Ultra-hochfeste-Befestigungselemente können das Gewicht reduzieren und den Einbauraum vergrößern, indem sie ihre eigene Größe bei gleicher Klemmkraft verringern, sodass Funktion und Volumen der verbundenen Teile optimiert werden können, sodass die Ausrüstung den Zweck der Gesamtgewichtsreduzierung und Leistungsoptimierung erreichen kann.
Was sind also hochfeste-Schrauben? Was sind die Stärken hoch-fester Schrauben? Ich zeige es Ihnen heute.
Am 28. November 2021 traf sich das Hochleistungsstahlwerkstoffteam unter der Leitung von Professor Dong Han von der School of Materials Science and Engineering der Shanghai University, Hebei Longfengshan Casting Co., Ltd., Qifeng Precision Technology Co., Ltd., Zhoushan 7412 Factory, Jiangsu Metallurgical Technology Research Institute, Shanghai University (Zhejiang) High{8}}Equipment Basic Parts Materials Research Institute, Shanghai University New Materials (Taizhou) Research Institute und anderen Sieben Einheiten entwickelten nach mehr als einem Jahr gemeinsamer Forschung im Rahmen der „Materialproduktion-Befestigungsherstellung-Dienstleistungsbewertung“ in der gesamten Industriekette auf der Grundlage der Hochleistungstheorie von Stahlmaterialien und unter Verwendung der von Longfengshan Casting hergestellten hochreinen Eisenrohstoffe erfolgreich B17.8- und B19.8-Stähle für ultra-hochfeste-Befestigungselemente Herstellungstechnologie für Verbindungselemente der Güteklasse 16,8 und 19,8.
Verbindungselemente der Güteklasse 16,8 und 19,8
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Was ist eine hochfeste Schraube?
Hoch-fester Bolzen (High-Strength Friction Grip Bolt), englische wörtliche Übersetzung: hoch-fester, reibungsvorgespannter Bolzen, englische Abkürzung: HSFG. Es ist ersichtlich, dass die hoch{4}}festen Schrauben, auf die wir uns im chinesischen Bauwesen beziehen, die Abkürzung für hoch-reibungsvor-festziehende Schrauben sind. In der täglichen Kommunikation werden die beiden Wörter „Reibung“ und „Griff“ einfach abgekürzt, doch viele Ingenieure und Techniker haben ein Missverständnis über die grundlegende Definition von hochfesten Schrauben.
Missverständnis 1:
Sind Schrauben mit einer Materialgüte über 8,8 „hochfeste Schrauben“?
Der Hauptunterschied zwischen hochfesten Schrauben und gewöhnlichen Schrauben liegt nicht in der Festigkeit des verwendeten Materials, sondern in der Form der Kraft. Entscheidend ist, ob eine Vorspannkraft aufgebracht und Haftreibung genutzt werden soll, um der Scherung standzuhalten.
Tatsächlich gibt es im britischen Standard und im amerikanischen Standard für die in der Spezifikation genannten hochfesten Schrauben (HSFG BOLT) nur zwei Typen: 8,8 und 10,9 (BS EN 14399 / ASTM-A325 und ASTM{15}}490), während normale Schrauben 4,6, 5,6, 8,8, 10,9, 12,9 umfassen. usw. (BS 3692 11 Tabelle 2); Es ist ersichtlich, dass die Festigkeit des Materials nicht der Schlüssel zur Unterscheidung hochfester Schrauben von gewöhnlichen Schrauben ist.
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Wo liegt die Festigkeit von hoch{0}festen Schrauben?
Berechnen Sie gemäß GB50017 die Zug- und Scherfestigkeit einer einzelnen gewöhnlichen Schraube (Klasse B) mit 8,8 und einer hochfesten Schraube mit 8,8.
Durch Berechnung können wir erkennen, dass bei derselben Güteklasse die Bemessungswerte der Zugfestigkeit und Scherfestigkeit von gewöhnlichen Schrauben höher sind als die von hochfesten Schrauben.
Wo liegt also die „Stärke“ hoch{0}fester Schrauben?
Um diese Frage zu beantworten, müssen wir vom konstruktiven Arbeitszustand der beiden Schrauben ausgehen, das Gesetz ihrer elastischen -plastischen Verformung untersuchen und den Grenzzustand verstehen, in dem die Konstruktion zerstört wird.
Spannungs-Dehnungskurven von gewöhnlichen Schrauben und hochfesten Schrauben unter Arbeitsbedingungen
Grenzzustand, wenn das Design zerstört wird
Gewöhnliche Schrauben: Die Schraubenstange selbst erfährt eine plastische Verformung, die über die Konstruktionszugabe hinausgeht, und die Schraubenstange wird abgeschert.
Bei gewöhnlichen Bolzenverbindungen kommt es zu einem relativen Schlupf zwischen den Verbindungsplatten, bevor die Scherkraft aufgenommen wird. Dann kommen die Bolzenstange und die Verbindungsplatte in Kontakt, es kommt zu einer elastischen -plastischen Verformung und es wird eine Scherkraft aufgenommen.
Hoch-Schrauben: Die Haftreibung zwischen den wirksamen Reibflächen wird überwunden und es kommt zu einer Relativverschiebung der beiden Stahlplatten, die konstruktiv als zerstört gilt.
Bei hochfesten Schraubenverbindungen wirkt zunächst die Reibung auf die Scherkraft. Wenn die Belastung so weit ansteigt, dass die Reibungskraft nicht mehr ausreicht, um der Scherkraft standzuhalten, wird die statische Reibungskraft überwunden und die Verbindungsplatte erfährt einen relativen Schlupf (Grenzzustand). Obwohl es zu diesem Zeitpunkt zerstört wird, steht die Bolzenstange jedoch in Kontakt mit der Verbindungsplatte und kann weiterhin ihre eigene elastische -plastische Verformung nutzen, um der Scherkraft standzuhalten.
Missverständnis 2:
Hohe Tragfähigkeit bedeutet hoch-feste Schrauben?
Aus der Berechnung einer einzelnen Schraube ist ersichtlich, dass die Konstruktionsfestigkeit hochfester Schrauben unter Zug und Scherung geringer ist als die von gewöhnlichen Schrauben. Seine hohe Festigkeit besteht im Wesentlichen darin, dass im Normalbetrieb kein relativer Schlupf am Knoten zulässig ist, d. h. eine kleine elastische -plastische Verformung und eine große Knotensteifigkeit.
Es ist ersichtlich, dass Knoten, die mit hochfesten Schrauben konstruiert wurden, unter der gegebenen Knotenbelastung nicht unbedingt die Anzahl der verwendeten Schrauben einsparen, aber eine geringe Verformung, eine hohe Steifigkeit und eine hohe Sicherheitsreserve aufweisen. Hochfeste Bolzen eignen sich für Hauptträger und andere Stellen, die eine große Knotensteifigkeit erfordern, was dem Grundprinzip der seismischen Konstruktion „Starke Knoten, schwache Stäbe“ entspricht.
Die Stärke hoch{0}fester Schrauben liegt nicht in ihrem eigenen Konstruktionswert der Tragfähigkeit, sondern in der großen Steifigkeit ihrer Konstruktionsknoten, der hohen Sicherheitsleistung und der starken Fähigkeit zur Zerstörung-.
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Vergleich zwischen hochfesten Schrauben und gewöhnlichen Schrauben
Gewöhnliche Schrauben und hochfeste Schrauben weisen aufgrund ihrer unterschiedlichen Konstruktionskraftprinzipien große Unterschiede in den Bauprüfmethoden auf.
Die Anforderungen an die mechanische Leistung von gewöhnlichen Schrauben der gleichen Güteklasse sind etwas höher als die von hoch{0}festen Schrauben, aber hoch-hochfeste Schrauben haben eine höhere Anforderung an die Schlagenergieaufnahme als gewöhnliche Schrauben.
Die Kennzeichnung von gewöhnlichen Schrauben und hochfesten Schrauben ist die grundlegende Methode zur -Identifizierung von Schrauben derselben Güteklasse vor Ort. Da die Werte zur Berechnung des Drehmomentwertes hochfester Schrauben in britischen und amerikanischen Normen unterschiedlich sind, ist es auch notwendig, Schrauben zweier Normen zu identifizieren.
Hoch-Schrauben: (M24, L60, Güteklasse 8,8)
Gewöhnliche Schrauben: (M24, L60, Güteklasse 8.8)
Es ist ersichtlich, dass gewöhnliche Schrauben etwa 70 % des Preises hoch{1}fester Schrauben ausmachen. In Kombination mit dem Vergleich ihrer Akzeptanzanforderungen kann der Schluss gezogen werden, dass der Premium-Anteil darin bestehen sollte, die Schlagenergieleistung (Zähigkeit) des Materials sicherzustellen.
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So verbessern Sie die Dauerfestigkeit von Schrauben
Ganz gleich, welche komplexen Lasten getragen werden, die häufigste Form des Versagens hochfester Schrauben ist Ermüdungsversagen. Bereits 1980 untersuchten Experten 200 Fälle von Versagen von Schraubenverbindungen, von denen mehr als 50 % Ermüdungsversagen waren. Die Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeit hochfester Schrauben ist von entscheidender Bedeutung.
Der Bolzenermüdungsbruch weist folgende Merkmale auf:
1. Die maximale Ermüdungsbruchspannung ist viel niedriger als die Festigkeitsgrenze des Materials unter statischer Belastung und sogar niedriger als die Streckgrenze.
2. Ermüdungsbrüche sind alle Sprödbrüche ohne offensichtliche plastische Verformung.
3. Ermüdungsbrüche sind bis zu einem gewissen Grad das Ergebnis einer Anhäufung mikroskopischer Schäden.
Bei Schrauben ist die Versagensform hauptsächlich eine plastische Verformung des Gewindeteils und ein Ermüdungsbruch der Schraube, darunter:
65 % der Schäden entstehen am ersten mit der Mutter verbundenen Gewinde;
20 % der Schäden entstehen am Übergang zwischen Gewinde und blankem Stab;
15 % der Schäden entstehen am Übergangsradius zwischen Schraubenkopf und Schraube.
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Optimieren Sie das Design, um die Stresskonzentration zu reduzieren
Kontrollieren Sie die Endgröße der Schraube genau, um Spannungskonzentrationen zu vermeiden:
A. Verwenden Sie einen größeren Übergangsradius;
B. Schneiden Sie eine Entlastungsnut;
C. Am Ende des Gewindes eine Rückschneidernut einschneiden;
D. Durch die Optimierung des Kopfneigungswinkels des Bolzens kann auch die Spannungskonzentration wirksam reduziert werden.
e. Verwenden Sie verstärkte Fäden.
Der Hauptunterschied zwischen verstärktem Gewinde und gewöhnlichem Gewinde besteht im Kerndurchmesser d1 und der Grundübergangskehle R des Außengewindes.
Das Hauptmerkmal eines verstärkten Gewindes besteht darin, dass der Kerndurchmesser d1 größer ist als der eines gewöhnlichen Gewindes, der Radius der Wurzelübergangskehle vergrößert wird, R erhöht wird, die Spannungskonzentration der Schraube verringert wird und es spezielle Anforderungen für R gibt: R+=0.18042P, Rmin=0.15011P, wobei P die Steigung ist, während für gewöhnliches Gewinde keine solche Anforderung besteht und es sogar ein gerader Abschnitt sein kann.
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Verbessern Sie den Herstellungsprozess
Durch eine stärkere Kontrolle der Wärmebehandlungs- und Oberflächenbehandlungsprozesse während des Herstellungsprozesses von Schrauben kann die Ermüdung von Schrauben wirksam verbessert werden.
A. Wärmebehandlung Die Schrauben werden zunächst wärmebehandelt und dann gewalzt, wodurch eine große Restdruckspannung im Inneren der Schrauben entsteht, wodurch die Bildung und Entwicklung von Rissen verlangsamt und die Ermüdungsfestigkeit der Schrauben verbessert wird.
Bei der Wärmebehandlung soll außerdem eine Entkohlung verhindert und die Dauerfestigkeit von Schrauben mit und ohne Oberflächenentkohlung verglichen werden.
Da Kohlenstoff in der entkohlten Schicht oxidiert wird, ist die Menge an Zementit in der metallografischen Struktur geringer als in der normalen Struktur, sodass seine Festigkeit oder Härte in den mechanischen Eigenschaften geringer ist als in der normalen Struktur.
Normalerweise nimmt die Dauerfestigkeit der Schraube bei einer Oberflächenentkohlung um 19,8 % ab.
B. Phosphatieren Die Phosphatierungsbehandlung der Bolzenoberfläche soll Rost verhindern und die Reibung bei der Montage stabilisieren, die Phosphatierungsbehandlung kann aber auch den Verschleiß reduzieren.
Die Verringerung der Reibung zwischen dem Gewinde des Gewinderollrades und dem Schraubengewinde während des Gewindewalzvorgangs wirkt sich positiv auf die Spannungsverteilung auf dem Bolzengewinde nach dem Gewinderollen aus und verringert die Oberflächenrauheit des Gewindes.
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Geeignete Vorspannung einstellen
Die Zugkraft der Schraube der gewöhnlichen Bolzenverbindung wird hauptsächlich vom drei{0}}Zahn-Spannungs--tragenden Gewinde an der Vorderseite getragen.
Wenn die anfängliche Vorspannung groß genug ist, wird ein Teil des Gewindegrunds lokal plastisch verformt, und an diesen Gewindewurzeln wird eine Eigenspannung erzeugt. Die am Gewindegrund erzeugte Druckeigenspannung kann die Dauerfestigkeit des Gewindes verbessern.
Gleichzeitig kann das Gewinde nach der plastischen Verformung auch die Kraftverteilung des Gewindes verbessern und den Anpressdruck auf die Gewindezähne verringern.
Dadurch wird auch die Dauerfestigkeit des Gewindes verbessert.
Je größer die Vorspannung, desto größer ist die Fähigkeit der Schraubenverbindung, einer Verbindungstrennung zu widerstehen, und desto größer ist ihre Fähigkeit, einer Entspannung der Vorspannung zu widerstehen. Gleichzeitig ist auch die tatsächlich wirksame Dauerfestigkeit der Schraubenverbindung höher.
Daher trägt die Erhöhung der Vorspannung der Schraubenverbindung dazu bei, die Fähigkeit der Schraubenverbindung zu verbessern, einem Ermüdungsbruch unter zyklischen äußeren Belastungen standzuhalten, wodurch das Risiko eines Ermüdungsbruchs der Schraubenverbindung unter Vibrationsaufprallkräften und begrenzter Überlast geringer wird.
