Nitowanie w teorii i praktyce

Czy to przemysł samochodowy, lotniczy czy też budowa maszyn, obowiązuje wspólny trend, którym jest projektowanie i produkcja coraz lżejszych konstrukcji.
Materiały powinni ważyć coraz mniej, a jednak konstrukcja musi zachować sztywność i odpowiednie parametry wytrzymałościowe.


Nitowanie, a pozostałe technologie

Trend dążenia do lekkiej i sztywnej konstrukcji jest szczególnie widoczny w przemyśle samochodowym. Coraz więcej wyposażenia związanego z komfortem pasażerów jak i bezpieczeństwem biernym powoduje wzrost masy pojazdów. Konieczne staje się szukanie oszczędności dotyczącej masy karoserii samochodowej. Coraz częściej lekkie materiały, takie jak aluminium, tworzywa sztuczne wzmacniane magnezem i włóknami (FRP) zastępują klasyczny stopy stalowe w samochodach. Dodatkowe łączone są ze sobą różne materiały takie jak aluminium, magnez, tworzywa sztuczne oraz stale o wysokiej wytrzymałości. Dotychczas stosowane połączenia spawane, lutowane oraz zgrzewane coraz częściej niestety nie mogą być wykorzystywane do łączenia ze sobą tak różnych materiałów. Co prawda długo jeszcze zgrzewanie i lutospawanie nie zniknie z procesów produkcyjnych karoserii samochodowych, jednak coraz powszechniejsze staje się łączenie elementów karoserii w technologii „na zimno”. Oznacza to wprowadzenie do powszechnego stosowania klejenia oraz nitowania karoserii.

Technologia łączenia

W przypadku połączeń nitowanych stosowanych w produkcji karoserii samochodowej nit nie jest zakuwany. Proces łączenia polega na wciśnięciu nitu w łączone materiały i zablokowaniu tak, aby można było uzyskać trwałe i sztywne połączenie.

W zasadzie po przebiciu się przez wszystkie warstwy łączonych elementów karoserii zachowuje on swój oryginalny kształt. Dzięki temu, że nit posiada odpowiedni kształt oraz parametry wytrzymałościowe, możliwe jest wciśnięcie go w łączone przekroje materiału. Trzon nitów przebijających jest podobnej średnicy jak jego głowa. Nity te wykonywane są z materiału o lepszych parametrach (granica plastyczności) niż łączony materiał. W technologii nitowania obecnie stosuje się wiele różnych materiałów: stal, stal nierdzewna, stopy aluminium, a nawet materiały pochodzenia ceramicznego.

Zastosowanie w produkcji

Nitowanie wykorzystywane jest przez konstruktorów zarówno jako technologia dodatkowego usztywnienia połączenia elementów jak i połączenia wykonywanego z jednoczesnym zastosowaniem wypełnień tłumiących, klejących lub uszczelniających. Bywa, że łączenie technologią nitowania nie spełnia oczekiwanych warunków wytrzymałościowych i konieczne jest zastosowanie klejenia. Tak wykonywane połączenia nazywane są hybrydowymi. Można nawet stwierdzić, że w przypadkach gdy masa klejąca aplikowana jest na dużej powierzchni łączonych elementów nity pełnią rolę punków stabilizujących i podtrzymujących elementy w określonym położeniu do momentu utwardzenia masy. W szczególnych przypadkach nitowanie stosowane jest nawet do łączenia elementów wykonanych z blachy wraz z cienkościennymi odlewami ciśnieniowymi. Ważną cechą nowoczesnych technologii nitowania jest możliwość wielowarstwowego łączenia elementów o różnych grubościach.

 

Praktyka warsztatowa

Połączenie nitowane, a w szczególności mieszane – nitowanie wraz z klejeniem – wykazuje znakomite parametry mechaniczne, a co najważniejsze, wykonywane jest bez dostarczania ciepła, które niekorzystnie wpływa na zachowanie jakości stosowanych materiałów. Poza technicznymi właściwościami połączeń dochodzi jeszcze aspekt ekonomiczny.

      

Tabela regulacji ciśnienia/nacisku w zależności od użytego typu nitu

Okazuje się, że połączenia nitowane są tańsze od laserowego spawania blach wykonanych ze stopów aluminiowych. W praktyce dzięki nitowaniu można połączyć blachy ze stali wysokogatunkowej, ze stali nierdzewnej, powlekane i niepowlekane, ocynkowane, ze stopów aluminium, dwie lub więcej warstw – nawet do 9 mm całkowitej grubości. Cały proces łączenia może odbyć się w jednej operacji bez wstępnego wykonania otworów. Wstępne wiercenie otworów w blachach przed nitowaniem zastąpiono procesem dziurkowania w momencie nitowania. Stosuje się matrycę do wciskania nitów, która zapewnia optymalne łączenie elementu.

Dziurkowanie jest wymagane dla zachowanie odpowiedniej średnicy otworu w stosunku do nitów naprawczych. Pozwala to na uzyskanie dobrego połączenia.

Urządzenia do nitowania podczas produkcji karoserii samochodowej są podobne do tych, które stosowane są w warsztatach naprawczych podczas wymiany elementów. Oczywiście w fabryce inne jest ich mocowanie oraz specjalne oprzyrządowanie pozwalające na możliwie znaczną mechanizację procesu produkcyjnego, lecz sama część robocza jest bardzo podobna. Samo urządzenie nitujące to jeszcze nie wszystko. Konieczne jest stosowanie odpowiedniego oprzyrządowania, które pozwala na obsługę pojazdów wielu marek. Na wyposażeniu podstawowym nitownic zwykle znajduje się wyposażenie uniwersalne, a specjalizowane do poszczególnym marek i modeli trzeba dokupić.

Najbardziej popularne końcówki specjalizowane są przeznaczone do : BMW, VW Group, Mercedesa, Forda, Tesli, Jaguara-Land Rovera. W przypadku tzw. ASO nie ma większego problemu, ponieważ zwykle wystarczy zaopatrzenie się w zestaw do danej marki i ewentualne uzupełnianie w przypadku pojawienia się nowych typów nitowania. Gorzej jak jest to serwis obsługujący wiele marek pojazdów.

Jeszcze na dobre w polskich warsztatach nie zadomowiły się technologie typu lutospawanie czy też zgrzewanie blach wysokogatunkowych, a tu konieczne staje się zaprzyjaźnienie z kolejnymi nowościami. Oby nitowanie znalazło swoje miejsce szybciej niż poprzednio wprowadzane technologie.