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Neste artigo, discutiremos métodos de controle de aperto de parafusos a partir da situação real de torque e força de aperto em juntas aparafusadas.

1. Método de controle de torque

O método de controle de torque é o mais inicial e mais simples. É baseado na conexão roscada quando a força de aperto axial F é apertada, é proporcional ao torque de aperto T, que pode ser expresso por uma fórmula T=K·F, e este K é o coeficiente de torque. Quando um parafuso é projetado, sua força de fixação axial F é conhecida e o torque de aperto T é definido durante o processo. Nosso torque de aperto também é regulado pelo departamento de processo. No entanto, na oficina de montagem, muitas vezes acontece que o torque de aperto é alcançado, mas os parafusos montados ainda não são qualificados.

Por que é isso?

A chave está no coeficiente de torque. O principal fator de flutuação do coeficiente de torque K é o coeficiente de atrito abrangente u, ou seja, a precisão dos parafusos e orifícios dos parafusos, impurezas e se eles são colididos afetará o coeficiente de atrito abrangente u. Além disso, esse valor de K também está relacionado à temperatura. O experimento da Sumitomo Corporation no Japão prova que o coeficiente de torque K diminuirá em 0,31% para cada aumento de 1°C na temperatura ambiente. O método de controle de torque é preciso? Para aprofundar a influência para todos, de acordo com o relatório de experimento de aperto da Associação Alemã de Engenheiros, quando o erro do torque de aperto T é ± 0 (ou seja, nenhum erro de torque aplicado), o erro da força de aperto axial do parafuso pode atingir ±27.2%.

Etapas da aplicação:

• Aplicação de torque controlada direta ou indiretamente
• O torque alvo real é geralmente 50% a 85% do torque de rendimento
• Usado na fixação de áreas elásticas
• 90% de torque de carga é usado para superar o atrito
• Precisão de pré-carga ±25%

As vantagens do método de controle de torque são: baixo custo e uma chave de torque simples pode ser usada para verificar a qualidade do aperto.

Suas desvantagens são precisão de aperto insuficiente, incapaz de aproveitar ao máximo o potencial do material e grande impacto ambiental (temperatura, roscas de parafusos, impurezas, saliências, etc.).

2. O método de controle do ângulo de torque (TA) também é chamado de método de controle hiperelástico

O método de controle do ângulo de rotação do torque é apertar o parafuso com um pequeno torque, geralmente 40%-60% do torque de aperto (desenvolvido após a verificação do processo) e, em seguida, começar a partir deste ponto para apertar um método de controle do ângulo de rotação especificado.

Este método é baseado em um determinado ângulo de rotação, o parafuso produz um certo alongamento axial e a peça de conexão é comprimida. O objetivo de fazer isso é aparafusar os parafusos na superfície de contato apertada e superar algumas irregularidades e irregularidades da superfície, e a força de fixação axial necessária posteriormente é gerada pelo ângulo de rotação. Depois de calcular o ângulo de rotação, a influência da resistência de atrito na força de fixação axial não existe mais. Portanto, sua precisão é maior do que a do método de controle de torque simples. O ponto chave do método de controle de torque é medir o ponto inicial do ângulo de rotação. Uma vez determinado o ângulo de rotação, podemos obter uma precisão de aperto muito alta.

Devido ao método de aperto mais avançado, foi produzida uma ferramenta que se adapta à produtividade, que é o ferramenta elétrica de aperto. Ele é composto de um sensor de engrenagem de cotovelo de engrenagem acionado por motor, etc. É relativamente fácil definir o torque de alerta precoce e o ângulo de partida.

Etapas da aplicação:

• Aplique um torque fixo (torque inicial (abertura da porta))
• Gire o fixador para alcançar o canto predeterminado
• Na fase inicial de aperto por escoamento, este momento também é utilizado na região elástica.
• É necessário determinar o torque inicial (abertura da porta) e os parâmetros do ângulo de rotação por experimento
• Precisão de pré-carga ±15%

Vantagens do método de controle de ângulo de torque (TA): Alta precisão de aperto e grande força de fixação axial podem ser obtidas.

Desvantagens: O sistema de controle é relativamente complicado e é necessário medir dois dados de torque de pré-aperto e ângulo de rotação. É difícil para o departamento de qualidade encontrar um método adequado para verificar e acompanhar os resultados do aperto.

3. Método de controle do ponto de rendimento (TG)

Pode ser visto no diagrama de força de aperto acima que o erro de pré-carga axial do parafuso ΔF2 na zona elástica é muito menor do que o erro de pré-carga axial do parafuso ΔF1 na zona elástica para o mesmo erro de ângulo de rotação.

O método de controle do ponto de escoamento é um método de interromper o aperto depois que o parafuso é apertado até o ponto de escoamento. É um método de aperto de alta precisão desenvolvido usando o fenômeno do escoamento do material. Este método de controle determina o ponto de escoamento calculando e julgando continuamente a inclinação da curva de torque de aperto/ângulo de rotação.

Durante o processo de aperto do parafuso, a curva de mudança de torque/ângulo de rotação é mostrada no gráfico de comparação de torque e inclinação de torque. No início do aperto real, a inclinação aumenta rapidamente e depois permanece constante após uma breve desaceleração (intervalo a_b). Depois de passar pelo ponto b, sua inclinação cai rapidamente após uma breve queda lenta. Quando a inclinação cai para um determinado valor (geralmente definido, como quando a inclinação cai para 1/2 do valor máximo), significa que o ponto de escoamento foi atingido (ou seja, o ponto Q no diagrama de comparação de torque), e um sinal para parar de apertar é enviado imediatamente.

A precisão de aperto do método de controle do ponto de escoamento é muito alta, e o erro da força de pré-aperto pode ser controlado dentro de ±4%, mas sua precisão depende principalmente do limite de escoamento do próprio parafuso.

Etapas da aplicação:

• Torque e ângulo de rotação são monitorados durante o aperto
• Quando o gradiente máximo de um ponto cai para determinar o gradiente máximo e o ponto de rendimento
• Utilize o potencial máximo de força de compressão
• Nenhuma redução no atrito
• Permite a observação do ângulo de torque por aperto
• Os parafusos não podem mais ser usados
• Precisão de pré-carga ±8%

4. Ponto de assento - método de controle de canto (SPA)

O método de controle do ângulo de rotação do ponto de assentamento é um novo método de controle desenvolvido com base no método de ângulo de rotação do torque TA. O método TA usa um certo pré-torque Ts como ponto inicial do ângulo de rotação, enquanto o método SPA calcula o ponto inicial do ângulo de rotação, usando o ponto de interseção S da inclinação do segmento linear da curva de torque e a coordenada de o ângulo de rotação A.

Na figura, F1 é o erro máximo da força axial de pré-aperto do parafuso do método TA e F2 é o erro máximo da força axial de pré-aperto do parafuso do método SPA.

Pode-se observar na figura que quando se utiliza o método TA, devido ao erro do pré-torque TS (ΔTs=Ts2-Ts1, correspondente ao erro da força axial de pré-aperto do parafuso ΔFs). Ou seja, após girar no mesmo ângulo A1, em comparação com as duas condições de aperto com diferentes coeficientes elásticos, o erro da força axial de pré-aperto do parafuso é F1.

Mesmo que os coeficientes elásticos sejam iguais, existem certos erros devido à existência de ΔTs (ver ΔF1 e ΔF2 na figura).

Se for usado o método SPA, uma vez que o ponto de assentamento S passou pelo canto A2, em comparação com as duas condições de aperto com diferentes coeficientes elásticos, o erro da força axial de pré-aperto do parafuso é F2. F2 é menor que F1, ou seja, a precisão de aperto do método de controle do ângulo de rotação do ponto de assento é maior do que a do método de controle do ângulo de rotação do torque.

Usando o método SPA, a influência do coeficiente de atrito na força axial de pré-aperto do parafuso pode ser quase eliminada. A figura a seguir mostra as curvas de relação torque-ângulo de rotação correspondentes a diferentes coeficientes de atrito durante o aperto. O coeficiente de atrito na figura é µ1>µ2>µ3.

Embora as inclinações das curvas de relação torque-ângulo de rotação correspondentes a diferentes coeficientes de atrito sejam diferentes, seus pontos de assento (o ponto de interseção da inclinação da seção linear da curva e do eixo horizontal) não são muito diferentes.

Portanto, torcendo outro ângulo Ac a partir deste ponto, a influência de diferentes coeficientes de atrito na força axial de pré-aperto do parafuso pode ser eliminada.

Comparado com o método TA, a principal vantagem do método SPA é que ele pode superar o erro de torque que ocorreu em Ts, de modo que a precisão do aperto pode ser melhorada.

5. Método de alongamento do parafuso (QA)

O método QA é um método de controle que determina se o ponto de escoamento é alcançado medindo o alongamento do parafuso. Embora o limite de escoamento de cada parafuso seja inconsistente, ele também causará erros no aperto, mas os erros geralmente são muito pequenos.

O método de medição do alongamento de parafusos no método QA é geralmente medido por ondas ultrassônicas. A frequência do eco das ondas ultrassônicas aumenta com o alongamento dos parafusos. Portanto, uma certa frequência de eco representa uma certa quantidade de alongamento.

O diagrama é o princípio do método QA.

À medida que os parafusos são apertados e afrouxados, as curvas das mudanças na frequência do eco medida pelo instrumento ultrassônico à medida que os parafusos são apertados (alongados) e afrouxados (alongamento reduzido) não coincidem. A frequência crescente da pré-carga axial do mesmo parafuso é menor que a frequência de queda. Desta forma, deve-se ter cuidado ao medir o ponto de escoamento dos parafusos.

6. Método de inclinação de torque

O método da inclinação do torque é um método para controlar a força inicial de pré-aperto usando a alteração do valor da inclinação do torque na curva do ângulo de rotação do torque como um índice.

Este método de aperto geralmente considera a força axial de aperto do parafuso como o valor alvo para controlar a força inicial de pré-aperto.

Este método de aperto é geralmente usado quando a dispersão da força inicial de pré-aperto do parafuso é pequena e a resistência do parafuso pode ser usada ao máximo. No entanto, como o controle da força inicial de pré-aperto por este método de aperto é basicamente o mesmo que o método do ângulo de rotação na zona plástica, é necessário controlar rigorosamente o ponto de escoamento do parafuso.

Comparado com o método de canto na zona plástica, este método de aperto apresenta menos problemas em termos de plasticidade do parafuso, ou seja, uso repetido, e apresenta algumas vantagens. No entanto, o ferramentas de aperto são mais complicados e caros.

No fim

Existem muitos métodos de controle de torque de parafuso, cada um com suas vantagens e desvantagens. Ou a ferramenta é cara, ou o erro é grande, ou o cálculo é complicado. Portanto, a TorcStark ainda recomenda o uso de ferramentas profissionais de aperto de parafusos para controlar o torque dos parafusos durante o aperto e a desmontagem. Tais como chaves de torque elétricas/pneumáticas, chaves/tensionadores hidráulicos, etc. O uso de ferramentas de parafuso pode eliminar completamente a necessidade de se preocupar com erros e cálculos, e também é totalmente acessível em termos de preço.