Skąd właściwie wiadomo, jakim momentem dokręcać śrubę? Akademia Efektywnego Montażu

Skąd właściwie wiadomo, jakim momentem dokręcać śrubę?

M4 – 2,5 Nm - Czy taka informacja wystarczy, żeby prawidłowo ustawić wkrętak?

Akademia Efektywnego Montażu — Techsystem

Niekoniecznie.

Ta sama śruba może łączyć dwie stalowe części, aluminiową obudowę, element z tworzywa sztucznego, uszczelkę albo kilka różnych materiałów jednocześnie. I w każdym z tych przypadków proces dokręcania może wyglądać zupełnie inaczej.

Dlatego pytanie:

„Jaki moment ustawić dla śruby M4?”

często należałoby zastąpić pytaniem:

„Jak zachowuje się konkretne połączenie, które chcemy wykonać?” Moment jest tylko jednym z parametrów. 

Celem dokręcania nie jest przecież osiągnięcie określonej liczby na wyświetlaczu wkrętaka czy miernika momentu. Celem jest uzyskanie prawidłowo wykonanego i powtarzalnego połączenia.

A na jego zachowanie wpływają między innymi:

• średnica, skok i rodzaj śruby,
• klasa i materiał śruby,
• materiał łączonych elementów,
• długość połączenia,
• rodzaj gwintu,
• współczynnik tarcia,
• powłoka śruby,
• obecność podkładki lub uszczelki,
• prędkość obrotowa wkrętaka,
• geometria detalu,
• sztywność całego połączenia.

Dlatego dwie śruby o identycznej średnicy dokręcane takim samym momentem mogą zachowywać się zupełnie inaczej.

Połączenie twarde – moment narasta bardzo szybko

Wyobraźmy sobie śrubę łączącą dwa sztywne stalowe elementy. Po dojściu łba śruby do powierzchni elementu następuje kontakt, a następnie moment dokręcania zaczyna bardzo szybko rosnąć. To typowy przykład połączenia twardego. Od chwili osiągnięcia styku do osiągnięcia docelowego momentu śruba wykonuje stosunkowo niewielki obrót.

I właśnie tutaj pojawia się problem.
Jeżeli wkrętak pracuje z dużą prędkością, cały końcowy etap dokręcania może trwać bardzo krótko. Narzędzie musi więc odpowiednio szybko zareagować i zatrzymać proces. W przeciwnym razie może wystąpić przeciągnięcie momentu ponad zakładaną wartość. Dlatego przy połączeniach twardych znaczenie ma nie tylko ustawiony moment, ale również: 
prędkość dokręcania i sposób zatrzymania narzędzia.

Połączenie miękkie – sytuacja wygląda zupełnie inaczej

Teraz pomiędzy dwoma elementami umieśćmy uszczelkę. Albo element gumowy. Albo inny materiał, który podczas dokręcania ulega odkształceniu. Po osiągnięciu styku możemy obracać śrubę jeszcze przez znaczny kąt, zanim osiągniemy wymagany moment. Moment narasta łagodniej. Mówimy wtedy o połączeniu miękkim.

I tutaj pojawia się inny problem.
Osiągnięcie wartości np. 3 Nm nie musi jeszcze oznaczać, że proces zachowuje się tak samo jak przy 3 Nm w połączeniu twardym. Zmienia się charakterystyka dokręcania, czas procesu oraz zachowanie łączonych materiałów.

A co z połączeniami mieszanymi?

W praktyce produkcyjnej bardzo często spotykamy właśnie takie przypadki.

Stalowa śruba | Aluminiowa obudowa | Element z tworzywa | Metalowa tulejka | Uszczelka pomiędzy elementami

Co wtedy jest najważniejsze?
Najsłabszy lub najbardziej podatny element całego układu.

Możemy mieć śrubę, która bez problemu przeniosłaby znacznie większe obciążenie, ale wcześniej:

• odkształci się tworzywo,
• zerwie się gwint w aluminium,
• pęknie obudowa,
• zostanie nadmiernie ściśnięta uszczelka,
• odkształci się cienkościenny element.

Dlatego tabela momentów dla samej śruby nie opisuje całego procesu. 

Szczególnie ciekawy przypadek – śruba wkręcana bezpośrednio w tworzywo

Tutaj robi się jeszcze ciekawiej. Załóżmy, że śruba sama formuje gwint w elemencie z tworzywa sztucznego. Podczas wkręcania pojawia się moment potrzebny do formowania gwintu. 
Nazwijmy go roboczo: momentem wkręcania.
Następnie łeb śruby dochodzi do powierzchni elementu i rozpoczyna się właściwe dociskanie. Moment rośnie dalej. Jeżeli będziemy go zwiększać, w pewnym momencie możemy zerwać utworzony wcześniej gwint albo uszkodzić detal.

Dobra wartość momentu roboczego powinna znajdować się pomiędzy tymi obszarami z odpowiednim marginesem bezpieczeństwa. I właśnie dlatego warto takie połączenie rzeczywiście zbadać.

W tworzywie dochodzi jeszcze prędkość obrotowa

To parametr, który często jest niedoceniany. Śruba podczas wkręcania powoduje tarcie. Tarcie generuje ciepło. Jeżeli śruba jest długa, a wkrętak pracuje z dużą prędkością, temperatura lokalnie może znacząco wzrosnąć. Tworzywo może zacząć się uplastyczniać. Proces będzie wyglądał prawidłowo. Śruba zostanie dokręcona. Wkrętak osiągnie ustawiony moment. 
A mimo to jakość połączenia może być niewłaściwa.

Dlatego przy tworzywach czasami równie ważne jak pytanie: „Jaki moment?” jest pytanie: „Z jaką prędkością?”

Moment i kąt mówią znacznie więcej niż sam moment

Jeżeli podczas prób rejestrujemy jednocześnie moment oraz kąt obrotu śruby, zaczynamy widzieć cały proces.

Możemy zobaczyć:

jak długo trwa wkręcanie → kiedy śruba osiąga powierzchnię → jak szybko zaczyna narastać moment → jaki kąt występuje pomiędzy stykiem a osiągnięciem momentu docelowego → kiedy zaczyna się deformacja lub uszkodzenie połączenia

Powstaje charakterystyka moment–kąt. I często mówi ona o połączeniu znacznie więcej niż docelowa wartość momentu.

Dlaczego połączenie trzeba czasem zniszczyć, żeby dobrze je poznać?

Brzmi przewrotnie, ale podczas badań może być bardzo użyteczne. Jeżeli chcemy poznać granice procesu, wykonujemy serię prób na rzeczywistych detalach. Możemy sprawdzić:

przy jakim momencie powstaje prawidłowy docisk,
jak powtarzalne są kolejne próbki,
kiedy zaczyna się deformacja,
przy jakim momencie zrywany jest gwint,
jak zmiana prędkości wpływa na wynik,
jak zachowują się różne partie śrub i komponentów.

Dopiero wtedy możemy zobaczyć okno procesu – zakres, w którym połączenie jest wykonywane prawidłowo i mamy odpowiedni margines do wartości powodujących uszkodzenie.
I dopiero teraz dobieramy narzędzie.
To odwrócenie kolejności, które ma ogromne znaczenie.

W prostym procesie może wystarczyć odpowiednio dobrany wkrętak Kilews z wyłączanym sprzęgłem.
Jeżeli potrzebujemy kontroli momentu, kąta, kilku etapów dokręcania i rejestracji parametrów procesu, możemy zastosować bardziej zaawansowane systemy Kilews Smart Tools lub ESTIC. Ale decyzja powinna wynikać z procesu, a nie odwrotnie.

Dlatego czasami testy na próbkach detalu są ważniejsze niż tabela momentów
W laboratorium testowym Techsystem możemy wykonywać próby na rzeczywistych elementach klienta i analizować zachowanie połączenia podczas skręcania. Możemy porównać różne momenty, prędkości, narzędzia i strategie dokręcania.

Szczególnie wtedy, gdy mamy do czynienia z:
tworzywami sztucznymi, aluminium, delikatnymi komponentami, połączeniami twardymi, miękkimi lub mieszanymi.

Nie chodzi o to, żeby powiedzieć klientowi:
„Potrzebuje Pan wkrętaka X ustawionego na 2,3 Nm.”

Znacznie ciekawsze jest pokazanie:
„Sprawdźmy, co naprawdę dzieje się z tym połączeniem przy 1,8; 2,0; 2,3 i 2,6 Nm oraz przy różnych prędkościach.”

Ponieważ wtedy decyzja przestaje być przypuszczeniem.
Staje się wynikiem pomiaru.

Najważniejsze pytanie nie brzmi więc:
„Jakim momentem dokręcić tę śrubę?”

Tylko:
„Jakich parametrów potrzebuje to konkretne połączenie, żeby było trwałe, bezpieczne i powtarzalne?”

I właśnie na to pytanie warto odpowiedzieć zanim ustawimy pierwszy wkrętak na linii produkcyjnej.

Technologia to nie wszystko.
My dodajemy do niej 25 lat doświadczenia, inżynierskie wsparcie oraz serwis.

Może Cię zainteresuje również: Dlaczego dokręcanie dwuetapowe to złoty standard w montażu połączeń śrubowych z dużym momentem obrotowym?

Sprawdź ofertę w katalogu!! Przejrzyj katalog, aby zapoznać się z naszą ofertą. 

 KLIKNIJ, ABY POBRAĆ KATALOG