ZESZYTY N AU K OW E PO L I TE C HN I K I ŚLĄS KI EJ
Seria: H U T N I C T W O z. 14 Nr kol. 545
________ 1978
Jacek M A Z U R K I E W I C Z
Sta ni sł a w P A Z E R A I .
ŚRUBY O W Ł A S N O Ś C I A C H R E GU L OW A N YC H STOP NI EM O D KS Z T A Ł C E N I A W S A D U
S t r e s z c z e n i e . Sp r a wd z o n o mo żliwość o t rz y my w a ni a śrub nie p os i a daj ących wy rainej gr a n i c y pl ast y c zn o śc i , na drodze w s t ę p n e g o u mo c nienia pręta wsadowego. Ot r z y m a n o w ten sp osób'ze stali S t 3A śruby w k la sa ch 4.8, 5.8 i 6.8. S t os u ją c d o da tk owo w y ż a r z a n i e rekry3tali- zu jęc e p rz e d wa l c o w a n i e m gw intu o tr z yma no także kl asę 4.6.
i
1. W s t ę p
Ce le m p r ac y Jest sp r aw d z en i e m o żl i wo ś c i ot rz ym ani a z Je d ne g o rodzaju stali (St3A) śrub w kilku klasac h w ł a s n o ś c i me c h an i cz n y ch . Pr ó b y p r z e p r o wa dz o n o w urz ąd ze n ia c h pro duk cy jn ych . W y n i k i prób, t ec h n ol o gi ę jak też końcowe wn i o s k i u m i e s zc z o no w niniejszej pracy. In spi rac ję do tych badań jak też ich po d s t a w ę te o r et y cz n ą były o p ra c ow a n ia [l] , [2],
2. W p r o w a d z e n i e
Po dc zaś o dk s z ta ł ce n i a p l a s t y c zn e go a s z c z e gó l ni e na z im n o . m e t a l e z mi e niają swoje w ł a s n o ś c i mecha ni cz ne. Og ól nie n a st ę p uj e w zro st R ^ , rq2< h ^<
zm ni e j sz e ni u u l eg aj ą w ł a s n o ś c i pl a st y c zn e ok r eś l o ne prz ez Ag, 2.
Uw z g l ę d n i e n i e zm ian w ł a s n o ś c i m e c h a n ic z ny c h stwar za m o żl iw ość takiego doboru o d k s z ta ł ce ń pl a sty cz ny ch, które s po w odu ją nie tylko uk s zt a łt o w an i e śr ub y ale także i zm ianę jej w ł a s no ś ci m e c h a ni c zn y c h w takim stopni u by o d p o w i ad a ł y one wy m a g a n i o m n or my PN-70/M -82 05 4.
Istn ie je za tem mo żli wo ść p rz y jęc ia w pr o c es i e ks zta łt ow a n ia śru by ta
kiego ca łk ow i t eg o od k s zt a łc e n ia w po s zc z e g ó l n y c h jej cz ę śc ia ch by po s ia dały one z góry z ał o ż on e wł a s n o ś c i mec ha niczne. W . tym celu nie zbę dn y m jest ok r e śl e ni e zmian żą d any ch w ł a s n o ś c i m e c h a ni c zn y ch za l eż n yc h od w i e l kości odk szt ał ce nia . Z al e żn o ś c i te ujmują w y k r e s y umo cnienia. Dla stali St 3A w yk res z am i e s z c z o n y w pr ac y [l] określa w i el k oś c i tych zmian.
66 J. Mazurkie w ic z, S. P a z
era
3. Badania
Podcz as badań sto so wa no Jako odks zt ałc en ie zas tę pcz e intensywność od
ksz tałceń r ze cz yw ist yc h <pi . W i el ko ść tę dla mono to ni czn eg o stanu od
ksz tałcenia po daje zależność (l)
gdzie cp 1 , cp2 , cp3 odp owiadaj? ko lejnym co do war toś ci głównym odk sz t ał c e
niom rzeczywistym.
Dla p r oc e só w osiowo sym et ryc zn yc h takich,jak c i ę g n i e n i e ,spęczanie, w y ciskanie o maw ia ny ch w niniejszej pr ac y zachodzę doda tk ow e zależnoś ci po
mi ęd zy (p2 i <p3 w postaci
a d Q - średnica po cz ęt kow a od k sz ta łc one go pręta, d^ - średnica końcowa od k sz ta łc one go pręta.
W s z y s t k i e w a rt oś ci odk szt ał ce nia (fi ot rzymano na pods ta wi e obliczeń wg za le żn o ś ci (2).
W ba daniach tutaj opisanych, proces regulujęcy wi el koś ci ? od ksz ta łc e nia wł a sn o ś ci mecha ni czn e w y pr z e d z a ł kształto wa nie śruby. Był to pro
ces cięgnienia, w którym p op rz ez odpowi ed ni? zmianę przekroju materiału w s a d ow e go o trz ym yw ano różne wi el koś ci odkształcenia, a co za tym idzie rów
nież i umocnienia wsadu na śruby. W ten sposób un iknięto konieczności zm i a
ny matryc i op rz yrz ęd ow ani a urzędzeń pracuj ęc ych wg dotychczasowej tech
nologii.
. W s a d e m do p ro wa dz ony ch badań była wa lcówka o ś r ed ni cy 12,0 mm ze stali
(
1)
oraz
P r ow ad zi to do p r ze k s zta łc en ia zależnoś ci (l) w następ uj ęc? postać
P i = 2|<p2 |,
gdzie
(2)
= 25,4%. M a te ri ał ten posiadał jedynie w yd ł uż e n ia A g 0 0, 4% więks ze od w y ma g a ne g o minim um = 25%.
ś ru by o w ł a s n o ś c i a c h regulowanych. 67
Ma te r i a ł e m w s a d o w y m do k sz t ałt ow an ia śru by M8 rys. 1 były p ręt y o śr e d
nicy 7 ,8 5 mm i sto pn ia ch w s tę p n e g o od k sz t a łc e ni a 0,858; 0,524; 0 ,3 562 i i 0,0378. O d k s z ta ł ce n i a te o tr z ym ano s t os u ją c po m i ę d z y ope ra cj a m i ciąg- nienia w a lc ó w ki ze śr e dn icy 12,0 mm w y ża r z a n i a rekrystali zu jęc e.
W y ż a r z a n i u p o dl e g a ł y prę ty o śr ed ni c y 12,0; 10,2; 9 , 4 lub 8, 0 mm. N a st ęp n i e był y one ci ą g nio ne do ś re d ni c y równej 7 , 85 mm. P i e r w s z ą ope rac ją k s zt a ł tu j ąc ą śrubę była redukcji części trzp ie ni a przeznaczonej pod gwint.
Re du kc j i tej doko na no pr ze z wy c i sk a n i e tr zpienia z mn i e js z aj ą c j e go śr e d ni cę z 7,8 5 do 7,16 mm. O d k s z t ał c en i e to s p o w o do w ał o wz rost zr e d uk o wa n e go odk sz ta ł c en i a r z ec z y wi s te g o o 'Pi = 0,186.
R ó w n o c z eś n i e z o pe r a cj ą redukcji roz począł się proces d wu et ap owe go spę- czania części p r ze zn ac zon ej na łeb śruby. S pę c z a n i e to wy k on y w a n o s t r e f o w o aby nie prz ek r oc z y ć granicznej ze w z gl ę d u na w y b o cz e ni e sm u k łoś ci prę
ta. G ra n ic z n a wart oś ć smu kło śc i w y no s i dla tych pr o c es ó w 2,6. M ak s ym a l na śred ni ca łba śr ub y po drugim etapie spęc za ni a w yn o s ił a 16,8 mm. Operacja spę cz ani a spo wo do w ał a w st re fie łba śruby w zr os t zr e d u k o w a n e g o od ks z t a ł c e nia r z ec z yw i s te g o o = 1,52. Część tak otr zy ma n y ch półwyrobów,, bez gwin tu, po dd a n o p ro c e so w i wy ż ar z a n i a re kr yst al iz ują ce go . Na s t ę p n i e w obu gru
pach na w al c ow a n o w i de n t yc z ny sposób gwint.
W ten s po só b pr o wa d zą c obró bkę mat eri ał u w s a d o w e g o ot rz ym an o siedem grup śrub. śr u b y te p od da no bada ni om pot rz eb n y m do kl asy fi ka c j i wg w ł a s ności mechanic zn ych .
Schemat st oso w a ny c h t ec h n ol og ii ,ic h n um e r ac j ę i badania ot rz yma ny ch śrub pr zed st aw i a rys. 2.
W y n i k i badań w y t r z y m a ł o ś c i o w y c h śrub ot rz ym a n yc h wg siedm iu w e r s j i tech
nolog ii po da no w tabeli 1 1 2 .
W y z n a c z e n i e R^ i R g lub R02 oraz A g posłużyło do wstępnej klasyfikacji, śruby s p eł n ia j ą ce ws t ę p n e wy m a ga n i a ^ d w ó c h klas były p od da ne ba d ani om wy m ag a ny m dla każdej z tych klas. Uś c i ś l e n i e wstępnej k l as y fi k a cj i nas tą p ił o dopie
ro po wyk on an i u w s zy s t k i c h prz ew i dz i a ny c h w tym celu normą bad ań .Os tat ni a rubryka tabeli 2 p od aje k o ńco wy wy n ik przyjętej w s t ę p n i e kl as y f i k a c j i . W y nik dodatni oznacz a spe łn ie n i e w y ma g a ń st awi an yc h przyj ętą klasyfikacją.
Ol
CD
Cigąnienie kształtowanie t l •* 7, 85 półwyrobu
Wyżarzanie rekrystaU zu Jgce
C iąg n ien ie kształtowanie to,2 + 7,85 półwyrobu
Walcowanie gwintu
Kr ttchnSir
1.1
Walcowanie
gwintu
1.2
Walcowanie
gwintu
2.1
W yżarzanie Walcowanie » t i l h u l
2 . 2 rekrystaUzujOjCe gwintu
Rys. 2. Schemat technol ogi i i po m iar ów
Próba ro z cią g a n ia Rr i R* , Aj
Próba wyai pod. obciążeniem próba zrywania na klinie
o
Mazurkiewicz,S.Pazera
Śruby o w ł a s n o ś c i a c h regulowanych.. 69
Tabela 1 I
Wł a sn o ś c i m e ch a ni c z ne na p od s taw ie pró by rozciągania Nr wersj i .
technologii wg rys. 2
W s t ę p n e od
kształc en ie przy cięgnie- niu <pi
R mśr dN Tmm
R eśr dN mm^
A 5śr
%
W y n i k próby roz- ci ęgania na kli
nie
1.1. 0,858 69,9 6 3 , 2 X 6,5 dodatni
1.2. 0 , 00 0 39 ,6 34,6 31,3 dodatni
2.1. 0,524 62 ,3 5 6 ,1 X 11,6 dodatni
2.2. 0,000 41,7 32 ,5 33,3 dodatni
3.1. 0,356 58,2 49 ,5 X 13,5 dodatni
4.1. 0,037 8 45,3
XGO
H 15,2 dodatni
4.2. 0 ,00 0 34,4 18,1 33,9 dodatni
x - w rubryc e R g oznacza umownę granicę pla st y cz n oś c i pr zy jęt ę jako r 0 2 *
Tab el a 2 Od k s z ta łc e n ie po o bc ięż en iu i końco we wy niki pró b k wal if ik acy jn yc h Nr w ers ji
tec hnologii wg rys. 2
W s t ę p n a klasyfi- kacja wg tab. 1
Ob ci ęże ni e próbne
dN ^
W y d ł u ż e n i e po obcię
żeniu próbnym
Ko ń c o w y w yn ik prób
1 '" 2 ' ... . 3 4 5
1.1. - - - ujemny, za małe
1.2.
4.8 1030
10,0 ujemny, duże wydłuż,
po pr ó bny m obciężeniu 23,0
4.6 804
4,0
dodatni 4,0
2.1. 6.8 1520
9, 0
dodatni
k 10,0
5.0 4,0
2.2.
4.8 1030 19,0 ujemny, duże wydłuż,
po pr ób n y m obciężeniu
4.6 804
12,3
dodatni 2,0
3,0
3.1. 5.8 1275
4,0
dodatni 7,0
6,0
70 J. Maz ur ki e wi cz , S. Pazera
cd. tabeli 2
1 2 3 4
. --- g
3,0
4.8 1030
6,0
dodatni 5,0
8,0
10,0 ujemny, duże wydłuż,
po pr ó bny m ob c i ęż e niu
4.2. 3.6 667 80,0
18,0 48, 0
\
4. An a l iz a wy n i k ó w badań
W ł a s n o ś c i wa l có w k i przeznaczonej na wsad, mim o zgo dności z normę były istot ni e różne od opis an ych wy k re s a mi w pracy [ l] . Sp o wo d o wa ł o to, że w y kresy um o cn i en i a po d awa ły zbyt dużę w st osunku do rze cz yw i st o ś ci wartość Ag. M ia ł o to istot ne z n ac ze nie dla techno lo gii 1.1. tzn. przy od k s zt a łc e niu w st ę pn y m = 0,858. W po zos t a ły c h przypa dk ach o ne gat yw ny m w yni ku kla
syfi ka cji decydow ała wartość wy dłu ż e ni a po obciężeniu próbnym, która nie może pr ze kra cz ać wie lk oś c i 12,5 ¿im. Próba ta miała istotne zn a c ze n i^ dla st os ow a n yc h te chn olo gi i 4.2, 1.2. i 2.2 do śrub o klasie 4.8. Dla poz o
stałych tec hno lo g i i p ro d uk cji śrub zg odnych z wy m ag a ni a m i klas 6.8; 5.8;
4.8; 4.6 - w yni ki był y pozytywne.
P o ró w nu j ę c ot r zy man e w yn i k i z pr ze wid yw an ymi na pod sta wie krzywych u mo cni en ia [l] , stw ie r dz o no zas ad ni czę zgodność. W ys t ę p u j ę c e poj ed ync ze odc hy łki w yn i k ł y z:
1. Ró żn ych wł a sn o ś c i mechanic zn ych , a w szcz egó lno śc i Ag, stali St3A.
Stal ta w kręgu pr z e zn a cz o n eg o do spo rzędzania krz ywy ch 'u m o cn i en i a po
siadała A g = 3 6, 2 % ,a w kręgu do prób te ch nol ogi cz nyc h Ag = 25,4%.
2. Ni e u wz g l ę d n i e n i a na wyk re si e [l] wie lk ośc i odk sz tał cen ia po obciężeniu próbnym.
Dak wynik a z badań k o ni ec zne jest wz b og a ce n i e wy k res ów [l] o toleran
cje z mi an wł a s no ś ci me ch an i cz n y ch dopu sz cza ln yc h przez normę. Po zwo li ło b y to w y zn a cz y ć be zp ie c z ny prz edz ia ł odkształceń, koniec zny ch dla otrzymania śrub o żędan yc h w ł a s n oś c i ac h mechanicznych. D od a tk owo p otr ze bn ym wykr ese m by ły b y za leż n o śc i odk szt ałc en ia po obciężeniu próbn ym od c ałk owi te go od
kształcenia.
Po m i a r y o d ks zt ał cen ia po obciężen iu próbnym w y ka z ał y ich dużę zm ie n
ność zależ nę od <p^ oraz w i e lk o śc i obciężenia. W s k a z u j e to na możliwość us ta len ia takiej zal eżności, która poz wo l ił a by na sk ory go wa n i e stosowanej
ś ruby o w ł a s n o ś c i a c h regulowanych. 71
techno lo gii pod w z g l ę d e m z ap e w ni e ni a goto wy m w yr o b o m o g r a n i c z a n e g o do 12,5 (im w y d ł u ż e n i a po ob c lę ż e ni u próbnym.
Sp e łn i en i e wa r u nk u wy d ł uż e ni a po obc ię ż en i u pr ób nym jest je d n ym z naj
tr u dni ej sz ych do u zy s ka nia p rz e z o b ecn ie pr o d u k o w a n e śruby.
Na p o ds t aw i e pr z ep r o w a d z o n y c h badań stw ie rdzono, że ze stali St3A moż- na otrzymać śru by w klasa ch 4 $ 5 i 6/ Rm m i n 3 8 ,5; 49,0; 59,0 —dNj. K l as y wyż-
mm
sze.np. 8 , nie będę sp e łn i ał y w ar u nk u dla Ag, kla sy niższe,np. 3 , nie speł- niaję w ar u n k u wy d ł uż e n i a po o bc i ęż e n iu próbnym. C zy n n ik i em dec ydu ję c y m o zat wi er d z en i u śru by w k l asi e 4 po sp ełn i e ni u wa ru nk u dla R^ i R g będzie wy d łu ż e n i e po o bc i ę że n iu pr ó b ny m ,a dla klasy 6 w yd ł u że n ie Ag.
Po n i e w a ż te ch no log ia p r z y g o to w an i a ws ad u na śr ub y w jed na ko w y m stopniu zmi en iał a jeg o w ła s n o ś c i w y t r z y ma ł oś c i ow e , dlate go nie w y s t ę p i ł y miejsca o i st ot nie gor sz ych w ł a s n oś c ia c h , które ujaw nia próba rozcię gan ia na kli
nie. W s z y s t k i e w yn i k i tej pr ób y były pozytywne.
5. W ni o s k i
1. Ze stali St3A m ożn a otrzymać śr u by w klasa ch 4.8; 5.8; 6.8 oraz w po
zo s ta ły ch u w z g lę d n io n yc h na w y kr e s i e [ l ] , sto su jęc od m ien ne dla każdej z klas o d ks z t ał c en i e wstępne.
2. W y ż a r z a j ę c p r ze d w a l c o w a n i e m gwintu półprod uk t śruby ze stali St3A ot r zy ma no klasę 4.6.
3. W s t ę p n e o d ks z t a ł c e n i e pr ęt ów na śr uby zape wn ia m n ie jsz e od k s zta łc en ie pod obciężeniera próbnym.
LITERATU RA
[1] Badani a nad popraw ę wł a sn o ś c i śrub w yt w a r z a n y c h m et od am i przeróbki p la stycznej , część III. A n a l i z a od k sz t a łc e ń przy pro du kcj i śrub. Sp r a w o z da nie Ins tytutu Inż yn ie r ii Ma t eri ał ow ej Pol. śl. nr 1/9/75 (niepu
blikowane).
[2] M a z u r k i e w i c z D . , W ó j c i k S. : N ie z b ę d n e odk sz t ał c e ni a dla otrzymania śrub w w yb r an y c h kl as ach wł a sn o ś ci m e c h a n ic z ny c h - H ut n i k 1975, nr 2, s.
78-82.
nOJiy^EHHE H A K A T A H H H X BOJITOB P A S H O T O KJIACCA M E X A H H H E C K H X CBOftCTB IiyTEM P E r y j I H P O B A H H O r O yKPEIEIEHHH I M X T H
P e 3 e u e
IIpOEe^eHH B03MO3CH0CTH npOflyKUHH H 3 O C H O T O C O p T a CTajIH C T 3 A ÓOJITOB B H e - c k o j i b k h x KJiaccaz M e x a H H M e c K H X cBOiłciB. B m o r ę npoMbimjieHHbix HcnuTaKHft n o - jiyaeHH d o x i H b KJiaccax 4. 6 , 4 . 8 , 5 . 8 , 6.8. T a z a a pa3HOBKi;HOOTb OBoiłciB 6oji-
t o b nojiy^eiia u y i e M H 3 M e n e H H A y n p o ^ e H M m H x m .
72 J. M a z u r k i e w i c z , S. Pazera
GE TT I N G THE S CR EWS OF R EG U L AT E D P R OP E R T I E S BY M EA N S OF ST RAIN HARD EN ING
S u m m a r y
P o ss i bi l i ty of making screws in m en t io n e d below classes of mechanical properties, from one kind of steel, has been proved. Those classes have been a ch i e ve d by v ar i ou s strain har de nin g degrees of charge bolt. The screws we re in classes: 4.6, 4.8, 5.8, 6.8 a c co rd in g to PN-70/M-82054.
