O tratamento de superfície afeta as características de aperto deparafusos? Sim. Para reduzir o erro de dispersão do coeficiente de torque do parafuso e melhorar a resistência à corrosão, os fixadores são geralmente submetidos a tratamento de superfície. No entanto, diferentes tratamentos de superfície têm um impacto significativo no coeficiente de atrito dos fixadores roscados, o que acaba por afetar as características de aperto dos parafusos. Combinando conhecimentos relevantes sobre fixadores, analisa-se a seguir o impacto do tratamento de superfície nas características de aperto dos parafusos.
I. Análise Teórica do Impacto do Coeficiente de Fricção no Coeficiente de Torque do Parafuso
1. Torque de aperto da conexão do parafuso
1.1 Fricção em Pares Helicoidais de Parafuso Triangular
O atrito em pares móveis pode ser dividido em atrito plano, atrito em plano inclinado e atrito em ranhura de acordo com o formato da superfície de contato. Para simplificar o cálculo da força de atrito em pares móveis, independentemente da forma geométrica dos dois elementos cinemáticos do par móvel, o contato dos dois componentes com formas geométricas diferentes pode ser considerado como um par móvel em contato ao longo de um único plano (como mostrado na Figura 1), e a fórmula de cálculo de sua força de atrito pode ser expressa uniformemente como Fórmula (1):
Fricção na ranhura: O par rotativo de rosca triangular pode aproximar o movimento da porca no parafuso como o movimento de um controle deslizante em forma de cunha em uma superfície de ranhura inclinada, ou seja, uma combinação de fricção na ranhura e fricção no plano inclinado. Neste momento, o ângulo da ranhura é igual a 90 graus - (conforme mostrado na Figura 2).
1.2 Torque de Aperto dos Parafusos
O torque total necessário durante o processo de aperto do parafuso consiste em duas partes: o torque de aperto para superar o atrito do par de roscas e o torque de atrito entre a cabeça do parafuso ou porca e a superfície de suporte.
2. Coeficiente de Torque da Conexão do Parafuso
O torque total do parafuso é dividido em três partes, a saber, consumo de atrito na superfície de suporte do parafuso, consumo de atrito da rosca e consumo de pré-carga (conforme mostrado na Figura 3).
Pode-se observar na Tabela 1 que durante o processo de aperto, a energia consumida pelo atrito na superfície de suporte do parafuso é responsável por cerca de 50%, o consumo de atrito da rosca é responsável por cerca de 40% e o consumo de trabalho de pré-carga é responsável por cerca de 10%. Sob o mesmo torque de aperto, quando o coeficiente de atrito muda em 0,05, a faixa de variação da pré-carga chega a 43,1%. Ou seja, se houver pequenas diferenças no tratamento superficial dos parafusos, assumindo que o coeficiente de atrito aumenta em 0,05, a pré-carga axial é de apenas 57% do original, o que trará grandes riscos potenciais de segurança à confiabilidade das conexões dos parafusos. Portanto, toda atenção deve ser dada à pesquisa sobre o coeficiente de atrito dos pares de fios.
II. Análise do Impacto do Tratamento de Superfície no Coeficiente de Torque
Através do sistema multifuncional-de análise de fixação de parafusos, a força de fixação, o torque total e o torque no par de roscas durante o processo de aperto do parafuso podem ser medidos, o que pode refletir com precisão e em tempo real a relação entre a força de fixação e o torque e, ao mesmo tempo, medir o coeficiente de atrito dorosca do parafusoe a superfície de apoio da cabeça do parafuso. A análise dos dados mostra que a espessura da camada galvanizada tem pouco impacto no coeficiente de atrito da cabeça do parafuso, mas tem um impacto significativo no coeficiente de atrito da rosca, que em última análise também tem um impacto significativo no coeficiente de torque.
III. Impacto do tratamento de superfície na resistência admissível dos parafusos
Os fixadores roscados estão sujeitos a esforços combinados de torção-tensão durante o aperto. De acordo com a terceira teoria de resistência, a tensão equivalente admissível de fixadores roscados pode ser obtida pela Fórmula (9):
Quando os fixadores roscados são apertados, o torque total é dividido em três partes: consumo de atrito na superfície de suporte do parafuso, consumo de atrito da rosca e consumo de pré-carga. Entre eles, o consumo de fricção na superfície de suporte do parafuso e o consumo de fricção da rosca farão com que a parte da haste do fixador rosqueado suporte tensão de cisalhamento torcional, e o consumo de pré-carga fará com que a parte da haste do fixador roscado gere tensão de tração real. A tensão de tração equivalente que o parafuso pode suportar é fixa e não deve exceder a tensão de escoamento do parafuso. Portanto, reduzindo a tensão de cisalhamento torcional suportada pela parte da haste dofixador roscadopode aumentar a tensão de tração gerada pela pré-carga real, ou seja, ao reduzir o consumo de atrito na superfície de suporte do parafuso e o consumo de atrito da rosca, o torque é convertido em pré-carga tanto quanto possível.
A análise do coeficiente de atrito mostra que parafusos com pequeno coeficiente de atrito podem obter uma pré-carga axial maior aplicando um pequeno torque, o que é de grande importância para economizar consumo de energia e melhorar a eficiência de serviço dos parafusos.
4. Fatores que afetam as características de aperto dos parafusos
(1) A análise mostra que o coeficiente de atrito tem um impacto significativo na distribuição de energia no consumo de atrito da superfície de suporte do parafuso, no consumo de atrito da rosca e no consumo de trabalho de pré-carga durante o processo de aperto. Uma pequena alteração no coeficiente de atrito causará uma grande flutuação na pré-carga.
(2) Através da análise experimental da relação entre os diferentes tratamentos superficiais e o coeficiente de atrito dos fixadores roscados, bem como a pré-carga de torque, são obtidas as regras de influência da espessura da camada galvanizada e dos diferentes tratamentos de cromato no coeficiente de atrito e no coeficiente de torque: quanto maior a espessura do revestimento, maior o coeficiente de atrito; o coeficiente de atrito dos parafusos tratados com cromato C2C é muito maior do que o dos parafusos tratados com cromato C2D.
(3) Em comparação com parafusos tratados com cromato C2C, o uso de parafusos tratados com cromato C2D pode reduzir o consumo de torque de atrito na superfície e rosca de suporte do parafuso e obter uma pré-carga axial maior, o que é de grande importância para economizar consumo de energia e melhorar a eficiência de serviço dos parafusos.
