dadi, è necessario accedere a entrambe le estremità, il che può ridurre in una certa misura l'efficienza dell'assemblaggio.
Come mostrato nella Figura 1, il lato sinistro mostra la condizione di collegamento tramite bulloni convenzionali, mentre il lato destro mostra l'installazione nel foro a fondo piatto per garantire che la superficie dei componenti strutturali sia piana.
Applicazione e vantaggi dei collegamenti a vite
Quando si utilizza il collegamento a vite, è necessario che le filettature delle parti collegate siano corrispondenti.
Le forme strutturali più comuni sulle parti strutturali dei telai in lamiera sono dadi/prigionieri rivettati, maschiatura diretta/indiretta (maschiatura dei fori) e così via.
Grazie alla nostra vasta esperienza nella produzione, i componenti strutturali del telaio in lamiera sono realizzati in lamiera, che è generalmente sottile.
Se si utilizza la maschiatura diretta, le connessioni a vite possono causare ampie zone di filettatura spanata, con conseguente rottura della filettatura.
Per risolvere questo problema vengono quindi scelti dadi per rivetti con maggiore resistenza.
Allo stesso modo, sono le caratteristiche di sottile lastra della lamiera che ci consentono di tornire i fori prima della maschiatura, in modo da aumentare il numero di filettature effettive e quindi aumentare l'efficacia del collegamento a vite.
A differenza dei collegamenti bullonati, nei collegamenti avvitati il “bullone” è già incorporato nell’elemento strutturale.
Ciò consente di fissare le viti direttamente durante l'assemblaggio, senza dover maneggiare bulloni separati.
Di conseguenza, l'automazione diventa più semplice e l'efficienza dell'assemblaggio migliora notevolmente.
Le giunzioni bullonate sono più spesso utilizzate per componenti di medie e grandi dimensioni. Tuttavia, nei prodotti in lamiera, le dimensioni dei componenti sono più ridotte.
I collegamenti a vite sono sufficienti per soddisfare la maggior parte degli scenari di utilizzo e fornire una resistenza adeguata. Pertanto, i collegamenti a vite sono il metodo più comune.
Un altro aspetto da considerare nel collegamento dei componenti strutturali nei telai in lamiera è la condizione della superficie dei componenti dopo l'installazione.
Normalmente, entrambe le estremità del collegamento tramite bullone sporgono dal piano dell'elemento strutturale e su un lato del bullone viene praticato un foro svasato a fondo piatto per realizzare il livellamento della superficie.
Il collegamento a vite può essere effettuato direttamente con chiodi a testa svasata selezionati e realizzati con la struttura dei fori svasati, ma anche l'altro lato sporgerà dal piano della struttura.
La caratteristica non sporgente può agevolare la successiva installazione del telaio in altri prodotti.
Come mostrato nella Figura 2, rispettivamente, sono rappresentati i rivetti a pressione e la connessione a maschiatura diretta, ma è anche mostrata la superficie della vite dopo l'installazione dello stato sporgente.
rivettatura
La rivettatura è solitamente un metodo per unire più pezzi insieme utilizzando dei rivetti.
Il principio della rivettatura è che applicando pressione a entrambe le estremità del rivetto, l'estremità del rivetto si espande e forma una connessione ermetica con il pezzo in lavorazione.
In base ai diversi tipi di rivetti, si può procedere alla rivettatura a trazione, alla rivettatura a pressione e alla rivettatura a pressione, con la quale si utilizzerà il corrispondente rivetto per rivettatura a trazione e il rivetto per rivettatura a pressione.
I rivetti a strappo, noti anche come rivetti ciechi, vengono installati tirando l'anima del rivetto con una speciale pistola rivettatrice. Questo fa sì che il corpo del rivetto si espanda, creando il giunto.
Il processo di trazione e rivettatura viene completato utilizzando utensili speciali, come rivettatrici manuali, elettriche o pneumatiche. Il processo specifico è illustrato nella Figura 3.
I rivetti a strappo sono una varietà di rivetti, di conseguenza, nella struttura del telaio in lamiera possono essere presenti fori svasati, possono anche essere fori passanti piani.
È possibile selezionare diversi rivetti: piatti a doppia faccia, piatti a faccia singola, rialzati a doppia faccia e altri effetti, in base alle diverse condizioni di utilizzo e alla selezione specifica.
I rivetti a pressione possono essere suddivisi in rivetti cavi e rivetti pieni, i quali richiedono l'uso di attrezzature per rivettatura a pressione.
I rivetti cavi che utilizzano il metodo della rivettatura e i rivetti pieni che utilizzano il metodo della rivettatura a pressione devono essere realizzati utilizzando utensili di rivettatura diversi per essere completati.
I rivetti a pressione hanno teste di varie forme, tra cui testa svasata, testa rotonda e testa piatta.
Possono anche ottenere effetti diversi, come ad esempio piatto su entrambi i lati, piatto su un solo lato o convesso su entrambi i lati.
Lo stato finale dei componenti strutturali rivettati è illustrato nella Figura 4. Queste variazioni consentono di utilizzare i rivetti a pressione in diversi scenari.
Oltre ai metodi di rivettatura sopra descritti, è anche possibile sfruttare le caratteristiche di formatura uniche della lamiera per rivettare fori nelle strutture dei telai in lamiera.
I fori di montaggio corrispondenti sono predisposti come fori svasati e il collegamento viene completato dopo la rivettatura mediante l'utensile.
Questa connessione può far risparmiare sui costi dei materiali, ma la sua resistenza è relativamente bassa, adatta ai piccoli requisiti di resistenza delle connessioni ordinarie.
Grazie al continuo aggiornamento e progresso della tecnologia, è ora possibile realizzare la rivettatura senza chiodi (come mostrato in Fig. 5), che è più resistente e affidabile della rivettatura con fori ribaltati sopra menzionata.
Questo metodo sfrutta le proprietà uniche della lamiera e di uno stampo specializzato. Una forte pressione deforma il materiale, incastrando un pezzo nell'altro.
Questo crea una struttura combinata. Una forma comune di questa connessione è la coda di rondine.
In un certo senso, anche questo è considerato un processo di stampaggio.
Questo processo di rivettatura prevede l'estrusione del materiale nel punto di giunzione. La tempra a freddo migliora le proprietà meccaniche del materiale nel punto di giunzione.
Ciò avviene senza danneggiare o strappare il materiale, garantendo un ambiente di lavoro ottimale.
Utilizza lo stampaggio meccanico, che non causa inquinamento ambientale o acustico, né ha alcun impatto negativo sui dipendenti.
Questo metodo offre un elevato grado di automazione. Può collegare uno o più punti contemporaneamente.
Permette inoltre di effettuare test non distruttivi sulla resistenza e la qualità delle connessioni. Può inoltre essere integrato in una linea di produzione automatica.
A causa delle caratteristiche di stampaggio intrinseche di questo metodo, sulla superficie dei componenti strutturali in lamiera si formano delle cavità e delle protuberanze.
Ciò limita le occasioni in cui può essere applicato.
La rivettatura è un metodo di collegamento non rimovibile. È più adatto a materiali in lamiera sottile, il che lo rende ideale per componenti strutturali in lamiera.
Tuttavia, il processo di rivettatura richiede solitamente utensili specializzati.
Saldatura
I processi di saldatura comunemente utilizzati per le parti strutturali dei telai in lamiera includono la saldatura a resistenza a punti, la saldatura laser e la saldatura ad arco di argon.
La saldatura a punti per resistenza è un metodo che utilizza un elettrodo a colonna per unire le superfici di contatto di due pezzi sovrapposti.
Tra i pezzi in lavorazione viene applicata, controllata e mantenuta una pressione specifica per creare una resistenza di contatto stabile.
Il controller dell'alimentatore per saldatura invia quindi una corrente controllata attraverso le superfici di contatto.
Ciò genera calore, provocando un aumento della temperatura e la fusione locale del punto di contatto.
Controllando il processo di riscaldamento e raffreddamento, si forma un giunto saldato. In questo modo si raggiunge l'obiettivo di unire i pezzi metallici.
La saldatura laser sfrutta l'eccellente direzionalità e l'elevata densità di potenza del raggio laser.
Il sistema ottico focalizza il raggio laser su un'area molto piccola. In brevissimo tempo, si forma un'elevata concentrazione di energia nella zona della sorgente di calore.
Ciò fa sì che il materiale si fonda e poi si solidifichi, creando la saldatura e il cordone di saldatura.
La saldatura laser utilizza impulsi laser ad alta energia per riscaldare localmente una piccola area del materiale.
L'energia del laser si diffonde nel materiale per conduzione termica, fondendolo e formando una specifica pozza di fusione.
Si tratta di un nuovo tipo di metodo di saldatura, utilizzato principalmente per la saldatura di materiali con pareti sottili e parti di precisione, che può realizzare saldature a punti, saldature di testa, saldature a pacco e saldature di tenuta, ecc.
Nel frattempo, il rapporto profondità/larghezza è elevato e la larghezza della saldatura è piccola, con una piccola zona termicamente alterata (come mostrato nella Figura 6).
La saldatura ad arco di argon è una tecnologia di saldatura che utilizza l'argon come gas protettivo, nota anche come saldatura con protezione di gas argon.
Si tratta della saldatura ad arco mediante gas protettivo argon; l'aria verrà isolata all'esterno della zona di saldatura, per evitare l'ossidazione della zona di saldatura.
La tecnologia di saldatura ad arco di argon si basa sul principio della saldatura ad arco tradizionale. Utilizza il gas argon per proteggere i materiali di consumo metallici.
L'elevata corrente fonde i materiali di consumo per saldatura e il substrato saldato fino allo stato liquido, formando un bagno fuso.
Ciò consente al metallo saldato e ai materiali di consumo di ottenere un legame metallurgico.
Il flusso continuo di gas argon impedisce ai materiali di consumo per saldatura di entrare in contatto con l'ossigeno presente nell'aria, prevenendone l'ossidazione.
Di conseguenza, la saldatura ad arco di argon può essere utilizzata per acciaio inossidabile, ferro e altri elementi metallici.
Riassumendo, le caratteristiche rispettive dei tre metodi di saldatura:
① La saldatura a punti può far risparmiare efficacemente materiale, è semplice da usare, ha un costo contenuto e un'elevata efficienza, ma la sua resistenza alla saldatura è generale, la precisione è relativamente generale e i requisiti dell'attrezzatura non sono molto elevati.
② L'utilizzo della saldatura laser nei componenti strutturali in lamiera riduce al minimo la deformazione. Il cordone di saldatura risulta piatto ed esteticamente gradevole.
La velocità di saldatura è elevata, con necessità di trattamenti post-saldatura minime o nulle. La qualità della saldatura è elevata, senza porosità.
Il processo può essere controllato con precisione. Il laser ha un punto focale piccolo e un'elevata precisione di posizionamento. È anche facile da automatizzare.
Ma è anche per questo che i requisiti di precisione delle attrezzature e degli utensili sono molto elevati e il costo delle attrezzature stesse è elevato.
3 La saldatura ad arco di argon è semplice da utilizzare e può evitare efficacemente l'ossidazione e la nitrurazione durante il processo di saldatura.
Produce saldature uniformi e dense con elevata resistenza.
Tuttavia, la saldatura ad arco di argon comporta costi elevati per i saldatori specializzati e per le apparecchiature a gas.
Richiede inoltre un'attenta pianificazione della fornitura e della gestione del gas, nonché la considerazione del suo impatto ambientale.
Saldatura di lamiere di collegamento senza saldatura
Sebbene la saldatura sia un processo di collegamento convenzionale e affidabile, solitamente viene scelta meno frequentemente per i collegamenti su telai in lamiera.
Ciò è dovuto principalmente alle seguenti considerazioni:
①La saldatura è un processo relativamente complesso, che richiede competenze più elevate da parte dei dipendenti e investimenti più costosi in attrezzature;
② L'attuale telaio in lamiera privilegia l'uso di lamiera non trattata.
La saldatura, tuttavia, richiede un ulteriore processo di trattamento superficiale per coprire le cicatrici di saldatura e migliorare l'aspetto della superficie.
Questo passaggio aggiuntivo prolunga il ciclo produttivo complessivo. Allo stesso tempo, ne aumenta significativamente i costi.
3. I componenti strutturali durante il completamento della saldatura sono irreversibili e non staccabili, il che avrà un certo impatto sulla successiva manutenzione e sostituzione dei pezzi di ricambio.
Collegamento di elementi strutturali in lamiera
I componenti in lamiera presentano un'eccellente plasticità, una proprietà determinata dal materiale stesso. Ciò consente loro di essere modellati in diverse forme strutturali.
Queste caratteristiche possono essere create tramite processi quali lo stampaggio a caduta e lo stampaggio a piegatura.
Ad esempio, le clip più comuni sul telaio includono la rivettatura senza chiodi e la rivettatura con fori per rivetti, precedentemente menzionate.
Questi metodi possono anche realizzare la funzione di collegamento. Le parti vengono assemblate tramite incastro tra loro.
Come mostrato nella Figura 7, i componenti strutturali utilizzano un metodo di stampaggio.
Un lato ha un foro e l'altro è piegato. Questo design elimina la necessità di componenti aggiuntivi.
Una volta inserito, il collegamento è completato. Limita efficacemente il movimento verticale dei componenti strutturali.
Questo tipo di collegamento consente di eliminare viti e rivetti e di non dover ricorrere alla saldatura, con conseguente risparmio sui costi dei materiali.
Inoltre evita la deformazione termica causata dalla saldatura ed è più rispettoso dell'ambiente.
Il suo funzionamento è comodo, i costi di lavorazione sono bassi, è facile da smontare e sostituire.
Tuttavia, l'utilizzo di questo metodo richiede che la forma e gli angoli di piegatura del componente siano progettati in anticipo.
Se non pianificata correttamente, potrebbe dare origine a connessioni deboli o instabili.
Dopo l'assemblaggio, la connessione potrebbe presentare una resistenza inferiore e può essere utilizzata solo in aree con requisiti di resistenza bassi.
Conclusione
Giunzioni filettate, rivettature e saldature sono ampiamente utilizzate nell'assemblaggio dei componenti strutturali del telaio.
Tra questi metodi, i collegamenti a vite costituiscono la quota maggiore di tutti i collegamenti filettati.
Il motivo è che la connessione a vite offre eccellenti prestazioni complessive, garantendo un supporto ad alta resistenza e una tenuta affidabile.
Si adatta ad ambienti complessi e diversificati. Inoltre, è facile da usare e adatto alla produzione automatizzata.
Allo stesso tempo, le specifiche delle viti sul mercato sono molto varie e a basso costo.
La rivettatura richiede utensili speciali per essere realizzata, la sua connessione è praticamente irreversibile e scomoda da smontare.
La saldatura richiede competenze più specializzate da parte dei dipendenti e costi più elevati per le attrezzature.
Tuttavia, la resistenza della giunzione saldata è sufficientemente affidabile e può essere sigillata; non esiste sostituto.
Le connessioni sotto forma di elementi strutturali possono far risparmiare molto sui costi operativi, ma la loro resistenza è scarsa.
Esistono diversi metodi di collegamento per l'assemblaggio dei componenti strutturali del telaio in lamiera (vedere Tabella 1), ognuno con caratteristiche differenti.
Nella scelta del metodo di collegamento è necessario considerare fattori quali lo scopo del componente strutturale, l'ambiente in cui verrà utilizzato, i costi di produzione e i requisiti di manutenzione.
Spesso, le strutture complesse del telaio possono anche utilizzare una combinazione di metodi di connessione per ottenere prestazioni, produttività ed efficienza economica ottimali.
FAQ:
I metodi di collegamento più comunemente utilizzati nell'assemblaggio di telai in lamiera includono collegamenti filettati (viti e bulloni), rivettatura (rivetti a strappo, rivetti a pressione e rivetti senza chiodi), saldatura (saldatura a punti a resistenza, saldatura laser, saldatura ad arco di argon) e collegamenti ad incastro basati su caratteristiche strutturali.
I collegamenti a vite richiedono filettature filettate o dadi rivettati nella lamiera, consentendo di preinstallare elementi di fissaggio e di semplificare l'automazione. I collegamenti a bullone, invece, utilizzano dadi e non richiedono filettatura interna, ma in genere richiedono l'accesso da entrambi i lati durante l'assemblaggio.
I collegamenti tramite rivetti offrono una giunzione permanente e stabile, ideale per lamiere sottili. Sono disponibili in varie forme: rivetti a strappo, rivetti a pressione e rivetti senza chiodo, ognuno dei quali si adatta a diversi requisiti strutturali e di finitura superficiale, garantendo al contempo resistenza alle vibrazioni e durata.
La saldatura laser è ideale per saldature di precisione e di alta qualità su lamiere sottili. Offre deformazioni minime, elevata velocità di saldatura e giunzioni pulite. Tuttavia, richiede attrezzature di fascia alta e un controllo preciso, il che la rende più adatta a linee di produzione automatizzate o di alto valore.
Sebbene affidabile, la saldatura nei telai in lamiera è meno preferita a causa della sua complessità, delle giunzioni irreversibili, dei requisiti di trattamento superficiale post-saldatura e degli elevati costi di manodopera e attrezzature. Viene generalmente evitata, a meno che non siano essenziali la resistenza strutturale o la tenuta.
La rivettatura senza chiodi sfrutta una forte pressione localizzata e una deformazione a stampo per unire due parti in lamiera senza l'ausilio di elementi di fissaggio tradizionali. Offre una soluzione di giunzione ad alta resistenza, pulita e automatizzata, senza inquinamento ambientale o acustico.
Questi collegamenti sfruttano la plasticità intrinseca della lamiera per creare forme ad incastro tramite piegatura e asolatura. Eliminano la necessità di elementi di fissaggio o saldature, riducendo i costi e semplificando l'assemblaggio, sebbene offrano una minore resistenza strutturale e richiedano una progettazione accurata.
I collegamenti a vite sono particolarmente adatti all'automazione grazie alla loro facilità di installazione, alla compatibilità con i rivetti filettati e all'integrazione nelle linee di assemblaggio robotizzate. Riducono i tempi di assemblaggio e migliorano la coerenza nella produzione di massa.
Gli ingegneri devono considerare la resistenza meccanica richiesta, il costo, la facilità di assemblaggio, le esigenze di smontaggio, l'estetica della superficie, la compatibilità con l'automazione e l'ambiente operativo. Spesso, per ottenere prestazioni e producibilità ottimali, si utilizza un ibrido di metodi di connessione.
I collegamenti filettati offrono la massima facilità di manutenzione grazie alla loro rimovibilità. Rivettatura e saldatura creano giunzioni permanenti, rendendo difficoltosa la futura manutenzione o la sostituzione di componenti. I collegamenti basati su caratteristiche strutturali possono semplificare lo smontaggio, ma possono compromettere la resistenza del giunto.
Solomon Yang è un professionista del settore manifatturiero con una vasta esperienza nella produzione di componenti elettronici, meccanici e industriali. Avendo ricoperto diverse posizioni in aziende manifatturiere americane e taiwanesi, ha maturato una conoscenza approfondita dei processi produttivi, della gestione della produzione, del controllo qualità e delle operazioni della catena di fornitura globale.
Grazie alla sua esperienza nello sviluppo commerciale, nelle operazioni di vendita, nel commercio internazionale, nella gestione delle relazioni con i clienti e nel supporto ai progetti di ingegneria, Solomon coniuga le competenze tecniche con la strategia commerciale per offrire soluzioni di produzione innovative ed economicamente vantaggiose. È appassionato di tecnologie di produzione avanzate, miglioramento dei processi e crescita professionale continua, con un forte impegno a creare valore per clienti e partner in tutto il mondo.
