Řešení procesu utahování šroubů

V současnosti většina průmyslovýchšroubutahovací operace vyžadují přesné řízení síly, jmenovitě proces řízení krouticího momentu. Tento proces dokončuje upevnění nastavením pevné hodnoty krouticího momentu nebo přijetím režimu dvojitého ovládání „točivý moment + úhel“, aby se dosáhlo stabilní a kvalifikované axiální upínací síly a zajistila se přesnost montáže a dlouhodobá provozní spolehlivost závitových spojů.

Utahování šroubů je složitý proces mechanického spojení. Kvalitu utažení ovlivňují především čtyři základní faktory: hodnota točivého momentu, axiální předpětí, koeficient tření kontaktní plochy a tvrdost materiálu. Pouze komplexní kontrolou výše uvedených parametrů lze dosáhnout bezpečných, stabilních a kvalifikovaných výsledků utahování šroubů. Tradiční momentové klíče mohou splňovat požadavky na řízení točivého momentu v běžných pracovních podmínkách a přizpůsobit se běžným montážním normám. Avšak pro klíčová závitová spojení vyžadující vysokou přesnost a vysokou bezpečnost nemohou ruční momentové klíče samotné požadavky splnit.

Odchylky v přesnosti řízení točivého momentu pocházejí hlavně ze dvou aspektů: záběrového tření mezi páry závitů a kontaktního tření mezi hlavou šroubu a povrchem obrobku. Ztráta třením při skutečném utahování je extrémně vysoká. Za normálních pracovních podmínek lze pouze asi 10 % vstupního krouticího momentu účinně převést na efektivní upínací předpětí šroubu, zatímco zbytek je zcela spotřebován třením na čelní straně a třením závitu. To snadno způsobí problém s nesprávným utažením, kdy točivý moment dosáhne normy, ale předpětí je nedostatečné.

Pro zlepšení přesnosti utahování u špičkové montáže se v průmyslu široce používá technologie utahování s řízeným úhlem, zejména ve vysoce standardizovaném a na přesnost orientovaném automobilovém průmyslu, který maximalizuje výkon utahování šroubů. Úhel utažení se vztahuje k rozdílu úhlu natočení šroubu od počátečního stavu lícování s obrobkem k předem nastavenému standardu upevnění.

Požadovaný úhel utažení se výrazně mění s tvrdostí materiálu spojovacích prvků a spojovaných dílů. Materiály s vysokou tvrdostí, jako je uhlíková ocel, se vyznačují vysokou tuhostí a malou deformací, což vyžaduje menší úhel utažení. Materiály s nízkou tvrdostí, jako je dřevo a měkké profily, mají velkou deformaci při stlačení a vysoké ztráty třením, což vyžaduje větší úhel utažení s relativně nižší konečnou účinnou upínací silou.

Proces dvojitého řízení krouticího momentu a úhlu nejprve utáhne šroub na přednastavený počáteční krouticí moment pomocí řízení krouticího momentu, aby se eliminovaly mezery v obrobku a dokončilo se předmontování. Konečné utahování je pak dokončeno pod dvojitým řízením točivého momentu a úhlu natočení v uzavřené smyčce, dokud není dosaženo přednastavených hodnot krouticího momentu a úhlu. Tento proces účinně zabraňuješroubpřed přetažením do oblasti plastické deformace, zabraňuje únavovému selhání a potenciálním bezpečnostním rizikům způsobeným napětím překračujícím mez kluzu, výrazně snižuje útlum předpětí a zajišťuje dlouhodobou stabilitu spojovacích konstrukcí.

Zvláštní poznámka: Šrouby utažené procesem řízení úhlu způsobily vnitřní mikro plastickou deformaci a jejich druhotné opětovné použití je přísně zakázáno.

Současné hlavní procesy utahování šroubů jsou rozděleny do dvou kategorií: utahování v elastickém rozsahu a utahování v plastovém rozsahu. Metoda utahování momentem patří k elastickému utahování, zatímco metoda úhlového utahování a metoda utahování s mezí kluzu patří k plastickému utahování.

1. Metoda utahování momentem

Základní princip metody utahování kroutícím momentem spočívá v tom, že za stabilních pracovních podmínek a konzistentní kvality dílu má vstupní krouticí moment lineární odpovídající vztah s axiálním předpětím šroubu. Upínací předpětí spojovaných dílů je řízeno nepřímo nastavením pevného utahovacího momentu. S jednoduchou obsluhou a intuitivním účinkem je tento proces v současnosti nejpoužívanějším základním způsobem upevnění.

Pokud jde o poměr mechanických ztrát, přibližně 50 % točivého momentu je spotřebováno třením čela hlavy šroubu, 40 % třením párů závitů a pouze 10 % je účinně převedeno na axiální předpětí. Metoda řízení jediného krouticího momentu, ovlivněná kolísáním koeficientu tření, rovinnosti obrobku, přesnosti závitu a faktorů prostředí, se vyznačuje nízkou přesností řízení předpětí.

Kromě toho existuje v průmyslu běžné skryté nebezpečí při montáži: ačkoli zobrazená hodnota točivého momentu během utahování dosahuje standardní hodnoty, hlava šroubu není zcela připevněna k obrobku a na kontaktní ploše zůstávají malé neviditelné mezery. V tomto případě je odečet točivého momentu kvalifikovaný, ale skutečné předpětí je extrémně nízké nebo dokonce nulové, což snadno vede k uvolnění spojení a poruchám zařízení. Vysoce přesné momentové klíče se mohou takovým problémům účinně vyhnout, přesně řídit točivý moment a zaručit základní kvalitu montáže.

2. Metoda utažení úhlu

Aby se vyřešil nedostatek přesnosti u metody utahování jedním momentem, proces utahování pod úhlem byl v průmyslu postupně popularizován. Jeho princip spočívá v tom, že úhel natočení utažení šroubu pozitivně koreluje se součtem prodloužení šroubu a deformace obrobku tlakem. Axiální předpětí lze stabilně ovládat přesným nastavením úhlu natočení.

Postup konstrukce je následující: nejprve utáhněte šroub standardním počátečním momentem, aby se šroub přiblížil meznímu stavu pružnosti; poté jím otočte o pevný úhel, aby se šroub mírně natáhl do plastového rozsahu pro konečné upevnění. Podstatou metody úhlového utahování je uzamknout axiální předpětí řízením prodloužení šroubu. V elastickém rozsahu je prodloužení úměrné předpětí. Po vstupu do plastické oblasti, i když lineární vztah zmizí, axiální předpětí šroubu může zůstat stabilní blízko kluzného zatížení v rozumném rozsahu.

Největší výhodou tohoto procesu je, že eliminuje chyby způsobené rozdíly koeficientů tření. U šroubů s různými koeficienty tření, ale konzistentními specifikacemi a pevností je konečné předpětí v zásadě jednotné i přes různé hodnoty konečného utahovacího momentu. Výrazně zlepšuje konzistenci montáže a využití materiálu, takže je vhodná pro scénáře vysoce přesné montáže. Vysoce přesné úhlové momentové klíče dokonale vyhovují procesním požadavkům a realizují přesné dvojité řízení točivého momentu a úhlu.

3. Metoda utahování v bodě kluzu

Teoretickým cílem metody utahování na mez kluzu je přesně dotáhnout šroub do stavu těsně překračujícího mez kluzu tak, aby se maximalizovalo využití pevnosti materiálu šroubu. Během provozu je šroub nejprve utažen na předepsaný rozběhový moment. Zařízení sleduje změnu sklonu křivky utažení v reálném čase. Když sklon klesne pod nastavenou prahovou hodnotu, šroub je posouzen jako dosáhl meze kluzu a nástroj okamžitě zastaví činnost.

Tento proces může utahovat šrouby s různými koeficienty tření a za různých pracovních podmínek do jejich kritického stavu kluzu, maximalizovat strukturální pevnostní potenciál spojovacích prvků a dosáhnout optimální přesnosti montáže a strukturální stability. Má však extrémně vysoké požadavky na stabilitu pracovních podmínek, konzistenci materiálu šroubů a přesnost zařízení, s nízkým výkonem proti rušení a vysokými náklady na podporu špičkového utahovacího zařízení.

Vysoce kvalitní produkty řady momentových klíčů mohou splňovat vysoce přesné procesní standardy s vynikajícím nákladovým výkonem, vyváženou přesností konstrukce a pořizovacími náklady.