Fixadores de resistência ultra{0}}alta-podem reduzir o peso e aumentar o espaço de instalação, reduzindo seu próprio tamanho sob a mesma força de fixação, de modo que a função e o volume das peças conectadas possam ser otimizados, para que o equipamento possa atingir o objetivo geral de redução de peso e otimização de desempenho.
Então, o que são parafusos-de alta resistência? Quais são os pontos fortes dos parafusos-de alta resistência? Deixe-me mostrar a você hoje.
Em 28 de novembro de 2021, a equipe de materiais de aço de alto-desempenho liderada pelo professor Dong Han da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Xangai, Hebei Longfengshan Casting Co., Ltd., Qifeng Precision Technology Co., Ltd., Zhoushan 7412 Factory, Jiangsu Metallurgical Technology Research Institute, Shanghai University (Zhejiang). Research Institute e outras sete unidades, após mais de um ano de pesquisa conjunta, por meio da colaboração completa da cadeia industrial de "produção de materiais-fabricação de fixadores-com base na teoria de alto-desempenho de materiais de aço, usando matérias-primas de ferro de alta-pureza produzidas pela Longfengshan Casting, desenvolveu com sucesso aços B17.8 e B19.8 para fixadores de ultra-alta{16}}resistência, formando Tecnologia de fabricação de fixadores de grau 16,8 e 19,8.
Fixadores de grau 16,8 e 19,8
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O que é um parafuso de alta-resistência?
Parafuso de alta-resistência (High-Strength Friction Grip Bolt), tradução literal em inglês: parafuso pré-carregado de fricção de alta-resistência, abreviatura em inglês: HSFG. Pode-se observar que os parafusos de alta-resistência aos quais nos referimos na construção chinesa são abreviações de parafusos de pré-aperto de-fricção de alta-resistência. Na comunicação diária, as duas palavras "fricção" e "aderência" são simplesmente abreviadas, mas muitos engenheiros e técnicos não entendem bem a definição básica de parafusos de alta-resistência.
Mal-entendido 1:
Parafusos com classe de material superior a 8,8 são "parafusos de alta-resistência"?
A principal diferença entre parafusos de alta-resistência e parafusos comuns não é a resistência do material usado, mas a forma da força. A essência é aplicar força de pré{2}}aperto e usar atrito estático para resistir ao cisalhamento.
Na verdade, no padrão britânico e no padrão americano, os parafusos de alta-resistência (HSFG BOLT) mencionados na especificação têm apenas dois tipos: 8,8 e 10,9 (BS EN 14399 / ASTM-A325 e ASTM-490), enquanto os parafusos comuns incluem 4,6, 5,6, 8,8, 10,9, 12,9, etc. (BS 3692 11 Tabela 2); pode-se observar que a resistência do material não é a chave para distinguir os parafusos de alta resistência dos parafusos comuns.
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Onde está a resistência dos parafusos de alta-resistência?
De acordo com GB50017, calcule a resistência à tração e ao cisalhamento de um único parafuso comum (Classe B) 8,8 e um parafuso de alta-resistência 8,8.
Através do cálculo, podemos ver que, sob o mesmo grau, os valores de projeto de resistência à tração e resistência ao cisalhamento de parafusos comuns são maiores do que aqueles de parafusos de alta{0}}resistência.
Então, onde está a "resistência" dos parafusos-de alta resistência?
Para responder a essa pergunta, devemos partir do estado de funcionamento do projeto dos dois parafusos, estudar a lei de sua deformação elástica-plástica e compreender o estado limite quando o projeto é destruído.
Curvas de tensão-deformação de parafusos comuns e parafusos de alta-resistência sob condições de trabalho
Estado limite quando o projeto é destruído
Parafusos comuns: A própria haste do parafuso sofre deformação plástica que excede a tolerância do projeto e a haste do parafuso é cisalhada.
Em conexões de parafuso comuns, ocorrerá deslizamento relativo entre as placas de conexão antes que a força de cisalhamento comece a ser suportada e, então, a haste do parafuso e a placa de conexão entrarão em contato, ocorrerá deformação plástica-elástica e a força de cisalhamento será suportada.
Parafusos-de alta resistência: o atrito estático entre as superfícies de atrito efetivas é superado e as duas placas de aço sofrem deslocamento relativo, que é considerado destruído nas considerações de projeto.
Em conexões de parafusos de alta-resistência, o atrito suporta primeiro a força de cisalhamento. Quando a carga aumenta a ponto de a força de atrito não ser suficiente para resistir à força de cisalhamento, a força de atrito estático é superada e a placa de conexão sofre deslizamento relativo (estado limite). No entanto, embora esteja destruída neste momento, a haste do parafuso está em contato com a placa de conexão e ainda pode usar sua própria deformação plástica-elástica para suportar a força de cisalhamento.
Equívoco 2:
Alta capacidade de carga significa parafusos de alta-resistência?
A partir do cálculo de um único parafuso, pode-se observar que a resistência de projeto dos parafusos de alta-resistência à tração e ao cisalhamento é menor do que a dos parafusos comuns. Sua alta resistência é essencialmente: durante a operação normal, nenhum deslizamento relativo é permitido no nó, ou seja, pequena deformação plástica elástica-e grande rigidez do nó.
Pode-se observar que, sob a carga de nó de projeto determinada, os nós projetados com parafusos de alta-resistência não economizam necessariamente o número de parafusos usados, mas apresentam pequena deformação, alta rigidez e alta reserva de segurança. Parafusos de alta-resistência são adequados para vigas principais e outros locais que exigem grande rigidez de nós, o que está em conformidade com o princípio básico de projeto sísmico de "nós fortes, hastes fracas".
A resistência dos parafusos de alta-resistência não reside em seu próprio valor de projeto de capacidade de carga, mas na grande rigidez de seus nós de projeto, no alto desempenho de segurança e na forte capacidade anti-destruição.
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Comparação entre parafusos-de alta resistência e parafusos comuns
Parafusos comuns e parafusos de alta-resistência apresentam grandes diferenças nos métodos de inspeção de construção devido aos diferentes princípios de força de projeto.
Os requisitos de desempenho mecânico de parafusos comuns do mesmo tipo são ligeiramente superiores aos de parafusos de alta-resistência, mas parafusos de alta-resistência têm um requisito de aceitação de energia de impacto a mais do que os parafusos comuns.
A marcação de parafusos comuns e de alta-resistência é o método básico para-identificação no local de parafusos do mesmo grau. Como os valores para cálculo do valor de torque de parafusos de alta-resistência nas normas britânicas e americanas são diferentes, também é necessário identificar parafusos de duas normas.
Parafusos-de alta resistência: (M24, L60, grau 8,8)
Parafusos comuns: (M24, L60, grau 8,8)
Pode-se observar que os parafusos comuns custam cerca de 70% do preço dos parafusos de alta-resistência. Combinado com a comparação de seus requisitos de aceitação, pode-se concluir que a parte premium deve ser a de garantir o desempenho da energia de impacto (tenacidade) do material.
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Como melhorar a resistência à fadiga dos parafusos
Não importa quais cargas complexas sejam suportadas, a forma de falha comum de parafusos de alta-resistência é a falha por fadiga. Já em 1980, especialistas estudaram 200 casos de falhas em conexões aparafusadas, dos quais mais de 50% foram falhas por fadiga. Melhorar a resistência à fadiga de parafusos de alta-resistência é crucial.
A fratura por fadiga do parafuso tem as seguintes características:
1. A tensão máxima de fratura por fadiga é muito inferior ao limite de resistência do material sob tensão estática e ainda inferior ao limite de escoamento.
2. As fraturas por fadiga são todas fraturas frágeis sem deformação plástica óbvia.
3. A fratura por fadiga é o resultado do acúmulo de danos microscópicos até certo ponto.
Para parafusos, a forma de falha é principalmente deformação plástica da parte roscada e fratura por fadiga do parafuso, entre as quais:
65% dos danos ocorrem na primeira rosca conectada à porca;
20% dos danos ocorrem na transição entre a rosca e a haste desencapada;
15% dos danos ocorrem no raio de transição entre a cabeça do parafuso e o parafuso.
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Otimize o design para reduzir a concentração de estresse
Controle rigorosamente o tamanho final do parafuso para eliminar a concentração de tensão:
um. Use um raio de transição maior;
b. Corte uma ranhura em relevo;
c. Corte uma ranhura traseira no final da linha;
d. Otimizar o ângulo de inclinação da cabeça do parafuso também pode reduzir efetivamente a concentração de tensão;
e. Use fios reforçados.
A principal diferença entre a rosca reforçada e a rosca comum é o menor diâmetro d1 e o filete de transição raiz R da rosca externa.
A principal característica da rosca reforçada é que o diâmetro menor d1 é maior que o da rosca comum, o raio do filete de transição da raiz é aumentado, R é aumentado, a concentração de tensão do parafuso é reduzida e há requisitos específicos para R: R+=0.18042P, Rmin=0.15011P, onde P é o passo, enquanto a rosca comum não tem tal requisito e pode até ser uma seção reta.
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Melhorar o processo de fabricação
Fortalecer o controle dos processos de tratamento térmico e de tratamento de superfície durante o processo de fabricação de parafusos pode efetivamente melhorar a fadiga dos parafusos.
um. Tratamento térmico Os parafusos são primeiro tratados termicamente e depois laminados, o que produz uma grande tensão de compressão residual no interior dos parafusos, retardando assim a formação e o desenvolvimento de fissuras, melhorando assim a resistência à fadiga dos parafusos.
Durante o tratamento térmico, a descarbonetação também deve ser evitada e a resistência à fadiga dos parafusos com e sem descarbonetação superficial deve ser comparada.
Como o carbono é oxidado na camada descarbonetada, a quantidade de cementita na estrutura metalográfica é menor que na estrutura normal, portanto sua resistência ou dureza nas propriedades mecânicas é menor que na estrutura normal.
Normalmente, a resistência à fadiga do parafuso diminui 19,8% quando há descarbonetação superficial.
b. Fosfatização O tratamento de fosfatização da superfície do parafuso visa prevenir a ferrugem e estabilizar o atrito durante a montagem, mas o tratamento de fosfatização também pode reduzir o desgaste.
Reduzir o atrito entre a rosca da roda de laminação e a rosca do parafuso durante o processo de laminação terá um efeito positivo na distribuição de tensão na rosca do parafuso após a laminação da rosca e reduzirá a rugosidade da superfície da rosca.
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Configurando a pré-carga apropriada
A força de tração do parafuso da conexão de parafuso comum é suportada principalmente pela rosca do rolamento de três-tensão de dente-na frente.
Quando a pré-carga inicial é grande o suficiente, parte da raiz da rosca entrará em deformação plástica localmente e uma tensão residual será gerada nessas raízes da rosca. A tensão de compressão residual gerada na raiz da rosca pode melhorar a resistência à fadiga da rosca.
Ao mesmo tempo, a rosca após a deformação plástica também pode melhorar a distribuição da força da rosca e reduzir a pressão de contato nos dentes da rosca.
Isto também melhora a resistência à fadiga do fio.
Quanto maior a pré-carga, maior será a capacidade da conexão aparafusada de resistir à separação da conexão e maior será sua capacidade de resistir ao relaxamento da pré-carga. Ao mesmo tempo, a resistência efetiva à fadiga real da conexão aparafusada também é maior.
Portanto, aumentar a pré-carga da conexão aparafusada contribui para melhorar a capacidade da conexão aparafusada de resistir à falha por fadiga sob cargas externas cíclicas, diminuindo o risco de falha por fadiga da conexão aparafusada sob força de impacto de vibração e sobrecarga limitada.
