Dobór i stosowanie nylonowych elementów mocujących

Urządzenia elektroniczne wymagają elementów mocujących służących do zabezpieczania płytek drukowanych i mocowania płytek rozszerzeń, paneli zamykających oraz innych zastosowań. Istnieje wiele rodzajów wkrętów, nakrętek i nitów wykonanych z różnych materiałów. Przy doborze elementów mocujących należy kierować się unikalnymi potrzebami zastosowań elektronicznych, w tym izolacją elektryczną, odpornością na korozję i drgania, wagą, właściwościami niemagnetycznymi czy potrzebą montażu bez widoczności.

W niniejszym artykule omówiono różne nylonowe elementy mocujące, ich dobór oraz zastosowanie. W celach ilustracyjnych przedstawiono przykłady elementów mocujących firmy Essentra Components, w tym wkręty, nakrętki, nity rozprężne, choinkowe elementy mocujące i nity zrywalne.

Dlaczego warto wybierać elementy mocujące z nylonu?

Terminem nylon określa się grupę wysokoparametrowych termoplastycznych liniowych poliamidów o wysokiej wytrzymałości mechanicznej, dobrej odporności na zmęczenie, uderzenia i korozję oraz doskonałych właściwościach izolacyjnych. Jest on również lekki w porównaniu z metalami takimi jak aluminium i zapewnia wyższą odporność na zużycie. Dzięki tym właściwościom idealnie sprawdza się w zastosowaniach elektronicznych. Redukcja wagi urządzeń elektronicznych staje się głównym celem podczas ich projektowania. Poluzowanie metalowego elementu mocującego w aktywnym urządzeniu elektronicznym może mieć katastrofalne skutki z punktu widzenia niezawodności i doświadczenia użytkownika, natomiast poluzowany, nieprzewodzący nylonowy element mocujący jest tylko uciążliwy.

Typy nylonu najczęściej używane w elementach mocujących do zastosowań inżynieryjnych to nylon 6 i nylon 6/6. Nylon 6 jest polimerem uzyskanym z wielu monomerów, zawierających po sześć atomów węgla. Wzór chemiczny nylonu to (C6H11NO)n. Nylon 6/6 składa się z dwóch monomerów, zawierających po sześć atomów węgla - stąd nazwa nylon 6/6.

Nylon 6/6 jest materiałem częściej stosowanym na elementy mocujące ze względu na niższy koszt i nieco szerszy zakres temperatur.

Typy elementów mocujących

Element mocujący pozwala na mechanicznie trwałe lub nietrwałe łączenie ze sobą co najmniej dwóch obiektów. Do popularnych mechanicznych elementów mocujących zaliczamy wkręty, nakrętki i nity.

Wkręt to element złączny, który wykorzystuje spiralny rowek (gwint) wycięty na zewnątrz cylindrycznego korpusu. Pasuje on do rowka w kształcie odwróconej spirali, wyciętego wewnątrz współpracującego otworu. Wkręcenie wkręta w gwintowany otwór powoduje jego wsunięcie w powierzchnię współpracującą. Specyfikację wkrętów zasadniczo określa się poprzez średnicę główną, skok gwintu, długość, typ łba i typ narzędzia używanego do wkręcania (ilustracja 1).

Ilustracja 1: wkręty dzieli się według typu łba, typu narzędzia używanego do wkręcania, średnicy głównej, skoku gwintu i długości. (Źródło ilustracji: autor, przy wykorzystaniu materiału firmy Essentra Components)

Skok gwintu to odległość, jaką pokonuje wkręt przy jednym obrocie lub odległość między wierzchołkami sąsiednich zwojów gwintu. W Stanach Zjednoczonych (USA) jest on powszechnie określany przez liczbę wierzchołków na jednostkę długości. W stosowanym w Ameryce Północnej ujednoliconym standardzie gwintów (UTS) jako jednostkę długości wykorzystuje się cale (in.). Specyfikację wkrętów UTS określa się na podstawie średnicy nominalnej i liczby wierzchołków; na przykład wkręt ¼-20 ma średnicę ¼ cala i 20 wierzchołków na cal.

Specyfikację wkrętów o średnicach mniejszych niż ¼ cala określa się za pomocą jednostki „gauge” przyjmującej wartości całkowitoliczbowe od 0 do 16. Im wyższa liczba gauge, tym większa średnica.

Średnicę główną wkręta/śruby można określić, mnożąc liczbę gauge przez 0,013 i dodając iloczyn do wartości 0,060 cala. Zatem wkręt/ nr 6 ma średnicę (6 * 0,013) + 0,060 tj. 0,138 cala (3,5mm).

Istnieje również standard metryczny, w którym wkręty są oznaczone literą M, po której następuje główna średnica wkręta w mm, a następnie skok gwintu w mm.

Przykładem wkręta nylonowego UTS 011024H100 firmy Essentra Components jest wkręt nr 10-24 z łbem sześciokątnym o długości 25,4mm (1 cala). Produkt 0401024HN firmy Essentra Components to pasująca nylonowa nakrętka sześciokątna nr 10-24. Elementy mocujące nr 10 mają średnicę główną 0,19 cala (4,826mm).

Wybór typów łbów zależy od zastosowania. Łby płaskie i owalne z otworami wpuszczanymi zapewniają powierzchnie bez krawędzi, które nie zaczepiają o odzież ani żadne przedmioty. Wkręty z łbem gniazdowym i wkręty z łbem walcowym soczewkowym mają zwykle większą wysokość łba i są często stosowane w otworach z pogłębieniem walcowym. Do przytrzymywania przewodów w listwach zaciskowych służą wkręty z płaskim dnem, takie jak wkręty bindujące, z łbem walcowym wypukłym i śruby z łbem półkolistym. Wkręty z łbem sześciokątnym i gniazdowym są przeznaczone do zastosowań wymagających dokręcania dużym momentem.

Najbardziej podstawowym typem nacięcia jest nacięcie proste, które służy do wkręcania wkrętakiem ręcznym. Łby krzyżowe Phillips, sześciokątne i gniazdowe często są przeznaczone do użycia z wkrętarkami elektrycznymi, zapobiegając ślizganiu się końcówki wkrętarki.

Nity

Nit jest niegwintowanym mechanicznym elementem mocującym, który łączy komponenty ze sobą. Istnieje wiele rodzajów nitów nylonowych, w tym nity rozprężne, jodełkowe lub inaczej choinkowe, wciskowe, klipsy montażowe wciskane oraz nity zrywalne. Istnieją nity montowane na stałe, demontowalne oraz jednostronne. Niezależnie od typu, wszystkie nity wymagają wstępnego nawiercenia otworu w łączonych elementach. Różne style nitów wykorzystują różne mechanizmy kotwiące. Na przykład w nitach rozprężnych SR-3075W firmy Essentra Components zastosowano trzpień rozpierający (ilustracja 2).

Ilustracja 2: nit rozprężny, taki jak SR-3075W, wykorzystuje do mocowania trzpień rozpierający. (Źródło ilustracji: autor, przy wykorzystaniu materiału firmy Essentra Components)

Po wprowadzeniu nitu rozprężnego do otworu i wciśnięciu łba, następuje rozparcie trzpienia i zakotwienie nitu. Specyfikacje nitów są określane z wykorzystaniem średnicy jego łba, jego długości, średnicy i zakresu zacisku. Zakres zacisku to grubość mocowanych komponentów, przy której nit będzie działał prawidłowo. Nit SR-3075W firmy Essentra Components ma średnicę łba 0,253 cala (6,4mm), długość 0,295 cala (7,5mm), średnicę 0,118 cala (3mm) oraz zakres zacisku od 0,197 do 0,236 cala (od 5 do 5,99mm). Ten typ nitu nylonowego można wyjąć przez pociągnięcie łba do góry.

Nit jodełkowy lub inaczej nit choinkowy, na przykład 27XT1250250 firmy Essentra Components do mocowania komponentów używa trzonu z wypustkami (ilustracja 3).

Ilustracja 3: wypustki nitów jodełkowych, takich jak 27XT1250250, są ustawione pod kątem, aby ułatwić wsunięcie do otworu i uniemożliwić wyjęcie nitu. (Źródło ilustracji: autor, przy wykorzystaniu materiału firmy Essentra Components)

Wypustki nitów jodełkowych są ustawione pod kątem, aby uginały się podczas wprowadzania, ale blokowały na obwodzie otworu, zapobiegając wyciągnięciu. Nity te można stosować do elementów metalowych, piankowych, gumowych, plastikowych, a nawet drewnianych.

Nit 27XT1250250 firmy Essentra Components jest przewidziany do otworu o średnicy 0,125 cala (3,18mm). Jego długość wynosi 0,321 cala (8,15mm), a zakres zacisku od 0,062 do 0,250 cala (od 1,58 do 6,35mm).

Innym rodzajem nitów jodełkowych są dwuczęściowe nity zapadkowe, takie jak BR1-226-01 firmy Essentra Components. Ten typ elementu mocującego dobrze sprawdza się w łączeniu cienkich komponentów. Jego działanie polega na połączeniu dwóch połówek nita zapadkowego w jeden element mocujący (ilustracja 4).

Ilustracja 4: ząbki dwóch elementów nitu zapadkowego BR1-226-01 łączą się ze sobą, tworząc sztywne połączenie. (Źródło ilustracji: autor, przy wykorzystaniu materiału firmy Essentra Components)

Nit BR1-226-01 firmy Essentra Components wymaga otworu o średnicy 0,281 cala (7,14mm). Jego długość wynosi 0,226 cala (5,74mm) a zakres zacisku od 0,235 do 0,297 cala (5,97 do 7,54mm).

Nity wciskowe, np. 61PR400600 firmy Essentra Components (ilustracja 5), zapewniają szybkie, niezawodne i trwałe mocowanie. Omawiane nity jednostronne nie wymagają dostępu do tylnej strony łączonych komponentów.

Ilustracja 5: wprowadzenie wstępnie przygotowanego trzpienia nitu 61PR400600 powoduje jego rozwarcie i zapewnia solidne oraz trwałe połączenie. (Źródło ilustracji: autor, przy wykorzystaniu materiału firmy Essentra Components)

Montaż nitów wciskowych polega na włożeniu korpusu nitu do otworu w panelu i wciśnięciu dołączonego trzpienia w zespół za pomocą narzędzia montażowego. Nit 61PR400600 firmy Essentra Components ma długość 0,445 cala (11,3mm) i jest montowany w otworze 0,187 cala (4,75mm). Jego zakres zacisku wynosi od 0,078 do 0,375 cala (od 1,98 do 9,53mm).

Klips montażowy wciskany lub inaczej klips strzałkowy 27AC0011 firmy Essentra Components to łatwy w instalacji element mocujący, umożliwiający zabezpieczanie części blaszanych lub lekkich komponentów bez użycia narzędzi (ilustracja 6).

Ilustracja 6: klips montażowy wciskany 27AC0011 idealnie nadaje się do łączenia ze sobą cienkich elementów metalowych lub lekkich komponentów. (Źródło ilustracji: autor, przy wykorzystaniu materiału firmy Essentra Components)

Instalacja sprowadza się do wepchnięcia korpusu nitu do wstępnie wywierconego okrągłego otworu i wciśnięcia łba aż do zablokowania na miejscu. Omawiany nit pasuje do otworu o średnicy 0,192 cala (4,9mm) i ma długość 0,515 cala (13,08mm). Jego zakres zacisku wynosi od 0,165 do 0,185 cala (od 4,2 do 4,7mm).

Kolejnym nitem jednostronnym, który nie wymaga dostępu do tyłu panelu, jest nit zrywalny. Przykładem może być precyzyjnie formowany nylonowy element CR32-2-1 firmy Essentra Components (ilustracja 7).

Ilustracja 7: nit zrywalny wymaga użycia narzędzia do wyciągania trzpienia nitu w kierunku łba, powodując złożenie się nitu i jego rozszerzenie przy otworze. (Źródło ilustracji: Essentra Components)

Nit CR32-2-1 posiada trzpień przechodzący przez korpus nitu. Nit umieszcza się w otworze, a trzpień jest przeciągany przez korpus nitu za pomocą nitownicy. Powoduje to złożenie się korpusu nitu, rozciągnięcie go w otworze i zblokowanie komponentów. Nit ten ma średnicę 0,126 cala (3,2mm) i długość 0,378 cala (9,6mm). Wymaga otworu o średnicy 0,130 cala (3,3mm), a jego zakres zacisku wynosi od 0,157 do 0,276 cala (od 4,0 do 7,0mm).

Każdy typ nitu jest oferowany w wariantach o różnych średnicach i długościach, co umożliwia dobranie odpowiedniego wariantu do konkretnego zastosowania.

Określanie specyfikacji nitów

Katalog produktów firmy Essentra Components ułatwia dobór odpowiedniego rozmiaru nitu. Użytkownik rozpoczyna od wybrania rodzaju nitu. Następnie, w oparciu o grubość komponentów łączących, wyszukuje w katalogu zakres odpowiednich średnic otworów i długości nitów dla danego zakresu zacisku (ilustracja 8).

Ilustracja 8: katalog Essentra umożliwia dobór nitów w oparciu o grubość łączonych komponentów. (Źródło ilustracji: Essentra Components)

Do otworów o średnicy od 0,083 do 0,087 cala (od 2,1 do 2,2mm) według katalogu pasuje siedem modeli nitów rozprężnych. W przypadku zakresu zacisku od 0,205 do 0,225 cala (od 5,2 do 5,7mm), do uzyskania wymaganego połączenia komponentów o określonej grubości wymagany jest nit o długości 0,295 cala (7,5mm) (wiersz 7).

Podsumowanie

Nylonowe elementy mocujące oferują wiele zalet w elektronice, urządzeniach AGD i zastosowaniach motoryzacyjnych. Są one lżejsze niż ich metalowe odpowiedniki, są nieprzewodzące, odporne na korozję i dostępne w wielu typach i rozmiarach.