Запрессовочный крепёж

Запрессовочный крепёж — широкий перечень крепёжных изделий, преимущественно с резьбой, которые посредством приложенной равномерной нагрузки запрессовываются в предварительно подготовленные отверстия листовых металлических заготовок, при этом материал заготовки пластически деформируется и затекает в специальные элементы конструкции крепёжных деталей.

История

Первые запрессовочные крепежные элементы появились более полувека тому назад — само изобретение и первые промышленные образцы представил рынку американский инженер-конструктор Сванстром в 40-х годах прошлого века. Долгое время организованная г-ном Сванстромом компания Penn Engineering & Manufacturing Corp. единолично производила и продвигала на рынок запатентованные инновационные крепежные изделия для листовых материалов, сегодня известный как PEM-крепеж [^[1],^[2]]. По окончании действия патентов новый запрессовочный крепеж начали производить и другие компании в Германии (Titgemeyer), Великобритании (TR Fastenings) и в последнее время, естественно, в Китае.

Такой крепеж имеет очевидные технические и экономические преимущества перед стандартными гайками, шайбами и винтами в случаях крепления тонколистовых материалов между собой или других конструкций к тонколистовым материалам. Благодаря этому запрессовочные гайки, шпильки, втулки, нетеряющиеся винты, стойки и другие изделия постепенно стали основной номенклатурой крепежных изделий для многих производственных предприятий в областях приборостроения (любые корпусные изделия компьютерной, телекоммуникационной и специальной техники), автомобилестроения, аэрокосмической техники. Постепенно сформировался независимый рынок оборудования для поточного производства запрессовочного крепежа и автоматизированной и ручной установки его в тонколистовой материал.

В чем преимущества использования запрессовочного крепежа для листового металла?

Технические

Прочное резьбовое соединение в тонколистовых материалах толщиной от 0,5мм (0,2’’)

В случаях работы с тонколистовыми заготовками использование крепежа для листового металла является единственным доступным вариантом, обеспечивающим надежное резьбовое соединение со значительной удерживающей способностью и повышенным сопротивлением кручению и отрыву.

Повышенное сопротивление кручению и отрыву

Обеспечивается за счет затекания металла заготовки в специальные круговые канавки и зубчатые насечки детали в процессе пластической деформации.

Монтаж заподлицо

После монтажа на лицевой стороне изделия отсутствуют выступающие части, что отменяет дополнительную обработку изделия.

Технологические

Уменьшение номенклатуры крепежных элементов производимого изделия

Использование крепежа позволяет отказаться от дополнительных фиксирующих шайб и гаек в процессе окончательной сборки изделия.

Уменьшение количества операций производства

При установке данного крепежа исчезает необходимость в проведении таких технологических операций, как зенковка отверстий заготовки и удаление заусенцев (в большинстве случаев существует жесткий запрет на проведение этих операций), повторное нарезание резьбы.

Уменьшение себестоимости производимого изделия

В ряде случаев использование запрессовочного крепежа позволяет уменьшить толщину используемого листового металла, а также поменять материал на более дешевый и легкий в обработке. Дополнительно к уменьшению себестоимости, это позволяет уменьшить габариты и вес конечного изделия.

Разделение и упрощение операций производства

Предварительная фиксация элемента крепления к одной из скрепляемых деталей упрощает и ускоряет операцию самого крепления. Крепеж монтируется в металлическую заготовку с покрытием или предварительно окрашенную без повреждения покрытия или краски.

Безопасность

Исключена потеря элементов крепления и неконтролируемое их попадание в прибор. Основной недостаток запрессовочного крепежа — это ограничение его применения в случае повышенных нагрузок — увеличенного крутящего момента и усилия на разрыв. В таких случаях выбор останавливают на других видах крепежа для листового металла — развальцовочном и приварном. К недостаткам использования запрессовочного крепежа можно отнести наличие дополнительной операции по его предварительному монтажу в тонколистовые панели, а именно — подготовка отверстий. Но этот факт уверенно нивелируется преимуществами выше, учитывая количество операций, от которых можно отказаться, используя данный крепеж. Также стоит отметить, что монтаж изделий осуществляется быстро и относительно легко — необходимым и достаточным условием является наличие любой сжимающей параллельно силы ^[3].

Условия и ограничения для использования и установки запрессовочного крепежа в тонколистовые материалы

Производители запрессовочного крепежа настоятельно рекомендуют качественно отнестись к выбору используемого крепежа в соответствии со спецификацией и конструкторской документацией на изделие. Перед серийным производством изделий с использованием запрессовочного крепежа необходимо провести технические испытания смонтированных образцов на соответствие всем критическим требованиям к конечному продукту. Для надежного соединения запрессовываемого элемента в тонколистовой заготовке требуется выполнение следующих условий ^[3].

Для заготовки тонколистового металла:

Толщина — от 0,5 мм (стандартно — от 0,7 мм) в зависимости от выбранного типа крепежа, для каждого из которых по спецификации существует значение минимальной толщины. В листы толщиной более 4 мм запрессовочный крепеж монтируется редко
Твердость материала тонколистовой заготовки должна быть меньше твердости крепежного изделия

Все операции по обработке поверхности — анодирование, покрытие, окончательная обработка, покраска — должны быть проведены до установки крепежных изделий.

Для отверстия под крепеж:

Отверстие для монтажа запрессовочных метизов может быть вырезано лазером, просверлено, пробито или отлито
Диаметр отверстия должен соответствовать значению из спецификации с допуском +0,5 мм/ — 0 мм
Нельзя проводить операции зенковки отверстий и снятия заусенцев (к тому же это увеличивает время и стоимость всей процедуры монтажа), так как удаляемый в этом случае материал заготовки также затекает в зубчатые насечки и круговую канавку запрессовываемых элементов в процессе монтажа, а следовательно дополнительно упрочняет соединение крепежного элемента и тонколистовой заготовки.
Необходимо строго соблюдать расстояние между центром отверстия и краем листа, которое не должно быть меньше минимального значения указанного производителем в спецификации.

Для запрессовываемого элемента:

Твердость материала запрессовываемого крепежного изделия должна быть больше твердости материала тонколистовой заготовки.
Чем более жесткие допуски существуют по размерам рабочих частей запрессовочных крепежных элементов, таких как резьба и элементы фиксации соединения — юбка, круговая канавка, зубчатая насечка, тем лучшие рабочие характеристики соединения такой крепеж будет демонстрировать. Конкретные величины допусков зависят от размера и функциональности деталей изделия.

Для процедуры монтажа:

Наличие параллельно сжимающей силы, то есть пресса любой конструкции и сложности. Для запрессовочного крепежа, в отличие от развальцовочных резьбовых бонок, используется стандартный плоский пуансон.
Усилие запрессовки прикладывается плавно, чтобы вдавить запрессовываемые элементы крепежного изделия в отверстие заготовки. Любые ударные нагрузки использовать категорически запрещено — в этом случае не будет затекания материала листового металла в канавку и зубчатую насечку крепежного элемента, а значит и надежного соединения.
Пресс должен иметь регулировку сжимающего усилия, значения которой отличаются для крепежных элементов разных типов и размеров.

Основные виды запрессовочного крепежа по форме — запрессовочные гайки — стандартная, заподлицо, с плавающей резьбой, самопрошивная для печатных плат; запрессовочная резьбовая шпилька; запрессовочная втулка с шестигранной головкой — с глухой резьбой и сквозной резьбой; резьбовая шпилька для печатных плат, резьбовая втулка для печатных плат.

Основные виды запрессовочного крепежа по применениям — для листового металла и для печатных плат. Отличаются элементами конструкции и материалом. Запрессовочный крепеж для листового металла имеет низкую круговую канавку, препятствующую провороту крепежного элемента, изготавливается из нержавеющей стали, стали без покрытия и с гальванической оцинковкой. Запрессовочный крепеж для печатных плат, который также называют самопрошивным/самопрошивочным (self-broaching), имеет цилиндрическую насечку, за счет которой

Основные виды запрессовочного крепежа по материалу изготовления — из нержавеющих сталей AISI серии 300 (стандартные позиции) и AISI серии 400 (упрочненные стали для запрессовки в листы из нержавеюбщих сталей), из стандартных конструкционных сталей без покрытия, с оцинковкой, с оловянным покрытием (луженая сталь) из латуни.