Klinczowanie blach – innowacyjna metoda wytrzymałego łączenia na zimno

Odpowiednie połączenie elementów stalowych decyduje o jakości i trwałości końcowego produktu. I choć wciąż najpopularniejszymi sposobami łączenia w zastosowaniach przemysłowych są zgrzewanie punktowe oraz spawanie, w przypadku blach coraz częściej do głosu dochodzi również technologia klinczowania, czyli przetłaczania punktowego.

Metody łączenia na ciepło mają niestety liczne ograniczenia związane m.in. ze słabą podatnością niektórych materiałów na tego typu techniki łączenia, zbyt cienką warstwą łączonych elementów czy wreszcie z dużą różnorodnością łączonych materiałów. Z problemami tymi nie spotkamy się w przypadku klinczowania (lub klinczingu), czyli technologii łączenia blach na zimno. I choć została ona opatentowana już ponad sto lat temu, na popularności zyskuje dopiero od dwóch, trzech dekad i z tego względu wciąż jest postrzegana jako metoda nowatorska.

Klinczing jako technika łączenia blach

Klinczowanie jest technologią łączenia blach i/lub profili na zimno bez użycia dodatkowego elementu złącznego (np. nitów czy śrub) w drodze miejscowego przetłaczania. Standardowo łączone są dwie warstwy blachy, choć możliwe jest również klinczowanie wielowarstwowe.

Proces klinczowania blach można podzielić na dwa etapy: tłoczenie i prasowanie. Łączone elementy kładzie się na matrycy, a następnie dociska z góry stemplem, powodując lokalne przetłoczenie (wciśnięcie w matrycę) aż do momentu zetknięcia się materiału z dnem matrycy. Wówczas rozpoczyna się proces prasowania, podczas którego materiał rozpływa się na boki do momentu wypełnienia przestrzeni pomiędzy stemplem a matrycą. Wówczas stempel powraca do pozycji wyjściowej, a boki matrycy rozchylają się, dzięki czemu można wyciągnąć połączoną część. W efekcie tego procesu powstaje zagięcie o różnej geometrii zwane klinczem.

klinczowanie blach
Jedną z zalet technologii klinczowania jest brak dodatkowych elementów złącznych (nitów, śrub), dzięki czemu jest to metoda szybka, tania i łatwa w obsłudze. źródło: Böllhoff

Co ważne, za pomocą tej technologii można łączyć elementy z różnych materiałów, np. stali (w tym stali szlachetnej), aluminium, a także metali nieżelaznych. Uzyskane połączenie w zależności od wybranego narzędzia może mieć kształt okrągły, prostokątny lub też trapezoidalny. Różnice dotyczą również wielkości połączenia – może mieć ono średnicę od kilku do nawet ponad 20 milimetrów.

Jaka trwałość połączenia?

O sukcesie technologii przetłaczania punktowego decyduje jakość i trwałość połączenia, a ta jest uzależniona od kilku parametrów. Przede wszystkim decydująca jest tu geometria powstałego przetłoczenia, zależna  m.in. od grubości dna przetłoczenia, grubości blachy wewnętrznej (od strony stempla) na ściance bocznej oraz grubości zamknięcia połączenia (tzw. zamka), które powstaje w wyniku wnikania zewnętrznej warstwy blachy w warstwę wewnętrzną w bocznej części przetłoczenia.

Generalnie można przyjąć, że trwałość klinczu jest tym większa, im większe są grubości zamka oraz ścianki bocznej przetłoczenia. Można je zwiększać, zwiększając siłę nacisku, a tym samym zmniejszając grubość dna przetłoczenia. Zbyt duży nacisk, a tym samym zbyt cienka warstwa łączonych materiałów na dnie matrycy może jednak doprowadzić do zerwania połączenia. Wpływ na wytrzymałość złącza ma również jego średnica: im będzie ona większa, tym większa będzie powierzchnia połączenia, a tym samym jego trwałość. Przekłada się to jednak na czas wykonania całego procesu.

Aby zminimalizować ryzyko powstawania pęknięć, siły nacisku i prasowania powinny być dopasowane do grubości łączonych materiałów. Jakiekolwiek pęknięcia na złączu są informacją, że dobrane parametry klinczowania nie są optymalne. Ponieważ w procesie klinczowania mogą być łączone materiały o różnych właściwościach, elementy grubsze i o większej twardości powinny być umieszczane od strony stempla, a więc podlegać mniejszemu rozciąganiu. Stosowanie dużych sił nacisku i prasowania może prowadzić również do większych naprężeń nie tylko łączonych materiałów, ale także narzędzi, które z czasem mogą ulec uszkodzeniu.

Poprawnie zrealizowane złącze klinczowane jest połączeniem nierozłącznym. Aby rozdzielić materiały, niezbędne jest zastosowanie np. wiercenia, a to powoduje, że ponowne ich połączenie w tym samym miejscu przy zastosowaniu tej samej technologii jest niemożliwe.

Zalety klinczowania – nie tylko kwestia oszczędności

Do najważniejszych zalet technologii klinczowania, które w dużej mierze zdecydowały o szybkim wzroście jej popularności, należą relatywnie niskie koszty sprzętu i eksploatacji. Nieprawdą byłoby jednak stwierdzenie, że to niski koszt procesu łączenia jest kluczową zaletą tej technologii.

Do istotnych zalet należy także wspomniana wyżej możliwość łączenia różnych metali (także ze sobą, np. stali z aluminium) – i to bez znaczącego obniżania ich właściwości wytrzymałościowych. Podczas procesu klinczowania nie ulega uszkodzeniu ochronna czy dekoracyjna powierzchnia powlekanych elementów, np. warstwa ocynkowania, lakieru czy folii. Same łączenia są powtarzalne i estetyczne, a brak oddziaływania cieplnego sprawia, że nie powstają potencjalne punkty korozyjne.

Sam proces łączenia jest dość łatwy i mało czasochłonny. Nie ma potrzeby wykonania żadnych prac wstępnych związanych z przygotowaniem materiału ani zabiegów wykończeniowych (np. usuwania naddatków z krawędzi spoiny). Narzędzia do klinczowania są proste w obsłudze, a samo stanowisko wymaga jedynie podłączenia do źródła sprężonego powietrza. Nie jest natomiast wymagane zasilanie energią elektryczną, co m.in. wpływa na niskie koszty eksploatacji. Mobilne narzędzia pozwalają na wykonanie połączenia praktycznie w każdych warunkach. Jest to też proces dużo bardziej ekologiczny od innych technologii łączenia, nie tylko ze względu na mniejszą energochłonność. Podczas łączenia do powietrza nie przedostaje się pył czy inne cząstki stałe; nie jest także wymagane stosowanie cieczy chłodzących. Wspomniany brak podłączenia do prądu sprawia ponadto, że klinczowanie może być z powodzeniem stosowane w strefach zagrożonych wybuchem, w których nie może dochodzić do iskrzenia.

Niezbędny sprzęt do klinczowania blach

Do wykonania połączenia blach metodą przetłaczania punktowego niezbędne jest narzędzie zwane klinczarką, na które składa się matryca i stempel. W ofercie rynkowej producentów można znaleźć narzędzia o różnych wymiarach, m.in. o różnych średnicach, promieniu stempla, kącie pochylenia czy głębokości matrycy. Różnice te mają decydujący wpływ na finalną wytrzymałość połączenia. Dobór odpowiednich parametrów powinien być uzależniony od rodzaju i grubości łączonych blach.

Na rynku dominują najprostsze, obsługiwane ręcznie klinczarki, które są ergonomiczne i można je łatwo przenosić w różne miejsca. Dysponują one napędem pneumatycznym, hydraulicznym bądź elektrohydraulicznym. Drugą grupę urządzeń do klinczowania stanowią stacjonarne maszyny o różnych wymiarach korpusu, które mogą realizować kilka połączeń jednocześnie. Wraz z obecnym trendem automatyzacji procesów produkcyjnych również technologia klinczowania ulega automatyzacji. Najbardziej zaawansowane rozwiązania posiadają sterowanie cyfrowe i pozwalają na częściowe lub całkowite zautomatyzowanie procesu łączenia, również przez zintegrowanie z robotem.

Klinczowanie coraz popularniejsze bez względu na branżę

Klinczing jest dziś wykorzystywany w coraz szerszym zakresie: zalety tej technologii wykorzystują firmy z przemysłu motoryzacyjnego (warto tu odnotować, że Mercedes-Benz był pierwszym koncernem, który postawił na tę metodę łączenia na większą skalę), lotniczego czy branży chłodniczo-wentylacyjnej. Klinczowanie jest wykorzystywane m.in. do produkcji wszelkiego rodzaju obudów urządzeń z branży RTV-AGD, elementów konstrukcyjnych różnych rusztowań i instalacji (m.in. w branży klimatyzacyjnej), prowadnic, a także drzwi i bram.

Liczne zalety tej technologii – w tym zwłaszcza względy ekonomiczne i ekologiczne – z całą pewnością będą dalszym motorem napędowym szybkiego rozwoju klinczowania. Już dziś można spotkać także rozwiązania modyfikujące tę technologię, np. przez łączenie jej z obróbką cieplną, dzięki czemu zakres jej zastosowań i użytych materiałów będzie się powiększał.


Wojciech Traczyk