מחברים אולטרה-גבוהים-יכולים להפחית משקל ולהגדיל את שטח ההתקנה על ידי הקטנת הגודל שלהם תחת אותו כוח הידוק, כך שניתן לייעל את התפקוד והנפח של החלקים המחוברים, כך שהציוד יוכל להשיג את המטרה של הפחתת משקל כללית ואופטימיזציה של ביצועים.
אז מה הם ברגים-חוזק גבוה? מהן החוזק של ברגים-חוזק גבוה? תן לי להראות לך היום.
ב-28 בנובמבר 2021, צוות חומרי הפלדה בעל הביצועים הגבוהים- בראשותו של פרופסור דונג האן מבית הספר למדעי החומרים והנדסת החומרים של אוניברסיטת שנחאי, Hebei Longfengshan Casting Co., Ltd., Qifeng Precision Technology Co., Ltd., Zhoushan 7412 Factory, Jiangsu Metallurgical Technology Research Institute, University{8jiang} High{8jiang Material Research Materials} המכון, מכון המחקר החדש של Shanghai University Materials (Taizhou) ושבע יחידות אחרות, לאחר יותר משנה של מחקר משותף, באמצעות "הערכת שירותי ייצור-ייצור-שירותי מהדקים" שיתוף פעולה מלא בשרשרת התעשייה, המבוססת על תיאוריית הביצועים הגבוהים של חומרי פלדה, תוך שימוש בחומרי הטוהר-הגבוהים של ברזל יצוק, B78. ופלדות B19.8 עבור מחברים-גבוהים במיוחד, היוצרים טכנולוגיית ייצור מחברים בדרגות 16.8 ו-19.8.
מחברים בדרגות 16.8 ו-19.8
1
מהו בורג-חוזק גבוה?
High-thought bolt (High-Strength Friction Grip Bolt), תרגום מילולי באנגלית: high-thought friction bolt preloaded, קיצור באנגלית: HSFG. ניתן לראות שהברגים בעלי חוזק-גבוה שאליהם אנו מתייחסים בבנייה הסינית הם קיצור של ברגים-חוזק חיכוך לפני-הידוק גבוה. בתקשורת יומיומית, שתי המילים "חיכוך" ו"אחיזה" מקוצרות בפשטות, אך לאנשי הנדסה וטכניים רבים יש אי הבנה של ההגדרה הבסיסית של ברגים בעלי חוזק- גבוה.
אי הבנה 1:
ברגים בעלי דרגת חומר העולה על 8.8 הם "ברגים בעלי חוזק- גבוה"?
ההבדל העיקרי בין ברגים עם חוזק- גבוה לבין ברגים רגילים אינו חוזק החומר המשמש, אלא צורת הכוח. המהות היא האם להפעיל כוח הידוק מוקדם- ולהשתמש בחיכוך סטטי כדי להתנגד לגזירה.
למעשה, בתקן הבריטי ובתקן האמריקני, לבורגים בעלי חוזק-גבוה (HSFG BOLT) המוזכרים במפרט יש רק שני סוגים: 8.8 ו-10.9 (BS EN 14399 / ASTM-A325 & ASTM-490), בעוד שהברגים הרגילים כוללים 5.6, 8.9 ברגים. 12.9 וכו' (BS 3692 11 טבלה 2); ניתן לראות כי חוזק החומר אינו המפתח להבדיל בין ברגים בעלי חוזק גבוה לבין ברגים רגילים.
2
איפה החוזק של ברגים-חוזק גבוה?
לפי GB50017, חשב את חוזק המתיחה והגזירה של בורג רגיל יחיד (Class B) 8.8 ובורג חוזק גבוה 8.8.
באמצעות חישוב, אנו יכולים לראות שתחת אותה כיתה, ערכי התכנון של חוזק מתיחה וחוזק גזירה של ברגים רגילים גבוהים מאלה של ברגים בעלי חוזק- גבוה.
אז איפה ה"חוזק" של ברגים-חוזק גבוה?
כדי לענות על שאלה זו, עלינו להתחיל ממצב העבודה בתכנון של שני הברגים, ללמוד את חוק העיוות האלסטי- הפלסטי שלהם ולהבין את מצב הגבול כאשר העיצוב נהרס.
עקומות מתח- של ברגים רגילים וברגי חוזק- גבוה בתנאי עבודה
מצב הגבלה כאשר העיצוב נהרס
ברגים רגילים: מוט ההברגה עצמו עובר דפורמציה פלסטית העולה על הקצבה העיצובית, ומוט הברגים נגזם.
בחיבורי בריח רגילים תתרחש החלקה יחסית בין לוחות החיבור לפני שכוח הגזירה מתחיל להינשא, ואז מוט הבורג ולוחית החיבור יתקשרו, יתרחש דפורמציה פלסטית-אלסטית ויישא כוח גזירה.
ברגים חוזק- גבוה: מתגברים על החיכוך הסטטי בין משטחי החיכוך היעילים, ושתי לוחות הפלדה עוברים תזוזה יחסית, שנחשבת להרוסה משיקולי תכנון.
בחיבורי ברגים-גבוהים, החיכוך נושא תחילה כוח גזירה. כאשר העומס גדל עד לנקודה שבה כוח החיכוך אינו מספיק כדי להתנגד לכוח הגזירה, מתגבר על כוח החיכוך הסטטי, והלוח המחבר עובר החלקה יחסית (מצב גבול). עם זאת, למרות שהוא נהרס בשלב זה, מוט הבורג נמצא במגע עם לוח החיבור, והוא עדיין יכול להשתמש בעיוות פלסטי אלסטי- כדי לעמוד בכוח הגזירה.
תפיסה מוטעית 2:
קיבולת נשיאה גבוהה פירושה ברגים-חוזק גבוה?
מחישוב של בורג בודד, ניתן לראות כי חוזק התכנון של ברגים בעלי חוזק- גבוה במתח ובגזירה נמוך מזה של ברגים רגילים. החוזק הגבוה שלו הוא בעצם: במהלך פעולה רגילה, אסור להחליק יחסית בצומת, כלומר, דפורמציה פלסטית אלסטית קטנה- וקשיחות של צומת גדולה.
ניתן לראות שתחת עומס הצומת העיצובי הנתון, צמתים המעוצבים עם ברגים-חוזקים אינם בהכרח חוסכים את מספר הברגים שבהם נעשה שימוש, אך יש להם עיוות קטן, קשיחות גבוהה ועתודה בטיחותית גבוהה. ברגים בעלי חוזק- גבוה מתאימים לקורות ראשיות ולמקומות אחרים הדורשים קשיחות צמתים גדולה, התואמת את עקרון התכנון הסיסמי הבסיסי של "צמתים חזקים, מוטות חלשים".
החוזק של ברגים בעלי חוזק- גבוה אינו טמון בערך התכנון שלהם של כושר נשיאה, אלא בקשיחות הגדולה של צמתי התכנון שלהם, ביצועי בטיחות גבוהים ויכולת אנטי- חזקה.
3
השוואה בין ברגים בעלי חוזק- גבוה לבין ברגים רגילים
לבריחים רגילים ולבריחים-חוזק גבוה יש הבדלים גדולים בשיטות בדיקת הבנייה בשל עקרונות כוח התכנון השונים שלהם.
דרישות הביצועים המכאניות של ברגים רגילים מאותו דרגה גבוהות מעט מאלה של ברגים בעלי חוזק- גבוה, אך לבריחים חוזק- גבוה יש דרישה אחת יותר לקבל אנרגית השפעה מאשר ברגים רגילים.
הסימון של ברגים רגילים וברגי חוזק- גבוה הוא השיטה הבסיסית לזיהוי- באתר של ברגים מאותה דרגה. מכיוון שהערכים לחישוב ערך המומנט של ברגים בעלי חוזק- גבוה בתקנים בריטיים ואמריקאים שונים, יש צורך גם לזהות ברגים משני תקנים.
ברגים-חוזק גבוה: (M24, L60, כיתה 8.8)
ברגים רגילים: (M24, L60, כיתה 8.8)
ניתן לראות כי ברגים רגילים הם כ-70% מהמחיר של ברגים בעלי חוזק- גבוה. בשילוב עם ההשוואה של דרישות הקבלה שלהם, ניתן להסיק שחלק הפרימיום צריך להיות כדי להבטיח את ביצועי אנרגיית ההשפעה (קשיחות) של החומר.
4
כיצד לשפר את חוזק העייפות של ברגים
לא משנה אילו עומסים מורכבים נישאים, צורת הכשל הנפוצה של ברגים- בחוזק גבוה היא כשל בעייפות. כבר ב-1980, מומחים חקרו 200 מקרים של כשל בחיבור בריח, מתוכם יותר מ-50% היו כשלי עייפות. שיפור ההתנגדות לעייפות של ברגים- בעלי חוזק גבוה הוא חיוני.
לשבר עייפות בריח יש את המאפיינים הבאים:
1. המתח המרבי של שבר עייפות נמוך בהרבה מגבול החוזק של החומר במתח סטטי, ואף נמוך מגבול התפוקה.
2. שברי עייפות הם כולם שברים שבירים ללא דפורמציה פלסטית ברורה.
3. שבר עייפות הוא תוצאה של הצטברות נזקים מיקרוסקופיים במידה מסוימת.
עבור ברגים, צורת הכשל היא בעיקר דפורמציה פלסטית של חלק ההברגה ושבר עייפות של הבורג, ביניהם:
65% מהנזק מתרחש בהברגה הראשונה המחוברת לאום;
20% מהנזק מתרחש במעבר בין החוט למוט החשוף;
15% מהנזק מתרחש ברדיוס המעבר בין ראש הבורג לבורג.
01
מטב את העיצוב כדי להפחית את ריכוז הלחץ
שליטה קפדנית בגודל הקצה של הבורג כדי למנוע ריכוז מתח:
א. השתמש ברדיוס מעבר גדול יותר;
ב. חותכים חריץ הקלה;
ג. חותכים חריץ חותך אחורי בקצה החוט;
ד. אופטימיזציה של זווית הטיית הראש של הבורג יכולה גם להפחית ביעילות את ריכוז הלחץ;
ה. השתמש בחוטים מחוזקים.
ההבדל העיקרי בין חוט מחוזק לחוט רגיל הוא הקוטר הקטן d1 ופילה מעבר שורש R של החוט החיצוני.
התכונה העיקרית של הברגה מחוזקת היא שהקוטר הקטן d1 גדול יותר מזה של הברגה רגילה, רדיוס פילה מעבר השורש גדל, R גדל, ריכוז המתח של הבורג מופחת, ויש דרישות ספציפיות ל-R: R+=0.18042P, Rmin=0.15011P, כאשר P הוא הגובה, בעוד שההברגה הרגילה אינה דורשת קטע ישר כזה.
02
שפר את תהליך הייצור
חיזוק השליטה בתהליכי טיפול בחום וטיפול פני השטח במהלך תהליך הייצור של ברגים יכול לשפר ביעילות את עייפות הברגים.
א. טיפול בחום הברגים עוברים תחילה טיפול בחום ולאחר מכן מגולגלים, מה שיוצר מתח לחיצה שיורי גדול בתוך הברגים, ובכך מאט את היווצרות והתפתחות סדקים, ובכך משפר את חוזק העייפות של הברגים.
במהלך טיפול בחום, יש למנוע גם דה-קרבור, ולהשוות את חוזק העייפות של ברגים עם ובלי שחרור משטח.
מכיוון שפחמן מתחמצן בשכבה המפורקת, כמות הצמנטיט במבנה המטאלוגרפי קטנה מזו שבמבנה הרגיל, ולכן חוזקו או קשיותו בתכונות מכניות נמוכות מזו שבמבנה הרגיל.
בדרך כלל, חוזק העייפות של הבורג יורד ב-19.8% כאשר יש פירוק משטח.
ב. פוספטציה טיפול הפוספטינג של משטח הבורג נועד למנוע חלודה ולייצב את החיכוך במהלך ההרכבה, אך טיפול הפוספטים יכול גם להפחית בלאי.
הפחתת החיכוך בין הברגה של גלגל ההברגה לבין הברגה בתהליך גלגול ההברגה תשפיע לטובה על חלוקת המתח על הברגה לאחר גלגול הברגה ותפחית את חספוס פני השטח של ההברגה.
03
הגדרת טעינה מוקדמת מתאימה
כוח המתיחה של הבורג של חיבור הבורג הרגיל מושפע בעיקר על ידי חוט הנושא של שלוש-שיניים- בחזית.
כאשר הטעינה המוקדמת הראשונית גדולה מספיק, חלק משורש החוט ייכנס לעיוות פלסטי באופן מקומי, ולחץ שיורי ייווצר בשורשי החוט הללו. לחץ הלחיצה השיורי הנוצר בשורש החוט יכול לשפר את חוזק העייפות של החוט.
במקביל, החוט לאחר עיוות פלסטי יכול גם לשפר את חלוקת הכוח של החוט ולהפחית את לחץ המגע על שיני החוט.
זה גם משפר את חוזק העייפות של החוט.
ככל שהעומס הקדם גדול יותר, כך גדלה יכולתו של חיבור הבריח להתנגד להפרדת החיבור ויכולתו להתנגד להרפיית העומס גדלה. יחד עם זאת, חוזק העייפות בפועל של חיבור הבורג גדול יותר.
לכן, הגדלת העומס המוקדם של חיבור הבורג תורמת לשיפור יכולתו של חיבור הבורג לעמוד בפני כשל עייפות בעומסים חיצוניים מחזוריים, מה שהופך את הסיכון לכשל עייפות של חיבור הבורג בכוח פגיעה ברטט ועומס יתר מוגבל לקטן.
