Fasteners vs Welding in Sheet Metal Assembly

Начните с соединения, а не с метода соединения

Правильное решение о крепёжных изделиях и сварке начинается с пяти требований: путь нагрузки, долговечность, герметичность, внешний вид и проверка. Имя процесса указывается после того, как эти требования имеют четкого владельца.

Штампованный кронштейн с двумя винтами автоматически не дешевле сварного кронштейна. Для штамповки могут потребоваться дополнительные отверстия, плоская монтажная поверхность, резьбовые детали, маскировка и приспособление для сборки. Сварной корпус также не становится автоматически прочнее. Возможно, потребуется приспособление, последовательность сварки, очистка, выпрямление и отделка, устойчивая к нагреву.

Если более обширная карта процесса все еще открыта, 8 типов технологий сборки листового металла, их процессы и применения охватывает другие семейства соединений, прежде чем чертеж будет сужен до одного метода.

Если два человека по-разному описывают одно и то же соединение, чертеж не готов к технологическому решению. Можно думать о прочности конструкции; другой, возможно, думает о том, как специалист по обслуживанию снимает крышку. Оба варианта действительны, но указывают на разные методы сборки.

Запишите требование в виде предложения

Такое предложение, как «крышка должна быть съемной, кронштейн должен выдерживать вертикальную нагрузку, а видимая поверхность должна оставаться плоской после порошкового покрытия», дает инженеру-технологу нечто поддающееся проверке. Это также обнажает противоречия. Съемную крышку нельзя приварить сварным швом, если клиент не согласится ее разрезать. Тонкая видимая панель может отводить тепло, необходимое для герметичного шва.

Для отделов закупок это предложение должно находиться в запросе предложений рядом с чертежом, а не в отдельном электронном письме. Это меняет основу ценообразования и усложняет двум поставщикам формулирование различных предположений. Отправьте совместное требование вместе с деталью, и мы сможем указать маршрут сборки, а не список изолированных операций.

→ Спросите, должно ли соединение быть постоянным, съемным или герметичным.

→ Спросите, в каком направлении нагрузка входит в штамповку и какой элемент ее передает.

! Считайте внешний вид, плоскостность и покрытие функциональными требованиями, если они влияют на пригодность или эксплуатацию.

× Не используйте «сильное» или «общее качество» в качестве совместной спецификации. Укажите нагрузку, условия эксплуатации и приемочную проверку.

Штампованное отверстие и край определяют доступную зону соединения

В процессе штамповки создаются отверстия, направляющие, изгибы, лыски и кромки, которые наследуются каждым последующим методом соединения. Соединение, которое в САПР выглядит возможным, может выйти из строя из-за того, что отверстие расположено слишком близко к изгибу, зенковка имеет слишком малую площадь опоры или слишком мало витков резьбы.

Для резьбового крепежа толщина материала влияет на зацепление резьбы, местную жесткость и нагрузку, которую может выдержать лист. Штамповка должна обеспечивать достаточное зацепление винта и достаточную поддержку, чтобы противостоять местной деформации. В одном руководстве по проектированию рекомендуется как минимум три полных оборота резьбы, но окончательный выбор по-прежнему зависит от поставщика винта и случая нагрузки. Если тонкая штампованная панель не может обеспечить такое сцепление, более надежным может быть самозажимной крепеж, более толстая бобышка или другое соединение.

Путь формирования этих объектов описан в Введение в процессы штамповки металлов, а контур обрезки и пустые поля описаны в Полное руководство по вырубке листового металла.

Три особенности, определяющие сустав

A. Положение отверстия: отверстие должно располагаться достаточно далеко от линии сгиба, соседнего отверстия и края листа для выбранного процесса.

B. Опорная зона: для крепежа с потайной или расточной головкой необходима опорная стенка и гнездо, способное выдерживать нагрузку без разрушения листа.

C. Доступ: инструмент, заклепочный пистолет, сварочный электрод или лазерная головка должны достигать соединения в реальной сборке, а не только в развертке.

Зенкеры особенно легко нарисовать и сложно изготовить на тонком материале. Практическое руководство состоит в том, чтобы глубина зенковки была ниже 0,6 толщины материала и сохраняла не менее 50 % опорного контакта между крепежом и гнездом. Отверстие может иметь правильные размеры, но все равно не получится, потому что под головкой слишком мало материала.

Таблица 1. Проверка геометрии перед выбором крепежа или сварки.

Распространенной ошибкой при покупке является отправка 2D-чертежа без сопрягаемой детали. Расположение отверстий может совпадать с рисунком, но после изгиба все равно не будет соответствовать ответной скобе. Элементы, которые остаются на одной плоской поверхности, могут удерживаться крепче, чем элементы, пересекающие изгиб. Если сборка зависит от совпадения отверстия в одной фасонной грани с отверстием в другой, набор допусков подлежит рассмотрению котировок.

Геометрия изгиба, создающая стопку, описана в Полное руководство по гибке листового металла. Используйте его, когда сопрягаемая поверхность зависит от радиуса изгиба, упругого возврата или расположения фланца.

Отправьте сопрягаемую деталь, базовую схему и окончательные требования к посадке. Мы можем отметить слишком тугой рисунок отверстий перед штамповкой или сваркой, когда замена паза, зазора или базовой точки все еще обходится недорого.

Сварочные маршруты: непрерывная, стежковая, точечная и лазерная

Сварка — это та группа, в которой соединение должно стать частью детали. Выбор внутри семейства менее очевиден: неразъемное точечное соединение, низкотемпературный шов, непрерывный герметичный шов и узкая лазерная сварка решают разные проблемы.

Точечная сварка сжимает два перекрывающихся листа и пропускает через них ток, образуя локальный сварочный самородок. Это быстрый, повторяемый и обычно автоматизированный процесс. Те же свойства, которые делают его полезным, также накладывают ограничения: соединение является постоянным, перекрытие требует доступа с обеих сторон, а точечные сварные швы не образуют сплошного шва. Точечный рисунок может быть правильным выбором для кронштейна или каркаса шкафа и неправильным выбором для корпуса, удерживающего жидкость.

Приведенная ниже таблица процессов представляет собой стартовый фильтр, а не процедуру сварки. Окончательные параметры зависят от квалифицированной процедуры производителя, комбинации материалов, толщины и оборудования.

Экран процесса

Таблица 2. Маршруты сварки в зависимости от требований к соединениям.

При работе с тонкими листами первый вопрос заключается в том, может ли материал выдерживать тепло без изменения формы. Точечная сварка с током от 4 до 8 кА является обычным явлением для листового металла, но этот диапазон является лишь ориентировочным. Толщина, покрытие, состояние электрода и вторичная цепь аппарата определяют фактическую настройку.

Схема стежка — хороший компромисс для каркасов и усиливающих элементов. Пример из отраслевой практики: сварной шов длиной 20 мм, за которым следует зазор 30 мм. Это не универсальный рецепт, но он демонстрирует логику: поместите металл там, где он нужен стыку, и оставьте место, где тепло не играет конструктивной роли. Стежковая сварка не является методом герметизации.

Отправьте сведения о месте соединения, материале, толщине, покрытии и требованиях к утечкам, когда маршрут сварки еще открыт. Это дает нам достаточно информации, чтобы рекомендовать семейство процессов и реалистичный метод контроля, не делая вид, что один сварной шов решает каждое соединение.

Пути крепления: винты, заклепки, зажимные и самозажимные приспособления

Крепеж — это не один процесс. Съемный крепежный винт, постоянная глухая заклепка, заклепочная блокировка и самозажимная гайка предъявляют разные требования к штампованной детали и оставляют заказчику разные варианты обслуживания.

Самое простое различие заключается в том, нужно ли клиенту открывать сустав. Резьбовой крепеж создает исправное соединение, но для него также необходима резьба, несущее гнездо и стратегия фиксации. Заклепка долговечна и часто прочна на сдвиг, а ее способность к растяжению и метод удаления зависят от типа заклепки. Зажатие образует механическую блокировку без незакрепленной застежки, но для этого требуется правильный инструмент, материал и доступ к стопке.

Самозажимное оборудование часто является лучшей деталью чертежа для тонкого корпуса, но это не бесплатное обновление. Для детали необходимо правильное отверстие, достаточное количество материала вокруг него и плоская поверхность для буртика. Если фурнитура расположена слишком близко к краю или изогнута, установка может деформировать панель еще до того, как клиент затянет винт.

Резьбовое отверстие не заменяет подходящую резьбу. Три полных оборота резьбы — это минимальная полезная проверка, но винт из тонкого листа все равно может провернуться под нагрузкой. В проекте должно быть указано, находится ли резьба в листе, в приварной гайке, в прессованной вставке или в сопрягающемся компоненте. Каждый меняет план проверки.

Заклепки заслуживают такого же наказания. «Использовать заклепку» не является совместной спецификацией. На чертеже должен быть указан тип заклепки, источник размера отверстия, зазор головки, диапазон захвата, расстояние до края и возможность замены заклепки после повреждения на месте. Если соединение является постоянным, клиент должен понимать, что удаление заклепки может повредить отверстие или отделку.

Таблица 3. Маршруты крепежа и штамп, от которого они зависят.

Гибрид может быть самым чистым решением, когда каждый процесс выполняет одно задание. Выступы могут определять местонахождение деталей перед сваркой или креплением, точечные сварные швы могут удерживать конструкцию, пока затвердевает герметик, а резьбовые детали могут создавать точки обслуживания, не снимая при этом все соединение. Полезное правило — назначать роль каждой операции, а не использовать два процесса для решения одной и той же проблемы дважды.

Когда сварочное тепло меняет плоскостность, посадку и отделку

Сварка изменяет штампованную сборку, поскольку соединение локально нагревается, а затем удерживается, пока оно остывает. Сварной шов — не единственное, что движется. Окружающий лист сжимается, приспособление удерживает одну область на месте, а освобожденная часть может принять другую форму.

Тонкий лист более чувствителен, поскольку он имеет меньшую жесткость и меньшую тепловую массу. Узкий локализованный сварной шов все равно может вывести видимую панель из плоского состояния. Длинный непрерывный шов может вызвать больше тепла и большего сжатия, чем требуется суставу. Сварной шов, расположенный на одной стороне нейтральной оси, может изогнуть узел в эту сторону при охлаждении.

Полоски представляют собой экран планирования. Материал, толщина и геометрия соединения переопределяют метку.

Изготовитель контролирует деформацию за счет уменьшения подвода тепла, уменьшения объема сварного шва, балансировки последовательности и удержания сборки на базовых точках, используемых для проверки. Крепление, которое плотно сидит в приспособлении, но пружинит при отпускании, не решило проблему. Это только переместило ошибку на этап разблокировки.

На нашем производстве план сварки и проверка освобождения приспособления неразрывно связаны между собой. Мы смотрим на сборку после того, как она выйдет из крепления, поскольку форма, удерживаемая зажимами, — это не та форма, которую получает заказчик. В плане проверки необходимо измерить деталь в свободном состоянии, используя схему исходных данных чертежа и согласованные требования к плоскостности или посадке.

Практическая последовательность сварной штампованной сборки:

Отправьте зону плоскостности, видимую поверхность и требования к покрытию вместе с обозначением сварного шва. Чертеж, на котором указан только символ сварного шва, может привести к качественному сварному шву и бракованной крышке.

Когда крепежные элементы добавляют доступ к обслуживанию, но создают новые режимы отказа

Преимуществом крепежа является также его риск: соединение можно собрать и снова открыть, поэтому правильность резьбы, седла, отверстия и шага затяжки зависит от того, останется ли резьба, седло, отверстие и шаг затяжки с течением времени.

Винт может выйти из строя из-за снятия листа, вытягивания головки, ослабления под действием вибрации или заедания резьбы. Заклепка может выйти из строя, если отверстие неправильное, диапазон захвата неправильный или край расположен слишком близко. Самозажимная вставка может повернуться или вытолкнуться, если отверстие и панель расположены неправильно. Зажим может потерять свою блокировку, если изменится установка инструмента или стек.

Истирание — это проблема материала и сборки

Нержавеющая сталь склонна к истиранию, поскольку ее защитный оксидный слой может разрушаться под давлением, и материал может переходить с одной резьбы на другую. В результате получается холодная сварка между винтом и гайкой или вставкой. Высокоскоростные электроинструменты, высокая сила, несоосность и пары из нержавеющей стали из одного сплава повышают риск.

Вы можете снизить риск, контролируя скорость установки, используя подходящую смазку для резьбы, проверяя чистоту резьбы и выбирая комбинацию материалов или покрытий, подходящую для сборки. Противозадирная защита изменяет условия трения, поэтому значение крутящего момента должно основываться на состоянии смазки, а не копироваться из сухой спецификации. Если застежка из нержавеющей стали начинает заедать, применение силы обычно разрушает резьбу.

Покрытие изменяет соединение после завершения штамповки. Порошковое покрытие обычно добавляет измеримый слой, а покрытие или анодирование могут изменить посадку отверстий, резьбы и площадей электрического контакта. Если винт должен находиться в зенковке или вставка должна оставаться чистой, эти участки необходимо замаскировать или выполнить послефинишную обработку. На сборочном чертеже должно быть указано, какие поверхности можно покрывать, а какие нет.

Полезно спросить, как клиент будет ремонтировать сустав. Крышку с десятью открытыми винтами легко обслуживать, но ее медленнее собирать и проверять. Заклепанную крышку собрать быстрее, и ее невозможно открыть заново. Сварная крышка является структурно непрерывной, но может потребовать резки и местной доводки. План обслуживания и план сборки должны совпадать.

В запросе предложения укажите стандарт крепежа, материал сопряжения, отделку и требования к обслуживанию. Если эти детали не согласованы, самым безопасным первым шагом будет совместная проверка, а не низкая цена, основанная на предполагаемом винте.

Выберите соединение из углеродистой стали, нержавеющей стали или алюминия

Материал меняет решение о соединении, поскольку он меняет свариваемость, термическое движение, риск истирания, риск коррозии и реакцию штамповки на крепеж.

Углеродистая сталь является самой простой основой для многих сварных рам и кронштейнов, но для защиты от коррозии требуется отделка. Нержавеющая сталь устойчива к коррозии, но может истирать резьбу и двигаться больше во время сварки, чем можно ожидать при волочении с низким содержанием углерода. Алюминий легкий и устойчив к коррозии во многих средах, но сочетание сварных швов и креплений требует квалифицированной обработки и внимания к гальваническому контакту.

Таблица 4. Экран материала для штампованного монтажного соединения.

Таблица материалов намеренно консервативна. Здесь не говорится, что каждое соединение нержавеющей стали должно быть сварено лазером или что каждая алюминиевая деталь должна быть заклепана. В нем говорится, что для заявления о процессе необходимо указать фактический сорт, толщину, отделку и условия эксплуатации.

Для алюминиевых сборок не допускайте соприкосновения стального крепежа с голым алюминием, не продумывая условия контакта. Для сборок из нержавеющей стали следует отличать структурную резьбу от винта крышки. Для оцинкованной стали решите, будет ли зона сварного шва очищена и нанесено новое покрытие или деталь следует перенести на механический путь.

Отправьте сертификат или класс материала, условия эксплуатации и стандарт отделки. Общий запрос на «нержавеющую сталь» или «алюминий» слишком широк для принятия надежного совместного решения, особенно когда деталь подвергается воздействию влаги, соли, вибрации или многократного открывания.

Последовательность штамповки, фурнитуры, отделки и сборки

Метод присоединения — это только один шаг в цепочке. Правильный процесс все равно может оказаться неудачным, если оборудование установлено после проверки плоскостности, отделка нанесена после проверки резьбы или сварка сборки после того, как панель уже была покрыта.

Последовательность работ должна быть явно указана в предложении и пакете задания. Он определяет, какие размеры еще можно исправить, а какие операции могут повредить предыдущий. Он также определяет доказательства проверки, которые получает клиент.

Самая распространенная ошибка в последовательности — установка голой детали, затем добавление покрытия или крепежа и обнаружение, что окончательная сборка больше не подходит. Зенкер, который был в порядке до порошкового покрытия, может иметь посадочное место с покрытием. Резьбовое отверстие, которое было чистым перед нанесением покрытия, теперь может иметь заниженный размер. Заклепка, которую легко установить перед покраской, может повредить отделку головки.

Определяйте операции отделки на сборочном чертеже, а не только в общем примечании. Отметьте поверхности, которые должны оставаться проводящими, нити, которые должны оставаться чистыми, и видимые поверхности, которые нельзя подправить без несоответствия цвета.

Наш процесс контроля качества проверяет сырье, незавершенное производство и готовые детали. Для сборки полезной точкой проверки является не один последний взгляд. Это точка, в которой соединение еще можно регулировать, и точка, где отделка завершена. Обе записи принадлежат пакетному файлу.

Отправьте нужную последовательность сборки, если она уже есть на вашей производственной линии. Мы можем проверить, поддерживает ли это штампованная деталь и процесс соединения, или пометить операцию, которая вызовет цикл доработки.

Стоимость всего соединения, а не цены за единицу крепежа

Винт может выглядеть дешевле, чем сварной шов, поскольку цена за единицу винта видна, а сварной шов требует скрытой подготовки. Это сравнение неполно. Стоимость соединения включает в себя штампованные элементы, оснастку, приспособления, последовательность отделки, метод проверки и стоимость неисправного соединения.

Полезной моделью ставок является общая совместная стоимость = фиксированная установка и квалификация + переменные материалы и труд + проверка и документация + ожидаемые затраты на доработку и обслуживание. Уравнение носит иллюстративный характер, а не является формулой цены HULK Metal. Его цель — помешать отделу закупок сравнивать крепеж и сварной шов, как будто это один и тот же товар.

Большой объем меняет баланс, поскольку приспособление или сварочная ячейка могут быть амортизированы. Малый объем снова меняет ситуацию, потому что настройка и разовое проектирование распространяются на меньшее количество частей. Конструкция с большим количеством крепежных элементов может быть дешевле на одном этапе и дороже на другом, если деталь требует большого количества отверстий, вставок оборудования, этапов маскировки и точек проверки.

Здесь важна интегрированная цепочка поставок, поскольку резка, штамповка, механическая обработка, отделка, сборка и проверка не являются отдельными процессами передачи с отдельными предположениями. Один ответственный поставщик может согласовать отделку с резьбой, штамповку с крепежом, а проверку с требованиями к обслуживанию.

Не спрашивайте «что дешевле, сварка или шурупы?» Спросите: «Какова общая стоимость соединения, которое должно выдерживать такую ​​нагрузку, иметь такую ​​отделку и проверяться таким образом?» Отправьте годовой объем и ожидаемый срок службы вместе с чертежом, и сравнение станет производственным решением, а не соревнованием цен за единицу продукции.

Проверки первой статьи, доказывающие совпадение

В первой статье решение о присоединении становится доказательством. Проверка должна подтвердить требования к соединению, а не просто показать, что детали физически подходят друг к другу.

Для сварной сборки важна форма в свободном состоянии. Деталь, измеренная в приспособлении, может выглядеть правильно и пружинить после освобождения. В случае закрепленного узла соединение должно быть проверено после завершения отделки и при заданных условиях затяжки или установки. Для смешанного маршрута следует записать саму последовательность.

Используйте это как внешний обзор. Он не заменяет чертеж или квалифицированную спецификацию процесса.

Приведенная ниже таблица доказательств преобразует контрольный список в конкретные измерения. Точные приемочные значения должны быть получены из чертежа, стандарта материала и аттестованного процесса. В таблице показано, что следует измерять и почему.

Первая статья сочетает в себе размерное доказательство и функциональную проверку. Он может зафиксировать сустав, который имеет правильные размеры и функционально неправильный. Если заказчику нужен съемный чехол, проверьте возможность его съема. Если заказчику требуется герметичный корпус, проверьте согласованный метод герметизации. Если клиенту нужна исправная вставка, убедитесь, что вставку можно заменить, не разрушая панель.

Рисование тревожных флажков и вопросы для отправки вместе с запросом предложения

Чертеж может содержать инструкцию по соединению, которая достаточно полна для изготовления, но все еще слишком неполна, чтобы ее можно было точно процитировать. Это сигналы о том, что сустав нуждается в короткой проверке, прежде чем цена будет зафиксирована.

Запрос предложения не требует полного инженерного эссе. К чертежу необходимо приложить семь фактов: основной металл и толщина, расположение соединения, направление нагрузки, съемное или постоянное намерение, требования к уплотнению, отделка и ожидаемый годовой объем. Эти факты позволяют поставщику решить, относится ли соединение к штамповке, сварке, отделке или сборке, и можно ли повторить указанный процесс в запрошенном количестве.

Часто задаваемые вопросы

Вопросы ниже возвращаются к одному и тому же решению: определить соединение, прежде чем выбирать процесс. Ответ меняется при изменении нагрузки, обслуживания, завершения или доступа.

Лучшее соединение — это то, которое вы можете проверить

Крепеж против сварки — это не соревнование двух логотипов на технологической карте. Это решение о том, как штампованная деталь выдерживает нагрузку, как она будет обработана и как заказчик докажет правильность соединения.

Используйте сварку, когда сборка должна стать единой конструкцией и это поддерживается планом нагрева, доступа и осмотра. Используйте крепежные детали, когда соединение должно открываться, а штампованная часть может поддерживать резьбу, седло и маршрут обслуживания. Используйте заклепки, заклепки или квалифицированный гибрид, если из-за тепла или материала постоянный сварной шов не подходит.

Самым ярким признаком того, что соединение готово, является не длинный список имен процессов. Это рисунок, в котором указано, что должен делать сустав, и первая статья, показывающая, что он сделал это после завершения и выпуска. HULK Metal может вместе просмотреть геометрию штамповки, маршрут соединения, порядок отделки и план проверки, а затем указать путь сборки, соответствующий чертежу. Отправьте чертеж, материал, целевую партию и требования к обслуживанию на совместное рассмотрение.