Metodi di serraggio per elementi di fissaggio filettati

Una delle sfide principali nell'assemblaggio bullonato è ottenere un precarico accurato attraverso metodi di serraggio appropriati. Il precarico insufficiente causato da processi di serraggio imprecisi è una causa comune di guasto della connessione bullonata. I progettisti devono avere familiarità con i principi e le caratteristiche delle principali tecniche di serraggio dei bulloni. Questo articolo introduce sistematicamente sei metodi principali per il controllo del precarico dei bulloni. Va notato che un certo grado di dispersione del precarico è inevitabile indipendentemente dal metodo di serraggio adottato, che rientra nelle normali caratteristiche del processo.

Sei metodi tradizionali sono ampiamente utilizzati per controllare il precarico del threadelementi di fissaggio:serraggio con controllo della coppia, serraggio con controllo dell'angolo, serraggio con controllo del punto di snervamento, serraggio con allungamento dei bulloni, serraggio termico e serraggio con indicazione della tensione.

1. Serraggio a coppia controllata

Il serraggio a coppia controllata è il metodo di controllo del precarico più comunemente utilizzato nelle applicazioni industriali. La coppia di serraggio nominale richiesta per l'assemblaggio dei bulloni può essere ottenuta da tabelle di coppia standard o calcolata in base alla correlazione tra coppia di serraggio e precarico del bullone.

Durante il serraggio, il gambo del bullone sopporta sia la sollecitazione di trazione assiale che quella di taglio torsionale. Le tabelle di riferimento della coppia convenzionale generalmente ignorano la sollecitazione torsionale e presuppongono che il 75% della sollecitazione totale contribuisca alla tensione assiale effettiva. In condizioni di attrito elevato, lo stress torsionale aumenta in modo significativo. Quando sovrapposta alla sollecitazione assiale, la sollecitazione equivalente può superare la resistenza allo snervamento del materiale e portare alla rottura del bullone. Per una maggiore precisione, il processo è controllato in modo tale che la sollecitazione equivalente combinata raggiunga circa il 90% del carico di snervamento, garantendo un assemblaggio sicuro e affidabile bilanciando l'accoppiamento delle sollecitazioni assiali e torsionali.

Elementi di fissaggio autobloccanti a coppia dominante comecontrodadi in nylon e i dadi di bloccaggio meccanici sono ampiamente utilizzati in scenari soggetti a vibrazioni per evitare l'allentamento. Questi elementi di fissaggio aumentano significativamente lo stress torsionale nel gambo del bullone durante il serraggio e alterano l'efficienza di conversione della coppia in precarico. Pertanto, i valori di coppia devono essere regolati di conseguenza durante l'impostazione dei parametri.

La limitazione principale del serraggio a coppia controllata è che viene consumata dall'85% al ​​95% della coppia applicata per superare l'attrito della filettatura e della superficie del cuscinetto. Piccole variazioni nelle condizioni di attrito possono comportare una sostanziale deviazione del precarico. L'applicazione di stabilizzatori di attrito sugli elementi di fissaggio può ridurre la dispersione dell'attrito e migliorare la precisione del serraggio.

Le misure standard per migliorare la precisione del serraggio a coppia sono riassunte come segue:

1. Evitare l'uso di rondelle piatte semplici. Lo slittamento relativo tra le rondelle e le superfici di contatto modifica il raggio di attrito effettivo e distorce la relazione coppia-precarico. Se è necessaria un'area del cuscinetto più ampia per ridurre la pressione superficiale, sono preferibili bulloni e dadi flangiati.

2. Determinare la coppia di serraggio attraverso la calibrazione effettiva. Gli estensimetri possono essere fissati al gambo del bullone per la calibrazione del serraggio in loco in condizioni di assemblaggio reali. Le celle di carico installate sotto le teste dei bulloni forniscono misurazioni ausiliarie ma sono meno precise degli estensimetri a causa delle caratteristiche di contatto alterate.

3. Quando la calibrazione sperimentale non è disponibile, calcolare la coppia di serraggio standard in modo completo in base alla tolleranza di lavorazione del dispositivo di fissaggio, alle dimensioni del cuscinetto del dado e alle caratteristiche della coppia di bloccaggio. Il programma professionale di calcolo della coppia TORQUE sviluppato da Bolt Science può realizzare calcoli accurati.

4. Specificare i valori della coppia di serraggio sui disegni di assieme con una tolleranza standard di ±5%. Per i giunti critici, utilizzare chiavi dinamometriche calibrate ed eseguire la verifica della coppia post-assemblaggio.

Diversi metodi di serraggio determinano livelli distinti di dispersione del precarico, tra i quali il controllo puro della coppia presenta una deviazione relativamente ampia.

2. Serraggio ad angolo controllato

Il serraggio ad angolo controllato, noto anche come metodo di rotazione del dado, è stato introdotto subito dopo la seconda guerra mondiale per l'assemblaggio manuale ed è ora compatibile con le apparecchiature di serraggio elettrico. Il processo innanzitutto serra il bullone a una coppia di serraggio e quindi ruota il dado di un angolo predeterminato per portare il bullone in una deformazione plastica parziale. Questo metodo riduce efficacemente la fluttuazione del precarico causata dalla tolleranza del carico di snervamento e fornisce una migliore consistenza del precarico rispetto al puro serraggio a coppia.

Gli svantaggi principali includono la necessità di una calibrazione sperimentale degli angoli di serraggio (nessun parametro universale applicabile) e una riutilizzabilità limitata. Il serraggio ripetuto dopo la deformazione plastica provoca facilmente il cedimento per fatica degli elementi di fissaggio.

3. Serraggio controllato al punto di snervamento

Sviluppata da SPS e nota anche come metodo di controllo congiunto, questa tecnica offre una delle più elevate accuratezze di precarico. Riduce al minimo l'influenza della variazione del coefficiente di attrito e raggiunge un precarico del bullone altamente coerente.

Derivato dal giudizio manuale della sensazione di serraggio, questo metodo adotta un sistema di controllo elettronico ad alta precisione per raccogliere dati in tempo reale sulla coppia e sull'angolo di rotazione. Monitorando la variazione di pendenza del gradiente di coppia, il sistema identifica accuratamente il punto di snervamento del bullone e termina immediatamente il serraggio per evitare sovraccarichi.

Nonostante la stabilità migliorata, esiste ancora una minore dispersione del precarico a causa dell'attrito della filettatura. Un maggiore attrito della filettatura aumenta lo stress torsionale e riduce il precarico assiale sotto la stessa soglia di snervamento. Questo metodo rileva accuratamente lo snervamento del bullone sotto l'effetto combinato di tensione e torsione.

Il serraggio controllato con punto di snervamento è ampiamente utilizzato per componenti critici comebulloni della testata e bulloni della biella, fornendo un precarico elevato e stabile e consentendo un dimensionamento ottimizzato dei bulloni. Tuttavia, il costo elevato degli strumenti di serraggio intelligenti dedicati ne limita un’applicazione diffusa. Non è possibile garantire un precarico affidabile e di alta precisione nella manutenzione sul campo senza l'abbinamento di attrezzature professionali.

4. Stringere l'allungamento del bullone

I bulloni di grande diametro richiedono una coppia di serraggio estremamente elevata, cosa difficile per gli strumenti convenzionali. Per bulloni di diametro superiore a 20 mm, l'allungamento idraulico viene comunemente adottato per sostituire le chiavi dinamometriche idrauliche, evitando un'eccessiva forza di reazione alla coppia e uno spazio operativo limitato.

Principio di funzionamento: sopra la chiocciola è montato un cilindro idraulico dedicato. La filettatura del bullone o del perno si estende completamente attraverso il dado e si collega al dispositivo di allungamento. La pressione idraulica allunga assialmente il bullone per produrre un allungamento elastico. Mantenendo il carico di allungamento, il dado viene ruotato manualmente e bloccato in posizione utilizzando una presa e una barra di torsione.

Questo metodo fornisce una precisione di precarico estremamente elevata attraverso un controllo preciso della pressione idraulica. Tuttavia, dopo il rilascio della pressione si verifica una lieve perdita di precarico a causa del ritorno elastico. Lo smantellamento dei dadi corrosi o grippati rimane una delle principali difficoltà operative.

5. Serraggio termico

Il serraggio termico sfrutta le caratteristiche di dilatazione termica del metallo. Il bullone viene riscaldato e allungato e il dado viene ruotato e posizionato. Durante il raffreddamento, il bullone tenta di contrarsi ma è vincolato longitudinalmente dai componenti serrati, generando un precarico assiale stabile.

I metodi di riscaldamento comuni includono il riscaldamento a fiamma diretta, bobine di rivestimento riscaldante ed elementi riscaldanti con resistenza al carbonio. Il processo richiede molto tempo e la misurazione precisa della deformazione richiede il raffreddamento completo a temperatura ambiente, con conseguente bassa efficienza. Viene utilizzato raramente nelle industrie generali ed è applicabile solo per bulloni per carichi pesanti di grandi dimensioni.

6. Serraggio indicato dalla tensione

Questo metodo adotta elementi di fissaggio specializzati per l'indicazione del carico, rondelle per l'indicazione del carico o tecniche di rilevamento della deformazione per misurare indirettamente l'allungamento e il precarico dei bulloni, coprendo una varietà di soluzioni di assemblaggio ad alta precisione.

I tipici bulloni indicatori di tensione includono Rotabolt e HiBolt. Rotabolt è dotato di un foro centrale con un perno di misurazione interno e una struttura di gioco girevole. Il perno rimane scarico durante la distensione elastica; una volta raggiunto il precarico completo, il gioco scompare e la rotazione viene bloccata, indicando il corretto serraggio. HiBolt adotta un principio simile, in cui un leggero ritiro del bullone blocca il perno centrale per riflettere lo stato di tensione.

Le rondelle di indicazione del carico sono ampiamente utilizzate nelle strutture in acciaio dell'ingegneria civile. Le sporgenze prefabbricate sulla superficie della lavatrice subiscono una deformazione plastica sotto carico. Il corretto precarico viene verificato misurando il gioco residuo con uno spessimetro. Questo tipo di rondella viene utilizzata raramente negli assemblaggi meccanici di precisione.

L'allungamento dei bulloni può essere misurato direttamente utilizzando micrometri o rilevato con precisione tramite test ad ultrasuoni. I valori di allungamento possono essere convertiti in tempo realebulloneprecarico tramite calibrazione o calcolo. Per la misurazione a ultrasuoni, la testa del bullone e la superficie terminale devono essere rettificate per garantire una riflessione acustica e una precisione di prova ottimali.