Gli elementi di fissaggio a resistenza ultra-elevata- possono ridurre il peso e aumentare lo spazio di installazione riducendo le proprie dimensioni con la stessa forza di serraggio, in modo che la funzione e il volume delle parti collegate possano essere ottimizzati, in modo che l'attrezzatura possa raggiungere lo scopo di riduzione del peso complessiva e ottimizzazione delle prestazioni.
Allora cosa sono i bulloni ad alta-resistenza? Quali sono i punti di forza dei bulloni ad alta-resistenza? Lascia che te lo mostri oggi.
Il 28 novembre 2021, il team sui materiali in acciaio ad alte-prestazioni guidato dal professor Dong Han della Scuola di scienza e ingegneria dei materiali dell'Università di Shanghai, Hebei Longfengshan Casting Co., Ltd., Qifeng Precision Technology Co., Ltd., Zhoushan 7412 Factory, Jiangsu Metallurgical Technology Research Institute, Shanghai University (Zhejiang) High-end Equipment Basic Parts Materials Research Institute, Shanghai University New Materials (Taizhou) Research Institute e altre sette unità, dopo più di un anno di ricerca congiunta, attraverso la collaborazione dell'intera catena industriale "produzione di materiali-produzione di elementi di fissaggio-valutazione del servizio", basata sulla teoria ad alte-prestazioni dei materiali di acciaio, utilizzando le materie prime di ferro ad elevata-purezza prodotte da Longfengshan Casting, hanno sviluppato con successo gli acciai B17.8 e B19.8 per elementi di fissaggio a resistenza ultra-elevata-, che costituiscono una tecnologia di produzione di elementi di fissaggio di grado 16,8 e 19,8.
Elementi di fissaggio di grado 16,8 e 19,8
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Cos'è un bullone ad alta-resistenza?
Bullone ad alta-resistenza (High-Strength Friction Grip Bolt), traduzione letterale inglese: bullone precaricato ad alta-forza con attrito, abbreviazione inglese: HSFG. Si può notare che i bulloni ad alta resistenza a cui ci riferiamo nella costruzione cinese sono l'abbreviazione di bulloni di pre-serraggio ad attrito ad alta resistenza. Nella comunicazione quotidiana, le due parole "attrito" e "presa" sono semplicemente abbreviate, ma molti ingegneri e tecnici fraintendono la definizione di base di bulloni ad alta resistenza.
Malinteso 1:
I bulloni con un grado di materiale superiore a 8,8 sono "bulloni ad alta-resistenza"?
La differenza fondamentale tra i bulloni ad alta-resistenza e i bulloni ordinari non è la resistenza del materiale utilizzato, ma la forma della forza. L'essenza è se applicare la forza di pre-serraggio e utilizzare l'attrito statico per resistere al taglio.
Infatti, nello standard britannico e in quello americano, i bulloni ad alta resistenza (HSFG BOLT) menzionati nella specifica hanno solo due tipi: 8.8 e 10.9 (BS EN 14399 / ASTM-A325 e ASTM-490), mentre i bulloni ordinari includono 4.6, 5.6, 8.8, 10.9, 12.9, ecc. (BS 3692 11 Tabella 2); si può vedere che la resistenza del materiale non è la chiave per distinguere i bulloni ad alta resistenza dai bulloni ordinari.
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Dov'è la forza dei bulloni-ad alta resistenza?
Secondo GB50017, calcolare la resistenza a trazione e taglio di un singolo bullone ordinario (Classe B) 8,8 e di un bullone ad alta-resistenza 8,8.
Attraverso i calcoli, possiamo vedere che, a parità di qualità, i valori di progettazione della resistenza alla trazione e alla resistenza al taglio dei bulloni ordinari sono superiori a quelli dei bulloni ad alta-resistenza.
Allora dov'è la "forza" dei bulloni ad alta-resistenza?
Per rispondere a questa domanda dobbiamo partire dallo stato di funzionamento di progetto dei due bulloni, studiare la legge della loro deformazione elastica-plastica e comprendere lo stato limite quando il progetto viene distrutto.
Curve di sollecitazione-deformazione di bulloni ordinari e-ad alta resistenza in condizioni di lavoro
Stato limite quando il progetto viene distrutto
Bulloni ordinari: l'asta della vite stessa subisce una deformazione plastica che supera il limite di progettazione e l'asta della vite viene tagliata.
Nelle normali connessioni bullonate, si verificherà uno slittamento relativo tra le piastre di collegamento prima che la forza di taglio inizi a essere sopportata, quindi l'asta del bullone e la piastra di collegamento entreranno in contatto, si verificherà una deformazione elastica-plastica e verrà sopportata la forza di taglio.
Bulloni ad alta-resistenza: l'attrito statico tra le superfici di attrito effettivo viene superato e le due piastre di acciaio subiscono uno spostamento relativo, che viene considerato distrutto in considerazioni di progettazione.
Nelle connessioni bullonate ad alta resistenza-, l'attrito sopporta innanzitutto la forza di taglio. Quando il carico aumenta al punto in cui la forza di attrito non è sufficiente a resistere alla forza di taglio, la forza di attrito statico viene superata e la piastra di collegamento subisce uno slittamento relativo (stato limite). Tuttavia, anche se in questo momento è distrutta, l'asta del bullone è in contatto con la piastra di collegamento e può ancora utilizzare la propria deformazione elastica-plastica per resistere alla forza di taglio.
Idea sbagliata 2:
Un'elevata capacità portante significa-bulloni ad alta resistenza?
Dal calcolo di un singolo bullone, si può vedere che la resistenza di progetto dei bulloni ad alta-resistenza a trazione e taglio è inferiore a quella dei bulloni ordinari. La sua elevata resistenza è essenzialmente: durante il normale funzionamento, non è consentito alcuno slittamento relativo al nodo, ovvero piccola deformazione elastica-plastica e grande rigidità del nodo.
Si può vedere che, con il carico del nodo di progettazione specificato, i nodi progettati con bulloni ad alta-resistenza non necessariamente risparmiano il numero di bulloni utilizzati, ma presentano una deformazione ridotta, un'elevata rigidità e un'elevata riserva di sicurezza. I bulloni ad alta-resistenza sono adatti per travi principali e altre posizioni che richiedono una grande rigidità dei nodi, conforme al principio di progettazione sismica di base di "nodi forti, aste deboli".
La forza dei bulloni ad alta-resistenza non risiede nel valore progettuale della capacità portante, ma nella grande rigidità dei nodi di progettazione, nelle elevate prestazioni di sicurezza e nella forte capacità anti-distruttiva.
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Confronto tra bulloni ad alta-resistenza e bulloni ordinari
I bulloni ordinari e i bulloni ad alta-resistenza presentano grandi differenze nei metodi di ispezione della costruzione a causa dei diversi principi di forza di progettazione.
I requisiti di prestazione meccanica dei bulloni ordinari dello stesso grado sono leggermente superiori a quelli dei bulloni ad alta-resistenza, ma i bulloni ad alta-resistenza hanno un requisito di accettazione dell'energia di impatto in più rispetto ai bulloni ordinari.
La marcatura dei bulloni ordinari e-ad alta resistenza è il metodo di base per l'identificazione-in cantiere dei bulloni dello stesso grado. Poiché i valori per il calcolo del valore della coppia dei bulloni ad alta resistenza- negli standard britannici e americani sono diversi, è necessario identificare anche i bulloni dei due standard.
Bulloni-ad alta resistenza: (M24, L60, grado 8.8)
Bulloni ordinari: (M24, L60, grado 8.8)
Si può notare che i bulloni ordinari rappresentano circa il 70% del prezzo dei bulloni ad alta resistenza. In combinazione con il confronto dei loro requisiti di accettazione, si può concludere che la parte premium dovrebbe essere quella di garantire le prestazioni di energia d'impatto (tenacità) del materiale.
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Come migliorare la resistenza a fatica dei bulloni
Indipendentemente dai carichi complessi sopportati, la forma comune di cedimento dei bulloni ad alta-resistenza è la rottura per fatica. Già nel 1980 gli esperti hanno studiato 200 casi di cedimento di collegamenti bullonati, di cui oltre il 50% erano guasti per fatica. Migliorare la resistenza alla fatica dei bulloni ad alta-resistenza è fondamentale.
La frattura per fatica del bullone ha le seguenti caratteristiche:
1. Lo stress massimo della frattura per fatica è molto inferiore al limite di resistenza del materiale sotto stress statico e persino inferiore al limite di snervamento.
2. Le fratture da fatica sono tutte fratture fragili senza evidente deformazione plastica.
3. La frattura per fatica è il risultato di un accumulo di danni microscopici in una certa misura.
Per i bulloni, la forma di rottura è principalmente la deformazione plastica della parte filettata e la rottura per fatica della vite, tra cui:
Il 65% dei danni si verifica al primo filetto collegato al dado;
Il 20% dei danni si verifica nel passaggio tra il filo e la barra nuda;
Il 15% dei danni si verifica nel raggio di transizione tra la testa del bullone e la vite.
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Ottimizza il design per ridurre la concentrazione dello stress
Controllare rigorosamente la dimensione finale del bullone per eliminare la concentrazione delle sollecitazioni:
UN. Utilizzare un raggio di transizione più ampio;
B. Tagliare una scanalatura in rilievo;
C. Tagliare una scanalatura posteriore all'estremità del filo;
D. L'ottimizzazione dell'angolo di inclinazione della testa del bullone può anche ridurre efficacemente la concentrazione delle sollecitazioni;
e. Utilizzare fili rinforzati.
La differenza principale tra la filettatura rinforzata e la filettatura ordinaria è il diametro minore d1 e il raccordo di transizione della radice R della filettatura esterna.
La caratteristica principale della filettatura rinforzata è che il diametro minore d1 è maggiore di quello della filettatura ordinaria, il raggio del raccordo di transizione della radice è aumentato, R è aumentato, la concentrazione di sollecitazione del bullone è ridotta e ci sono requisiti specifici per R: R+=0.18042P, Rmin=0.15011P, dove P è il passo, mentre la filettatura ordinaria non ha tale requisito e può anche essere una sezione diritta.
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Migliorare il processo di produzione
Il rafforzamento del controllo del trattamento termico e dei processi di trattamento superficiale durante il processo di produzione dei bulloni può effettivamente migliorare la fatica dei bulloni.
UN. Trattamento termico I bulloni vengono prima trattati termicamente e poi laminati, il che produce una grande tensione di compressione residua all'interno dei bulloni, rallentando così la formazione e lo sviluppo di crepe, migliorando così la resistenza alla fatica dei bulloni.
Durante il trattamento termico, si dovrebbe anche prevenire la decarburazione e confrontare la resistenza a fatica dei bulloni con e senza decarburazione superficiale.
Poiché il carbonio è ossidato nello strato decarburato, la quantità di cementite nella struttura metallografica è inferiore a quella della struttura normale, quindi la sua resistenza o durezza nelle proprietà meccaniche è inferiore a quella della struttura normale.
Solitamente, la resistenza a fatica del bullone diminuisce del 19,8% in caso di decarburazione superficiale.
B. Fosfatazione Il trattamento di fosfatazione della superficie del bullone serve a prevenire la ruggine e stabilizzare l'attrito durante l'assemblaggio, ma il trattamento di fosfatazione può anche ridurre l'usura.
La riduzione dell'attrito tra la filettatura della ruota rullatrice e la filettatura della vite durante il processo di rullatura avrà un effetto positivo sulla distribuzione delle sollecitazioni sulla filettatura del bullone dopo la rullatura della filettatura e sulla riduzione della rugosità superficiale della filettatura.
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Impostazione del precarico appropriato
La forza di trazione della vite della connessione bullonata ordinaria è sostenuta principalmente dalla filettatura portante a tre-denti-nella parte anteriore.
Quando il precarico iniziale è sufficientemente grande, parte della radice della filettatura entrerà localmente nella deformazione plastica e verrà generata una tensione residua in queste radici della filettatura. La sollecitazione di compressione residua generata alla radice della filettatura può migliorare la resistenza alla fatica della filettatura.
Allo stesso tempo, la filettatura dopo la deformazione plastica può anche migliorare la distribuzione della forza della filettatura e ridurre la pressione di contatto sui denti della filettatura.
Ciò migliora anche la resistenza alla fatica del filo.
Maggiore è il precarico, maggiore è la capacità della connessione bullonata di resistere alla separazione della connessione e maggiore è la sua capacità di resistere al rilassamento del precarico. Allo stesso tempo, anche la resistenza a fatica effettiva della connessione bullonata è maggiore.
Pertanto, l'aumento del precarico della connessione bullonata contribuisce a migliorare la capacità della connessione bullonata di resistere alla rottura per fatica sotto carichi esterni ciclici, riducendo il rischio di rottura per fatica della connessione bullonata sotto la forza di impatto delle vibrazioni e un sovraccarico limitato.
