Способ крепления алюминиевых профилей

Методы механического соединения алюминиевых деталей

Соединение деталей друг с другом является важной и часто критической операцией при производстве изделий и конструкций из алюминиевых листов или профилей. Механические методы обеспечивают высокую прочность соединения, а также являются удобными при производстве и контроле качества. Кроме того, механические методы соединения алюминиевых деталей не требуют дорогого оборудования, удобны в применении и могут быть легко автоматизированы [1].

Основными типами механических соединений алюминиевых деталей являются:

• винтовые соединения;
• фальцовые соединения;
• заклепочные соединения.

Винтовые соединения

Типы винтовых соединений

Винтовые соединения относятся к разъемным соединениям. По своей конструкции они могут быть (рисунок 1):

• сквозными, выступающие с обеих сторон;
• сквозные, выступающие с одной стороны;
• не сквозные (слепые), выступающие с одной стороны.

Рисунок 1 – Конструкционные типы винтовых соединений [1]

Если приняты соответствующие меры против коррозии, то винтовые соединения являются вполне подходящими для компонентов из листового алюминия и алюминиевых профилей:

• Крепежные элементы должны быть выполнены из коррозионностойкой нержавеющей стали (группа сталей А2/А4).
• Поскольку алюминиевые сплавы имеют относительно низкую прочность на сжатие, поверхности контакта должны быть защищены путем применения шайб как под головку винта, так и под гайку.

Типы винтовых соединений для тонких листов

В дополнение к методам соединения типа “винт-гайка” тонкие листы могут соединяться вместе с применением большого количества различных резьбовых крепежных изделий (рисунок 2).

Рисунок 2 -Различные типы винтовых соединений для тонких листов [2]

С помощью крепежных изделий типа “винт-гайка” обеспечивается большие усилия скрепления. С другой стороны, специальные винты для тонкостенных деталей применяют, чтобы исключить операцию сверления при окончательной сборке, так как эти винты сами прорезают отверстие для себя.

Принцип работы самонарезающих винтов

Недостатком большинства тонкостенных соединений является очень ограниченная длина винта, которая несет нагрузку. Улучшить положение может формировании вокруг отверстия цилиндрического буртика, что и происходит при установке самонарезающего винта. Карбидный наконечник самонарезающего винта, у которого нет резьбы, действует как конусный пробойник, который вращается с большой скоростью и пробивает металл насквозь. В результате пластического деформирования металла листа вокруг отверстия формируется массивный буртик. Затем в этом отверстии самонарезающий винт нарезает резьбу и выполняет винтовое соединение (рисунок 3).

Рисунок 3 – Принцип установки самонарезающего винта [1]

Винтовые соединения для алюминиевых профилей

Для соединения деталей из алюминиевых сплавов чаще всего применяют винты из коррозионностойкой нержавеющей стали с головкой, которая приспособлена для крепления листовых материалов. Алюминиевые профили для соединения между собой или с листовыми материалами могут иметь продольные и поперечные винтовые каналы (или пазы) (рисунок 4).

Рисунок 4 – Винтовые соединения для алюминиевых профилей [1]

Фальцевые соединения

Принцип выполнения фальцевого соединения алюминиевых листов показан на рисунке 4.

Рисунок 5 – Этапы процесса выполнения фальцевого соединения
для листов с прямолинейной кромкой [1]

В зависимости от назначения могут выполняться различные формы фальцевых соединений. Ширина фальца имеет особое значение для каждого конкретного случая. Слишком узкий фальц имеет низкую прочность и низкую герметичность, а слишком широкий фальц приводит к чрезмерному расходу листового материала (рисунок 6).

Рисунок 6 – Ширина нахлеста в фальцевых соединениях:
неправильная (вверху) и правильная (внизу) [1]

Заклепочные соединения

Непрямая и прямая клепка

Долгое время соединение заклепками считалось устаревшим и неэкономичным. Однако в последние десятилетия 20 века соединение заклепками было заново открыто как эффективная технология, особенно в аэрокосмической технике. Для алюминия применяют методами непрямой и прямой клепки (рисунок 7). В процессе непрямой клепки детали соединяются путем притягивания друг к другу с помощью дополнительного соединительного элемента – отдельной заклепки. При прямой клепке одна из соединяемых деталей сама является заклепочным элементом и дополнительная отдельная заклепка не требуется.

Рисунок 7 – Типы клепки: непрямая и прямая [1]

Типы заклепок для непрямой клепки алюминия

В настоящее время для выполнения неразъемных (постоянных) заклепочных соединений применяется четыре основных типа заклепок для непрямой клепки:

• сплошные заклепки (рисунок 8);
• вытяжные (слепые) заклепки (рисунок 8);
• винтовые (резьбовые) заклепки (рисунок 8);
• самопробивные заклепки (рисунок 9).

Рисунок 8 – Три типа заклепок [1]

Рисунок 9 – Самопробивные заклепки [2]

Сплошная заклепка – это стержень с головкой на одном конце, а на другом его конце в процессе клепки пластически формуется другая, крепежная, головка. Такие заклепки могут применяться только для компонентов, которые имеют доступ с обеих сторон.

Слепая заклепка (вытяжная) состоит из одного или более элементов и требует доступ только с одной стороны.

Винтовая заклепка применяется для сильно нагруженных заклепочных соединений. Поэтому эти заклепки делают из высокопрочных материалов, которые не могут легко деформироваться при установке заклепки.

Самопробивная заклепка сами пробивают отверстие для своей установки и не требуют предварительно выполненного отверстия.

Применение различных головок заклепок

Заклепки различают по виду головки, которая формируется при установке заклепки. Для листового металла и легких конструкций, которые не требуют заклепок толще, чем 8 мм, обычно применяют такие крепежные головки как и головки на исходных заклепках. Алюминиевые заклепки диаметром до 8 мм легко поддаются холодной пластической деформации (рисунок 10).

Рисунок 10 – Различные типы заклепочных головок и их применение [1]

Принцип работы вытяжной (слепой) заклепки

Обычно вытяжная (слепая) заклепка состоит из полого стержня и вытяжного сердечника, который служит инструментом для формирования крепежной головки.

Заклепка устанавливается путем вытягивания сердечника с помощью специального инструмента – “заклепочника”. В результате из стрежня заклепки формируется крепежная головка (рисунок 11). Когда усилие вытягивания превысит некоторый уровень, сердечник обрывается в заданном месте. Место разрыва может внутри втулки или в головке заклепки.

Рисунок 11 – Принцип установки вытяжной заклепки [1]

Предотвращение гальваническая коррозия

Материалы механических крепежных элементов и соединяемые компоненты должны быть совместимы с точки зрения коррозии. Это означает, что детали, которые находятся в контакте друг с другом должны иметь близкие электрохимические потенциалы для предотвращения гальванической коррозии. Например, крепежные элементы из меди или латуни не подходят для соединения алюминиевых деталей.

Источник

Алюминиевый профиль как универсальный ресурс для сборки чего угодно. Часть 1

Еще недавно профиль типа Т-слот (T-slot) был не самым популярным, но после того, как его стали применять в конструкции многих моделей 3D-принтеров, он появился везде и всюду. Теперь он используется для сборки тех же 3D-принтеров, лазерных резаков, станков с ЧПУ.

Кроме того, профиль подходит для изготовления верстаков, осветительных приборов, даже рамок для фотографий, если, конечно, такая мысль возникнет. Давайте чуть изучим возможности профиля и посмотрим, для чего, кроме чисто строительных нужд, его можно применять. В первой части рассматриваются особенности профиля и соединений.

Почему профиль удобен?

В общем-то, если у вас прямые руки, то можно строить нужные конструкции из чего угодно, включая дерево, арматуру или обычный алюминий. Профиль же хорош тем, что он относительно недорогой и без проблем поддается модификациям. Все, что нужно мастеру — устройство для разрезания профиля и дрель для сверления отверстий в нем. Возможно, пригодится еще и приспособление для нарезания внутренней резьбы — иногда это нужно. Имея все это, можно собрать, что угодно — от мелких конструкций до масштабных систем.

Но одного профиля недостаточно — нужны еще специфические запчасти вроде креплений, гаек, болтов, стяжек и прочих аксессуаров. Большим плюсом является наличие в хозяйстве 3D-принтера — многие необходимые элементы можно распечатать самостоятельно.

Типы профилей и их особенности

Говоря о «профиле» мы подразумеваем одновременно несколько типов изделий из алюминия с разной геометрией. Чаще всего встречается профиль в форме квадрата или прямоугольника. Наиболее распространенная разновидность — профиль с квадратным сечением, продольным отверстием в центре и Т-образными пазами для «подключения» самых разных объектов.

Кстати, есть профили, изготовляемые по метрической системе, есть — по имперской. Называют профиль (в данном случае квадратный) по его размерности. Например, квадратный профиль с длиной стороны 20мм будет называться профиль 20Х20. Официально такой профиль называется «алюминиевый станочный профиль 20Х20».

Конечно, есть и другие формы профиля, некоторые из них весьма экзотические. Есть профили с полукруглым корпусом, есть — с треугольным. У каждой формы — собственное предназначение, все зависит от цели мастера и проекта. Пример такого проекта — ниже. Авторы его, семейная пара, собрали шикарный стол из профиля и ДСП.

Крепление к профилю

Чаще всего аксессуары вроде ножек или кронштейнов крепятся к профилю при помощи болтов и гаек, которые вставляются в пазы. Для крепления у мастера должен быть доступ к открытому концу паза профиля. Если нужно вставить дополнительный аксессуар между двумя другими гайками или паз заблокирован кронштейном, дело чуть усложняется — придется конструкцию разбирать. Правда, такие вопросы решаются и при помощи Т-гайки, это популярный крепежный элемент, который обеспечивает надежное соединение в любом профиле в системах из любых материалов. Об этом — ниже.

Проще всего сразу вкрутить болт в кронштейн, навернуть гайку, потом вставить конструкцию в паз профиля, установить на место и потом уже закрутить гайку. Здесь стоит учитывать длину болта — она должна быть такой, чтобы пройти через кронштейн и гайку, не касаясь профиля с другой стороны. Например, если толщина кронштейна 10мм, толщина гайки — 6мм, то длина болта в идеале должна составлять 15 мм. Если болт будет слишком коротким, то закрепить деталь надежно не удастся, более того, гайка может просто соскочить в самый неожиданный момент.

Что касается T-гаек, то у них есть большое преимущество по сравнению с любыми другими. Если оба конца профиля уже заняты или по какой-либо другой причине вставить крепление в паз с открытого конца нельзя, приходит на помощь Т-гайка. Она входит в паз без проблем, а затем, при закручивании болта, поворачивается на 90 градусов и застревает в пазу. Есть специализированные гайки с пружинами или установочными винтами. Есть и болты с Т-образной головкой.

Соединение профилей между собой

При необходимости концы профилей можно надежно закрепить друг с другом при помощи специальных коннекторов. Большинство вариантов соединений показаны вот в этом видео:

Крепления для профилей выполняются из алюминия или стали. Если есть возможность, их можно и распечатать на 3D-принтере, учитывая, конечно, цели и особенности каждого крепления.

В простейшем случае нужно просто соединить профиль при помощи линейного соединителя — полоски металла, которая вставляется в прорезь (слот).

Еще концы профилей можно закрепить без использования креплений. В этом случае используется болт, для чего требуется высверлить отверстия в закрепляемых профилях, вставить болт и затянуть его.

Аксессуары

Их огромное количество, продаются они там же, где и профили. Есть накладки, ножки, ролики, пружины, ручки и петли, равно, как и другие элементы. На любом сайте 3D-печати есть файлы как этих, так и любых других элементов для крепежей. Это могут быть держатели катушек, держатели для инструментов, лампы и т.п.

Главное, о чем нужно помнить, используя подобный элемент — для его закрепления нужна гайка, так что распечатайте или закупите достаточное их количество.

Где достать профиль?

Профиль можно купить во многих строительных и/или специализированных магазинах. Если есть возможность разрезать профиль, то лучше купить набор новых профилей, затем разрезав их по чертежу/схеме. В некоторых магазинах/мастерских вам могут нарезать профиль так, как нужно — естественно, за деньги.

Немного о 3D-печати креплений

Кронштейны и крепления можно печатать на принтере, о чем говорилось выше. Если есть достаточное количество пластика, можно распечатать и сам профиль. Т-гайки, о которых говорилось выше, тоже можно печатать.

Но здесь нужно быть осторожным. Каким бы хорошим и качественным ни был бы ваш принтер, пластиковые элементы никогда не будут такими же прочными, как металлические.

Еще один нюанс — профили от разных производителей могут чуть отличаться, поэтому и крепления для них будут другими. Крепление от производителя Х могут не подходить к профилям производителя Y.

В следующей статье расскажем и покажем, что можно сделать из профиля, учитывая информацию, изложенную здесь.

Источник