Сверх{0}}высоко-крепёжные детали позволяют снизить вес и увеличить пространство для установки за счёт уменьшения собственного размера при той же силе зажима, что позволяет оптимизировать функцию и объём соединяемых деталей, чтобы оборудование могло достичь цели снижения общего веса и оптимизации производительности.
Так что же такое высокопрочные-болты? Каковы сильные стороны-высокопрочных болтов? Позвольте мне показать вам сегодня.
28 ноября 2021 г. группа по-высокоэффективным стальным материалам под руководством профессора Дун Хана из Школы материаловедения и инженерии Шанхайского университета, Хэбэйская компания Longfengshan Casting Co., Ltd., Qifeng Precision Technology Co., Ltd., завод Чжоушань 7412, Цзянсуский научно-исследовательский институт металлургических технологий, Шанхайский университет (Чжэцзян), Научно-исследовательский институт материалов для базовых деталей высококачественного оборудования, Шанхайский университет Научно-исследовательский институт новых материалов (Тайчжоу) и другие семь подразделений после более чем года совместных исследований в рамках сотрудничества всей отраслевой цепочки «производство материалов-производство крепежных изделий-оценка услуг», основанное на теории высоких-эффективности стальных материалов, с использованием железного сырья высокой-чистоты, производимого компанией Longfengshan Casting, успешно разработали стали B17.8 и B19.8 для сверх-высоко-крепеж, образующий технологию изготовления крепежа марок 16,8 и 19,8.
Крепеж класса 16,8 и 19,8
1
Что такое высокопрочный-болт?
Высокопрочный-болт (High-Strength Friction Grip Bolt), английский дословный перевод: высокопрочный-болт с предварительной нагрузкой на трение, английское сокращение: HSFG. Видно, что высоко-болты, о которых мы говорим в китайской конструкции, являются сокращением от высокопрочных-болтов с трением для предварительной-затяжки. В повседневном общении два слова «трение» и «сцепление» просто сокращаются, но многие инженерно-технические работники неправильно понимают основное определение высокопрочных болтов.
Недоразумение 1:
Болты с маркой материала выше 8,8 относятся к «высокопрочным-болтам»?
Основное различие между высокопрочными-болтами и обычными болтами заключается не в прочности используемого материала, а в форме силы. Суть в том, следует ли применять усилие предварительной-затяжки и использовать статическое трение для сопротивления сдвигу.
Фактически, в британском стандарте и американском стандарте высокопрочные болты-болты (HSFG BOLT), упомянутые в спецификации, имеют только два типа: 8,8 и 10,9 (BS EN 14399 / ASTM-A325 и ASTM-490), тогда как обычные болты включают 4,6, 5,6, 8,8, 10,9, 12,9, и т. д. (БС 3692 11 Таблица 2); видно, что прочность материала не является решающим фактором, позволяющим отличить высокопрочные болты от обычных.
2
В чем сила-высокопрочных болтов?
В соответствии с GB50017 рассчитайте прочность на растяжение и сдвиг одного обычного болта (класс B) 8,8 и высоко-болта 8,8.
Путем расчета мы видим, что для одной и той же марки расчетные значения прочности на растяжение и сдвиг обычных болтов выше, чем у болтов высокой-прочности.
Так в чем же «сила» высокопрочных-болтов?
Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо исходить из расчетного рабочего состояния двух болтов, изучить закон их упруго-пластической деформации и понять предельное состояние, при котором конструкция разрушается.
Кривые напряжения-деформации обычных болтов и болтов высокой-прочности в рабочих условиях
Предельное состояние при разрушении конструкции
Обычные болты: сам стержень подвергается пластической деформации, превышающей расчетный допуск, и стержень срезается.
В обычных болтовых соединениях между соединительными пластинами возникает относительное проскальзывание до того, как начнет восприниматься сила сдвига, а затем стержень болта и соединительная пластина соприкоснутся, произойдет упругая-пластическая деформация, и будет восприниматься сила сдвига.
Высокопрочные-болты: статическое трение между эффективными трущимися поверхностями преодолевается, и две стальные пластины подвергаются относительному смещению, которое с точки зрения проектирования считается разрушенным.
В высокопрочных-болтовых соединениях трение в первую очередь воспринимает срезывающую силу. Когда нагрузка увеличивается до такой степени, что силы трения недостаточно, чтобы противостоять силе сдвига, сила статического трения преодолевается, и соединительная пластина испытывает относительное проскальзывание (предельное состояние). Однако, хотя в этот момент он разрушен, стержень болта находится в контакте с соединительной пластиной и все еще может использовать собственную упругую-пластическую деформацию, чтобы противостоять силе сдвига.
Заблуждение 2:
Высокая несущая способность означает-высокопрочные болты?
Из расчета одиночного болта видно, что расчетная прочность болтов высокой-прочности на растяжение и сдвиг ниже, чем у обычных болтов. Его высокая прочность заключается в том, что при нормальной работе в узле не допускается относительное проскальзывание, то есть малая упруго-пластическая деформация и большая жесткость узла.
Видно, что при заданной проектной нагрузке узлов узлы, спроектированные с использованием болтов повышенной-прочности, не обязательно экономят количество используемых болтов, но имеют малую деформацию, высокую жесткость и высокий запас прочности. Высокопрочные-болты подходят для главных балок и других мест, где требуется большая жесткость узлов, что соответствует основному принципу сейсмического проектирования «сильные узлы, слабые стержни».
Прочность высокопрочных-болтов заключается не в их собственном расчетном значении несущей способности, а в большой жесткости их конструктивных узлов, высоких показателях безопасности и сильной противо-разрушающей способности.
3
Сравнение высокопрочных-болтов и обычных болтов
Обычные болты и высокопрочные-болты имеют большие различия в методах контроля конструкции из-за разных принципов расчетного усилия.
Требования к механическим характеристикам обычных болтов того же класса немного выше, чем у высокопрочных-болтов, но к высоко-болтам предъявляется еще одно требование по допустимой энергии удара, чем к обычным болтам.
Маркировка обычных болтов и болтов повышенной-прочности – это основной метод идентификации на-болтов одного и того же класса на месте. Поскольку значения для расчета значения крутящего момента высокопрочных болтов-в британских и американских стандартах различаются, необходимо также идентифицировать болты двух стандартов.
Высокопрочные-болты: (M24, L60, класс 8,8).
Обычные болты: (М24, L60, класс 8,8)
Видно, что стоимость обычных болтов составляет около 70 % стоимости высокопрочных болтов.- В сочетании с их приемочными требованиями можно сделать вывод, что премиальная часть должна заключаться в обеспечении показателей энергии удара (прочности) материала.
4
Как повысить усталостную прочность болтов
Независимо от того, какие сложные нагрузки воспринимаются, распространенной формой разрушения высокопрочных болтов- является усталостное разрушение. Еще в 1980 году специалисты изучили 200 случаев разрушения болтовых соединений, из которых более 50% были усталостными. Повышение усталостной прочности высокопрочных-болтов имеет решающее значение.
Усталостное разрушение болта имеет следующие характеристики:
1. Максимальное напряжение усталостного разрушения значительно ниже предела прочности материала при статическом напряжении и даже ниже предела текучести.
2. Усталостные изломы – все хрупкие изломы без явной пластической деформации.
3. Усталостный перелом в определенной степени является результатом накопления микроскопических повреждений.
Для болтов формой разрушения являются преимущественно пластические деформации резьбовой части и усталостное разрушение винта, среди которых:
65% повреждений приходится на первую резьбу, присоединенную к гайке;
20% повреждений приходится на переход между резьбой и оголенным стержнем;
15% повреждений приходится на радиус перехода между головкой болта и винтом.
01
Оптимизация конструкции для снижения концентрации напряжения
Строго контролируйте размер конца болта, чтобы исключить концентрацию напряжений:
а. Используйте больший радиус перехода;
б. Вырезать рельефную канавку;
в. Вырежьте канавку обратной фрезы на конце резьбы;
д. Оптимизация угла наклона головки болта также может эффективно снизить концентрацию напряжения;
е. Используйте армированные нити.
Основным отличием армированной резьбы от обычной является меньший диаметр d1 и корневое переходное скругление R наружной резьбы.
Основной особенностью усиленной резьбы является то, что меньший диаметр d1 больше, чем у обычной резьбы, увеличен радиус переходного скругления корня, увеличен R, уменьшена концентрация напряжений болта, а также имеются особые требования к R: R+=0.18042P, Rmin=0.15011P, где P - шаг, тогда как обычная резьба не имеет такого требования и может быть даже прямой участок.
02
Улучшить производственный процесс
Усиление контроля процессов термообработки и обработки поверхности в процессе производства болтов может эффективно снизить усталость болтов.
а. Термическая обработка. Болты сначала подвергаются термической обработке, а затем прокатываются, что создает большое остаточное сжимающее напряжение внутри болтов, тем самым замедляя образование и развитие трещин, тем самым улучшая усталостную прочность болтов.
При термообработке следует также предотвращать обезуглероживание и сравнивать усталостную прочность болтов с поверхностным обезуглероживанием и без него.
Поскольку в обезуглероженном слое происходит окисление углерода, количество цементита в металлографической структуре меньше, чем в нормальной структуре, поэтому его прочность или твердость по механическим свойствам ниже, чем в нормальной структуре.
Обычно усталостная прочность болта снижается на 19,8 % при обезуглероживании поверхности.
б. Фосфатирование Фосфатирование поверхности болта предназначено для предотвращения ржавчины и стабилизации трения во время сборки, но фосфатирование также может снизить износ.
Уменьшение трения между резьбой накатного колеса и винтовой резьбой в процессе накатки окажет положительное влияние на распределение напряжений на резьбе болта после накатки резьбы и уменьшит шероховатость поверхности резьбы.
03
Установка соответствующей предварительной нагрузки
Растягивающее усилие винта обычного болтового соединения в основном воспринимается трехзубчатой -резьбой подшипника напряжения-спереди.
Когда первоначальная предварительная нагрузка достаточно велика, часть основания резьбы будет локально подвергаться пластической деформации, и в этих основаниях резьбы будут создаваться остаточные напряжения. Остаточное сжимающее напряжение, создаваемое в основании резьбы, может повысить усталостную прочность резьбы.
В то же время резьба после пластической деформации также может улучшить распределение силы резьбы и снизить контактное давление на зубцы резьбы.
Это также повышает усталостную прочность резьбы.
Чем больше предварительная нагрузка, тем выше способность болтового соединения противостоять разъединению соединения и тем выше его способность противостоять ослаблению предварительного натяга. В то же время фактическая эффективная усталостная прочность болтового соединения также выше.
Таким образом, увеличение предварительного натяга болтового соединения способствует улучшению способности болтового соединения противостоять усталостному разрушению при циклических внешних нагрузках, что снижает риск усталостного разрушения болтового соединения под воздействием вибрационной ударной силы и ограниченной перегрузки.
