1.1 Schroefdraad in dunne plaat Bout-moer verbindingen worden toegepast voor het demonteerbaar bevestigen van componenten en plaatdelen. Daar losse moeren en ringen het productieproces vertragen en bij service zoekraken of in het product kunnen vallen, wordt waar mogelijk de schroefdraad onverliesbaar in het plaatdeel geïntegreerd (figuur 1 t/m 3). HOOFDSTUK 1 Technische informatie schroefdraad in dunne plaat Schroefdraad kan op verschillende manieren in het plaatdeel aangebracht worden. In verband met de continue vraag naar kostenreductie en de steeds strenger wordende milieueisen en ARBO wetgeving heeft het mechanisch integreren van schroefdraadbevestigers de voorkeur (tabel 4). Figuur 2: Inpersfelsmoer Figuur 3: Inpersmoer Figuur 1: Blindklinkmoer
Voordelen van het mechanisch aanbrengen van schroefdraad in dunne plaat: Montage in een geboord, gelaserd of gestanst gat, resulterend in een nauwkeurige positionering van de bevestiger. Schoon productieproces, geen lasspetters, lasdampen of laswarmte. Blindklinkbevestigers Voor het éénzijdig (vanaf één zijde) aanbrengen van schroefdraad in plaatmateriaal zijn verschillende schroefdraadbevestigers ontwikkeld, ieder met specifieke eigenschappen. Eénzijdige montage wordt met name toegepast als het product slechts vanaf één zijde bereikbaar is of te groot is, zodat het product niet onder een pers gebracht kan worden. Bij het aanbrengen van deze vorm van schroefdraad hoeft het te verbinden materiaal slechts vanaf één zijde bereikbaar te zijn (figuur 5). Laag energieverbruik. Visuele kwaliteitscontrole. De te verbinden materialen hoeven niet voorbehandeld of gereinigd te worden. Een oppervlaktebehandeling (bijvoorbeeld een zinkof laklaag) wordt niet beschadigd. Blindklinkbevestigers zijn na oppervlaktebehandeling te plaatsen. Aluminium blindklinkmoeren kunnen bijvoorbeeld goed in aluminium (extrusie) profielen worden geplaatst, zodat er geen contactcorrosie optreedt (zie figuur 6). Ook kunnen de blindklinkbevestigers in ronde buizen worden toegepast, waardoor een hoog overdraaimoment wordt gerealiseerd (zie figuur 7). Een nabehandeling is niet nodig daar de verzinkte moer in verzinkte plaat aangebracht kan worden. Een sterke verbinding met voldoende draadgangen en sterkteklasse naar keuze. Automatiseerbaar met volggereedschap en robots. Figuur 6: Blindklinkmoeren in een extrusieprofiel Tabel 4: Voordelen van het mechanisch aanbrengen van schroefdraad Figuur 7: Blindklinkmoeren in een buis Figuur 5: Eénzijdige montage. Het gereedschap wordt naar het product gebracht.
Productietechnische eisen kunnen zijn: Automatiseerbaarheid Bereikbaarheid (éénzijdig, tweezijdig) Randafstand Gatafmetingen Verwerkingssnelheid (aantal verbindingen per tijdseenheid) De productietechnische consequenties van een keuze worden vaak onderschat terwijl die vaak bepalend zijn voor de productie-efficiëntie en daarmee voor de kostprijs van een product. Het analyseren van het gehele assemblageproces is noodzakelijk om tot een optimale keuze te komen. Figuur 8: Tweezijdige montage. Het product wordt naar het gereedschap gebracht. Inpersbevestigers Ook voor het tweezijdig aanbrengen van schroefdraad in plaatmateriaal zijn verschillende inpersbevestigers ontwikkeld. Het aanbrengen van inpersbevestigers door middel van een onderaambeeld en een bovenstempel is vaak de snelste, sterkste en kwalitatief beste methode voor het aanbrengen van schroefdraad in dunne plaat. Voorwaarde is wel dat het product (van beperkte afmetingen) handelbaar is, zodat het naar de pers gebracht kan worden en de plaat vanaf twee zijden bereikbaar is (figuur 8). 1.1.1 Programma van eisen Een belangrijk aandachtspunt bij het selecteren van een schroefdraadbevestiger is een zorgvuldige afweging van mogelijkheden en beperkingen van de verschillende systemen. Voor een weloverwogen keuze is een zorgvuldig opgesteld programma van eisen (PvE) onontbeerlijk. Dit programma van eisen dient uit functionele- en productietechnische eisen en wensen te bestaan. Functionele eisen kunnen zijn; Te verbinden materialen Sterkte van de verbinding zoals - Uittrekwaarde - Doordraaimoment - Aandraaimoment Corrosiebestendigheid 1.2 Te verbinden materialen Schroefdraadbevestigers worden vervaardigd van verschillende materialen voor gebruik in verschillende materialen. Voor een goede integratie van de schroefdraad in de plaat zijn met name de plaatdikte en hardheid van belang. Op de desbetreffende productpagina s staat vermeld voor welke plaatdiktes en hardheden de schroefdraadbevestigers geschikt zijn. 1.3 Inpersen in roestvaststaal Het bewerken van of bevestigen aan roestvaststaalplaat is een uitdaging. Roestvaststaal is van nature hard en taai. De taaiheid van het materiaal biedt weerstand tegen koud vervormen en zorgt er voor dat bij het inpersen van bevestigers in roestvaststaal de bevestigers onvoldoende vastzitten. De standaard (ongeharde) inpersbevestigers van roestvaststaal kunnen worden toegepast in plaatmateriaal met een maximale hardheid van 70 Rockwell B. Praktisch alle roestvaststaalsoorten overschrijden deze hardheid. Om toch een goede verbinding te waarborgen adviseren wij inpersbevestigers van gehard roestvaststaal toe te passen. Daarnaast is het voor het koud vervormen van belang om de nadruktijd van de pers op de juiste manier in te stellen. Iedere PEMSERTER inpersmachine is voorzien van een mechanisme waarmee deze nadruktijd eenvoudig is in te stellen. Ook de toegepaste stempels en aambeelden zijn belangrijk. Voor inpersbevestigers van gehard roestvaststaal zijn specifiek aangepaste aambeelden en stempels beschikbaar. Deze dwingen het plaatmateriaal te vloeien in de ondersnijding van de inpersbevestiger waardoor een betere verbinding wordt verkregen.
1.4 Sterkte De sterkte van de schroefdraadverbinding is niet alleen afhankelijk van de materiaalkwaliteit van de gekozen schroefdraadbevestiger en bout, maar ook van de verbinding tussen de schroefdraadbevestiger en de plaat. De uittrekwaarde en het doordraaimoment (figuur 9 en 10) zijn een goede indicatie voor de sterkte van de verbinding tussen de schroefdraadbevestiger en het plaatmateriaal. Op de productpagina s worden van de meeste schroefdraadbevestigers de specifieke uittrekwaarden en doordraaimomenten vermeld. De sterktewaarden vermeld op de productpagina s zijn indicatief daar zij beïnvloed worden door de hardheid van het plaatmateriaal, plaatdikte, gatafmeting, randafstand en installatiekracht. Aandraaimoment: Aanbevolen aandraaimoment bij een bout met sterkteklasse 8.8. Figuur 11: Aandraaimoment De sterkteklasse van de schroefdraadbevestiger bepaalt in belangrijke mate de treksterkte en het aandraaimoment (figuur 11) van de schroefdraadverbinding. In tabel 12 vindt u de richtlijnen voor het aandraaimoment voor bouten en moeren van de verschillende sterkteklassen. Aandraaimoment bij sterkteklasse Schroefdraad afmeting 6.9 8.8 10.9 Uittrekwaarde: Kracht benodigd om de bevestiger uit het moedermateriaal te trekken. Het moedermateriaal dient met een ring tegengehouden te worden. De ring dient 3x de diameter van de bevestiger te zijn. Figuur 9: Uittrekwaarde M3 (x 0,5) 1,1 Nm 1,3 Nm 1,8 Nm M3,5 (x 0,6) 1,6 Nm 1,9 Nm 2,7 Nm M4 (x 0,7) 2,4 Nm 2,9 Nm 4,1 Nm M4,5 (x 0,75) 3,5 Nm 4,1 Nm 5,8 Nm M5 (x 0,8) 4,8 Nm 5,7 Nm 8,1 Nm M6 (x 1) 8,4 Nm 9,9 Nm 14,0 Nm M7 (x 1) 14,0 Nm 16,0 Nm 23,0 Nm M8 (x 1,25) 21,0 Nm 24,0 Nm 34,0 Nm M8 x 1 22,0 Nm 26,0 Nm 37,0 Nm M10 (x 1,5) 40,0 Nm 48,0 Nm 68,0 Nm M10 x 0,75 48,0 Nm 57,0 Nm 80,0 Nm M10 x 1 45,0 Nm 54,0 Nm 75,0 Nm M10 x 1,25 43,0 Nm 51,0 Nm 72,0 Nm M12 (x 1,75) 71,0 Nm 85,0 Nm 120,0 Nm M12 x 1 82,0 Nm 97,0 Nm 135,0 Nm M12 x 1,25 79,0 Nm 93,0 Nm 130,0 Nm M12 x 1,5 75,0 Nm 89,0 Nm 125,0 Nm Doordraaimoment: Moment benodigd om de bevestiger in het moedermateriaal te laten draaien, zonder beïnvloeding van de klemkracht (na installatie). Tabel 12: Aandraaimomenten voor standaard bouten. De opgegeven waarden zijn maximale waarden, de minimale waarde is 7% lager. Wrijvingscoëfficiënt is: µ=0,14. Achter de schroefdraadafmeting staat de spoed van de draad tussen haakjes, indien het een normale schroefdraad is. Is het een fijne schroefdraad, dan staat de aanduiding niet tussen haakjes. Figuur 10: Doordraaimoment 10
1.5 Corrosiebestendigheid Corrosiebestendigheid wordt een steeds belangrijkere eis. Bij corrosie wordt onderscheid gemaakt tussen atmosferische en galvanische corrosie. Atmosferische corrosie onstaat doordat de schroefdraadbevestiger in contact komt met stoffen die zich in de lucht of vloeistof bevinden. Galvanische corrosie wordt veroorzaakt door het potentiaalverschil tussen de metalen die met elkaar in contact zijn. Een groter potentiaalverschil resulteert in een snellere aantasting van het materiaal. Schroefdraadbevestigers zijn leverbaar in diverse corrosiebestendige materialen zoals aluminium, roestvaststaal en monel. Stalen bevestigers zijn leverbaar met verschillende oppervlaktebehandelingen. Monel is een nikkel-koper legering, die in bepaalde omstandigheden beter corrosiebestendig is dan roestvaststaal (figuur 13). Indien roestvaststalen (rvs) bouten worden toegepast in combinatie met Monel High torque blindklinkmoeren, wordt het vreten van de rvs bout in de schroefdraadbevestiger voorkomen. Figuur 13: Corrosiebestendigheid Vanuit corrosie oogpunt is het wenselijk dat het materiaal of de oppervlaktebehandeling van de schroefdraadbevestiger van hetzelfde materiaal vervaardigd is als het plaatmateriaal. Als de schroefdraadbevestiger om (productie)technische redenen van een ander materiaal vervaardigd moet zijn dan het plaatmateriaal, kan de beste materiaalcombinatie aan de hand van tabel 14 vastgesteld worden. Materiaal bevestigingsmiddel Te bevestigen materialen verzinkt staal aluminium martensitisch roestvaststaal (AISI 410) austenitisch roestvaststaal (AISI 302/304) monel verzinkt staal staal aluminium en aluminium legeringen koper ferritisch roestvaststaal (AISI 430) austenitisch roestvaststaal (AISI 302/304) Corrosie van de te bevestigen materialen wordt niet beïnvloed door het bevestigingsmiddel. Corrosie van de te bevestigen materialen wordt niet beïnvloed. De nabehandeling van het bevestigingsmiddel wordt aangetast, zodat blank metaal overblijft. Corrosie van het bevestigingsmiddel wordt verhoogd door de te bevestigen materialen. Corrosie van de te bevestigen materialen wordt slechts weinig verhoogd door het bevestigingsmiddel. Corrosie van de te bevestigen materialen kan aanzienlijk verhoogd worden door het bevestigingsmiddel. Corrosie van de te bevestigen materialen wordt niet beïnvloed. Corrosie van het bevestigingsmiddel wordt verhoogd door de te bevestigen materialen. Niet aan te bevelen. Tabel 14: Richtlijn galvanische corrosie 11
1.6 Gatafmeting De juiste gatafmeting en -vorm zijn essentieel voor een sterke verbinding. Geponste of gelaserde gaten (zonder braam) genieten de voorkeur boven geboorde gaten, omdat de gatkwaliteit meestal beter is. Indien mogelijk dienen inpersmoeren aan de ponszijde van de plaat ingeperst te worden (figuur 15). De afstand van de schroefdraadbevestiger tot een opstaande rand kan kritisch zijn in verband met de bereikbaarheid met het gereedschap (figuur 17). ØH1 ØH 1 < ØH 2 ØH2 Figuur 17: Relatie omgezette rand en diameter van gereedschap Figuur 15: Ponsgat 1.7 Randafstand In verband met het radiaal uitzetten van blindklinkmoeren en het vloeien van het plaatmateriaal bij inpersmoeren verdient het aanbeveling de schroefdraadbevestigers niet te dicht bij de plaatrand te plaatsen (minimaal de kopdiameter Ø H van de schroefdraadbevestiger, zie figuur 16). één zijde twee zijden drie zijden Figuur 16: Randafstand 12
1.8 Schroefdraad in kunststoffen Losneembaarheid is een functionele eis die vaak door middel van schroefdraad kan worden gerealiseerd, maar heeft u reeds geprobeerd schroefdraad in kunststoffen aan te brengen? Niet zó eenvoudig of wel? Binnen ons productassortiment is een scala aan oplossingen te vinden, welke zeer geschikt zijn voor het aanbrengen van schroefdraad in kunststoffen. Met de juiste combinatie van bevestiger en gereedschap kunt u zowel de kosten als de kwaliteit van uw product verbeteren. Onderstaand worden een aantal innovatieve schroefdraadsystemen specifiek voor in kunststoffen vermeld. 1.8.1 Blinde oplossingen De innovatieve blindklinktechniek van het High torquesysteem biedt u de oplossing voor het aanbrengen van schroefdraad in kunststoffen. Aangezien (laminaat) kunststoffen in dikte kunnen variëren, is het van belang een systeem toe te passen waarbij de variatie in materiaaldikte geen kritische factor is voor de kwaliteit van de verbinding. High torque blindklinkmoeren en blinde spreidmoeren zijn zeer flexibel door het grote klembereik (multigrip). Tevens hebben de High torque blindklinkmoeren een uitstekende gatvullende werking (hoog overdraaimoment), dit in tegenstelling tot de standaard blindklinkmoeren. Ook wordt van deze multigrip eigenschap optimaal gebruik gemaakt door de moeren te zetten met het bijbehorende koppelgestuurde of krachtgestuurde gereedschap. Met dit gereedschap behoort slag instellen tot het verleden. metrische schroef met behulp van een hand-, elektrische of pneumatische schroevendraaier. Hierdoor ontstaat een bevestiging die, afgedicht door Neopreen, bestand is tegen lekken, trillingen en schokken. Om mogelijkheid van het meedraaien van de blindklinkbevestiger te voorkomen, dienen er bij gebruik van 'blinde' oplossingen geen chemische borgmiddelen te worden toegepast. 1.8.2 Inserts Ons programma inserts voor kunststoffen bestaat uit drie gepatenteerde productontwerpen. Dit stelt u in staat om voor elke toepassing de meest geschikte insert te kiezen. Onze inserts kunnen voor het spuitgieten in de matrijs worden geplaatst (schuiven i.p.v. schroeven), dan wel achteraf in het spuitgietstuk geperst of geschroefd worden. De inserts zorgen voor een sterke en slijtvaste schroefdraad in materialen variërend van standaard thermoplasten en thermoplastisch schuim tot reactie spuitgietstukken, GRP en thermohardende kunststoffen. De blinde neopreen moer bestaat uit een sterke veerkrachtige neopreen huls voorzien van een messing binnendraad. De huls zet uit door middel van het indraaien van een standaard 13
1.9 Monel Monel 400 / NiCu30Fe Werkstof nr. 2.4360 Ter vergelijking: Staal C10 (werkstof nr.: 1.0301) Trekvastheid = circa 640 N/mm 2 Rekgrens = circa 250 N/mm 2 De keuze van de juiste bevestiger voor een toepassing krijgt steeds meer aandacht. Niet alleen moet een bevestiger worden gekozen welke voldoet aan bepaalde sterkte-eisen of materiaalspecificaties, maar ook moet een bevestiger gekozen worden welke de kosten per verbinding tot een minimum beperkt. Wordt bovendien de eis gesteld dat de verbinding corrosiebestendig dient te zijn, dan wordt de keuze nog moeilijker. Monel is een zeer corrosiebestendig materiaal met de volgende chemische samenstelling: Materiaal Percentage Nikkel (Ni) 66,5% Koper (Cu) 31,5% IJzer (Fe) 1,25% Koolstof (C) 0,15% Mangaan (Mn) 1% Silicium (Si) 0,25% Zwavel (S) 0,12% Monel wordt wegens de uitstekende eigenschappen van vastheid en de corrosiebestendigheid gebruikt voor de produktie van chemische apparatuur, beitsbakken, stoomturbineschoepen en ventielen. Verdere toepassingsgebieden zijn versterkingen op zeeschepen (zeewaterbestendig), tanks voor benzine en water, geisers en warmtewisselaars. In de lucht- en ruimtevaartindustrie wordt Monel vanwege zijn uitzonderlijke warmtevastheid ingezet. Fysische eigenschapen: Dichtheid: 8,83 kg/dm 3 Smelttemperatuur: 1.300 C - 1.350 C Curietemperatuur: -7 C - 10 C (= grenstemperatuur tussen magnetische en nietmagnetische toestand) Elektrisch geleidingsvermogen: 2.08 S/mm 2 (20 C; S = Siemens) Elektrische weerstandswaarde: 0.480 x mm 2 /m Mechanische eigenschapen: Trekvastheid = circa 700-800 N/mm 2 Rekgrens = circa 340 N/mm 2 Aluminium AlMg5 (werkstof nr.: 3.3555) Trekvastheid = circa 300 N/mm 2 Rekgrens = circa 110 N/mm 2 Roestvaststaal X5CrNi18 10 (werkstof nr.: 1.4301) Trekvastheid = circa 500-700 N/mm 2 Rekgrens = circa 200 N/mm 2 De trekvastheid van Monel bereikt tenminste het maximum van gebruikelijke chroom-nikkel-stalen, maar de rekgrens is veel beter dan roestvaststaalsoorten! Daarbij vindt tot en met 400 C alleen een heel onbeduidende vermindering van de vastheid plaats (hoge warmtevastheid). Als er lage temperaturen bereikt worden, stijgen de waarden van de mechanische vastheid zonder het optreden van brosheid. Monel is goed koud te vormen. Door een koude omvorming worden vastheid en hardheid verhoogd. Corrosiebestendigheid: Monel 400 = NiCu30Fe is in het algemeen uiterst corrosiebestendig, b.v. tegen zeewater, zoetwater alsook tegen gedestilleerd water en in het bijzonder ook bij hogere stroomsnelheden (scheepsschroef, ventielen, warmtewisselaars, enz.). Installaties van de chemische of petrochemische industrie worden vaak met zeewater gekoeld (b.v. olieplatformen). Daarom ligt hier een belangrijk toepassingsgebied van Monel. Zelfs na 30 jaar werden aan zeehavenversterkingen van Monel geen sporen van corrosie ontdekt. Corrosieomvang van Monel in zeewater: 0.003 mm/jaar. Monel 400 is bovendien corrosiebestendig tegenover de meeste organische zuren, zwavelzuur, alkalische oplossingen, ammoniumsulfaten (NH 2 SO 4 -meststoffen), ammoniumchloride (NH 4 Cl-salmiak), H 2 SO 4, neutrale en alkalische zoutoplossingen, fluorwaterstofzuur (HF) en kwik (Hg). Monel 400 is één van de weinige materialen, welke corrosie resistent is tegenover zoutzuur (HCl). Er bestaat geen gevaar van contactcorrosie. 14