Czy to przemysł samochodowy, lotniczy, czy budowa maszyn, obowiązuje wspólny trend, którym jest projektowanie i produkcja coraz lżejszych konstrukcji. Materiały powinny ważyć coraz mniej, ale konstrukcja musi zachować sztywność i odpowiednie parametry wytrzymałościowe.

Zobacz poniżej galerię zdjęć!

Dążenie do uzyskania lekkiej i sztywnej konstrukcji jest szczególnie widoczne w przemyśle samochodowym. Coraz więcej wyposażenia związanego z komfortem pasażerów i bezpieczeństwem biernym powoduje wzrost masy pojazdów. Konieczne staje się szukanie oszczędności dotyczących masy karoserii. Coraz częściej lekkie materiały, takie jak aluminium, tworzywa sztuczne wzmacniane magnezem i włóknami (FRP), zastępują klasyczne stopy stalowe. Dodatkowo łączone są ze sobą różne materiały, takie jak aluminium, magnez, tworzywa sztuczne oraz stale o wysokiej wytrzymałości. Dotychczas stosowane połączenia spawane, lutowane i zgrzewane coraz częściej niestety nie mogą być wykorzystywane do łączenia tak różnych materiałów. Co prawda, długo jeszcze zgrzewanie i lutospawanie nie znikną z procesu produkcji karoserii samochodowych, jednak coraz powszechniejsze staje się łączenie elementów karoserii w technologii „na zimno”. Oznacza to wprowadzenie klejenia i nitowania karoserii.

Technologia łączenia
W przypadku połączeń nitowanych stosowanych w produkcji karoserii samochodowej nit nie jest zakuwany. Proces polega na wciśnięciu nitu w łączone materiały i zablokowaniu tak, aby można było uzyskać trwałe i sztywne połączenie.
W zasadzie po przebiciu się przez wszystkie warstwy elementów karoserii zachowuje on swój oryginalny kształt. Dzięki temu, że nit posiada odpowiedni kształt oraz parametry wytrzymałościowe, możliwe jest wciśnięcie go w łączone przekroje materiału. Trzon nitów przebijających jest podobnej średnicy jak ich głowa. Są one wykonywane z materiału o lepszych parametrach (granica plastyczności) niż łączony materiał. W technologii nitowania stosuje się wiele różnych materiałów: stal, stal nierdzewną, stopy aluminium, a nawet materiały pochodzenia ceramicznego.

Zastosowanie w produkcji
Nitowanie wykorzystywane jest przez konstruktorów zarówno jako technologia dodatkowego usztywnienia połączenia elementów, jak i połączenia wykonywanego z jednoczesnym zastosowaniem wypełnień tłumiących, klejących lub uszczelniających. Bywa, że łączenie tą technologią nie spełnia oczekiwanych warunków wytrzymałościowych i konieczne jest zastosowanie klejenia. Takie połączenia nazywane są hybrydowymi. Można nawet stwierdzić, że w przypadkach gdy masa klejąca aplikowana jest na dużej powierzchni łączonych elementów, nity pełnią rolę punktów stabilizujących i podtrzymujących elementy w określonym położeniu do momentu utwardzenia masy. W szczególnych przypadkach nitowanie stosowane jest nawet do łączenia elementów wykonanych z blachy wraz z cienkościennymi odlewami ciśnieniowymi. Ważną cechą nowoczesnych technologii nitowania jest możliwość wielowarstwowego łączenia elementów o różnych grubościach.

Praktyka warsztatowa
Połączenia nitowane, a w szczególności mieszane – nitowanie wraz z klejeniem – wykazują znakomite parametry mechaniczne, a co najważniejsze, wykonywane są bez dostarczania ciepła, które niekorzystnie wpływa na zachowanie jakości stosowanych materiałów. Poza technicznymi właściwościami połączeń dochodzi jeszcze aspekt ekonomiczny.
Okazuje się, że połączenia nitowane są tańsze od laserowego spawania blach wykonanych ze stopów aluminiowych. W praktyce dzięki temu można połączyć blachy ze stali wysokogatunkowej, ze stali nierdzewnej, powlekane i niepowlekane, ocynkowane, ze stopów aluminium, dwie lub więcej warstw – nawet do 9 mm całkowitej grubości. Cały proces może odbyć się podczas jednej operacji, bez wstępnego wykonania otworów. Wstępne wiercenie otworów w blachach przed nitowaniem zastąpiono dziurkowaniem w momencie nitowania. Stosuje się matrycę do wciskania nitów, która zapewnia optymalne łączenie elementów. Dziurkowanie jest wymagane dla zachowania odpowiedniej średnicy otworu w stosunku do nitów naprawczych. Pozwala na uzyskanie dobrego połączenia.

Urządzenia do nitowania stosowane podczas produkcji karoserii samochodowej są podobne do tych, które wykorzystywane są w warsztatach naprawczych w trakcie wymiany elementów. Oczywiście w fabryce inne jest ich mocowanie czy oprzyrządowanie pozwalające na możliwie znaczną mechanizację procesu, lecz część robocza jest bardzo podobna. Samo urządzenie nitujące to nie wszystko. Konieczne jest stosowanie odpowiedniego oprzyrządowania, które pozwala na obsługę pojazdów wielu marek. Na wyposażeniu podstawowym nitownic zwykle znajduje się wyposażenie uniwersalne, a to specjalizowane do poszczególnym marek i modeli trzeba dokupić.
Najpopularniejsze końcówki specjalizowane przeznaczone są do modeli marek: BMW, VW Group, Mercedes, Ford, Tesla, Jaguar-Land Rover. W przypadku tzw. ASO nie ma większego problemu, ponieważ zwykle wystarczy zaopatrzenie się w zestaw do danej marki i ewentualne uzupełnianie w przypadku pojawienia się nowych typów nitowania. Gorzej jak jest to serwis obsługujący wiele marek pojazdów.
Technologie typu lutospawanie czy zgrzewanie blach wysokogatunkowych jeszcze nie zadomowiły się na dobre w polskich warsztatach, a już konieczne staje się zaprzyjaźnienie z kolejnymi nowościami. Oby nitowanie znalazło swoje miejsce szybciej niż poprzednio wprowadzane technologie.

Bogusław Raatz

Tekst pochodzi z numeru 11/2019 miesięcznika "Nowoczesny Warsztat".