Ultra-hög-hållfasta fästelement kan minska vikten och öka installationsutrymmet genom att minska sin egen storlek under samma klämkraft, så att de anslutna delarnas funktion och volym kan optimeras, så att utrustningen kan uppnå syftet med total viktminskning och prestandaoptimering.
Så vad är hög-hållfasta bultar? Vad är styrkan hos hög-bultar? Låt mig visa dig idag.
Den 28 november 2021, det högpresterande stålmaterialteamet under ledning av professor Dong Han från School of Materials Science and Engineering vid Shanghai University, Hebei Longfengshan Casting Co., Ltd., Qifeng Precision Technology Co., Ltd., Zhoushan 7412 Factory, Jiangsu Metallurgical Technology Research Institute, Shanghai University (Zhoushan Metallurgical Technology Research Institute, Shanghais hög{8}-universitet) High{8} Institute, Shanghai University New Materials (Taizhou) Research Institute och andra sju enheter, efter mer än ett år av gemensam forskning, genom "materialproduktion-fastener manufacturing-service evaluation" hela industrikedjesamarbetet, baserat på hög-prestandateorin för stålmaterial, med användning av de hög-material som tillverkats av Longfengraw renhet gjutjärn7, framgångsrikt tillverkat av B. och B19.8-stål för ultra-hög-hållfasta fästelement, som bildar 16.8 och 19.8 kvalitet för tillverkning av fästelement.
16,8 och 19,8 fästelement
1
Vad är en hög-hållfast bult?
Hög-hållfast bult (High-Strength Friction Grip Bolt), engelsk bokstavlig översättning: hög-styrka friction preloaded bolt, engelsk förkortning: HSFG. Det kan ses att de hög-hållfasta bultar som vi hänvisar till i kinesisk konstruktion är en förkortning för hög-hållfast friktion för-åtdragningsbultar. I daglig kommunikation är de två orden "friktion" och "grepp" helt enkelt förkortade, men många ingenjörer och teknisk personal har en missuppfattning om den grundläggande definitionen av hög-hållfasta bultar.
Missförstånd 1:
Bultar med en materialklass som överstiger 8,8 är "hög-bultar"?
Kärnskillnaden mellan hög-hållfasta bultar och vanliga bultar är inte styrkan på materialet som används, utan kraftens form. Kärnan är om man ska applicera för-åtdragningskraft och använda statisk friktion för att motstå skjuvning.
Faktum är att i den brittiska standarden och den amerikanska standarden har de hög-hållfasta bultarna (HSFG BOLT) som nämns i specifikationen bara två typer: 8.8 och 10.9 (BS EN 14399 / ASTM-A325 & ASTM-490), medan vanliga bultar inkluderar 8.6, 8. 12.9, etc. (BS 3692 11 Tabell 2); det kan ses att materialets styrka inte är nyckeln till att skilja höghållfasta bultar från vanliga bultar.
2
Var är hållfastheten hos hög-hållfasta bultar?
Enligt GB50017, beräkna drag- och skjuvhållfastheten för en enda vanlig bult (klass B) 8.8 och en hög-hållfast bult 8.8.
Genom beräkning kan vi se att under samma kvalitet är designvärdena för draghållfasthet och skjuvhållfasthet för vanliga bultar högre än för hög-hållfasta bultar.
Så var är "hållfastheten" hos hög-hållfasta bultar?
För att besvara den här frågan måste vi utgå från designtillståndet för de två bultarna, studera lagen för deras elastiska-plastiska deformation och förstå gränstillståndet när designen förstörs.
Spännings-töjningskurvor för vanliga bultar och hög-bultar under arbetsförhållanden
Gränsläge när designen förstörs
Vanliga bultar: Själva skruvstången genomgår plastisk deformation som överstiger designtillägget, och skruvstången klipps.
I vanliga bultförbindningar kommer relativ glidning uppstå mellan kopplingsplattorna innan skjuvkraften börjar bäras, och då kommer bultstången och kopplingsplattan i kontakt, elastisk -plastisk deformation kommer att uppstå och skjuvkraften kommer att uppbäras.
Hög-hållfasta bultar: Den statiska friktionen mellan de effektiva friktionsytorna övervinns och de två stålplåtarna genomgår en relativ förskjutning, vilket anses vara förstört i designhänsyn.
I hög-hållfasta bultanslutningar bär friktionen först skjuvkraft. När belastningen ökar till en punkt där friktionskraften inte är tillräcklig för att motstå skjuvkraften, övervinns den statiska friktionskraften, och anslutningsplattan genomgår relativ glidning (gränstillstånd). Men även om den är förstörd vid denna tidpunkt är bultstången i kontakt med kopplingsplattan och den kan fortfarande använda sin egen elastiska -plastiska deformation för att motstå skjuvkraft.
Missuppfattning 2:
Hög bärighet betyder hög-hållfasthet bultar?
Från beräkningen av en enskild bult kan det ses att konstruktionshållfastheten för hög-hållfasta bultar i spänning och skjuvning är lägre än för vanliga bultar. Dess höga hållfasthet är i huvudsak: under normal drift tillåts ingen relativ glidning vid noden, det vill säga liten elastisk -plastisk deformation och stor nodstyvhet.
Det kan ses att under den givna designnodbelastningen sparar noder designade med hög-hållfasta bultar inte nödvändigtvis antalet bultar som används, men de har liten deformation, hög styvhet och hög säkerhetsreserv. Hög-hållfasta bultar är lämpliga för huvudbalkar och andra platser som kräver stor nodstyvhet, vilket överensstämmer med den grundläggande seismiska designprincipen "starka noder, svaga stavar".
Styrkan hos hög-hållfasta bultar ligger inte i deras eget designvärde av bärighet, utan i den stora styvheten hos deras designnoder, höga säkerhetsprestanda och starka anti-förstöringsförmåga.
3
Jämförelse mellan hög-hållfasta bultar och vanliga bultar
Vanliga bultar och hög-hållfasta bultar har stora skillnader i konstruktionsinspektionsmetoder på grund av deras olika designkraftsprinciper.
De mekaniska prestandakraven för vanliga bultar av samma kvalitet är något högre än för hög-hållfasta bultar, men hög-hållfasta bultar har ytterligare ett krav på slagenergiacceptans än vanliga bultar.
Märkning av vanliga bultar och hög-hållfasta bultar är den grundläggande metoden för att-identifiera bultar av samma kvalitet på plats. Eftersom värdena för att beräkna vridmomentvärdet för hög-hållfasta bultar i brittiska och amerikanska standarder är olika, är det också nödvändigt att identifiera bultar med två standarder.
Hög-hållfasta bultar: (M24, L60, 8,8 grad)
Vanliga bultar: (M24, L60, 8,8 klass)
Det kan ses att vanliga bultar är cirka 70 % av priset på hög-hållfasta bultar. I kombination med jämförelsen av deras acceptanskrav kan man dra slutsatsen att premiumdelen bör vara att säkerställa materialets slagenergi (seghet) prestanda.
4
Hur man förbättrar utmattningshållfastheten hos bultar
Oavsett vilka komplexa belastningar som bärs är den vanliga felformen av hög{0}}hållfasta bultar utmattningsbrott. Redan 1980 studerade experter 200 fall av bultförbandsfel, varav mer än 50 % var utmattningsfel. Att förbättra utmattningsmotståndet hos hög-hållfasta bultar är avgörande.
Bultutmattningsbrott har följande egenskaper:
1. Den maximala spänningen för utmattningsbrott är mycket lägre än hållfasthetsgränsen för materialet under statisk spänning, och till och med lägre än sträckgränsen.
2. Utmattningsfrakturer är alla spröda frakturer utan tydlig plastisk deformation.
3. Utmattningsfraktur är resultatet av mikroskopisk skadeansamling i viss utsträckning.
För bultar är felformen huvudsakligen plastisk deformation av gängdelen och utmattningsbrott på skruven, bland annat:
65 % av skadan uppstår vid den första gängan som är ansluten till muttern;
20 % av skadan uppstår vid övergången mellan gängan och den blotta stången;
15 % av skadan uppstår vid övergångsradien mellan bulthuvudet och skruven.
01
Optimera designen för att minska stresskoncentrationen
Kontrollera strikt slutstorleken på bulten för att eliminera spänningskoncentration:
a. Använd en större övergångsradie;
b. Skär ett avlastningsspår;
c. Skär ett bakskärspår i slutet av tråden;
d. Att optimera bultens huvudlutningsvinkel kan också effektivt minska spänningskoncentrationen;
e. Använd förstärkta trådar.
Huvudskillnaden mellan armerad gänga och vanlig gänga är den utvändiga gängans mindre diameter d1 och rotövergångsfilet R.
Huvuddragen hos förstärkt gänga är att den mindre diametern d1 är större än den för vanlig gänga, rotövergångsradien ökas, R ökas, bultens spänningskoncentration minskas och det finns specifika krav för R: R+=0.18042P, Rmin=0.15011P, där P är stigningen, medan vanlig gänga inte har något sådant krav på en rak sektion och kan till och med ha ett sådant krav.
02
Förbättra tillverkningsprocessen
Att stärka kontrollen av värmebehandling och ytbehandlingsprocesser under tillverkningsprocessen av bultar kan effektivt förbättra utmattningen av bultar.
a. Värmebehandling Bultarna värmebehandlas först och valsas sedan, vilket ger en stor kvarvarande tryckspänning inuti bultarna, vilket bromsar uppkomsten och utvecklingen av sprickor och förbättrar därmed utmattningshållfastheten hos bultarna.
Vid värmebehandling bör även avkolning förhindras, och utmattningshållfastheten hos bultar med och utan ytavkolning bör jämföras.
Eftersom kol oxideras i det avkolade skiktet är mängden cementit i den metallografiska strukturen mindre än den i den normala strukturen, så dess styrka eller hårdhet i mekaniska egenskaper är lägre än i den normala strukturen.
Vanligtvis minskar bultens utmattningshållfasthet med 19,8 % när det sker ytavkolning.
b. Fosfatering Fosfatbehandlingen av bultytan är till för att förhindra rost och stabilisera friktionen vid montering, men fosfatbehandlingen kan också minska slitaget.
Att minska friktionen mellan gängrullningshjulets gänga och skruvgängan under gängrullningsprocessen kommer att ha en positiv effekt på spänningsfördelningen på bultgängan efter gängrullning och minska gängans ytjämnhet.
03
Ställa in lämplig förspänning
Dragkraften hos skruven i den vanliga bultanslutningen bärs huvudsakligen av tre-tandspänningen-lagergängan framtill.
När den initiala förspänningen är tillräckligt stor, kommer en del av gängroten att ingå i plastisk deformation lokalt, och restspänningar kommer att genereras vid dessa gängrötter. Den kvarvarande tryckspänningen som genereras vid gängroten kan förbättra gängans utmattningshållfasthet.
Samtidigt kan gängan efter plastisk deformation också förbättra gängans kraftfördelning och minska kontakttrycket på gängtänderna.
Detta förbättrar även trådens utmattningshållfasthet.
Ju större förspänningen är, desto större är bultförbindningens förmåga att motstå anslutningsseparering och desto större förmåga att motstå förspänningsavslappning. Samtidigt är den faktiska effektiva utmattningshållfastheten hos bultanslutningen också större.
En ökning av bultanslutningens förspänning bidrar därför till att förbättra bultanslutningens förmåga att motstå utmattningsbrott under cykliska externa belastningar, vilket gör risken för utmattningsbrott i bultanslutningen under vibrationsslagkraft och begränsad överbelastning mindre.
