Metody utahování, používané při technice šroubování

Technika šroubování je pro četné montážní úkoly stále klíčovou technologií. Šroubové spoje se vyznačují vysokou možností zatížení, opětovnou použitelností dílu a možností kdykoli povolit spoj bez poškození. Šrouby jsou proto nejčastěji používanými strojními součástmi, které jsou dostupné a normalizované v extrémní rozmanitosti provedení.

Nejdůležitějším případem použití při sešroubování v montážní technice je přenášení definované síly předpětí. Síla předpětí je stanovena tak, aby na jedné straně byla při každé možné provozní síle zachována stanovená funkce a na druhé straně, aby nebylo překročeno přípustné zatížení šroubového spoje. Problematické jsou přitom především často neznámé jevy sedání spoje a kolísání dosažené síly předpětí pod vlivem montáže.

V sériové výrobě lze prakticky stanovit dosaženou sílu předpětí velmi nákladně. Pro řízení montážního procesu je proto nutné použít nepřímé veličiny měření. Zpravidla se jedná o utahovací moment šroubového spoje. Kromě toho mohou být experimentálně stanoveny i jiné specifikace, jako úhel otočení, doby zašroubování, hodnoty tření atd., které slouží jako referenční veličiny pro montážní proces. Dále byly vyvinuty inovativní metody pro rozpoznání dosednutí hlavy šroubu, aby se zlepšila stálost síly předpětí.

Metoda utahování řízená krouticím momentem

Krouticí moment je při technice šroubování stále nejčastěji používanou řídící veličinou. Předpětí, vyplývající z utahovacího momentu je významně ovlivněno kolísavými vedlejšími hodnotami tření a rozpětím krouticího momentu šroubovacího nástroje. Přitom je nutné především rozlišovat tření hlavy a tření závitu. Součet těchto proměnlivých třecích vlivů vede k tomu, že i při vysoké přesnosti opakování krouticího momentu může nastat kolísání výsledného předpětí o 50 % a více. To znamená, že šroubový spoj musí být vždy předimenzován tak, aby v případě odchylky směrem vzhůru nebyl přetížen a v případě odchylky směrem dolů působil stále požadovaným předpětím. „Navzdory těmto nevýhodám se utahování řízené krouticím momentem prosadilo jako nejběžnější metoda utahování. To je dáno relativně jednoduchou možností technické realizace. “, říká Daniel Guttenberger, produktový manažer DEPRAG šroubovací techniky.

Metody utahování řízené úhlem otočení

Při takzvané metodě úhlu otočení je jako řídicí veličina považován krouticí moment a úhel otočení šroubového spoje. Při konečném dotažení je řídící veličinou úhel otočení a nikoli krouticí moment. Tzn. šroub je utažen na prahový moment a poté dál otočen o předem určený úhel dotažení. Krouticí moment lze sledovat jako doplňkovou kontrolní veličinu.

Vypínání řízené úhlem otočení může být použito jak v elastické, tak v plastické oblasti šroubu. Od začátku skutečného sešroubování na úhel otočení je utahování nezávislé na tření. Celkový rozptyl síly předpětí je proto nižší než u metody šroubování řízené pouze krouticím momentem.

Sešroubování na krouticí moment závislé na hodnotě tření

Metoda hodnoty tření se často používá ve zkušebních procesech. Zde je výsledek měření hodnoty tření využíván pro posouzení převodů, závitů nebo k určení minimálního tření, např. u samosvorných stavěcích šroubů. V závislosti na třecím momentu je dále možné sešroubování na rozdílný moment nebo úhel otočení.

Metody utahování řízené mezí kluzu

Pro optimální využití materiálových vlastností šroubu dosažením oblasti plastické deformace lze použít metodu utahování řízenou mezí kluzu. Také zde je jako řídící veličina zjišťován krouticí moment a úhel otočení. Jako kritérium vypnutí se využívá klesající sklon v diagramu napětí/roztažnost při dosažení meze kluzu.

Při pohledu na diagram napětí/roztažnost je nejprve vidět lineární vzestup, který se při dosažení meze kluzu zplošťuje. Axiální síla je úměrná krouticímu momentu – roztažnost poměrně k úhlu otočení. Matematicky je sklon křivky definován jako derivace funkce. Pokud je derivace krouticího momentu po úhlu otočení na 50 % výchozí hodnoty, je dosažena mez kluzu a proces utahování je ukončen. K takovému procesu se může pro jistotu dodatečně překrývat hraniční úhel a hraniční momenty.

S touto metodou se lze vyhnout nevýhodám kolísavých hodnot tření nebo omezení zvoleného šroubu. Použité šrouby mohou být dimenzovány menší díky větší jistotě
při dosažení potřebné montážní síly předpětí. Řízení mezí kluzu je použitelné pouze pro řádné metrické ocelové spoje, neboť pouze pro ně je platný diagram napětí/roztažnost. U malých nebo velmi malých velikostí šroubů tato metoda klade vysoké nároky na měřicí a regulační techniku šroubovacího systému.

Adaptivní metoda utahování DEPRAG CFC Clamp Force Control

Spolehlivá, adaptivní metoda šroubování DEPRAG Clamp Force Control vede k velmi dobré stálosti předpětí i při kolísavých momentech zašroubování. Úplné sešroubování sestává ze vzoru šroubování rozpoznání dosednutí hlavy a sešroubování na rozdílný moment nebo sešroubování na úhel otočení. Hlavní složku tvoří rozpoznání dosednutí hlavy. Dále je plynule na základě průběhu krouticího momentu vytvářena matematická funkce vyhodnocení. Pokud překročí takto vypočítaná dělící linie pevně definovanou hraniční hodnotu, dojde k rozpoznání dosednutí hlavy – je uložen krouticí moment a úhel otočení v době dosednutí hlavy.

Metoda výpočtu spojuje dvě podstatné výhody: Je robustní vůči případným výkyvům a stoupáním v průběhu krouticího momentu, které nejsou vyvolány vlastním dosednutím hlavy a dále má všeobecnou platnost algoritmu, takže uživatel nemusí nastavovat žádné parametry rozhodující pro výpočet.

Metoda šroubování se používá tehdy, pokud existují proměnlivé okrajové podmínky, které vedou k silně se měnícím momentům zašroubování. „Kolísání je způsobeno například změnami geometrie šroubů a/nebo otvorů, struktury materiálu součásti, měnící se povrchovou úpravou závitu šroubu, pružnými prvky nebo jevy sedání.“, říká produktový manažer Guttenberger. Adaptivní metoda utahování DEPRAG Clamp Force Control zajišťuje jednotný výchozí stav pro následné dotažení šroubu díky spolehlivému rozpoznání dosednutí hlavy, což nakonec způsobí významně lepší stálost předpětí. Typickými příklady použití jsou přímá sešroubování v plastu nebo kovu.

Guttenberger k tomu dále dodává: „V závislosti na použití a proměnlivých okrajových podmínkách je možné pro každý případ šroubování stanovit vhodnou metodu a zlepšit tak stálost předpětí. Pro spolehlivé určení a stanovení parametrů zde může být rozhodující analýza šroubového spoje. Kromě metody utahování můžeme našim zákazníkům přirozeně doporučit i vhodný šroubovací nástroj.“

Zdroj: Tisková zpráva Deprag

Zpracováno redakcí