Šroubovací technika je stále klíčovou technologií při montáži, zejména díky vysoké nosnosti, možnosti opakovaného použití a možnosti nedestruktivního uvolnění spojů. Šroubn jsou nejčastěji používané strojní prvky a nabízejí širokou škálu standardizovaných provedení pro nejrůznější aplikace.
Nejdůležitějším cílem v montážní technologii je dosažení definované a konstantní síly předpětí. Ta musí být nastavena tak, aby na jedné straně byla zaručena funkce Šroubového spojení při každé možné provozní síle a na druhé straně nebylo překročeno přípustné zatížení. Problematické jsou často neznámé sedací jevy spoje a s montáží související kolísání dosažené síly předpětí.
Při sériové výrobě je obvykle obtížné určit dosaženou sílu předpětí. V praxi se proto k nepřímé kontrole síly předpětí používají různé metody utahování. Jako nepřímo měřená veličina se často používá utahovací moment. Jako důležité řídicí veličiny v procesu montáže slouží také další parametry, jako je Úhel otáčení, EinDoba šroubování a Hodnota třeníe. Inovativní metody rozpoznávání ŠroubnDosednutí hlavy také pomáhají zlepšit konzistenci síly předpětí.
Při tomto způsobu utahování lze Šroub utáhnout buď v pružném, nebo v plastickém rozsahu. V plastickém rozsahu vede další otáčení Šrouba pouze k minimálnímu zvýšení Krouticiho momentu, a proto již nelze Krouticiho moment spolehlivě použít jako řídicí veličinu. Při utahování v tomto rozsahu je třeba přesně dodržet určité parametry, protože Šroub se trvale deformuje a ztrácí svou opakovanou použitelnost.
Pojmy plastický a pružný si můžeme představit pomocí Hookova napětís diagramu. Při pružné deformaci je předpínací síla při konstantním Hodnota třeníen úměrná působícímu Krouticímu momentu. S rostoucím momentem roste i prodloužení Šroubu. Po opětovném odstranění zatížení (předpínací síly / momentu) se deformace zmenší. Jakmile je však dosaženo meze kluzu Šroubu, nárůst momentu se vyrovná a Šroub přejde do plastické oblasti. Deformace zůstává v tomto rozsahu i po odstranění zatížení. Pokud je maximální zatížení překročeno, dojde ke zúžení Šroubu, což nakonec vede k jeho destrukci.
Plastický rozsah Šroubu se liší v závislosti na provedení: může být krátký a strmý nebo dlouhý a plochý. Široký plastický rozsah je však nezbytný pro úspěšné použití procesu utahování řízeného Úhel otočení. Tato metoda umožňuje do značné míry eliminovat rušivé veličiny vlivu tření a zároveň využít maximální nosnost Šroubu.
Řízený proces utahování Úhel otočení
Při metodě Úhel otočení se k Řízení utahovacího procesu používá jak Krouticí moment, tak Úhel otočení Šroubové spojení. V případě Finálního dotažení se však jako řídicí veličina používá Úhel otočení, nikoliv Krouticí moment. To znamená, že se Šroub nejprve dotáhne na Úhel otočenípočátečního momentu a poté se dále otáčí předem definovaným dotahovacím Úhelem. Krouticí moment lze použít jako další řídicí veličinu.
U takzvaného postupu úhlu utažení se znovu utáhne krouticí moment a úhel otočení šroubového spoje jako řídicí veličina. K tomu slouží konečné utažení úhlů otočení a ne krouticí moment jako řídicí veličina. Tzn. šrouby jsou utaženy až k nabíhacímu momentu a odtamtud o zadaný doupínací úhel dootočeny. Kroutící moment může být jako dodatečná kontrolní veličina kontrolován.
Tento vzácný postup je používán u docela speciálního bezpečnostního šroubování, při tomto použití musí být šrouby utažení v plastické oblasti. V této plastické oblasti nevede další utažení šroubu prakticky k žádnému pozoruhodnému nárůstu krouticího momentu, aby krouticí moment nemohl být utažen jako řidicí veličina. Pro utažení šroubu v plastické oblasti musí být dodrženy určité parametry. Kromě toho šroub ztrácí svoji opětovnou použitelnost, protože je při utažení trvale deformován.
Limitní hodnoty kontrolovaného utažení
Aby se předešlo omezením StrahnŠrouba a zároveň nebyla nevýhodou závislost na kolísajícím Hodnotě třeníen, bylo vyvinuto utahování řízené bodem výnosu. V této metodě se jako řídicí veličiny zaznamenávají jak Kroutičův moment, tak Úhel otočení. Princip je založen na využití klesajícího gradientu v Napěťovém diagramu deformace, který slouží jako mezní kritérium při dosažení bodu kluzu.
V napěťovém diagramu je vidět, že nárůst je zpočátku lineární a po dosažení meze kluzu se stále více zplošťuje. Během tohoto procesu je osová síla úměrná Krouticiho momentu a prodloužení je úměrné Úhel otočení. Z matematického hlediska je sklon křivky derivací funkce. Pokud se derivace Krouticího momentu po dosažení Úhel otočení sníží na přibližně 50 % hodnoty Výstupu, je dosaženo meze kluzu a proces utahování je ukončen. Mezní Úhel a mezní momenty lze také zavést jako monitorovací veličiny pro bezpečnost.
Nevýhodám kolísavého Hodnota třeníe nebo omezením Šroubova Výběr se lze vyhnout díky utažení řízenému bodem kluzu. V mnoha případech lze Šroubn dimenzovat menší díky vyšší Bezpečnost při dosažení požadované síly předpětí, což umožňuje snížit náklady.
Metodu lze použít pouze pro spojení, v nichž je Šroub nejslabší složkou. Například zahrabání Šroubnovy hlavy do krycí vrstvy by jinak mohlo být chybně interpretováno jako Str eckgrenze vom Šroubovací systém.
DEPRAG Clamp Force Control (CFC)
Adaptivní Metoda šroubování DEPRAG CFC dosahuje lepší a konstantnější předpínací síly (upínací síly) i při kolísavých zasouvacích momentech. Kompletní Šroubový spoj se skládá ze dvou hlavních komponent: Dosednutí hlavyerkennung a Šroubový spoj, který je založen buď na Rozdílném momentu, nebo na Úhel otočení.
Typické aplikace tohoto procesu jsou přímé Šroubový spojen v plastu nebo kovu. Patentovaný proces pro EC-Servo-Šroubr ve spojení s AST12 nebo AST40 se používá zejména pro vysoce proměnlivé vstupní momenty.
Výzvy a řešení
Kolísání zaváděcího momentu může být způsobeno různými faktory, jako jsou změny geometrie šroubu nebo otvoru, mikrostruktura materiálu, měnící se povrchové podmínky šroubového závitu nebo pružné prvky a usazovací jevy. V takových případech zajišťuje spolehlivá detekce Dosednutí hlavy rovnoměrný stav předpětí a umožňuje konstantní Finální dotažení, které vede k rovnoměrné síle předpětí.
Výhody:
- Zlepšená konzistence síly předpětí: Síla předpětí zůstává konstantní i při různých zaváděcích momentech.
- Odolnost vůči náhodným výkyvům: Metoda je necitlivá na náhodné zvýšení Krouticího momentu, které není způsobeno Dosednutím hlavy.
- Nízká náročnost parametrizace: Nastavení procesu je rychlé a snadné.
Metoda výpočtu:
Hlavním rysem postupu je rozpoznávání Dosednutí hlavy. Průběh krouticího momentu je průběžně sledován a převáděn do matematického hodnocenísfunktOKn. Dosednutí hlavy je rozpoznáno, když tato funkce překročí definovanou mezní hodnotu.
Jakmile je Dosednutí hlavy uznáno, vypočítá se zpětně jak Krouticí moment, tak Úhel otočení pro toto Časové razítko. Horní mezní hodnota momentu slouží jako kritérium zrušení šroubovací fáze. OptOKnálně lze okno OK pro detekci Dosednutí hlavy sledovat pomocí dolní a horní meze pro krouticí moment a Úhel.
Jako referenční hodnoty pro následující programovou část se používají Finální hodnoty šroubovací fáze (Krouticí moment a Úhel otočení) až Časové razítko Dosednutí hlavy nebo na konci šroubovací fáze.
Místo Šroubového spoje na Rozdílný moment může následovat i Šroubový spoj na Úhel otočení.
Postup DEPRAG Hodnota tření
Hlavním cílem Šroubového spoje součástí je dosažení konstantní síly předpětí. Běžná strategie utahování "utahování na předem stanovený krouticí moment" funguje dobře, pokud jsou k dispozici vlastnosti požadované pro proces řízený krouticím momentem ve stálé kvalitě.
Zvláštní problémy však vznikají při zpracování samořezných a samořezných šroubů. Zde mohou výkyvy v kvalitě dílu, jako jsou změny geometrie šroubu nebo otvoru, materiálová struktura součáste, měnící se povrchové vlastnosti závitů šroubu nebo otvoru jádra, stejně jako pružné prvky a usazovací jevy, vést k nepravidelným vkládacím momentům během procesu lisování nebo řezání.
Pokud jsou šroubové zvedáky dotaženy na předem stanovené hodnoty finálního dotažení, mohou tyto kolísající momenty vést k různým silám předpětí, což může mít za následek následující problémy:
- poškození Šroubu nebo Součáste (např. zlomení)
- Porucha Šroubového spojení (ztráta předpínací síly)
- Nedosažení ŠroubnDosednutí hlavy
Řešení: Přesná kontrola síly předpětí i přes kolísající hodnotu třeníe
Řešení nabízí proces DEPRAG Hodnota tření. Během utahováníes EinProces se v parametrizovatelném rozsahu Úhel zaznamenává EinKrouticí moment, který se používá pro proces tváření nebo řezání. Z těchto naměřených hodnot se vypočítá průměrná hodnota, která se označuje jako Hodnota tření. Hodnota třeníurčuje další postup utahování prostřednictvím SchHřídelnmoment, přičemž pro další krok se použije Rozdílný moment. Součet Hodnoty třřenía Rozdílného momentu nakonec vyústí ve Vypínací moment.
Výhody:
- Požadovaná síla předpětí je spolehlivě aplikována, i když se hodnoty krouticího momentu během procesu neustále mění.
Nevýhody:
- Hodnoty Finálního dotažení nejsou konstantní kvůli kolísavému Hodnota třeníe. Prostřednictvím hodnot Finálního dotažení proto nelze určit kvalitu jednotlivých Šroubových spojů (např. pomocí indexu Cmk).
- Dostupné měřené veličiny pro kvalitu Hodnocení jsou místo toho hodnota Rozdílného momentu nebo hodnota Úhel otočení, která se měří od momentu SchHřídeln až do dosažení Vypínacího momentu.
Měření délky
Prodloužení Šrouba a výsledná síla předpětí jsou matematicky přesněji provázány než Krouticí moment a síla předpětí. Proto přímé měření deformace umožňuje velmi přesné určení síly předpětí. Jedním ze způsobů měření je mechanický záznam prodloužení přes otvor v Šroubu. Tento otvor musí být hlubší než upínací Délka použitého Šroubu. Tato metoda je však vhodná pouze pro speciální případy s většími Šroubny a v praxi se používá zřídka.
Ultrazvukové měření délky
Přesnější metodou Délkanova měření je ultrazvukové měření prodloužení trubice. Do Šroubnovy hlavice se zavede ultrazvukový impuls. Impuls se šíří Šroubnkopfem, odráží se na konci hřídele na rozhraní oceli a vzduchu a vrací se zpět do Šroubnkopfu. Časový rozdíl mezi ozvěnami impulsu se použije k výpočtu Délky Šroubu.
Toto měření lze provádět s velmi vysokou frekvencí, takže lze provést několik tisíc měření za sekundu a dosáhnout vysokého rozlišení. Jako rušivé veličiny se však musí kompenzovat napětís stavy materiálu Šroubn a teplota Šroubn. Metoda je nyní připravena pro sériovou výrobu a úspěšně se používá v automobilovém průmyslu pro vysoce citlivé bezpečnostnísŠroubový spojen. Stále je však vyžadováno dodatečné monitorování Kroutického momentu a Úhel otočení.
Další nevýhodou této metody je, že vyžaduje trubice s napařeným senzorem, což znamená, že na každé zpracovávané trubici zůstává drahý senzorový prvek.
Zvláštní případy
Většina popsaných metod je přizpůsobena metrickým ocelovým šroubům. V praxi však existuje řada dalších typů trubkových vývodů, jako jsou plechové vývody, samovrtné nebo samotvárné vývody a spoje s kovovými vývody v termoplastech nebo termosetových plastech. Tyto varianty vyžadují zvláštní pozornost.
V zásadě zůstává zachován vztah mezi kroutícím momentem, hodnotou třeníen a generovanou předpínací silou. V případě plastického Šroubového spoje však nelze korelaci založit pouze na materiálových vlastnostech Šroubu, protože vliv mají i materiálové vlastnosti součáste. V případě samovrtných nebo samořezných šroubů se vyskytují i další rušivé veličiny - takzvané EinKrouticí momenty.
Výzva DirektŠroubový spojen
V případech, kdy je třeba vytvořit závit, jsou k dosažení finálního momentu kromě třecích složek zapotřebí i závitotvorné momenty. Vzhledem k silnému kolísání těchto tvářecích momentů jsou nepřesnosti v dosažené síle předpětí výrazně vyšší než v popsaných standardních případech. Zejména v případě přímého Šroubového spoje v termoplastech hrají rozhodující roli otáčky Šroubru, které mohou výrazně ovlivnit kvalitu Šroubového spoje.
Závěr: Přesné Šroubové spojeníen vyžadují vhodné metody utahování a jejich parametry.
Přesné stanovení síly předpětí u šroubových spojovacích prvků vyžaduje použití vhodných měřicích metod nebo výpočetních nástrojů. Každé Šroubové spojení má svá úskalí a zejména u speciálních materiálů a typů šroubů je třeba zohlednit konstrukční požadavky a hodnoty krouticího momentu. Aby bylo dosaženo optimálních výsledků, musí být šroub, spojovací prvek, způsob utahování a šroubový spojovací prvek navrženy pro danou aplikaci.
