Choć nie wiadomo, kto odkrył możliwość łączenia ze sobą różnych materiałów za pomocą nitów, to z pewnością można uznać, że sposób ten znali już starożytni. Świetnym przykładem łączenia ze sobą tysięcy ogniw z drutu jest przecież kolczuga, tak chętnie wykorzystywana przez wojowników. Wraz z rozwojem cywilizacji nitowanie zyskiwało na znaczeniu.

Stanowi ono – obok klejenia – jedną z najstarszych i najważniejszych technik łączenia. Nity to zazwyczaj trzpienie walcowe z łbami o różnym kształcie, najczęściej kulistymi, stożkowymi, grzybkowymi lub walcowymi. Umieszczony w otworze nit zakuwany jest – ręcznie lub maszynowo – przez spęcznienie trzpienia, tworząc zakówkę. Nity klasyfikowane są według typu (standard, zamknięte, rozprężone itp.), materiału (Al/Al, Al/Fe, Fe/ Fe itp.) oraz zastosowania (np. uniwersalne, chroniące przed wodą czy do materiałów miękkich). Wykorzystywane są w procesach łączenia m.in. metalu, drewna, skóry czy plastiku.

Odpowiednie do wymagań

Nity można podzielić na trzy grupy. Podstawowa to nity zrywalne, czyli klasycznie zbudowane z trzpienia i łba osadczego. Przy całej masie zalet ich słabą stroną jest konieczność nawiercania otworów w łączonych elementach. Pozwolą tego uniknąć nity przetłoczeniowe (wtedy mówi się też o nitowaniu bezotworowym, speed-pierce-rivetting lub SPR), które umożliwiają łączenie elementów bez konieczności wykonywania otworów. Przetłaczają one górne powłoki materiału, a ostatnia warstwa zostaje odkształcona w matrycy. Ich zaletą są m.in. modularność i łatwa integracja na linii produkcyjnej. Zawsze mają one kształt rurowy, pozostałe parametry jednak zapewniają dużo większą różnorodność – mogą mieć różną twardość, geometrię, pokrycie oraz kształt łba. Trzecia grupa to nity z gwintami. Gwint daje możliwość albo wkręcenia w niego śruby (tzw. nitośruby), albo osadzenia na nim nakrętki (nitonakrętki). Rozwiązania takie pozwalają na stosowanie połączenia gwintowego w blachach, profilach i innych komponentach cienkościennych. Są montowane „ślepo”, tzn. bez elementu przeciwstawnego, dzięki czemu mogą być zainstalowane także w wydrążonych profilach. Nitonakrętka łączy dwie cechy: jest osadzana jak zwykły nit, a jednocześnie w zamocowanym elemencie zawiera gwint wewnętrzny umożliwiający właśnie połączenie gwintowe.

Niciarka akumulatorowa Rivset Portable pozwala na tworzenie dowolnych kombinacji z jednym urządzeniem bazowymi

Zaletą połączeń nitowanych jest to, że nie występują w nich naprężenia własne, co pozwala na łączenie różnych materiałów. Złącze nitowe odznacza się wysokim napięciem wstępnym, znaczną podatnością i stosunkowo niską temperaturą procesu technologicznego. Z kolei do ich wad należy zaliczyć nierozłączność, osłabienie łączonych elementów poprzez nawiercanie otworów, kłopoty z uzyskaniem szczelności, trudności konstrukcyjne i pracochłonność. Nie bez znaczenia jest też konieczność użycia odpowiednich narzędzi i posiadania odpowiedniego doświadczenia przez odpowiedzialnego za ten proces pracownika.

Wśród rodzajów nitowania wskazuje się zwykłe (oba łby nitu wystają ponad powierzchnię łączonych elementów) oraz rurkowe i kryte (w obu łby są schowane pod powierzchnią połączonych części, przy czym kryte ma nieco gorsze właściwości wytrzymałościowe, jest więc rzadziej stosowane). Same połączenia nitowane można zaś podzielić na: stałe – przenoszące siły, które najczęściej występują w konstrukcjach stalowych budynków, żurawi i mostów; stałe i szczelne – wykorzystywane m.in. przy budowie kotłów niskociśnieniowych; mocno szczelne – stosowane w zbiornikach wysokociśnieniowych oraz pokryciach blaszanych w budowie pojazdów.

Zawsze trzeba pamiętać o podstawowej zasadzie obowiązującej przy stosowaniu połączeń nitowanych, zgodnie z którą nity muszą być z tego samego materiału co łączone nimi elementy.

Do zadań specjalnych

Poza nitami zwykłymi stosuje się wiele rodzajów nitów specjalnych, np. kadłubowe okrętowe o wzmocnionym łbie i stożkowym trzonie ułatwiającym uzyskanie szczelności i zabezpieczenia przed korozją. W przemyśle lotniczym z kolei wykorzystywane są niewielkie (o średnicy 9 mm) nity wybuchowe, czyli rozsadzane, generalnie znajdujące zastosowanie w miejscach niedostępnych, gdzie niemożliwe jest użycie odpowiednich narzędzi. Zasadniczo w małych mechanizmach używane są tzw. drobne nity pełne o średnicach od 0,6 do 1,6 mm i różnych łbach. Do łączenia pasów płaskich lub części ciernych (np. w hamulcach) wykorzystuje się nity pasowe, do skór i tworzyw sztucznych – nity rozwidlone niewymagające wykonywania otworów, a do łączenia części z tworzyw sztucznych lub drewna, narażonych na pękanie przy stosowaniu nitów pełnych – nity dwuczęściowe zamykane przez wtłaczanie.

Kolejna grupa nitów specjalnych przeznaczona jest do łączenia przedmiotów, które umożliwiają tylko jednostronny dostęp. Tego typu nity wykonuje się z miękkich stopów lub metali, np. miedzi. Ich stosowanie jest jednak dość kosztowne – nie są bowiem wytwarzane seryjnie, tylko powstają na potrzeby konkretnych przedsiębiorstw i do ściśle określonej produkcji, ponadto ich użycie często wymaga specjalistycznego oprzyrządowania.

Małe na zimno, większe na gorąco

Nity niewielkich rozmiarów można zakuwać na zimno. Większe, stosowane w bardziej zaawansowanych konstrukcjach, w których przenoszone są duże siły, zakuwa się na gorąco. Ta ostatnia metoda uwydatnia jednak wady złączy nitowych: osłabienie części łączonych, zwiększenie masy całej konstrukcji, dużą pracochłonność oraz wyższe koszty materiału i wykonania. Polega ona na zakuwaniu rozgrzanego do wysokich temperatur nitu, co wiąże się z koniecznością zachowania wysokiej staranności podczas wykonywania wszystkich czynności przedwstępnych. Ten sposób łączenia powoli jednak przechodzi do lamusa, a zastępują go połączenia spawane lub zgrzewane.

Nie można tego powiedzieć o nitowaniu na zimno. Choć mniej skuteczna od termicznej, metoda ta w wielu wypadkach jest zupełnie wystarczająca lub wręcz niezbędna. Nie do wszystkich materiałów bowiem można użyć wysokich temperatur. W ten sposób łączy się, oprócz metalu, skóry, drewno i inne tworzywa czułe na zmiany temperatury. Przy metodzie na zimno większą rolę odgrywa siła i nie występuje tu efekt ścięcia po wystygnięciu materiału. Można ją stosować przy niewielkich konstrukcjach i wszędzie tam, gdzie nie są wymagane wysokie parametry łączenia.

Ręcznie lub maszynowo

Młot i stempel nitujący zaczęły tracić na znaczeniu od 1865 r., kiedy to William Fairbairn skonstruował pierwszą maszynę do nitowania. Dziś, w zależności od rodzajów nitów, używa się nitownic pneumatycznych lub akumulatorowych. Na przykład model nitownicy akumulatorowej Rivset Portable firmy Böllhoff pozwala na tworzenie dowolnych kombinacji z jednym urządzeniem bazowym. Głowice do nitowania przetłoczeniowego można wymieniać w miejscu użytkowania, co ułatwia korzystanie z niego w dedykowanych aplikacjach, tj. przy budowie prototypów, naprawach lub wykończeniach. Kolejnym krokiem w rozwoju technologii nitowania, zgodnym z założeniami automatyzacji procesów, jest używanie do tego celu odpowiednich robotów.

Urządzenie nitujące firmy Titgemeyer wykorzystujące robota Universal Robot UR10 umożliwia kontrolę procesu, w tym gromadzenie wszystkich dotyczących go danych

Ze względu na budowę maszyn wśród nitownic (zwanych również niciarkami) wyróżnia się kolumnowe, wspornikowe i z dodatkowym zabezpieczeniem – stosowanym wówczas, gdy nitownica uruchamiana jest przełącznikiem nożnym, a nie sterowaniem dwuręcznym, ponieważ nie jest zachowany bezpieczny odstęp stempla nitującego od elementu nitowanego (element musi być trzymany oburącz, więc start maszyny uruchamiany jest wyłącznikiem nożnym). Dla bezpieczeństwa bowiem pomiędzy stemplem nitującym a nitem musi być zachowany prześwit 4 mm. Dlatego też głowica nitująca jest konstruowana w taki sposób, by przy wystąpieniu niebezpiecznego ruchu stempla praca maszyny została natychmiast zatrzymana i wrzeciono wróciło do pozycji wyjściowej.

Zmieniały się i rozwijały nie tylko urządzenia, ale też sposoby zgniatania nitów. Ponad pół wieku temu inżynierowie z firmy Friedrich opracowali technologię nitowania radialno-punktowego. Jej podstawowe zalety to: niewielki nakład siły nawet przy dużym zakresie nitowania, cicha praca, równomierne formowanie nitu, zagwarantowana jakość połączenia i dobre wypełnienie otworów elementów nitowanych. W procesie tym następuje niewielka zmiana struktury materiału. Ze względu na wiele zalet technologia ta stała się powszechna w nitowaniu maszynowym.

Od lat 80. ubiegłego wieku do użycia weszły również współrzędnościowe maszyny nitujące CNC, wyróżniające się dowolnie programowalnymi punktami nitowania. Mogą to być maszyny ze stołem obrotowym (2- lub 4-pozycyjnym), systemem transportowym (z reguły wykonywanym na życzenie klienta), stołem maszynowym (te przeznaczone są głównie do nitowania dużych elementów), maszyny modułowe (dostarczane w dowolnych konfiguracjach, stosowane przy liniach produkcyjnych), pięcioosiowe (wykorzystywane w trudnodostępnych miejscach) i maszyny współpracujące z robotem.

Na przykład oferowana przez wspomnianą firmę Friedrich kontrola procesu nitowania Friedrich-Nietcontrol (FMW), obejmująca system sterowania nitownic radialno-punktowych z opatentowanym pomiarem parametrów nitu, sprawdza wszystkie mierzalne parametry połączenia nitowego, w tym długość drogi, siłę nacisku i czas nitowania. Istotne dane są nie tylko wyświetlane, ale też zachowywane z numerem danego programu, a błędy są odnajdywane i pokazywane w miejscu ich powstania. Wizualizacja procesu nitowania Friedrich-QAPV (Quality Assurance and Process Visualization) pozwala na stałe uaktualnianie wartości pomiarów i stosowanie ich do obliczania wydolności maszyny oraz procesu.

Podobnie jak większość procesów przemysłowych także nitowanie coraz częściej realizowane jest w sposób zautomatyzowany

Z kolei przykładem maszyny współpracującej z robotem jest zaprezentowane niedawno przez firmę Titgemeyer urządzenie nitujące, które wykorzystuje robota Universal Robot UR10. Przeznaczone jest do nitów o średnicy od 2,4 do 6,4 mm, dostarczane z kompletnym wyposażeniem i w 100% przygotowane do kontroli procesu, w tym gromadzenia wszystkich danych. Opcjonalnie umożliwia również automatyczną kontrolę obciążenia nitów. Dzięki wykorzystaniu robota łączenie jest precyzyjne, a pozycja nitowania bardziej elastyczna, ponadto pozwala on na szybką konfigurację i zmianę trybu pracy, współpracując przy tym z pracownikiem fabryki. Rozwiązanie to zaprojektowano przy współpracy firm motoryzacyjnych na całym świecie, głównie z myślą o tej właśnie branży.

Choć obecnie nitowanie w dużej mierze zastąpiono spawaniem, które jest metodą szybszą i skuteczniejszą, to wciąż w wielu przypadkach ten stary sposób łączenia jest trudny do wyeliminowania. Dotyczy to zwłaszcza łączenia elementów drobnych oraz konstrukcji ze stopów aluminiowych na zimno.