1. Breve
O fio interno utilizado pelas ondas longitudinais e selecionado para uso é fixado porparafusos comunse parafusos autotravantes, calibrados por diferentes estratégias de aperto, e a diferença entre as curvas características de calibração dos parafusos de ancoragem e dos parafusos autotravantes é analisada. Resultado: O parafuso e o método de calibração do parafuso obterão características de calibração diferentes; a escala de tempo de travamento da corrente faz com que a autocalibração e a escala de tempo da autocalibração levem a alvos diferentes. Devido à curva de movimento normal, as diferentes características obtidas se deslocarão para a direita.
2. Filosofia de Teste
Atualmente, o método ultrassônico é amplamente utilizado emteste de força axial do parafusoPara determinar a força axial do parafuso no ponto de fixação de um subsistema automotivo, é necessário obter previamente a curva característica de relação (curva de calibração do parafuso) entre a força axial do parafuso e a diferença de tempo do som ultrassônico, antes de realizar o teste na peça real do subsistema. A força axial do parafuso na conexão de aperto pode ser obtida medindo-se ultrassonicamente a diferença de tempo do som do parafuso e consultando a curva de calibração. Portanto, a obtenção da curva de calibração correta é crucial para a precisão dos resultados da medição da força axial do parafuso na peça real do subsistema. Atualmente, os métodos de teste ultrassônico incluem principalmente o método de onda única (ou seja, o método de onda longitudinal) e o método de onda longitudinal transversal.
No processo de calibração de parafusos, muitos fatores afetam os resultados, como comprimento de aperto, temperatura, velocidade da máquina de aperto, ferramentas de fixação, etc. Atualmente, o método de calibração de parafusos mais comum é o de aperto rotativo. Os parafusos são calibrados em um banco de ensaio, o que requer a fabricação de dispositivos de suporte para o sensor de força axial, como a placa de pressão e o dispositivo com furo roscado interno. A função do dispositivo com furo roscado interno é substituir as porcas convencionais. O design antiafrouxamento é geralmente utilizado em pontos de fixação com alto fator de segurança em chassis de automóveis para garantir a confiabilidade da fixação. Uma das medidas antiafrouxamento atualmente adotadas é a porca autotravante, ou seja, a porca de travamento por torque efetivo.
O autor adota o método de onda longitudinal e utiliza um dispositivo de rosca interna de fabricação própria para selecionar porcas comuns e porcas autotravantes para calibrar o parafuso. Através de diferentes estratégias de aperto e métodos de calibração, estuda-se a diferença entre a curva de calibração da porca comum e da porca autotravante. Apresenta-se também um estudo sobre testes de força axial em fixadores de subsistemas automotivos, com algumas recomendações.
O teste da força axial de parafusos por meio de tecnologia ultrassônica é um método de teste indireto. De acordo com o princípio da sonoelasticidade, a velocidade de propagação do som em sólidos está relacionada à tensão, portanto, ondas ultrassônicas podem ser usadas para obter a força axial de parafusos [5-8]. O parafuso se alonga durante o processo de aperto e, ao mesmo tempo, gera tensão de tração axial. O pulso ultrassônico é transmitido da cabeça do parafuso até a extremidade. Devido à mudança repentina na densidade do meio, ele retorna ao longo do caminho original e a superfície do parafuso recebe o sinal através da cerâmica piezoelétrica, com uma diferença de tempo Δt. O diagrama esquemático do teste ultrassônico é mostrado na Figura 1. A diferença de tempo é proporcional ao alongamento.
O teste da força axial de parafusos por meio de tecnologia ultrassônica é um método de teste indireto. De acordo com o princípio da sonoelasticidade, a velocidade de propagação do som em sólidos está relacionada à tensão, portanto, ondas ultrassônicas podem ser usadas para obtera força axial dos parafusosDurante o processo de aperto, o parafuso se alonga, gerando simultaneamente uma tensão axial de tração. O pulso ultrassônico é transmitido da cabeça do parafuso até a sua extremidade. Devido à mudança repentina na densidade do meio, o pulso retorna ao longo do caminho original, e a superfície do parafuso recebe o sinal através da cerâmica piezoelétrica, com uma diferença de tempo Δt. O diagrama esquemático do teste ultrassônico é mostrado na Figura 1. A diferença de tempo é proporcional ao alongamento.
M12 mm × 1,75 mm × 100 mm e, em seguida, a especificação dos parafusos. Use parafusos comuns para fixar 5 desses parafusos. Primeiro, use o teste de autoancoragem com diferentes formas de pasta de solda de calibração. A placa espiral artificial se encaixa na flange do parafuso e pressiona. Ao escanear a onda inicial (ou seja, registrar o L0 original), aperte-o a 100 N m + 30° com uma ferramenta (chamado de método tipo I). A outra ferramenta consiste em escanear a onda inicial e apertar o parafuso até o tamanho alvo com uma chave de impacto (chamado de método tipo II). Para o segundo método, haverá um determinado tipo neste processo (como mostrado na Figura 4). A Figura 5 mostra o parafuso comum e o método de autoancoragem. A curva após a calibração de acordo com o método tipo I. A Figura 6 mostra o tipo de autoancoragem. A Figura 6 mostra uma classe de autoancoragem. Curvas de Classe I e Classe II. O método de utilização pode ser: usar a curva personalizada da classe de âncora comum, exatamente a mesma (todas passam pela origem com a mesma taxa de segmento e número de pontos); bloquear o tipo de índice do tipo de ponto de âncora (tipo I e marca de âncora, a inclinação da diferença do intervalo e o número de pontos); obter similaridades).
O Experimento 3 consiste em definir a coordenada Y3 da Configuração Gráfica no software do instrumento de aquisição de dados como a coordenada de temperatura (utilizando um sensor de temperatura externo), definir a distância de folga do parafuso em 60 mm para calibração e registrar o torque/força axial/temperatura e a curva do ângulo. Como mostrado na Figura 8, observa-se que, com o aperto contínuo do parafuso, a temperatura aumenta continuamente, e esse aumento pode ser considerado linear. Quatro amostras de parafusos com porcas autotravantes foram selecionadas para calibração. A Figura 9 mostra as curvas de calibração dos quatro parafusos. Observa-se que todas as quatro curvas foram deslocadas para a direita, mas em graus diferentes. A Tabela 2 registra a distância do deslocamento da curva de calibração para a direita e o aumento de temperatura durante o processo de aperto. Nota-se que o grau de deslocamento da curva de calibração para a direita é basicamente proporcional ao aumento de temperatura.
3. Conclusão e Discussão
Durante o aperto, o parafuso é submetido à ação combinada de tensão axial e tensão de torção, e a força resultante dessas duas forças acaba por causar o seu escoamento. Na calibração do parafuso, apenas a força axial é considerada na curva de calibração, fornecendo a força de aperto do subsistema de fixação. Os resultados dos testes na Figura 5 mostram que, embora se trate de uma porca autotravante, se o comprimento inicial for registrado após o parafuso ter sido girado manualmente até o ponto em que está prestes a encostar na superfície de apoio da placa de pressão, os resultados da curva de calibração coincidem completamente com os de uma porca comum. Isso demonstra que, nesse estado, a influência do torque de autotravamento da porca autotravante é desprezível.
Se o parafuso for apertado diretamente na porca autotravante com uma pistola elétrica, a curva se deslocará para a direita como um todo, conforme mostrado na Figura 6. Isso demonstra que o torque de autotravamento afeta a diferença de tempo acústico na curva de calibração. Observe o segmento inicial da curva deslocado para a direita, indicando que a força axial ainda não foi gerada sob a condição de que o parafuso apresenta um certo grau de alongamento, ou que a força axial é muito pequena, o que equivale a que o parafuso não foi pressionado contra o sensor de força axial. Obviamente, o alongamento do parafuso neste momento é um alongamento falso, não real. A razão para o alongamento falso é que o calor gerado pelo torque de autotravamento durante o processo de aperto a ar afeta a propagação das ondas ultrassônicas, o que se reflete na curva. Isso mostra que o parafuso foi alongado, indicando que a temperatura tem um efeito sobre a onda ultrassônica. Na Figura 6, a porca autotravante também é usada para calibração, mas o motivo pelo qual a curva de calibração não se desloca para a direita é que, embora haja atrito ao rosquear a porca autotravante, gerando calor, esse calor já foi contabilizado no registro do comprimento inicial do parafuso. Além disso, o tempo de calibração do parafuso é muito curto (geralmente menos de 5 segundos), portanto, o efeito da temperatura não aparece na curva característica de calibração.
A análise acima demonstra que o atrito da rosca no aperto pneumático causa um aumento na temperatura do parafuso, o que reduz a velocidade da onda ultrassônica. Isso se manifesta como um deslocamento paralelo da curva de calibração para a direita. O torque, ambos proporcionais ao calor gerado pelo atrito da rosca, é mostrado na Figura 10. Na Tabela 2, são apresentados a magnitude do deslocamento para a direita da curva de calibração e o aumento de temperatura do parafuso durante todo o processo de aperto. Observa-se que a magnitude do deslocamento para a direita da curva de calibração é consistente com o grau de aumento de temperatura, apresentando uma relação linear proporcional. A razão é de aproximadamente 10,1. Supondo um aumento de temperatura de 10 °C, a diferença no tempo acústico aumenta em 101 ns, o que corresponde a uma força axial de 24,4 kN na curva de calibração do parafuso M12. Do ponto de vista físico, explica-se que o aumento da temperatura provoca uma alteração na propriedade de ressonância do material do parafuso, o que altera a velocidade da onda ultrassônica através do meio do parafuso e, consequentemente, afeta o tempo de propagação ultrassônica.
4. Sugestão
Ao usar nozes comuns eporca autotravantePara calibrar a curva característica do parafuso, diferentes curvas características de calibração serão obtidas devido aos diferentes métodos utilizados. O torque de aperto da porca autotravante aumenta a temperatura do parafuso, o que aumenta a diferença de tempo ultrassônica, e a curva característica de calibração obtida se deslocará paralelamente para a direita.
Durante o teste laboratorial, a influência da temperatura na onda ultrassônica deve ser eliminada tanto quanto possível, ou o mesmo método de calibração deve ser adotado nas duas etapas de calibração do parafuso e teste de força axial.
Data da publicação: 19/10/2022
