Wstęp
W niniejszym artykule szczegółowo opisano normy dotyczące parametrów mechanicznych wkrętów samowiercących, określone w normie GB/T 3098.11-2002. Normy te zapewniają niezawodność i funkcjonalność wkrętów samowiercących w zastosowaniach złącznych, materiałach powlekanych, właściwościach metalurgicznych oraz parametrach mechanicznych. Wkręty samowiercące są zaprojektowane tak, aby mogły samodzielnie wiercić otwory i formować gwinty współpracujące bez konieczności wstępnego nawiercania, co czyni je niezbędnymi w budownictwie, motoryzacji i przemyśle wytwórczym.
Wymagania techniczne
1.1 Materiały
Wkręty samowiercące powinny być wykonane ze stali nawęglanej lub stali poddanej obróbce cieplnej, aby zapewnić odpowiednią twardość i trwałość podczas wiercenia i gwintowania.
1.2 Właściwości metalurgiczne
1.2.1 Twardość powierzchni
Po obróbce cieplnej twardość powierzchniowa wkrętów samowiercących musi wynosić co najmniej 530 HV0,3.
1.2.2 Twardość rdzenia
Twardość rdzenia po obróbce będzie wynosić:
- 320 HV5 do 400 HV5 dla rozmiarów gwintów ≤ ST4.2;
- 320 HV10 do 400 HV10 dla rozmiarów gwintów > ST4.2.
Zalecana minimalna temperatura odpuszczania wynosi 330°C. Należy unikać temperatur odpuszczania pomiędzy 275°C a 315°C, aby zminimalizować ryzyko kruchości martenzytu odpuszczanego.
1.2.3 Głębokość warstwy nawęglonej
Głębokość warstwy nawęglonej powinna być zgodna z wartościami podanymi w tabeli 1.
| Rozmiar gwintu | Minimum | Maksymalny |
|---|---|---|
| ST2.9 i ST3.5 | 0.05 | 0.18 |
| ST4.2 do ST5.5 | 0.10 | 0.23 |
| ST6.3 | 0.15 | 0.28 |
1.2.4 Mikrostruktura
W mikrostrukturze po obróbce cieplnej nie powinien pojawić się żaden ferryt pasmowy pomiędzy warstwą utwardzoną powierzchniowo a rdzeniem.
1.2.5 Kruchość wodorowa
Wkręty samowiercące powlekane galwanicznie są narażone na pękanie z powodu kruchości wodorowej. Producent i/lub osoba nakładająca powłokę galwaniczną powinna podjąć odpowiednie środki, w tym przeprowadzić badania zgodnie z normą GB/T 3098.17, w celu ograniczenia tego ryzyka. Należy również uwzględnić wymagania dotyczące eliminacji kruchości wodorowej w elementach złącznych powlekanych galwanicznie, zgodnie z normą GB/T 5267.1.
1.3 Właściwości mechaniczne
1.3.1 Wydajność wiercenia
Część wiertnicza śruby musi wiercić wstępnie przygotowany otwór nadający się do wytłaczania pasujących wewnętrznych gwintów w warunkach testowych określonych w rozdziale 2.2.1.
1.3.2 Wydajność formowania gwintów
Wkręt samogwintujący musi wytworzyć w wywierconym zgodnie z sekcją 2.2.1 otworze, w którym będzie osadzony, odpowiedni gwint wewnętrzny bez odkształceń, po wkręceniu w płytę testową określoną w sekcji 2.2.1.1.
1.3.3 Wytrzymałość na skręcanie
W przypadku przeprowadzania testów zgodnie z sekcją 2.2.3 wytrzymałość na skręcanie musi zapewniać, że moment zerwania będzie równy lub większy od wartości podanych w tabeli 4.
Metody testowe
2.1 Badania właściwości metalurgicznych
2.1.1 Badanie twardości powierzchni
Badanie twardości powierzchni należy przeprowadzić zgodnie z normą GB/T 4340.1. Wgniecenia należy wykonywać na płaskich powierzchniach, najlepiej na łbie śruby.
2.1.2 Badanie twardości rdzenia
Badanie twardości rdzenia należy przeprowadzić zgodnie z normą GB/T 4340.1 na przekroju poprzecznym.
2.1.3 Pomiar głębokości warstwy nawęglonej
Głębokość warstwy nawęglonej należy zmierzyć za pomocą mikroskopu na zgładzie podłużnym na powierzchni bocznej w połowie odległości między grzbietem a stopą gwintu lub na stopie gwintu w przypadku śrub ≤ ST4.2. Do arbitrażu należy użyć mikrotwardości Vickersa z siłą 300 g na profilu gwintu, obliczając głębokość od punktu przekraczającego twardość rdzenia o 30 HV.
2.1.4 Badanie mikrostruktury
Badania mikrostrukturalne muszą być przeprowadzane zgodnie z odpowiednimi normami kontroli metalograficznej.
2.2 Badania właściwości mechanicznych
2.2.1 Test wiercenia i gwintowania
2.2.1.1 Aparatura testowa
Płytkę testową należy wykonać ze stali niskowęglowej o zawartości węgla ≤ 0,23% i twardości od 110 HV30 do 165 HV30 (zgodnie z normą GB/T 4340.1). Grubość blachy musi być zgodna z tabelą 2. Przykład aparatury badawczej przedstawiono na rysunku 1 (nie pokazano go tutaj; schemat znajduje się w normie).
| Rozmiar gwintu | Grubość płyty testowej (mm) | Siła osiowa (N) | Maksymalny czas wkręcania (s) | Prędkość śruby pod obciążeniem (obr./min) |
|---|---|---|---|---|
| ST2.9 | 0.7 + 0.7 = 1.4 | 150 | 3 | 1800–2500 |
| ST3.5 | 1 + 1 = 2 | 150 | 4 | 1800–2500 |
| ST4.2 | 1.5 + 1.5 = 3 | 250 | 5 | 1800–2500 |
| ST4.8 | 2 + 2 = 4 | 250 | 7 | 1800–2500 |
| ST5.5 | 2 + 3 = 5 | 350 | 11 | 1000–1800 |
| ST6.3 | 2 + 3 = 5 | 350 | 13 | 1000–1800 |
Uwaga: Grubość blachy testowej może obejmować dwie blachy stalowe. Wartości te służą wyłącznie do celów kontroli odbiorczej.
2.2.1.2 Procedura testowa
Wkręcić śrubę powlekaną lub niepowlekaną (w zależności od zastosowania) w płytkę testową, aż przejdzie przez nią jeden pełny gwint. Siła osiowa i prędkość obrotowa śruby z tabeli 2 mają zastosowanie zarówno do wiercenia, jak i gwintowania.
2.2.2 Kontrola wierceń
Po uzgodnieniu, możliwe jest przeprowadzenie kontroli wiercenia. Płyta testowa zgodnie z 2.2.1.1, grubość zgodnie z Tabelą 3. Wstępnie wybić punkt centrujący. Po wywierceniu otworu, maksymalny rozmiar otworu nie może przekraczać wartości granicznych podanych w Tabeli 3. Osprzęt przedstawiony na Rysunku 2 (niepokazany; patrz norma) uzupełnia Rysunek 1, ze średnicą wewnętrzną tulei o około 0,25 mm większą niż średnica gwintu. Długość tulei umożliwia wysunięcie punktu wiercenia. Siły osiowe wynikające z montażu prowadnicy z Tabeli 2; przekroczenie może spowodować pęknięcie lub przegrzanie punktu wiercenia.
| Rozmiar gwintu | Grubość płyty | Minimalna średnica otworu | Maksymalna średnica otworu |
|---|---|---|---|
| ST2.9 | 1 | 2.2 | 2.5 |
| ST3.5 | 1 | 2.7 | 3 |
| ST4.2 | 2 | 3.2 | 3.6 |
| ST4.8 | 2 | 3.7 | 4.2 |
| ST5.5 | 2 | 4.2 | 4.8 |
| ST6.3 | 2 | 4.8 | 5.4 |
2.2.3 Test momentu obrotowego
Zacisnąć śrubę w pasującym narzędziu do gwintów lub przyrządzie do dzielonego gwintu, nie uszkadzając zaciskanej części. Przykładowe urządzenie przedstawiono na rysunku 3 (nie pokazano; patrz norma). Po zaciśnięciu, co najmniej dwa pełne gwinty wystają poza przyrząd, a co najmniej dwa pełne gwinty (z wyłączeniem końcówki wiertła) są pewnie zaciśnięte. W przypadku krótkich śrub, zacisnąć cały gwint, nie przykładając siły do łba. Dokręcić momentem obrotowym za pomocą skalibrowanego przyrządu, aż do zerwania. Śruba musi spełniać moment niszczący podany w tabeli 4 (jednostki: N·m).
| Rozmiar gwintu | Minimum |
|---|---|
| ST2.9 | 1.5 |
| ST3.5 | 2.8 |
| ST4.2 | 4.7 |
| ST4.8 | 6.9 |
| ST5.5 | 10.4 |
| ST6.3 | 16.9 |
Do pomiaru momentu obrotowego błąd pomiaru klucza dynamometrycznego powinien mieścić się w granicach ±3% od wartości podanej. Można użyć urządzenia o podobnej dokładności. Do arbitrażu należy użyć ręcznego klucza dynamometrycznego.
Często zadawane pytania
- Jakie materiały są wymagane do wykonania wkrętów samowiercących zgodnie z normą GB/T 3098.11-2002?
- Muszą być wykonane ze stali nawęglanej lub stali poddanej obróbce cieplnej, aby uzyskać określoną twardość i wydajność.
- Jak radzi sobie z kruchością wodorową w przypadku śrub galwanizowanych?
- Producenci i wykonawcy powłok galwanicznych muszą wdrożyć odpowiednie środki, w tym testy zgodnie z normą GB/T 3098.17 i uwzględnić normę GB/T 5267.1 dotyczącą usuwania wodoru, aby zapobiec ryzyku pęknięć.
- Jaka jest minimalna twardość powierzchni dla tych śrub?
- Twardość powierzchni po obróbce cieplnej musi wynosić co najmniej 530 HV0,3.
- Dlaczego należy unikać pewnych temperatur hartowania?
- Odpuszczanie w temperaturze od 275°C do 315°C zwiększa ryzyko kruchości martenzytu odpuszczonego; zaleca się minimalną temperaturę 330°C.
- Jakie są wymagania dotyczące wytrzymałości na skręcanie dla śrub ST4.8?
- Minimalny moment niszczący wynosi 6,9 N·m przy badaniu przeprowadzonym określoną metodą.
- Jak mierzy się głębokość warstwy nawęglonej na potrzeby arbitrażu?
- Zastosuj mikrotwardość Vickersa przy sile 300 g na profilu gwintu, zaczynając od punktu, w którym twardość przekracza rdzeń o 30 HV.
