Połączenia nitowe – rodzaje i ich zastosowanie
Choć nitowanie jako technika łączenia elementów konstrukcyjnych przegrywa dziś coraz częściej z łączeniami spawanymi bądź zgrzewanymi, to jednak metoda ta wcale nie została porzucona. Wciąż połączenia nitowe z powodzeniem znajdują zastosowanie w określonych zastosowaniach przemysłowych.
- Połączenia nitowe należą do tradycyjnych metod łączenia dwóch lub więcej elementów
- Do nitowania stosuje się ręczne nitownice, nitownice pneumatyczne bądź maszyny nitujące sterowane numerycznie
- W połączeniach nitowych wykorzystywane są różne rodzaje nitów
- W praktyce połączenia nitowe mogą być wykonywane na zimno lub na gorąco
Patrząc np. na wieżę Eiffla czy Most Grunwaldzki we Wrocławiu, których elementy konstrukcji nośnych zostały ze sobą połączone za pomocą technologii nitowania, trudno sobie wyobrazić, że technika ta była stosowana o wiele, wiele wcześniej, niż powstały te budowle. Przykłady łączenia ze sobą różnych materiałów przy użyciu nitów można znaleźć w licznych narzędziach i urządzeniach codziennego użytku pochodzących nawet ze starożytności. Uznaje się, że połączenia nitowe należą do najstarszych, obok klejenia, trwałych technik łączenia.
Najkrócej połączenia nitowe można zdefiniować jako połączenie mechaniczne kilku elementów (niekoniecznie tylko dwóch) – najczęściej blach bądź kształtowników stalowych, ale też dźwigarów, wsporników, wiązarów oraz nierozdzielnych połączeń różnych części maszyn i przedmiotów. Z powodzeniem wykorzystywane jest przy budowie różnego rodzaju zbiorników, w tym także ciśnieniowych. W zastosowaniach przemysłowych technika nitowania najczęściej służy do łączenia elementów stalowych, ale wykorzystuje się ją także do trwałego łączenia np. elementów drewnianych, skórzanych czy wykonanych z tworzywa sztucznego.
Od ręcznego nitowania do maszynowego
Tradycyjne nitowanie polega na przebiciu lub wywierceniu otworów w łączonych ze sobą elementach, a następnie wstawieniu w nie nitów i zamknięciu ich przez utworzenie tzw. zakuwki (drugiego łba). Przez stulecia nitowanie polegało na ręcznym wykonywaniu otworów i dobijaniu w nich nitów najczęściej przy użyciu ciężkiego młotka i stempla nitującego. Ta czasochłonna, uciążliwa i generująca dużo hałasu metoda nitowania wraz z rozwojem technologicznym coraz częściej zastępowana była przez użycie prasy. Choć pozwoliło to ograniczyć rolę człowieka w procesie, to jednak wciąż jakość połączenia pozostawiała sporo do życzenia. Duża siła docisku prasy często bowiem deformowała strukturę materiału nitowanego. Wciąż też nitowaniu towarzyszył spory hałas.
Prawdziwą rewolucję przyniosło skonstruowanie w 1865 r. przez angielskiego inżyniera, konstruktora i wynalazcę Williama Fairbairna maszyny do nitowania – blachy kotłowej. Od tego czasu jednak postęp technologiczny przybrał na sile i współczesne niciarki nijak się mają do pierwszych nitownic. Na rynku dostępne są dziś bardzo różnorodne narzędzia do nitowania, różniące się np. budową czy wykorzystywanym napędem.
Najprostsze, ręczne nitownice mogą pracować w dowolnym położeniu, bez żadnego zasilania, są proste w obsłudze (choć wymagają użycia siły) i najczęściej wykorzystuje się je do wykonywania połączenia nitowego w pojedynczych zastosowaniach bądź trudno dostępnych miejscach. Nitownice pneumatyczne mają tę zaletę, że praktycznie nie wymagają użycia siły, dlatego są częściej używane na skalę przemysłową. Zapewniają też większą siłę zacisku i bardziej estetyczne wykończenie. Alternatywą dla nitownicy pneumatycznej są narzędzia akumulatorowe, których główną zaletą jest brak kabla, często utrudniającego pracę. Tego typu nitownice zapewniają nieco mniejszą siłę zacisku niż pneumatyczne.
Obecnie coraz powszechniejsze w użytku stają się maszyny nitujące sterowane numerycznie (CNC), które zapewniają dowolnie programowalne punkty nitowania, a co za tym idzie – wysoką precyzję całej konstrukcji nitowanej. Maszyny do nitowania z panelem sterującym są łatwe w obsłudze i pozwalają na archiwizowanie danych. Kolejnym krokiem w rozwoju technologii nitowania jest wykorzystanie do tego typu pracy robotów współpracujących z maszynami. Użycie robota zapewnia wysoką precyzję nitowania oaz możliwość szybkiego przekonfigurowania i zmiany trybu pracy.
Połączenia nitowe: rodzaje nitów w zależności od potrzeb
Dzieląc nity ze względu na budowę ich łebka, można wyróżnić nity z łbem kulistym (stosowane w konstrukcjach metalowych do trwałych połączeń), płaskim albo krytym (wykorzystywane wówczas, gdy powierzchnie łączonych elementów powinny być płaskie), a także soczewkowym (do połączeń cienkich elementów). Ze względu na materiał, z jakiego są wykonane, wyróżnia się nity aluminiowe, stalowe (w tym ze stali nierdzewnej lub kwasoodpornej) lub np. nity miedziane. Ważne jest, by zastosowane nity wykonane były z tego samego materiału co łączone elementy. Standardowe nity mają stalowy trzpień i aluminiowy łebek, ale przy delikatniejszych materiałach (drewno, tworzywo sztuczne) trzeba zrezygnować ze stali.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Kolejny podział wyróżnia nity zrywalne, przetłoczeniowe i z gwintami. Pierwsza grupa obejmuje klasyczne nity, które składają się z trzpienia i łba. Aby połączyć dwa elementy, należy najpierw wywiercić odpowiedni otwór, w którym następnie osadzany jest nit. I właśnie konieczność nawiercania otworów jest ich największą wadą, która przyczyniła się do stworzenia innego rodzaju rozwiązania. Nity przetłoczeniowe służą do łączenia lekkich materiałów lub kombinacji kilku rodzajów materiałów. W tej technologii nie ma konieczności wykonywania otworów (dlatego nazywana jest też nitowaniem bezotworowym). Nit przetłacza jedynie górną powłokę materiału, a dolna warstwa jest odkształcana w matrycy. Mimo braku otworów takie połączenie jest trwałe i szczelne. Trzecia grupa to nity z gwintami – technika łączenia polega tu na wkręceniu w nicie lub na nim śruby bądź nakrętki, które tworzą połączenie nitowane z gwintem wewnętrznym. Sam montaż polega na przekręceniu gwintu aż do odkształcenia łba nitu, który zaciska się wokół otworu montażowego. W tego typu połączeniach nie ma tzw. elementu przeciwstawnego, dlatego też najczęściej wykorzystywane są do elementów cienkościennych.
W przemysłowych zastosowaniach używa się wielu rodzajów nitów w zależności od konkretnych rozwiązań. W niektórych aplikacjach niezbędne jest zastosowanie nitu np. o wzmocnionym łbie czy stożkowym trzpieniu. Mamy także tzw. nity rozsadzane (wybuchowe), które są stosowane w miejscach trudno dostępnych, gdzie nie ma możliwości użycia wspornika podczas nitowania.
Połączenia nitowe: na zimno czy na gorąco
W praktyce połączenia nitowe mogą być wykonywane na zimno lub na gorąco. Przyjmuje się, że stalowe nity drobne o średnicy trzonu do 10 mm zamyka się na zimno, a nity większe, w których przenoszone są znacznie większe siły, zamykane są na gorąco poprzez nagrzanie ich w piecach stałych bądź przenośnych do temperatury 100 st.C. Nitowanie na zimno stosuje się z reguły do nitów aluminiowych i miedzianych oraz nitów o kształcie rurkowym i drążonych. W procesie nitowania na zimno nity mogą być montowane ciasno w otworze, a przy nitowaniu na gorąco średnica otworu powinna być nieznacznie większa (o ok. 1 mm). Ten drugi proces ze względu na konieczną wysoką temperaturę wymaga więcej staranności, jest bardziej pracochłonny, a przy tym osłabia łączone elementy. Dlatego też metoda ta jest stosowana coraz rzadziej. Nitowanie na zimno, choć daje mniej trwałe połączenie, w wielu przypadkach wystarcza, ponadto nie do wszystkich rodzajów materiałów można zastosować wysokie temperatury.
