ÖnmetszŐ csavarkÖtÉsek fejlesztÉse

8/10/2019 NMETSZ CSAVARKTSEK FEJLESZTSE

1/108


2/108


3/108

Csengnek


4/108


5/108

Nyilatkozat

Alulrott Sos Enik kijelentem, hogy ezt a doktori rtekezst magam ksztettems abban csak a megadott forrsokat hasznltam fel. Minden olyan rszt, amelyet szszerint vagy tartalmilag azonosan, de ms szhasznlattal brmilyen forrsbl tvettem,egyrtelmen, a forrs megadsval jelltem.

Budapest, 2012. 03. 30.

_________________________________

Sos Enik


6/108


7/108

[7]

Tartalomjegyzk

Jells- s rvidtsjegyzk ..................................................................................................... 9

1 Bevezets ........................................................................................................................... 12

1.1

A kutatmunka clja s a vizsglt fbb krdsek ............................................. 13

2

Felhasznlt vizsglati mdszerek s berendezsek ................................................... 15

2.1 Optikai deformcianalzis ................................................................................... 152.2

Felhasznlt vizsglati eszkzk ............................................................................ 16

2.2.1 Szaktgp ........................................................................................................... 182.2.2 Psztz elektronmikroszkp (SEM) .............................................................. 19

2.3

Felleti topogrfia vizsglata ................................................................................ 20

2.4 Vgeselem mdszer ................................................................................................ 202.5 Kapcsold irodalomjegyzk ................................................................................ 20

3 Irodalmi ttekints .......................................................................................................... 21

3.1

nmetsz csavarkts bemutatsa, jellemzse ................................................. 21

3.2 Alkalmazsi terletek ............................................................................................. 243.3 Kivlasztsi s mretezsi irnyelvek ................................................................. 26

3.3.1 Csavar kialaktsa ............................................................................................. 263.3.2 Tubus kialaktsa ............................................................................................... 273.3.3 Meghzsi nyomatk ........................................................................................ 283.3.4

Elfeszt er ...................................................................................................... 29

3.4 Tmval kapcsolatos kutatsi eredmnyek ........................................................ 293.5 Kapcsold irodalomjegyzk ................................................................................ 45

4 Vizsglt csavarkts s ksrleti elrendezsek ismertetse ...................................... 47

4.1

nmetsz csavar s tubus ..................................................................................... 47

4.2 Vizsglt csavarktsek ........................................................................................... 484.2.1

nmetsz csavarkts ...................................................................................... 48

4.2.2 tmen csavarkts .......................................................................................... 494.3 Kapcsold irodalomjegyzk ................................................................................ 49

5 Tubus anyagnak jellemzse ......................................................................................... 50

5.1 vegszl .................................................................................................................... 505.2 Poliamid 6 (PA6) ..................................................................................................... 505.3

Vgott vegszllal erstett Poliamid 6 (PA6GF30) .......................................... 51

5.3.1 Szakirodalmi adatok ......................................................................................... 51

5.4

Kapcsold irodalomjegyzk ................................................................................ 53

6 PA6GF30 anyagi viselkedse: mrs s vgeselemes szimulci ........................... 54

6.1

Anyagok s mdszerek .......................................................................................... 54

6.2 Ksrleti eredmnyek.............................................................................................. 556.2.1 Szlorientci ..................................................................................................... 556.2.2

Nyom ignybevtelre pl vizsglatok ..................................................... 56

6.2.3 Nyom vizsglatok, valamint nyom fel- s leterhels ksrletekszobahmrskleten s magasabb hmrskleteken ............................................................ 57

6.2.4

Ciklikus nyom fel- s leterhels ksrlet szobahmrskleten ................ 59

6.2.5 Nyom felterhels-relaxci-leterhels-pihentets (FRLP) mrs

szobahmrskleten .................................................................................................................... 61

6.2.6

Ciklikus hterhels ............................................................................................ 61

6.2.7 A tubus htgulsnak meghatrozsa optikai rasztertechnikval ......... 68


8/108

[8]

6.2.8

Felleti topogrfia vizsglata .......................................................................... 69

6.3 Modellezs ................................................................................................................ 706.3.1 Dinamikus mechanikai analzis ...................................................................... 706.3.2

Anyagmodell ...................................................................................................... 72

6.3.3 Vgeselem modellek .......................................................................................... 766.3.4 Vgeselemes eredmnyek ................................................................................ 77

6.4

Kapcsold irodalomjegyzk ................................................................................ 83

7 nmetsz csavarktsekkel vgzett ksrleti vizsglatok ........................................ 84

7.1 Felmelegts-hntarts-lehts (1. ksrleti elrendezs) .................................. 847.1.1

PA6GF30 (Ultramid) ......................................................................................... 84

7.1.2 PA6 ....................................................................................................................... 887.1.3 POM ..................................................................................................................... 90

7.2 Felmelegts-hntarts-lehts 3 mm-rel rvidebb tubus esetn (1. ksrletielrendezs) .................................................................................................................................... 91

7.3 Ciklikus hterhels (1. ksrleti elrendezs) ....................................................... 927.4 Ciklikus hterhels fejfelfekvs nlkl (2. ksrleti elrendezs) ..................... 977.5

A hrom klnbz (1., 2. s 3.) ksrleti elrendezs viselkedsnek

sszehasonltsa ciklikus hterhels esetn ................................................................................ 99

7.6 Kapcsold irodalomjegyzk .............................................................................. 102

8 j tudomnyos eredmnyek, tzisek ......................................................................... 103

9 Az eredmnyek hasznostsa ...................................................................................... 104

10 sszefoglal ............................................................................................................... 105

11 Summary .................................................................................................................... 106

Ksznetnyilvnts ............................................................................................................. 107

Publikcis jegyzk .............................................................................................................. 108


9/108

[9]

Jells- s rvidtsjegyzk

Jells/rvidts Mrtkegysg Megnevezs - fajlagos nylsx - x-irny fajlagos nylsy - y-irny fajlagos nyls

Y - folyshatrhoz tartoz fajlagos nylsAc mm menetprofil keresztmetszeteA mm keresztmetszet MPa

feszltsgmax MPa maximlis feszltsgy MPa folyshatrMA Nm (ajnlott) meghzsi nyomatkME Nm becsavarsi nyomatkM Nm tnkremenetelhez tartoz nyomatkMs Nm csavarfej alatt bred srldsi

ellenlls legyzshez szksgesnyomatkFV kN elfeszt erFA kN a csavar kihzdshoz tartoz

hatrerF kN erFmax kN maximlis terhelerFmarad kN marad elfeszt erp mm menetemelkedsr mm sugrD mm csavarfej tmrje

dA mm tubus kls tmrjed mm csavar nvleges tmrjed2 mm csavar magtmrjeds mm tubus tehermentest furatnak

tmrjedk mm tubus bels furatnak tmrjeL mm csavarszr hosszalE mm becsavarsi mlysgls mm tubus tehermentest furatnak

mlysgel mm tubus bels furatnak mlysge

lA mm tubus hengeres rsznek hosszal0 mm prbatest kezdeti hosszal mm hosszvltozsh mm magassght mm tubustalp magassga - srldsi tnyezf - csavarfej s a rgztend alkatrsz

kztti srldsi tnyezk - szorztnyez (meghzsi nyomatk

szmtshoz)fm mm menetek lehajlsa

s N/mm rugmerevsg rad csavar szgelfordulsa rad csavar szgelforduls-vltozsa


10/108

[10]

lt1, lt2 mm lemezvastagsglt12 mm egyenrtk henger sszenyomdsalzem mm egyenrtk henger hossza - Poisson-tnyezE MPa rugalmassgi modulusE0 MPa veges rugalmassgi modulusE MPa relaxlt rugalmassgi modulus

Ei(i=140) MPa i-edik rug rugalmassgi modulusai(i=140) Pas i-edik csillapt elem viszkozitsan - Maxwell gak szmaEs, ET MPa rugalmas-kplkeny rug modulusaiE MPa trolsi modulusE MPa vesztesgi modulusE(t) MPa relaxcis modulusi(i=140) s i-edik relaxcis idei(i=140) - i-edik energiaparamterG MPa trolsi (nyr) modulusaT

- eltolsi tnyezv mm/min sebessgt s idRT szobahmrskletT C hmrskletTg C

vegesedsi hmrskletTm C olvadsi hmrskletTr C referencia hmrskletT C hmrskletvltozsTmax C maximlis hmrskletC1 - 1. WLF - paramter

C2 C 2. WLF - paramterC1g - Tgreferencia hmrsklethez tartoz 1.WLF - paramter

C2g C Tgreferencia hmrsklethez tartoz 2.WLF - paramter

PA6GF30 1/C PA6GF30 lineris htgulsiegytthatja

acl 1/C acl lineris htgulsi egytthatjaX 1/C x-irny lineris htgulsi egytthatY 1/C y-irny lineris htgulsi egytthatf Hz frekvencia

CAMPUS Computer Assisted Materials Pre-selection by Universal StandardsGF vegszlPA6 poliamid 6PC polikarbontABS akril-butadin-sztirolPP polipropilnPA6GF30 poliamid 6 30% vegszl erstsselPA66GF30 poliamid 66 30% vegszl erstssel

POM polioximetilnSMC Sheet Mould CompoundDMA dinamikus mechanikai analzisWLF Williams Landel - Ferry


11/108

[11]

SEM psztz elektronmikroszkp (ScanningElectron Microscope)

FRLP felterhels-relaxci-leterhels-pihentets

zi prbatest i-edik terhelsi fzisaSiO2 szilcium-dioxidAl2O3 alumnium-oxid

B2O3 br-oxidCaO kalcium-oxidMgO magnzium-oxidVDE Verband der Elektrotechnik Elektronik

Informationstechnik e.V.DVS Deutsche Verband fr Schweien und

verwandte Verfahren e.V.


12/108

[12]

1 Bevezets

Az utbbi vtizedekben a polimer (szlerstses polimer) alkatrszek egyreerteljesebben jelennek meg az ipar klnbz terletein. Mra mr nemcsak burkolatianyagknt, de konkrt szerkezeti elemek anyagaknt is szvesen hasznljk a szlesfeldolgozhatsgi s felhasznlhatsgi spektrummal rendelkez polimer, illetve

kompozit anyagokat. A polimer anyagokbl kszlt gpalkatrszek az autiparban iskitntetett helyet foglalnak el. Ennek egyik oka, hogy sok esetben jval olcsbbak, mint afmes anyagok, msik oka pedig, hogy rendkvl knnyek, ezltal cskken a gpjrmssztmege, ami pedig jtkonyan befolysolja annak zemanyag fogyasztst is. A

jrmipar szmra a slycskkents egybknt trvnyileg is elrt az Eurpai Uninbell. Szintn elrs, hogy a felhasznlt alkatrszek j rsze jrahasznosthat legyen.Az jrahasznosts persze nemcsak a nyersanyagok jrafeldolgozst, hanem adottesetben a mg hasznlhat alkatrszek ismtelt felhasznlst is jelenti. A polimerszerkezeti anyagokbl kszlt alkatrszek mindkt esetben jl hasznosthatak. Ennekkvetkeztben a polimer alkatrszeken alkalmazhat jszer s gazdasgos ktstpusokis megjelentek, ezek kutatsa pedig, szintn fontoss vlt. A kts gazdasgossgamellett, egyre inkbb f szempont lett az jrahasznosthatsg. Az nmetsz csavarktsmind a gazdasgossgi szempontnak (az alkatrszen csak elfurat ksztsre vanszksg), mind pedig, az jrahasznosthatsg szempontjnak klnsen megfelel, mivela csavar eltvoltsa utn tovbbi sztszerelsi mveletre nincs szksg.

A ktstpus alkalmazhatsgt htrnyosan befolysolja, hogy a ktsbenltrehozott elfeszt er a polimer alkatrsz id- s hmrskletfgg viselkedse,valamint a polimerek s fmek eltr htgulsa miatt folyamatosan vltozik. Emiatt aktst elssorban rgztsre hasznljk, ahol tehervisel szerepet nem kell betltenie.Hztartsi gpek, kisgpek, autipari alkatrszek esetben gyakran tallkozhatunknmetsz csavarktssel.

Egyszerstett modellekkel a csavarktsben lejtszd fizikai folyamatok aklnbz zemi llapotok sorn jl illusztrlhatak. A klnbz csavargyrt cgek azutbbi vekben nagy erfesztseket tettek az irnyban, hogy megrendeliket a lehetlegpontosabb informcival lssk el a kts kialaktst s a kivlasztand csavartilleten. Rendelkezsre llnak mr olyan ksrleti adatbzisra pl tmogat szoftverek,amelyek adott anyagprostshoz az idbeli s hterhelseket figyelembe vve, azelfeszt er vltozst prognosztizlni tudjk. Ennek ellenre a konstruktr mg nemkap kpet arrl, hogy a ktsben rsztvev polimer alkatrsz hogyan deformldik, sannak deformcija hogyan befolysolja az elfeszt er vltozsnak mrtkt smdjt. nmetsz csavarok gyrtsval foglalkoz szakemberek rszrl mr rgebbenmegfogalmazdott az igny, hogy egy olyan numerikus modellt szeretnnek, amely

kpes nyomon kvetni nemcsak az elfeszt er relaxcijt, hanem az egsz szerkezetfeszltsgi- s alakvltozsi llapott a csavarkts klnbz zemi fzisaiban. Azgretes prblkozsok ellenre azonban mindeddig nem sikerlt olyan vgeselemmodellt kidolgozni, ami megfelel ezeknek az elvrsoknak. A kidolgozott vgeselemmodellek egyik legnagyobb fogyatkossgt a nagyon leegyszerstett anyagmodellek

jelentik. Ez a jelensg fknt azzal magyarzhat, hogy a rendelkezsre llanyagjellemzk - legyen sz szakirodalmi adatokrl vagy gyrt ltal kzlt rtkekrl -,nem elg pontosak s kiterjedtek egy komplex vgeselemes modell megalkotshoz.Arrl nem is beszlve, hogy magnak a numerikus modellnek az igazolsa is nagynehzsget jelent.

A digitlis technika rohamos fejldse viszont j utakat nyitott a polimer

alkatrszek vizsglatban is. Lehetv vlt ugyanis, hogy nagy felbonts kamerksegtsgvel rints s roncsols mentesen vizsgljunk alkatrszeket a millimterestl atbb mteres mretekig, gyakorlatilag tetszleges terhels hatsra. gy pldul az


13/108

[13]

nmetsz csavarktsek esetben mr nemcsak az elfeszt er vltozst tudjukvizsglni a rendelkezsre ll mdszerekkel, hanem a polimer alkatrsz alakvltozsillapott is.

1.1 A kutatmunka clja s a vizsglt fbb krdsekA dolgozat clja a polimer alkatrszeken alkalmazott nmetsz csavarktsek

ksrleti s numerikus vizsglata, annak rdekben, hogy a kvetkez krdsekre vlasztkapjunk: Hogyan s milyen mrtkben vltozik mechanikai s komplex hterhels hatsra a

ktsben kialakult elfeszt er, illetve a polimer tubus alakvltozsi llapota? Mely tnyezk, hogyan befolysoljk az elfeszt er s a polimer tubus

alakvltozsi llapotnak vltozst? Milyen sszefggs ll fenn az elfeszt er s a tubus alakvltozsa kztt? Milyen hatssal br az anyagvlaszts, az anyagi nemlinearits, vgott vegszllal

erstett tubus esetn a szlorientci, valamint a bepts krlmnyei az elfeszter alakulsra?

Hogyan modellezhet a polimer tubus id- s hmrskletfgg anyagi viselkedse?

Az nmetsz csavarktsben kialakul feszltsgi-alakvltozsi llapot, valamintaz elfeszt er vltozsa az id s a hmrsklet fggvnyben mind ksrleti, mindpedig numerikus mdon vizsglhat. A ktsben lejtszd folyamatok a klnbzzemi fzisok sorn, melyek a becsavars, az elfeszts, a felmelegts, a hntarts, alehts, az olds s a kicsavars, numerikus szimulci keretben nllan ismodellezhetek. Ksrleti ton mr valamivel nehezebb ezeket a folyamatokat, illetve akts mkdsre hatssal lv egyb paramtereket elklntve elemezni. Avgeselemes vizsglatok f clja az volt, hogy egy olyan vgeselem modellt alkossak,amellyel kvetni lehet a polimer tubus sszetett anyagi viselkedst. Ms szval egyolyan modellezsi technika kidolgozst tztem ki clul, amely alkalmas az nmetszcsavarktsekben lezajl fizikai folyamatok vizsglatra.

Az rtekezs szakirodalmi ttekintst, a vizsglt csavarkts bemutatst s aPA6GF30 anyag jellemzst kvet rsze a vgott vegszllal erstett poliamid(PA6GF30) tubus anyagi viselkedsnek s anyagjellemzinek ksrleti meghatrozsvalfoglalkozik. Mivel az ltalam vizsglt nmetsz csavarktsnl a dominns ignybevtelnyoms, ezrt nyomvizsglatokat s nyom tpus relaxcis vizsglatokat vgeztem.Itt kell megemlteni, hogy nem szabvnyos prbatesttel, hanem az ltalam a csavarktsvizsglata sorn hasznlt polimer tubusbl kszlt formatesttel vgeztem a mrseketklnbz hmrskleteken. Ezzel a mdszerrel a ksrleti vizsglatoknl hasznltprbatest s a tnyleges szerkezeti elem geometrijban s szlorientcijban jelentkezklnbsgek kikszblhetk, gy e tnyezk mrt anyagi viselkedsre gyakorolthatsval nem kell szmolnunk. Vizsglataimnl az optikai rasztertechniktalkalmaztam, a tubus felsznn kialakul alakvltozs mrsre. A hmrskletvltozsmechanikai viselkedsre gyakorolt hatsnak elemzsre ciklikus hterhelses mrseketvgeztem. A tubus htgulst az optikai rasztertechnika segtsgvel vizsgltam. Apolimer tubus szlorientcijt is tanulmnyoztam: a hossztengely menti, illetve arramerleges csiszolatokrl psztz elektronmikroszkpos kpek kszltek.

A tubus mechanikai viselkedsnek vizsglatt kveten egy hltbbszrzs(overlay) mdszerre pl vgeselem modellt fejlesztettem ki. A vgeselemesoverlay modell tbb egymson fekv, azonos vgeselemes hlbl pl fel, ahol azegymson elhelyezked hlkhoz ms-ms anyagi viselkeds tartozik. Az ltalamkidolgozott modell, mind az idfggetlen, mind az idfgg hatsokat figyelembe veszi.

A modell ltal szolgltatott eredmnyek alapjn a kidolgozott modellezsitechnika alkalmasnak tnik az nmetsz csavarktsekben (s ms polimerbl kszltszerkezeti elemekben) lezajl fizikai folyamatok vizsglatra.


14/108

[14]

Az rtekezs msodik rsze egy jellegzetes nmetsz csavarkts ksrletivizsglatval foglalkozik. A ksrletek sorn az elfeszt er relaxcijt mrtemermr cella segtsgvel klnbz hmrsklet profilok esetn, valamint ezzelprhuzamosan a polimer tubus deformcijt is vizsgltam az optikai rasztertechnikasegtsgvel. Kln kihvst jelentett a ksrleti elrendezs megtervezse s a jrulkosberendezsek (pl. kemence, csavarozgp) optimlis elhelyezse annak rdekben, hogyaz optikai mrseket a lehet leghatkonyabban lehessen elvgezni. A ksrleti

elrendezst illeten ugyan lltak rendelkezsre informcik korbbi, kezdetlegesmrsekrl, ezeknl azonban nem vettk figyelembe, hogy a ksbbiekben azeredmnyek vgeselemes szmtsok igazolshoz hasznlhatak legyenek, gyclszeren olyan peremfelttelekkel kellett kialaktani a ktst, amelyek a modellezsnlis pontosan reproduklhatak. A mr emltett klnbz zemi fzisok, illetve aktsben kialakul klnbz hatsok (pl. menetek hatsa, fejfelfekvs hatsa)elklntett vizsglatra tovbbi mrseket vgeztem, amelyekhez jabb ksrletielrendezsek megtervezsre volt szksg (1.1 bra). A polimer tubus tengelyirnysszenyomdst tmen csavarktsre pl konstrukcival, a menetek hatsait pedigegy olyan elrendezssel elemeztem, amelynek hasznlatval a tubus sszenyomdst,gy a fejfelfekvst is, megakadlyoztam. A klnbz hmrskletekre val felmelegtsi,lehtsi s relaxcis folyamatokat is kln vizsgltam.

(a) (b) (c)

1.1. bra: Vizsglt ksrleti elrendezsek: (a) nmetsz csavarkts, (b) tmen csavarkts, (c)nmetsz csavarkts (fejfelfekvs nlkl)

nmetszcsavar

alttek

ermrcella

tubus

altt

rgztlemez

fm alap

leszortcsavar

M4 ors

alttek

ermrcella

tubus

anya

altt

fm alap leszortcsavar

nmetszcsavar

alttek

ermrcella

tubus

altt

rgztkeret

fm alap


15/108

2 Felhasznlt vi

A psztzkivtelvel valameRessourcengerechteelektronmikroszkpo

Verbundwerkstoffe iEgyetem, Arbeitsgrvgeztk el.

2.1 Optikai deforAz optikai

vizsglatok sorn mellapot statikus vageredmnyek ugyanaksrleti igazolsra i

(a)

2.1. bra: A vizsglt tuboptikai

Az alkatrsz ffehr festkszr spvltoztatja az alakjt.

ltst biztost) kpkpfeldolgozs segtskialakul elmozdulsmintzat sszehasonl

A prbatesthl kpkoordintivraszter-hl pontjaifellp alakvltozs eutn minden rasztelmozdulsvektora a

Transzforml

elmozdulsvektoraitelmozdulsmezbl s

[15]

sglati mdszerek s berendez

elektronmikroszkpos mrsek s a fellnyi mrst a Kaiserslauterni EgyeProduktgestaltung/Entfertigung tanszkn mrseket a Kaiserslauterni Egy

tzetben, a felleti rdessg mrseket pppe Werkstoff- und Oberflchentechnik

cianalzisrasztertechnika [2.1] segtsgvel az anhatrozhat a felleten kialakult elmozduls

dinamikus ignybevtel esetn. A mdskor anyagjellemzk meghatrozsra s plfelhasznlhatk [2.2].

(b)

s (sematikus kp (a), digitlis kamerval rgztettrasztertechnikval meghatrozott alakvltozsi me

lletre olyan, optikailag j kontrasztot kpzray formjban- kerl felvitelre, amelyA klnbz terhelsi llapotokban a kamer

et ksztenek az alkatrszrl, majd ezgvel a kirtkel szoftver meghatrozzakat, majd az alakvltozsi llapotot a defortsa alapjn (2.1. bra).inden egyes pontjnak helyzete a felleth

al azonosthat, a kpalkotsi felttelek figak a helyvektorai kerlnek meghatrozssetben az eredeti s a deformldott raszte

rpont kpkoordintja a rendelkezsreegfelel koordintaprok klnbsgbl ny

s utn a raszter-hl ltal jellt felletp

kapjuk meg. Az alakvltozsok a przmthatak [2.3].

sek

eti rdessg mrsekem Lehrstuhl fr

vgeztem el. Azetem, Institut fr

edig a Kaiserslauterni(AWOK) intzetben

ag, illetve alkatrsz-mez s alakvltozsizer ltal szolgltatott. vgeselem modellek

(c)

als felvtel (b)) s azz (c)

mintzat pl. fekete- z alkatrsszel egytt

k (kt kamera sztereo

t kveten digitlisaz alkatrsz felletnlatlan s a deformlt

ez kapcsold raszter- elembevtelvel. Ezen

ra. Terhels hatsra-hl sszehasonltsall. Egy adott pontrhet.ntok koordintit s

atest felletn mrt


16/108

[16]

Pldaknt, ha egy 10x10 mm fellet prbatest felletre egy 10 vonal/mmraszter-hl kerl, akkor egy nagyfelbonts kamera (pl. 1000x1000 Pixel) segtsgvelkb. 100x100 alakvltozsi rtket kapunk meg 0,1 %-os pontossgi hatron bell (a raszterhl egyetlen elemnek deformlatlan llapotbeli kiindul mrete 0,1x0,1 mm) [2.4]. Adigitlis kp felbontsa nagymrtkben meghatrozza a mrs pontossgt. A mrsek abraunschweigi (Nmetorszg) GOM mbH Aramis 4.6.5 rendszervel kszltek, melynekrszletes lersval [2.3] irodalom foglalkozik.

2.2 Felhasznlt vizsglati eszkzk

(a) (b)

(c) (d)

2.2. bra: (a) BOSCH univerzlis csavarozgp, (b) programozhat kemence, (c) ermr cella (0-10 kN;

-40C-120C), (d) termoelemA mrsek sorn a csavarktsben kialakul elfeszt er vltozst vizsgltam.A csavarkts ltrehozst a BOSCH cg elektronikusan vezrelhet csavarozjvalvgeztem (2.2a bra). Ez a csavaroz 4-55 Nm-es hatron bell nyomatk vagyszgelforduls-vezrlssel vgzi a kvnt kts elfesztst. A csavaroz berendezsparamterei a hozz csatlakoz szmtgpes szoftverrel llthatak be. Ez a szoftveremellett nyomon kveti a klnbz paramterek alakulst a becsavarsi s elfesztsifolyamatok sorn is. A 2.3. bra a csavarkts ltrehozsa sorn mutatja a nyomatkalakulst a csavar szgelfordulsnak fggvnyben. Az brn jl elklnthet abecsavarsi (1200-ig kzel linerisan emelked nyomatkrtkkel) s elfesztsifolyamat.


17/108

[17]

2.3. bra: Csavarra mkd nyomatk alakulsa a becsavarsi s az elfesztsi folyamat sorn aszgelforduls fggvnyben

A csavar becsavarst szgelfordulssal vezreltem (1200, 500 fordulat/percsebessggel), mg meghzsakor nyomatkvezrlssel (6 Nm, 50 fordulat/percsebessggel) rtem el a kvnt elfeszt ert. Az 6 Nm-es nyomatk 2 kN elfeszt erteredmnyezett a ktsben. Az elfeszt er vltozst ermr cella (2.2c bra)segtsgvel mrtem.

Annak rdekben, hogy a csavarktst klnbz hterhelsek (hmrskletprofilok) mellett is vizsglni tudjam, egy programozhat kemence is beptsre kerlt aksrleti elrendezsbe (2.2b bra). Mivel az alkalmazott mrsi technikval (optikairasztertechnika) a kemence tbbrteg vegablakn keresztl lehetetlen lett volnafelvteleket kszteni, gy egy kln kis kamra kerlt kialaktsra a kemence eltt,amelybe a vizsgland ktst helyeztem. A kamrba, melynek hmrskletttermoelemekkel (2.2d bra) ellenriztem, kt csvn keresztl rkezett a meleg leveg akemencbl (2.4. bra). A kamra fels rszn egy furat biztostotta a csavarozgpbevezetst, hogy a csavar becsavarhat, illetve elfeszthet legyen. A kamra zrstegy veglappal oldottam meg, mivel a digitlis felvtelek elksztshez a ktsnek akamerk szmra lthatnak kell maradnia. A vizsglt kts mellett minden esetben egy

msik polimer tubus is elhelyezsre kerlt a kamrn bell, amelybe egy msiktermoelemet vezettem, hogy a polimer alkatrsz hmrsklett is ellenrizni lehessen. Azermr cella, a programozhat kemence s a termoelemek egy analg/digitlis talaktsegtsgvel szmtgphez kapcsoldtak, amin a National Instruments cg DIAdem

szoftvervel rgztsre, kirtkelsre s archivlsra kerltek.Fontos megjegyezni, hogy a mrseknl a csavarktst egy kis fm alapra

rgztettem (2.4. bra). Ennek az volt az oka, hogy megfelel rgztst kellett kialaktani aktshez, hogy az elfeszts sorn ne tudjon elmozdulni a tubus. A tubus talpt egylemezzel szortottam le, a ngy sarkn egy-egy M4-es bels kulcsnyls csavarral aknnyebb sszeszerels rdekben (2.5. bra). A tubus teljesen szimmetrikusleszortsnak azrt is volt nagy jelentsge, hiszen a vgeselemes szimulcikban

tengelyszimmetrikus modellekkel kvnok dolgozni, s a ksrletekkel valsszehasonlthatsg egyik fontos szempontja, hogy a terhelseknek s aperemfeltteleknek azonosnak kell lennik.


18/108

[18]

2.4. bra: Ksrleti elrendezs az optikai rasztertechnika eszkzeivel

2.5. bra: Tubus talpnak rgztse

2.2.1 Szaktgp

Az alkalmazott ermr cella kalibrlsra s a prbatesteken vgrehajtottnyomvizsglatok kivitelezsre egy ltalnos szaktgpet hasznltam, a Zwick cg1454-es tpus modelljt, melynek mrshatra 20 kN. A szaktgphez egy temperlhat

kamra kapcsoldott, ami lehetv tette az anyagjellemzk meghatrozst magasabbhmrskleten is. A mrsi eredmnyek digitlis feldolgozsa a National Instruments cgDIAdemszoftvervel trtnt.

A nyomvizsglat (2.6. bra) f clja az volt, hogy a modellezs sorn hasznltanyagmodell paramtereit szakirodalmi adatokon tl kzvetlenl a frccsntsselkszlt tubus vizsglatbl is meghatrozhassuk. Ez azrt is klnsen fontos, mert arvid szlersts kompozitok anyagjellemzi a frccsnts sorn kialakulszlorientci, a krnyezeti viszonyok stb. fggvnyben jelentsen vltozhatnak. Aszakirodalombl az is jl ismert, hogy a polimerek eltren viselkednek hz- s nyomignybevtel hatsra [2.5], [2.6], [2.7]. Mivel az ltalam vizsglt konfigurciban apolimer tubus terhelse dnten nyoms, ezrt az alkatrsz nyom rugalmassgi

modulust, illetve a feszltsg-alakvltozs grbjt nyomvizsglattal hatroztam meg.

CCD-kamerk szmtgp a felvtelek

kirtkelshez

programozhat kemence kompozit tubus


19/108

A nyomvizelvgzsre kerltek,

szempontjbl, elengA nyomvizstubust a fels tehformatesteken (vastfelfekv/rintkez felhomloklapjain fellp

A hagyomsegtsgvel nem csameg tudtam hatroznagysgtl fggenmodulus, valamint a

2.2.2 Psztz elektro

A polimer tua benne kialakultKaiserslauterni Instit

A tubusrl eg10 mm-re a fels ltelektronmikroszkpo

2.7. bra: Polimer tubusrl

[19]

2.6. bra: Nyomvizsglat

glatok szobahmrskleten kvl magashiszen a csavarktsben lejtszd f

dhetetlen a hmrskletfgg anyagjellemzlatoknl a kompozit tubus als, talprsztermentest furatnak megfelelen tfrta

g fal cs) vgeztem el a mrst. Emelleteket grafitporral szrtam be, hogy minlsrlds. Az sszenyoms sebessge 0,8 mmyos tmrsi mdszeren kvl, az o

k a tubus globlis viselkedst, hanem lokli. A tubus felletn kialakul alakvltozso

a tubus egszen kis rszletre is meghatr eszltsg-nyls grbe.

mikroszkp (SEM)

us metszeteit psztz elektronmikroszkp sszlorientci tanulmnyozsa rdekb

t fr Verbundwerkstoffe intzetben kszlt y hosszmetszeti, egy fellnzeti s egy hossz

l) csiszolat kszlt. Az albbi kp (2.7. bra)felvtelt mutatja.

kszlt psztz elektronmikroszkpos felvtel (hfels ltl 1 mm-re)

bb hmrskleten islyamatok megrtse

k ismerete.eltvoltottam, mg am. gy gyakorlatilaglett az als s felskisebb legyen a tubusmin volt.tikai rasztertechnikais anyagjellemzket iskbl, illetve a terhelszhat a rugalmassgi

egtsgvel vizsgltamn. A felvtelek ak.engelyre merleges (a

a tubus egy jellegzetes

sszmetszeti kp, a tubus


20/108


21/108

[21]

3 Irodalmi ttekints

3.1 nmetsz csavarkts bemutatsa, jellemzseAz utbbi idben az nmetsz csavarktsek (lsd. 3.1. bra) tervezsvel s

vizsglatval foglalkoz szakemberek jelents erfesztseket tettek a csavar s a tubusgeometrijnak tubus anyagtl fgg optimlsra. A klnbz vgeselemes modellek

nagy segtsget jelenthetnek nemcsak a csavarkts ltrehozsa sorn lezajl fizikaifolyamatok vizsglatnl, de a csavarkts mechanikai viselkedsnektanulmnyozsnl is, lehetv tve az egyes hat tnyezk, illetve paramterek fizikaifolyamatra gyakorolt hatsnak elrejelzst. Ebbl addan a vgeselemes modellekkomoly tmogatst nyjthatnak az nmetsz csavarktsek tervezsvel, illetveoptimlsval foglalkoz szakembereknek.

3.1. bra: nmetsz csavarkts polikarbont (PC) tubussal (a tubus magassga 25 mm) [3.16]

nmetsz csavarktsnl nincs szksg elre elksztett menetes furatra, ugyanisaz anya menetet az nmetsz csavar hozza ltre a becsavarsi folyamat sorn. Ezrt aznmetsz csavarkts a menetes ktsek klnsen gazdasgos formja. A felhasznlgyakran nem kpes a ltrehozott menetes kts minsgt ellenrizni a hasznltelektromos csavarhzk nagy sebessge miatt. A szles krben hasznlt csavarhzk abecsavarsi folyamat vezrlsre csak egy egyszer, beptett nyomatkhatrolthasznlnak, amely megszaktja a becsavarsi folyamatot, ha a nyomatk elr egy elrebelltott rtket. A becsavarsi folyamat automatizlt felgyelete fontos a gyakorlatbanhasznlt menetes ktsek nagy szma miatt. Ha a becsavarsi folyamat sorn mrtnyomatk-elmozduls grbt sszehasonltjuk a kialaktand menetes ktsre jellemzelmleti nyomatk-szgelforduls grbvel, akkor a csavarkts ksztse felgyelhetv

vlik. Lnyegt tekintve ezt gy is elrhetjk, ha az ppen kialakts alatt llcsavarktsen mrhet nyomatk-elmozduls grbt egy elzetesen kimrt, jlkivitelezett csavarkts nyomatk-elmozduls grbjvel hasonltjuk ssze. Elzetesenkimrt grbk felvtele azonban jelents munkatbbletet jelent klnsen akkor, hatbb, klnbz csavarktst hasznlunk.

Polimer alkatrszek rgztsre hasznlt csavarkts megoldsokat a 3.1. tblzatfoglalja ssze. A menetkialakts tekintetben menetfr s menetvg csavarokatklnbztetnk meg:

menetfr csavarokat ltalban lemezcsavar-menettel vagy facsavar-menettelksztenek. Ennl a tpus csavarktsnl a kts ltrehozsa sorn jelentsfeszltsgek alakulnak ki a tubusban, gy fontos szempont az anyagvlasztsnl,hogy a polimer repedskpzds nlkl tudjon kplkenyen alakvltozni.


22/108

[22]

Mindezekkel ellenttben a menetvg csavarok alkalmazsa sorn nem jelentkezikakkora feszltsg a tubusban, hiszen ebben az esetben a csavar gyakorlatilagforgcsolssal lltja el az anyamenetet. Ez a csavar jl alkalmazhat erstettpolimereknl s duromereknl is.

A gyakorlatban alkalmazott nmetsz csavarok f tpusai a 3.2. bra, nmetszcsavarktsek ltrehozsnak folyamatt pedig a 3.3. bra mutatja. Az elfesztst

megelz becsavarsi folyamat sorn a csavarra hat nyomatk a menet kialaktsra,valamint a csavarmenetek s a tubus kztt fellp srldsi ellenlls legyzsrefordtdik. A becsavarsi folyamat sorn a polimer anyagban fellp nagy lokliskplkeny alakvltozsok s a csavarmenet felletn fellp csszsrlds miatthfejldssel is szmolni kell. Tovbbi nehzsg, hogy az elfeszts sorn ltrehozottelfeszt er a polimer anyag idfgg viselkedse (kszs, feszltsg relaxci) miattvltozik az id fggvnyben [3.1]. Az nmetsz csavarkts minsgt befolysoltnyezket a 3.4. bra szemllteti.

Csavarkts: Bett (insert) nlkli kialakts Fm - betttel

Anyamenet: elre ksztett nmetsz

Csavarmenet: menetvg menetfr/nyomCsavartpus: metrikusmenettelelltott csavar

csavarmenetvgllel

lemez- vagyfacsavar

metrikusmenettel elltottcsavar

Alkalmazs: ritkn,krlmnyes,drga

rideg anyagok:duromerek,szlerstseshre lgyulpolimerek

szvs anyagok:hre lgyulpolimerek

gyakran oldandktsek,habostottpolimerekhez

3.1. tblzat: Polimer alkatrszek csavarktssel trtn rgztsnek lehetsgei [3.1]

3.2. bra: Polimereknl hasznlt nmetsz csavarok f tpusai [3.2]


23/108

[23]

3.3. bra: Az nmetsz csavarkts ltrehozsnak f lpsei [3.3]

3.4. bra: nmetsz csavarkts minsgt meghatroz tnyezk ([3.4] alapjn)

Hre lgyul polimer alkatrszek rgztsre hasznlt csavarktseket aszakirodalom ltalban kt csoportra osztja:

Az els csoportba tartoznak azok a ktsek, amelyeknl az alkatrszt acsavarfej s a tubus pereme/homlokfellete kz rgztik. A polimeralkatrsz ezltal egy kzel lland, azaz idtl fggetlen alakvltozsnak leszkitve (az egyidej feszltsg-nyls grbken a konstans alakvltozs egyfggleges vonallal szemlltethet, ami mentn haladva figyelembe vehet acsavarkts elfesztse ta eltelt id hatsa)

A msik csoportba tartoz csavarktseknl a ktsre jrulkos terhels hat,aminek kvetkeztben a polimer alkatrszben kzel lland nagysg,feszltsg lp fel. (Az egyidej feszltsg-nyls grbken a konstansfeszltsgnek, azaz a kszsnak megfelel eset egy vzszintes vonal mentnkvethet) [3.5].

Vgezetl rdemes megemlteni, hogy az nmetsz csavarok napjainkbanalkalmazott geometrija folyamatos fejlesztmunka eredmnyeknt alakult ki, amit azEJOT cg ltal forgalmazott csavarok geometrijnak elmlt vtizedek sornbekvetkez vltozsa is jl mutat (3.5. bra).

- Kialakts-

- sszeszerels-

- Anyag-

- Felhasznls-

ktelemek tpusas geoometrija

tubusgeometria

- polimer tulajdonsgai- feldolgozs

- fordulatszm- csavaroz berendezs

Terhelsi md- statikus- dinamikus- tsszer

Terhels nagysgas irnya

Terhelsi id- rvid idej- tarts idej

tartama

Krnyezeti felttelek

- h- nedvessg- egyb hatsok

mrsklet

furat tubus

sszeszortott

alkatrsz nmetsz

csavar


24/108

3.5. bra: EJOT csa

3.2 Alkalmazsi terleteAz nmetsz csavarkt

fedelek rgztse. Ez elssorbaA kvetkez brk (3.6-3.11 b

3.6. bra: Tehergpjrm ft e

3.7. bra: Gpjrm

[24]

varok geometrijnak vltozsa ([3.19] alapjn)

ksek jellemz alkalmazsi terlete a klnbn a jrmiparban s a hztartsi gpek terlrk) nhny alkalmazsi pldt mutatnak.

gysg burkolat lemezcsavarral s gyorsrgzt any

szerfal rgztse nmetsz csavarktssel [3.3]

burkolatok,tn terjedt el.

val [3.6]


25/108

3.8. b

3.9. bra: Gpjr

3.10. bra: Gpj

[25]

ra: Mosogatgp szivattyhz fedelnek rgztse

ben hasznlt audioegysg rgztse nmetsz csa

m kesztytart ajtajnl alkalmazott nmetsz cs

3.6]

arktssel [3.7]

avarkts [3.7]


26/108

3.11. bra: Elektromos

3.3 Kivlasztsi s mreJelen dolgozat kutatsi

polimer tubus prostsra voirnyelvek bemutatsnl is cs

3.3.1 Csavar kialaktsa

Hre lgyul polimermm kztt vltozik. A polirdekben a csavartpusoknlmenetrkok is mlyebbek,menetprofilok gyrt szerint v

Egy optimlis csavarm a tubus radilis alakvltozsa

kis becsavarsi nyomatkot i

az rintkez menetfellet nag

szk trsmez jellemezze.

A vgllel kialaktott mVDE 0700 ltal megkvetelt tzsnehezebben teljesti. A vglnebecsavars megknnytse rde

minimalizlsra pedig gyakranmutat a 3.12. bra is, melynek memg, hogy a csavarszr geometriugyanis gy alaktottk ezt kimenetrkot. A napjainkban szles ismtelt elfeszts utn is mecsavar vgllel nem rendelkez

jellemzi a kvetkezk:

metrikus menetek

metrikus menetek

30-os profilszgeredmnyez).

[26]

megszakt rgztse nmetsz csavarktssel [3.7]

ezsi irnyelvekeredmnyei kizrlag nmetsz acl csavar

atkoznak. Ennek megfelelen a kivlasztsiak erre a ktstpusra kvnok koncentrlni.

lkatrszeknl hasznlt nmetsz csavarok tmer tubusban fellp radilis feszltsgea menetek kisebb profilszgek (45, 40 v

mint pl. metrikus menetek esetben. Azltoznak.

enetnek a kvetkez kritriumoknak kell megcsekly mrtk legyen,

nyeljen,

ysga minl nagyobb legyen,

netprofil megknnyti a becsavarsi folyamer megismtelhet ssze- s sztszerelsi krirideg anyagok esetben klnsen nagy jele

kben A csavarfej felfekvsnl kialakul

sztenek peremes csavarokat [3.8]. Ilyen penetkialaktsa is lthat. A 30-os profilszgja szintn eltr a hagyomnyos metrikus cs, hogy a polimer anyag optimlisan tudjkrben hasznlt EJOT PT jel csavarokkal t

gfelel elfeszt ert rhetnk el [3.9], hab ik. Polimer tubus esetn alkalmazott csava

l kisebb magtmr, ezltal nagyobb menet

l nagyobb menetemelkeds,

(kisebb radilis ert s becsavarsi

(EJOT PT) ss mretezsi

mrje 1,4-10cskkentse

agy 30) s aalkalmazott

felelnie:

tot, viszont atriumot mrntsge van a

feszltsgek

remes csavartellett lthatvaroktl. Itt

a kitlteni abbszri oldsr ez a tpus

rok ltalnos

magassg,

nyomatkot


27/108

[27]

3.12. bra: EJOT PT csavar ([3.9] alapjn)

3.3.2 Tubus kialaktsa

A 3.13. bra egy polimer tubus sematikus kpt mutatja. A polimer alkatrszen a

rgztsi pontokat gyrtsi okokbl ltalban egy hengeres szemknt (tubus) alaktjk ki. Aszerszmbl val eltvolthatsg miatt a tubust 0,5-1-os kpossggal ltjk el. A tubusnagy terhelsnek kitett fels felletn (nyomterhels a csavarfej felfekvst kveten)rendszerint egy nagyobb tmrj (ds) bels furat, n. tehermentest furat kerlkialaktsra. Ez a furat, egyrszt megknnyti a csavar furatba helyezst (ds>d), msrszt afelfekv csavarfej okozta nyomsnak kitett fels rszt tehermentesti a menetek miattfellp tovbbi terhelstl. A tubus optimlis kialaktsa felttele a maximlisan elrhetelfeszt ernek. A legkedvezbb bels-furat tmrt (dk) a kvetkez sszefggsselkapjuk meg [3.10]:

dk=0,8xd. (3.1)

A tapasztalatok szerint szlerstses polimereknl a 0,8-as szorz 0,88-ig nvelhet.

3.13. bra: Polimer tubus sematikus brja ([3.10] alapjn)

Erhard [3.10] a becsavarsi hossz mrtkre (lE) a nvleges tmr (d) 2-3-szorostajnlja:

lE= (2...3)d. (3.2)

V86

V90

V91

V9

3

30

2

p30

dd2


28/108

[28]

A becsavarsi hosszt azrt is kell a lehetsgekhez mrten nagyra vlasztani, hogy aVDE 0700 ltal elrt 10-szeri jraszerelhetsget biztostani lehessen. Ezen fell, abecsavarsi hossz nvelsvel a csavarkts tehervisel kpessge is nvekszik. Atehervisel kpessg fels hatrt a csavar szilrdsga jelenti. Ellenttben a fm csavar- fmanya kapcsolattal, fm csavar polimer tubus esetn a tubus minden egyes menete rsztvesz a terhelstadsban, ami a kt anyag eltr rugalmassgi modulusnakkvetkezmnye.

3.3.3 Meghzsi nyomatk

3.14. bra: nmetsz csavarra hat nyomatk a csavar szgelfordulsnak fggvnyben ([3.11]

alapjn)A 3.14 bra az nmetsz csavarkts szerelsekor a csavarfejre kifejtettnyomatkot szemllteti a csavar hossztengelye krli szgelforduls fggvnyben. Azbra klnbz szakaszaihoz tartoz fizikai folyamatokat a ksbbiekben rszletesenismertetem.

A becsavarsi sebessgrl elmondhat, hogy minl nagyobb a becsavarsisebessg, annl kisebb lesz a becsavarsi nyomatk (ME). Ez a hats amorf hre lgyulpolimerek esetn erteljesebben megfigyelhet, mint a rszben kristlyos anyagoknl.Ezt a jelensget [3.12] a srldsi hfejldssel, illetve az ennek hatsra fellpanyaglgyulssal, azaz anyagjellemz vltozssal magyarzza.

[3.12] arra is rmutat, hogy minl nagyobb az elfeszt er, annl nagyobb lesz a

polimer tubus terhelse, illetve, hogy a nagyobb elfeszt er idben nagyobb relaxcitis jelent. A meghzsi nyomatk (MA) nagysgt az

MA = ME+ k(M ME) (3.3)

sszefggssel [3.10] hatrozhatjuk meg, ahol a k tnyez rtke 0,2-0,5. Erhard[3.10] szerint a k tnyez rtke a hasznlt csavaroz kszlk paramtereinekfggvnye. A becsavarsi nyomatk (ME) alatt azt a nyomatkot rtjk, amelynl acsavarfej ppen felfekszik a polimer tubus homlokfelletn, de mg nem trtnikelfeszts. A becsavarsi nyomatk kt rszbl tevdik ssze: a menetkpzsre fordtottrszbl, illetve a srldsbl add rszbl. A tnkremenetelhez tartoz hatrnyomatk(M) pedig az a nyomatk, aminek alkalmazsa esetn a kts tnkremegy. Az nmetsz

csavarktsek tnkremeneteli formira vonatkoz kutatsi eredmnyeket a 3.4 fejezetbenismertetem rszletesen.


29/108

[29]

3.3.4 Elfeszt er

A kts tlterhelst s a tlzott mrtk elfeszt er relaxcit gy kerlhetjkel, ha az elfeszt er rtkt krltekinten vlasztjuk meg. Nem clszer tl nagyelfeszt ert alkalmazni a csavarkts ltrehozsa sorn. Ksrleti vizsglatokbizonytottk, hogy nagyobb becsavarsi sebessggel (500-1000 fordulat/perc) valamivelnagyobb elfeszt er rhet el adott nagysg meghzsi nyomatkkal, mint kisebbsebessg esetn. A ktsben fellp elfeszt ert (FV) ltalban becslni tudjuk, pontosrtkt mrssel hatrozzk meg. Felttelezhetjk, hogy az elfeszt er s a meghzsinyomatk kztt lineris sszefggs ll fenn. A felfekv felletek kztt fellpsrldst is figyelembe vve az elfeszt er nagysga az:

( )( ) ( )sfAE

EAV

dDFMM

MMkFF

++

=

4

4

(3.4)

sszefggssel hatrozhat meg (lsd. [3.10]). Acl/polimer csszpr esetn asrldsi tnyez (f) nagysgt 0,2 s 0,3 kztt szoks felvenni.

Az elfeszt er a polimer anyag id s hmrskletfgg viselkedse miattidben folyamatosan cskken. Ksrleti vizsglatok igazoljk, hogy tlagos zemikrlmnyek kztt nincs szksg nagy elfeszt erre, hiszen a nagyobb kiindulsielfeszt er nagyobb mrtkben cskken az id fggvnyben, mint egy kisebbelfeszt er.

3.4 Tmval kapcsolatos kutatsi eredmnyekA hre lgyul polimereken illetve duromereken alkalmazott nmetsz

csavarktsekre vonatkozan rszletes irodalom ll rendelkezsre. A csavarktsklnbz aspektusait, mint pl. a csavargeometria, a kts szilrdsga s az sszeszerelsparamterei, az sszeszerels automatizlhatsga, a tnkremeneteli formk, ksrleti

ton s elmleti modelleken keresztl vizsgltk. Ezen - nagyrszt - ksrleti vizsglatokalapjn alkalmazsorientlt sszefggseket alkottak meg, amelyek a csavarktsmretezshez, anyagvlasztshoz adnak tmpontot. Egyre gyakoribb, hogy a ktsviselkedst, vagy a klnbz zemi fzisok nmelyikt numerikus modellekkelprbljk lerni, kzelteni.

A legtbb esetben a csavarkts ltrehozshoz alkalmazott csavaroz gpetnyomatkhatrolval szerelik fel, amely a meghzsi nyomatk egy adott rtknl old,azonos meghzsi nyomatkot biztostva minden egyes csavarkts szmra. Az utbbivtizedekben egyre nagyobb igny jelentkezett a szerelsi folyamat automatizlsra,ami egy nll kutatsi terlett fejldtt a csavarktsekhez tartoz kutatsokon bell.Ezen vizsglatok clja automatizlt vezrlsi s felgyeleti stratgik kifejlesztse a

termelkenysg fokozsa rdekben. Lnyegben egy olyan modell megalkotsa a cl,amely kpes meghatrozni, hogy adott nagysg meghzsi nyomatk esetn mekkora acsavar tengelyirny elmozdulsa (lsd pl. 3.18. bra).

Seneviratne s munkatrsai [3.13] elmleti modellt dolgoztak ki nmetszcsavarktsre vonatkozan a nyomatk s a csavar axilis irny elmozdulsa kzttikapcsolat becslsre. Elmleti munkjukban csavarktsek nyomatk-elmozduls grbits az nmetsz csavarra hat erket vizsgltk. Az ltaluk kidolgozott meghzsinyomatkra vonatkoz sszefggseket a csavar, az elfurat s az anyagjellemzkfggvnyben rtk fel. A szmos felttelezsre pl modelljk helyessgt ksrletieredmnyekkel igazoltk. A modell megalkotsakor hasznlt legfontosabb felttelezseka kvetkezk voltak: az nmetsz csavar hengeres csavarszrral rendelkezik, amelynek szabad vge

(csavarfejjel ellenttes vge) kpos kialakts,


30/108

[30]

az anyag, amibe a menet kszl, homogn s izotrp, a becsavarskor a cssz srlds s a kplkeny alakvltozs kvetkeztben

keletkez h, s annak anyagjellemzkre gyakorolt hatsa elhanyagolhat, a csavar hossztengelye egybeesik az elfurat hossztengelyvel, azaz a csavar

pontosan pozcionlt s a rgztend alkatrsz felletvel 90-os szget zr be, a csavar menetprofilja hromszg,

a csavarfejre mkd s a csavar hossztengelyben hat axilis er ppen akkora,mint a csavarfejre mkd nyomatk hatsra fellp tengely irny reakcierkeredje.

A kts meghzsi nyomatknak becslsre a szerzk ngy klnbzfolyamatot klntettek el s vizsgltak meg. Minden egyes folyamat esetn elksztettka felttelezett kvzistatikus llapotnak megfelel erhats brt (csavarra hat erksszessge), melyet egyenslyi egyenlet formjban ptettek be a modelljkbe.

1. Menetnyoms vagy vgs: Az anyamenet kialaktsa a csavar tpustl s azanya anyagjellemzitl fggen nyomssal vagy vgssal trtnhet. Az elbbi esetben amenet kplkeny alakvltozs kvetkeztben, mg az utbbi esetben anyaglevlaszts(forgcsols) kvetkeztben jn ltre. A csavarmenet menetnyomsrt vagy

menetvgsrt felels kezdeti rszt, amely a csavar kpos kialakts vgn tallhat,vgrsznek vagy lnek nevezzk. A vgrszen bell a menetprofil keresztmetszete (Ac)fokozatosan nvekszik egszen annak maximlis rtkig (3.15. bra). Amenetnyomshoz vagy vgshoz szksges nyomatk nagysga, a kidolgozott elmletimodell szerint, egyenesen arnyos az anya folyshatrval, a menetprofilkeresztmetszetvel, a menetprofil slypontja s a csavar hossztengelye kztti radilistvolsg nagysgval, a menetemelkedsi szg koszinuszval, illetve fordtottan arnyosa csavar vg rsznek csavarvonal mentn mrt hossznak megfelel forgstengelykrl mrt szg nagysgval. A menetprofil keresztmetszetnek s ez utbbinak ahnyadosa megmutatja, hogy milyen temben nvekszik a menetprofil keresztmetszete acsavar vg rszn bell.

(a) (b)

3.15. bra: (a) nmetsz csavarkts elmleti modellje s (b) a menetprofil keresztmetszetnekvltozsa [3.13]

2. rintkez menetfelletek cssz srldsa: A becsavarsi folyamat sorn acsavar vgrszn fellp erhatsok reakciereje kifel nyomja az anya falban kpzdbels menet krli anyagmennyisget. A hats-ellenhats trvnynek megfelelen azanyamenet ugyanekkora, de ellenttes irny ervel nyomja a csavarmenetet. Rviden,

az egymssal rintkez csavar- s anyamenet kztt bizonyos nagysg rintkezsinyoms hat, mikzben a csavar - a becsavarsi folyamat sorn - fokozatosan halad elrea hossztengelye mentn. Az egymssal rintkez menetfelletek kztt fellp srldsi


31/108

[31]

er legyzsre (3.16. bra) nyomatkot kell kifejteni. A srlds lekzdshez szksgesnyomatk, a kidolgozott elmleti modell szerint, egyenesen arnyos az rintkezmenetfelletek kzti srldsi tnyezvel, a menetprofil kzppontja s a csavarhossztengelye kztti radilis tvolsg nagysgval, az rintkez menet felletek kzttfellp rintkezsi nyomssal, a menetemelkedsi szg koszinuszval.

- srldsi tnyez

FN norml er

menetemelkedsi szg

2- profilszg

3.16. bra: A csavar menetn hat srldsi er [3.13]

3. Csavar s anya sszekapcsoldsa (belekapats): A fenti 1 s 2 pontbankzlt szmtsok feltteleztk, hogy a csavarmenet mr csavarvonal mentn mozog,mialatt elkszti a menetprofilnak megfelel bels menetet az anyban. A szerzkfelhvjk a figyelmet, hogy ez a mozgsllapot nem alakul ki egyik pillanatrl a msikra,hanem van egy tmenet, ami alatt a csavar mozgsllapota szabad mozgsbl a fenti 1 s2 pont alatt vizsglt menetkszt mozgsba megy t. Lnyegben annak a kezdetiszakasznak a vizsglatrl van sz, amikor a csavar menete belekap az anya testbe. Aszerzk feltevse szerint e szakasz addig tart, amg a csavar megtesz egy teljes fordulatota tengelye krl. Ez utbbi azt jelenti, hogy a csavar a 360-os teljes fordulaton tl egy

menetemelkedsnek megfelel nagysg tengely irny elmozdulst is vgez. Akidolgozott elmleti modell szerint ami megadja a nyomatk vltozst ezen kezdeti,tmeneti idszak alatt a csavar mozgatshoz szksges nyomatk egyenesen arnyosaz anya anyagnak folyshatrval, a csavar s az anya kztt kialakul rintkezsi pontcsavar hossztengelytl mrt sugr irny tvolsgval, a menetemelkeds s az elbbisugr irny tvolsgnak megfelel sugar kr kerletnek hnyadosbl koszinuszfggvnnyel szmtott rtkkel. A kifejezs tbb ms paramteren kvl mg figyelembeveszi a felletek kztti srldsi tnyez nagysgt s a menetprofil keresztmetszetneknagysgt is.

4. Csavarkts elfesztse: Az 1-3 pontban vizsglt llapotok, azt a folyamatotfedik le, amikor a csavar folyamatosan halad elre s elkszti a szksges bels menetetaz anyban elzetesen kialaktott elfurat falba. Egy bizonyos id utn, a csavarfej alsfellete felfekszik az anya s a csavarfej kztt rgztend alkatrszre. A csavar tovbbielfordtsval a kapcsold menetek s a csavarfej kztti anyagamennyisg jrulkosnyom ignybevtelt is szenved. A vizsglatok sorn a szerzk feltteleztk, hogy a 3.15brn 1-es ttelszmmal jellt alkatrszben az tmen furat tmrje nagyobb, mint acsavar tmrje, illetve, hogy az 1-es s 2-es ttelszmmal jellt (anyaknt is szolgl)alkatrsz kztt nincs relatv elmozduls. Ez utbbi feltevs annyit jelent, hogy azelfeszts sorn a jrulkos srldsi ellenlls tekintetben figyelmnket elegend csaka csavarfej als felletre koncentrlni. A ksbbi vizsglatok szempontjbl akidolgozott modell elfesztssel kapcsolatos rszt rszletesen is hasznos elemezni.

A csavarfej felfekvst kveten a csavarfejre hat, a csavar tengelyvelprhuzamos er (F) a kvetkez ltalnos sszefggssel szmthat:


32/108

[32]

,= dAF (3.5)ahol a csavarfej als felletre hat nyomfeszltsget, mg A a csavarfej

nvleges rintkezsi felletnek nagysgt jelli. A nyomfeszltsg egyenletesfeszltsg eloszlst felttelezve az albbi alakban is felrhat:

, =E (3.6)

ahol E s a rgztend alkatrsz rugalmassgi modulusa, illetve fajlagosnylsa.

Ezt felhasznlva az (3.5) egyenlet az albbi alakban is felrhat:

4

)( 22

dDEAEF

== , (3.7)

ahol Da hengeres csavarfej tmrjt, mg da csavar nvleges tmrjt jelli. Afelfekv csavarfejre hat er a csavar menetein keresztl addik t az anya elkszltmeneteire, mg a hats-ellenhats trvny rtelmben ezzel azonos nagysg, de

ellenttes irny er hat a csavar meneteire. A csavarszr ignybevtele hzs.Amennyiben nem hat jrulkos axilis er a csavarhzrl a csavarfejre, gy az anyamenetein bred er megegyezik a csavarfejre hat F ervel. Ez az er megoszlerrendszer formjban mkdik az anyamenet csavarral rintkez felletn.Figyelembe vve mg a csavarfej felfekv felletrl a rgztend alkatrsz felletrehat F-el azonos nagysg, de azzal ellenttes irny ert is, megllapthatjuk, hogy ezekaz erk az anyban s a rgztend alkatrszben nyom ignybevtelt, mg a csavar s azanya menetein hajlt ignybevtelt okoznak. A 3.17. brn vkony vonallal hatroltcsavartmrvel azonos nagysg bels furattal s a csavarfej tmrjnek megfelelkls tmrvel rendelkez egyenrtk hengeres rsz ignybevtele j kzeltsselnyoms. lt1 a rgztend alkatrsz, mg lt2 az anyaknt is szolgl msik alkatrsz

vastagsgt jelli. Amennyiben a csavar mg a furaton bell van - azaz nem haladt tteljesen az anyn (lsd 3.15 a bra) a nyom ignybevtelnek kitett hengeres rszmagassga az

2

)2/( plzem

=

(3.8)

sszefggssel szmthat, ahol p a menetemelkeds, mg a menetkpzdskezdete ta a csavar ltal megtett fordulatoknak megfelel szgelforduls radinbanmegadva.

Mikzben a csavar a csavarfej felfekvstl szmtva szggel elfordul, azegyenrtk hengeres rsz l

t12nagysggal sszenyomdik, mg a kapcsold menetek a

hajlt ignybevtel kvetkeztben meghajlanak. A menetek meghajlsa (fm) cskkentenifogja az egyenrtk hengeres rsz sszenyomdst, amit az albbi egyenletsegtsgvel vehet figyelembe

.2

12 mt fp

l

=

(3.9)

Ezek alapjn az egyenrtk hengeres rsz alakvltozsa

.ll

f)2/p(

ll

l

zem1t

m

zem1t

12t

+

=

+

= (3.10)

A (3.10) s a (3.7) egyenlet sszevonsval a csavarfejre hat er felrhat, mint


33/108

[33]

,22)(4

)(

1

22

=

+

= mm

zemt

fp

sfp

ll

dDEF

(3.11)

ahol s a csavarfej s a kapcsold menetek kztt elhelyezked nyomignybevtelnek kitett anyagrszek rugmerevsge.

3.17. bra: nmetsz csavarkts modellje felfekv csavarfejjel (lzem=lt2/2, [3.13] alapjn)

A csavarfej felfekv felletn bred srldsi ellenlls legyzshez szksgesnyomatk az albbi sszefggssel hatrozhat meg:

==2

1

,2 2

R

R

ffs drrdArM (3.12)

ahol f a csavarfej s a rgztend alkatrsz kzti srldsi tnyez, mg2,2 21 DRdR == . Felttelezve, hogy a nyomseloszls egyenletes s a srldsi

tnyez lland az rintkezsi tartomnyon bell, a (3.12) egyenlet az integrlstkveten trhat az albbi alakra:

( ).

12

33 dDM fs

= (3.13)

A (3.5)-(3.11) egyenletekkel meghatroztk a csavarfej s a kapcsold menetekkztt elhelyezked nyom ignybevtelnek kitett anyag rugmerevsgt (s). Ennl apontnl rdemes megvizsglni azt a felttelezst, miszerint a csavar fejre a meghzssorn nem hat jrulkos axilis er a csavarhzrl. Valjban mindig van legalbb

akkora jrulkos axilis er, hogy a csavarhz feje ne cssszon meg a csavar fejn acsavarkts meghzsa sorn. A szerzk modelljkkel kapcsolatban azt felttelezik, hogya csavarhzrl a csavarfejre hat jrulkos axilis er nagysga minden egyesrszfolyamat esetn ppen akkora, mint a csavarra mkd nyomatk kvetkeztbenfellp axilis reakcierk eredje. (Ms szval a jrulkos axilis irny er teszi acsavarra mkd nyomatk kvetkeztben fellp axilis errendszert egyenslyierrendszerr.) Ez esetben azonban a csavarfej felfekv felletre hat ert acsavarhzrl a csavarfejre hat jrulkos axilis er egyenslyozza ki, ami azt jelenti,hogy nincs hz ignybevtel a csavarszrban s ennek megfelelen a kapcsoldmenetek terheletlenek. Ez utbbi megllapts kzvetlen kvetkezmnye, hogy amenetek sem tudnak meghajolni. Ez alapjn a csavarfej felfekv felletre hat er

nagysga a kvetkez sszefggssel adhat meg:

V7

V11

V15

V16

V17d

D

lzem lt

2

lt1


34/108


35/108

[35]

4. szakasz:A csavar hengeres szra megjelenik az tmen elfurat vgnl (3.20bra TF), majd egyre kijjebb s kijjebb bjik. E szakaszon bell mr nem trtnikmenetkszts, a csavarra hat nyomatk teljes egszben a meneteken jelentkezsrldsi ellenlls legyzsre fordtdik. Az lland nagysg nyomatk annak akvetkezmnye, hogy az anyban lv menet hossza ezen szakaszon bell mr nemvltozik, gy a srldsi ellenlls is megmarad egy lland rtken.

5. szakasz:A csavar feje felfekszik a rgztend alkatrszen (3.20 bra TF-TF2). A

csavarra hat nyomatk a csavarfej felfekv felletn bred srldsi ellenllslegyzsre fordtdik.

3.19. bra: Elmleti s mrt nyomatk-elmozduls grbk polikarbont (PC) anya esetn (a szimblumosgrbk a mrst, a szimblum nlkli grbe pedig az elmleti modellel szmtott nyomatk-elmozduls

grbt szemllteti [3.13] alapjn)

A fenti t szakasznak megfelel klnbz llapotok a 3.20. brn is jlkvethetk. Vgezetl a szmtott s mrt nyomatk-elmozduls grbe sszehasonltsaaz 3.19. brn lthat. A cikkben bemutatott mrsi s szmtsi eredmnyek j egyezstmutatnak, ami a modell hasznlhatsgt igazolja.

3.20. bra: nmetsz csavarkts kialaktsnak klnbz fzisai [3.14]

Seneviratne s munkatrsai, [3.15]-ben mrssel meghatrozott nyomatk-elmozduls grbket kzlnek. A mrsek egyrtelmen igazoljk a korbban bemutatottelmleti modell ltal elre jelzett t klnbz meredeksg szakasz jelenltt a mrtnyomatk-elmozduls grbn bell.


36/108

[36]

Althoefer s munkatrsai, [3.14], j mdszert mutatnak be nmetszcsavarktsek ltrehozsnak felgyeletre [3.13] legfontosabb eredmnyeire ptve. Akidolgozott, elmleti nyomatk-elmozduls grbre pl, mestersges neurlis hlzatkpes megklnbztetni a jl s a rosszul kivitelezett nmetsz csavarktseket. Aszerzk megllaptsa szerint, a [3.13] modell felhasznlsval kiszmthat nyomatk-elmozduls grbe az egymshoz rgztend alkatrszek geometriai s mechanikaitulajdonsgaitl s az azokat sszekapcsol nmetsz csavartl fgg. gy a grbe fgg a

rugalmassgi modulustl, a srldsi tnyeztl, az anyagok szilrdsgtl, azegymshoz rgztend alkatrszek vastagsgtl, az elfurat tmrjtl, s a csavarmreteitl. A klnbz elfurat tmrkhz kapcsold mrt nyomatk-elmozdulsgrbk a 3.21 brn lthatk. A [3.13]-ban bemutatott elmleti modellel s mrsselmeghatrozott nyomatk-elmozduls grbk sszehasonltsa a 3.22 brn lthat.

3.21. bra: Klnbz elfurat tmrhz tartoz nyomatk-elmozduls grbe ([3.14] alapjn)

3.22. bra: Mrt (vkony vonalak) s szmtott (vastag vonal) nyomatk-elmozduls grbksszehasonltsa ([3.14] alapjn)

Ellwood s szerztrsai [3.16] egy tengelyszimmetrikus vgeselemes modelltdolgoztak ki a menetkpzdsi folyamat modellezsre. A Deform2D vgeselemprogrammal kidolgozott kapcsolt termomechanikai modell mind a tubus meneteinlkialakul kplkeny alakvltozs, mind a hfejlds figyelembe vtelre alkalmas.

Elmozduls [mm]

Nyomatk[N

]

1

0,8

0,6

0,4

0,2

00 1 2 3 4 5 6 7 8

tmr= 1,0 mmtmr= 1,5 mmtmr= 2,0 mm

Elmozduls [mm]

Nyo

atk[N

]

1,2

1

0,8

0,6

0,4

0,2

00 1 2 3 4 5 6 7 8


37/108

[37]

Vgeselemes modelljkben a hfejlds forrsa a menetkpzdskor kialakul kplkenyalakvltozs, s az rintkez menetfelletek kztti cssz srlds. A modellmegalkotsakor alkalmazott legfontosabb felttelezsek a kvetkezk:1. A vizsglt polikarbont (PC) s polipropiln (PP) tubusok alakvltozsi sebessg- s

hmrskletfgg folyshatra az Eyring elmlettel modellezhet.2. A rugalmassgi modulus mindkt anyag esetn (PC s PP) hmrskletfgg, mg a

Poisson tnyezk rtke lland.

3. A menet kialaktsa menetnyom csavarral trtnik, azaz a csavar a menetvgcsavarokkal szemben a menetkpzds sorn nem tvolt el anyagot a tubusfuratnak falbl. Ms szval a menet intenzv kplkeny alakvltozskvetkeztben alakul ki.

4. A vizsglt csavarok anyaga acl, amely idelisan merev anyagknt modellezhet anagysgrendekkel nagyobb rugalmassgi modulusa miatt; tovbb az acl csavarhvezetsi tnyezje s fajhje, hmrsklettl fggetlenl, llandnak tekinthet.

5. A menetemelkeds a csavar tmrjhez kpest kicsi, gy a csavarmenet egykrlfordulshoz tartoz szegmense egy csavar hossztengelyvel egybeesforgstengellyel s menetprofilnak megfelel keresztmetszettel rendelkezgyrknt modellezhet; az egyes gyrk egymstl menetemelkedsnyi tvolsgravannak (3.23. bra). A menet gyrk sorozatval val modellezhetsgnekfelttelezse alapvet fontossg abbl a szempontbl, hogy a problmttengelyszimmetrikus feladatknt kezelhessk.

3.23. bra: Csavarmenet tengelyszimmetrikus gyrk sorozatval val kzeltse ([3.16] alapjn)

6. A PC s PP tubusok hvezetsi tnyezje s fajhje hmrskletfgg.

7. A csavarszr hengeres.8. A vizsglt tubusok anyaga homogn s izotrp.9. A srldsi tnyez nagysga fgg az rintkezsi nyomstl, de fggetlen a

hmrsklettl.10.A menetkpzds folyamata a 3.24 brn lthat diszkretizlt szemlletnek

megfelelen modellezhet.A diszkretizls rtelmben a menetes csavarszr menetemelkedsnyi hosszsg

szegmensekbl pl fel, amelyek mindegyike nll tengelyirny s radilis mozgsrakpes. A csavarszr egy krlforduls alatti tengely irny elmozdulsa gy kerltmodellezsre, hogy a szerzk az egy krlfordulshoz tartoz id letelte utn a megfelelcsavarszr-szegmenst egy menetemelkedsnyit elmozdtottk tengelyirnyba.

Termszetesen a menetkpzds modellezshez a csavarszr szegmensek tengely irnymozgsn kvl, azok radilis irny mozgsra is szksg van. A menet kialaktsrt acsavarmenet, kezdeti menetnyom rsznek megfelel, els egy vagy tbb csavarszr-


38/108


39/108

[39]

3.25. bra: Tengelyszimmetrikus vgeselemes modell [3.16] (mretek [mm]-ben)

A kapcsolt termo-mechanikai feladat megoldsa sorn hasznlt idlpsnagysga az egy teljes csavar krlfordulshoz tartoz id nyolcvanad rszvel voltegyenl. A vizsglatok sorn a csavar becsavarsi sebessgt a szerzk 340 ford/percnagysgnak tekintettk. A menetkpzdsi folyamat vghez tartoz vgeselemmdszerrel szmtott hmrsklet eloszls a 3.26. brn lthat. A 3.26.a bra akplkeny alakvltozs s a cssz srlds kvetkeztben, mg a 3.26.b bra a kizrlagcsak kplkeny alakvltozs kvetkeztben kialakul hmrsklet eloszlst mutatja. Azeredmnyek sszehasonltsbl kitnik, hogy a h dominns rsze cssz srldskvetkeztben fejldik. A szerzk megllaptsa szerint kenanyag, illetve bevonatsegtsgvel tg hatrok kztt vltoztathat a srldsi tnyez nagysga, ezltal apolimer tubus viselkedse. A becsavarsi sebessg htani llapotra gyakorolt hatsnak

vizsglata sorn megllaptottk, hogy a becsavarsi sebessg nagysga az anybankialakul hmrsklet tekintetben msodlagos jelentsg. A becsavarsi sebessg 50%-al val cskkense az anyban kialakul legmagasabb hmrskletet csak kb. 15%-alcskkentette. A menetkpzds befejezdst kveten a csavarra mkdtetett nyomatkdnten a csavarkts elfesztsre fordtdik, aminek modellezsre a szerzk akvetkez technikt alkalmaztk. A csavarszrtl fggetlenl mozgathat csavarfejetrintkezsbe hoztk a polimer tubus fels felletvel, majd az elfesztst a csavarszrtengely irny fggleges mozgatsval lltottk be (lsd 3.27 bra).

A modell eredmnyeinek igazolsra a szerzk mrssel meghatrozotthmrskleti rtkeket s nyomatk-id grbket hasznltak. A mrssel s vgeselemesmodellel meghatrozott, a menetkpzdsi folyamat befejezdsig tart nyomatk-id

grbk sszehasonltst a 3.28. bra mutatja. A szerzk a mrt nyomatk enyhecskkenst a polimer tubusban kialakul feszltsg relaxcival magyarzzk, aminekmodellezsvel azonban nem foglalkoznak.


40/108

[40]

(a) (b)

3.26. bra: Menetkpzds utni hmrsklet eloszls PC tubus esetn: (a) kplkeny alakvltozs scssz srlds, (b) csak kplkeny alakvltozs kvetkeztben [3.16] alapjn (kezdeti hmrsklet

T=20C)

3.27. bra: PC tubusban fellp fggleges norml feszltsg eloszlsa a csavarkts elfesztstkveten ([3.16] alapjn)


41/108

[41]

3.28. bra: PC tubushoz tartoz mrt s szmtott nyomatk-id grbk sszehasonltsa ([3.16] alapjn)

Erds-Slley [3.17] a becsavarsi folyamat s az elfeszts modellezsre szintntengelyszimmetrikus vgeselemes modellt javasol. A csavarkts mechanikai viselkedsemellett a becsavars utni htani llapot is modellezsre kerlt, azonban nem kapcsolt,hanem nll htani feladatknt. [3.17] a becsavarst s az elfesztst az MSc. Marc,mg az rintkez menetek kztt fellp srldsi hfejldst a Cosmos/M vgeselemprogrammal modellezte. A menetkpzds sorn kialakul kplkeny alakvltozsokkvetkeztben fejld h figyelembe vtelvel a tanulmny nem foglalkozik. A modellmegalkotsa sorn hasznlt fontosabb felttelezsek, a hasonl vizsglatokat vgz[3.16]-os tanulmnnyal val sszehasonlthatsg rdekben, ugyanolyan sorrendbenkerlnek bemutatsra, mint [3.16] esetn:1. A vizsglt tubus anyaga rvid vegszl ersts poliamid (PA6GF30, BASF

Ultramid). A tubus folyshatra alakvltozsi sebessgtl s hmrsklettlfggetlenl, lland. A feszltsg analzistl fggetlen vgeselemes htanimodellben az rintkezsi nyoms becslsre a szerz egy szakirodalmi analitikussszefggst hasznl, ami az tlagos rintkezsi nyoms nagysgt a tubusfolyshatrnak fggvnyben adja meg. A htani modell a tubus folyshatrt mrhmrskletfggnek tekinti.

2. A mechanikai modellben a tubus anyagi viselkedst szobahmrsklet rugalmas-kplkeny anyagmodell rja le, amely, a kplkeny alakvltozs nvekedsvel,cskken felkemnyedst mutat. A rugalmassgi modulus hmrsklet fggetlen,mg a Poisson tnyez rtke lland.

3. A szerz felttelezse szerint a menet menetnyomssal kerl kialaktsra, azaz a

csavar a menetkpzds sorn nem tvolt el anyagot a tubus furatnak falbl. Aszlerstses kompozit tubusoknl alkalmazott nmetsz csavarok a valsgbanazonban menetvgst is vgeznek a menetnyoms mellett.

4. Az acl csavar idelisan merevnek tekinthet. A klnll htani vgeselemmodellben a menetek kztti cssz srlds kvetkeztben fejld h, egymstlmenetemelkedsnyi tvolsgra lv hforrsokkal kerlt modellezsre, melyek acsavarszr elrehaladsnak fggvnyben klnbz idpontokban aktivldnak.A csavar hvezetsi tnyezje s fajhje fggetlen a hmrsklettl.

5. A csavarmenetet tengelyszimmetrikus gyrk sorozata helyettesti.6. A kompozit tubus hvezetsi tnyezje s fajhje fggetlen a hmrsklet

nagysgtl.

7. A csavarszr hengeres.8. A tubus anyaga homogn s izotrp.


42/108

[42]

9. A srldsi tnyez nagysga fggetlen mind az rintkezsi nyomstl, mind ahmrsklettl.

10.A menetkpzds folyamatt nagyon leegyszerstett formban veszi figyelembe: aszerz a folyamatot idtl fggetlen feszltsg analzis keretben vizsglta, amelysorn a csavar menetes szra (valamennyi dolgoz menet egyidejleg) radilisirny merevtest-szer mozgst vgezve nyomdik a tubus elfuratnak falba. Az50 lpsben modellezett benyomdst kveten a csavar menetes szra

tengelyirny mozgst vgezve hozza ltre a szksges elfeszt ert. A menetescsavarszrat a vgeselem modellben egy merev profilgrbe helyettesti (3.29. bra).

3.29. bra: Menetes csavarszrat helyettest merev profilgrbe s deformlhat kompozit tubustengelyszimmetrikus vgeselem modellje (szimulci kezdethez tartoz kiindulsi llapot) [3.17]

Mathurin s munkatrsai, [3.18], a becsavarsi folyamat modellezsre 3D-s egynyolcad vgeselem modellt javasolnak. A modellezett menetnyom csavar egy 4 mmvastag acllemezbe kszt menetet, ami a modell autipari alkalmazsra engedkvetkeztetni. A szerzk becslse szerint a teljes - 360-os - modell futtatshoz szksgesszmtsi id kzel egy hnapra addna, ami irrelisan hossz idt jelent. A javasoltmodell kompromisszumos megoldst jelent a szmtsi id s a menetkpzdsi folyamatmodellezsnek pontossga kztt.

Az elz tanulmnyokhoz hasonlan, a szerzk a csavart itt is idelisan merev

testknt modelleztk. A vizsglatok f clja a becsavarshoz szksges nyomatkszmtsa volt, ami a menetkpzdshez szksges nyomatkbl s a srldslegyzshez szksges nyomatkbl ll. Annak rdekben, hogy a csavar geometrija elkerlve az analitikus lerst - knnyen megadhat legyen, a szerzk a csavart is vgeselemekre osztottk. A vgeselem modell s az alkalmazott hlstruktra a 3.30. brnlthat. A modell nem veszi figyelembe a menetkpzds sorn fejld h hatst, aminagyon fontos a szmts ltal szolgltatott eredmnyek rtkelse szempontjbl. Megkell emlteni, hogy a becsavarsi folyamat szimulcijhoz tartoz szmtsi id gy is

jelents volt (1,5-4,5 nap).

3.30. bra: 1/8 vgeselem modell a becsavarsi folyamat modellezsre [3.18]


43/108

[43]

*Prbatestek esetn, a terhels radsra, illetve megszntetsre mg egy bizonyos szakirodalmon bell sincs

egysges elnevezs. A felterhels-leterhels, illetve a terhels-tehermentests is hasznlatos elnevezs (lsd.

[3.20], [3.21]). Munkmban egysgesen a felterhels-leterhels kifejezseket hasznlom.

Onasch [3.22] disszertcijban ksrleti s elmleti eredmnyeket is kzl.nmetsz csavarktssel foglalkoz munkjban klnbz menetkialaktscsavarokkal a becsavars sorn fellp mechanikai folyamatokat vizsglta. A feszltsg-alakvltozs kapcsolatbl, illetve a nyomatk- s kihzdsi er-mrsekbl irnyelveketfogalmazott meg a kts mretezsre vonatkozan. Csiszolati kpek alapjn a menetekkrl felhalmozdott polimer anyagot vizsglta.

Drahtschmidt [3.23] polimer szerkezetekre alkalmazhat klnfle lehetsges

ktstpusokat (nmetsz csavarok, rz-insertek, polimer-insertek) hasonltott sszestatikus s dinamikus terhels esetn. Munkjnak clja az volt, hogy irnyelveketfogalmazzon meg dinamikusan terhelt nmetsz csavarktsek kialaktsra manyagalkatrszek esetn. Az nmetsz csavarktsek esetben egy mdostott Findley-sszefggssel az elfeszt er relaxcijnak mrtkt becslte meg.

Tome [3.24] disszertcijban az nmetsz csavarktsben fellp elfeszt er-relaxcijt tekintve ksrleti vizsglatok segtsgvel fontos sszefggsekre vilgtottr: az elfeszt er relaxcija elssorban a ktsben rsztvev kt elem (fm csavar spolimer tubus) eltr htgulsbl addik, miutn a polimer tubusban hterhelshatsra kialakul feszltsgek okoznak kplkeny/marad alakvltozst. Azerbevezets helytl fggen, ez a hats ciklikus hterhels esetn egy karakterisztikuselfeszt er lefutshoz vezet, ahol a relaxcis effektusok nagy rsze a kts elsfelmelegtsekor lejtszdnak. Ebben a munkban rszletes ksrletek llnakrendelkezsre, amelyek a becsavarsi paramtereket, a tubus anyagt s amenettpusokat vizsgljk az elfeszt erre gyakorolt hatsuk tekintetben.

A DVS-Richtlinie 2241 Direktverschraubung von Formteilen aus Kunststoffen [3.4]bemutatja a legfbb paramtereket, amelyek a ktstechnikban megtallhatk, sszmos kvetelmnyt ismertet a tervez szmra, amelyek ennl a ktstpusnl fontosaklehetnek. A tartsidej illetve magas hmrskleten zemel ktsekkel kapcsolatbanegyelre az a vlemny fogalmazdott meg, hogy egy szmtgppel tmogatott teljeskr mretezs nem lehetsges a szmos befolysol tnyez miatt.

Tovbbi ksrleti vizsglatokat mutat be a [3.11] irodalom, amely elssorbandinamikus terhelsnek kitett nmetsz csavarktsekkel foglalkozik, ugyanakkor nhnymrst tartalmaz a polimer alkatrsz felleti deformcijval kapcsolatban.

nmetsz csavarktsek s rz betttel felszerelt ktsek tnkremeneteliformival foglalkozik Tome s munkatrsai tanulmnya [3.25]. A ktseket dinamikusterhels mellett vizsgltk: az nmetsz csavarktst szaktgp segtsgvel 3,4 kN-osmaximlis szaktervel terheltk egyik esetben szakaszos felterhelssel*, msik esetbenpedig egyszeri felterhelssel. Megllaptottk, hogy a szakaszos felterhels esetn acsavar kihzdsa (3.31. bra), mg az egyszeri felterhels esetn a csavartrs (3.31.bra) a jellegzetes tnkremeneteli md.

Tovbbi tnkremeneteli formkat mutat be Drahtschmidt s szerztrsai

munkja, [3.26]. A szerzk a polimer tubus hibs kialaktsbl fakad tnkremenetelreis felhvjk a figyelmet. Ha a tubus falvastagsga tl kicsi, akkor az, jellemzen az utolsmenetnl, eltrhet (3.31. bra). Szintn a tubus nem megfelel falvastagsga vagy acsavarmenet tl nagy profilszge esetn a polimerben repedsek kpzdhetnek (3.31.bra).


44/108

[44]

csavar kihzds csavartrs repedsek a polimertubusban

tubustrs

(a) (b) (c) (d)

3.31. bra: nmetsz csavarkts tipikus tnkremeneteli formi: (a) csavar kihzds, (b) csavartrs,(c) repedsek a polimer tubusban, (d) tubustrs ([3.26] alapjn)

A szakirodalom tanulmnyozst kveten megllapthat, hogy szmostanulmny foglalkozik a meghzsi nyomatk vizsglatval, illetve annak optimlsval.

Tbb elmleti modell ltott napvilgot, amelyek a meghzsi nyomatkot a csavarelmozdulsnak fggvnyben vizsgljk ([3.13], [3.14], [3.15]). Ezen elmleti modellekanalitikus sszefggsek segtsgvel hatrozzk meg a meghzsi nyomatk rtkt. Azsszefggsek figyelembe veszik ugyan a csavar s az elfurat mreteit, valamint azanyagjellemzket, de a becsavars sorn keletkez ht, s annak anyagjellemzkregyakorolt hatst mr elhanyagoljk. gy a polimer tubus viszkoelasztikus tulajdonsgaisem jelennek meg ezekben a modellekben. Az elmleti modelleket legtbbszrksrletekkel is igazoltk, de a csavarkts tovbbi zemi fzisaira mr nincsenekeredmnyek.

A fellelhet tanulmnyok egy csoportja numerikus mdszereket alkalmazva abecsavarsi folyamatra fkuszl. Elssorban tengelyszimmetrikus vgeselemes

modellekkel tallkozhatunk. Kevsb rszletes munka esetn [3.17] a becsavarsifolyamatot kt teljesen klnll feladatra bontja: a menetkpzds sorn fejld hfigyelembevtelvel nem foglalkozik, hanem a becsavars utni llapotot nll (nemkapcsolt) htani modellknt vizsglja. Ezen tanulmny gyenge pontja, hogy amenetkpzds modellezsekor a tubus folyshatra s rugalmassgi modulusa fggetlena hmrsklettl, valamint, hogy a menetkpzdskor a csavar minden dolgoz meneteegyidejleg (radilis mozgssal) hatol a tubus falba.

Ettl jval rszletesebb tengelyszimmetrikus modellel is tallkozhatunk [3.16]. Itta menetkpzds sorn fellp hfejlds mr kapcsolt htani feladatknt kerltmodellezsre, ahol a rugalmassgi modulus, ellenttben a srldsi tnyezvel,hmrskletfgg. A becsavars modellezsre is egy relisabb modellt lthatunk, hiszenitt nem egyidejleg nyomdik a tubus falba az sszes menet. Tovbbi fontosmegllaptsa ennek a munknak, hogy a becsavarsi sebessgnek nincs dnt befolysaaz anyban kialakul hmrskletre.

3D-s, 1/8-ad vgeselemes modellel is tallkozhatunk [3.18], azonban itt semvettk figyelembe a becsavars sorn a keletkez ht.

A numerikus vizsglatok egyike sem foglakozik a polimer alkatrszviszkoelasztikus viselkedsvel, annak modellezhetsgvel, a csavarkts s/vagy apolimer alkatrsz klnbz terhelsi esetekre vonatkoz vizsglatval, az elfeszt errelaxcijnak, valamit a tubus deformcijnak hatsval.

Tovbbi lnyeges tanulmnyok ([3.11], [3.22], [3.23], [3.24], [3.25], [3.26])

segtettk munkmat, amelyek leginkbb a csavarkts vals viselkedsre vonatkozmrsi eredmnyeket kzltek. Ezek f sajtossgai, hogy klnbz anyag tubusokkalszerelt csavarktseket vizsgltak klnbz terhels szinten s rtkes megllaptsokat


45/108

[45]

tettek az elfeszt er relaxcijra vonatkozan. Ezek a megllaptsok azonbanmindig csak egy bizonyos polimer tubus/nmetsz csavar prostsra vonatkoztak.

sszefoglalsknt megllapthat, hogy a szakirodalomban tallhat nmetszcsavarktsek vizsglatval foglalkoz vgeselem modellek egyike sem veszi figyelembea polimerek egyidej id- s hmrskletfgg anyagi viselkedst, gy nem alkalmasakaz idfgg jelensgek (relaxci, kszs, alakvltozsi sebessgtl fgg rugalmas-kplkeny viselkeds) vizsglatra.

Az nmetsz csavarktsek ksrleti vizsglatval kapcsolatban pedigmegllapthat, hogy a szakirodalomban rendelkezsre ll tanulmnyok csak azelfeszt er cskkensnek mrsvel, tnkremeneteli mdok feltrsval, valamintegyszer termo-mechanikai ignybevtelek hatsnak elemzsvel foglalkoznak. Nemtrnek ki az sszetett termo-mechanikai ignybevtelek hatsnak, valamint a polimertubus deformci llapotnak vizsglatra.

Ennek megfelelen a jelen PhD dolgozat az albbi kt f terletre koncentrl. Szisztematikus ksrlet sorozat elvgzse a vals viselkeds jobb

megrtse rdekben. Egy id- s hmrskletfgg anyagi viselkeds modellezsre alkalmas

rugalmas-kplkeny (viszkoplasztikus) anyagmodell kidolgozsa s annakvgeselemes krnyezetbe trtn beillesztse.

3.5 Kapcsold irodalomjegyzk

[3.1] Ehrenstein, G. W.; Onasch, J.: Fgen von Kunststoffteilen mitgewindeformenden Metallschrauben, Verbindungstechnik, 13. Jahrgang, (1981)

[3.2] M. J. Troughton (ed.): Handbook of plastics joining: a practical guide, WilliamAndrew Inc. (2008)

[3.3] www.spax.de

[3.4] DVS 2241: Direktverschraubung von Formteilen aus Kunststoffen, (Entwurf),(2003)

[3.5] Groberndt, H.: Direktschraubverbindungen an thermoplastischen Werkstoffe,Kunststoffe 73/11 (1983)

[3.6] Fastening with metal screws Calculations, Desingn, Applications B.3.2, TiconaGmbH, Kelsterbach (2004)

[3.7] Fasteners for plastics, Camcar Textron, Illinois (1999)

[3.8] ICS Handbuch: Automatische Schraubmontage, Hans Herbert MnningVerlag, Iserlohn, 2. Ausgabe (1997)

[3.9] Die EJOT DELTA PT Schraube Berechnbar mehr Leistung inthermoplastischem Kunststoff, EJOT GmbH&Co. KG, Bad Laasphe (2008)

[3.10] Erhard, G.: Konstruieren mit Kunststoffen, 2. Auflage, Carl Hanser Verlag,Mnchen (1999) ISBN 3-446-21016-4

[3.11] Renz, R.; Wendtland, T.; Kasper, F.-J.: Recyclinggerechte Befestigungstechnikbei Bauteilen aus thermoplastischen Kunststoffen. Abschlussbericht zum FKM-Forschungsvorhaben Nr. 216 (1998)

[3.12] Ehrenstein, G.W.: Mit Kunststoffen konstruieren, Carl Hanser Verlag, Mnchen(1994)

[3.13] Seneviratne, L. D.; Ngemoh, F. A.; Earles, S. W. E.; Althoefer, K. A.: Theoreticalmodelling of the self-tapping screw fastening process, Proc. Instn. Mech. Engrs, Vol.215 (C), pp: 135-154 (2001)


46/108

[46]

[3.14] Althoefer, K.; Lara, B.; Seneviratne, L. D.: Monitoring of self-tapping screwfastenings using artificial neural networks, Journal of Manufacturing Science andEngineering, Vol. 127, pp: 236-243 (2005)

[3.15] Seneviratne, L. D.; Ngemoh, F. A.; Earles, S. W. E.: An experimentalinvestigation of torque signature signals for self-tapping screws, Proc. Instn. Mech.Engrs, Part C, Journal of Mechanical Engineering Science, Vol. 214 (C2), pp: 399-

410 (2000)[3.16] Ellwood, K. R. J.; Fesko, D.; Bauer, D. R.: An axisymmetric model for thread

forming in polycarbonate and polypropylene screw and boss fasteners, PolymerEngineering and Science, Vol. 44, No. 8, pp: 1498-1508 (2004)

[3.17] Erds-Slley, Cs.: FE modelling of the mounting process of metal screw andcomposite part, Periodica Polytechnica, Vol. 48, No2, pp: 133-143 (2004)

[3.18] Mathurin, F.; Guillot, J.; Stphan, P.; Daidi, A.: 3D finite element modeling ofan assembly process with thread froming screw, Journal of Manufacturing Scienceand Engineering, Vol. 131, pp: 151-158 (2009)

[3.19] Gobernatz, J.: State-of-the-art fastening technology in thermoplastics andthermosets, ATF, Inc. (www.speautomotive.com/SPEA_CD/SPEA2008/pdf/j/BJF-02.pdf)

[3.20] Bodor, G.; Vas, L. M.: Polimer anyagszerkezettan, Megyetemi Kiad, Budapest(1995)

[3.21] Czl, Gy.; Kollr, M.: Anyagvizsglati praktikum, Sunplant, Miskolc (2008)ISBN 978-963-06-4216-3

[3.22] Onasch, J.: Zum Verschrauben von Bauteilen aus Polymerwerkstoffen mitgewindeformenden Metallschrauben, Dissertation Universitt GH Kassel (1982)

[3.23] Drahtschmidt, F.: Zur Verbindungstechnik von glasfaserverstrktem Polyamid -Schrauben und Inserts, Dissertation Lehrstuhl fr Kunststofftechnik, UniversittErlangen (1999)

[3.24] Tome, A.: Vorspannkraftrelaxation von Kunststoff-Direktverschraubungen,Dissertation Lehrstuhl fr Kunststofftechnik, Universitt Erlangen (2000)

[3.25] Tome, A.; Ehrenstein, G. W.; Drahtschmidt, F.: Joint Performance ofMechanical Fasteners under Dynamic Load Self-Tapping Screw in Comparisonwith Threaded Inserts in Brass and Plastic, In: Moalli, J. (Editor): Plastic FailureAnalysis and Prevention, William Andrew Inc., New York, pp: 53-63 (2001) ISBN 1-884207-92-8

[3.26] Drahtschmidt, F.; Ehrenstein, G. W.: Threaded Joints in Glass Fiber ReinforcedPolyamide, Polymer Engineering and Science, Vol. 37, No 4, pp: 744-755 (1997)


47/108


48/108

[48]

4.2 Vizsglt csavarktsekAz ltalam tervezett s megptett ksrleti elrendezsek a 4.2 s a 4.3 brn

lthatk.

4.2.1 nmetsz csavarkts

Az nmetsz csavarktsben lezajl fizikai folyamatok megrtse rdekben kt

eltr ksrleti elrendezst vizsgltam (4.2.

bra).

(a)

(b)

4.2. bra: nmetsz csavarkts kt klnbz elrendezsben: (a) 1. elrendezs (nmetsz csavarkts),

(b) 2. elrendezs (fejfelfekvs nlkli nmetsz csavarkts)Az 1. ksrleti elrendezsben (4.2a bra) a kompozit tubusra kzvetlenl egy

pozicionl hvellyel kialaktott acl altt kerlt. Erre helyeztem az ermr cellt,majd erre ismt polrozott alttek kerltek. Ez a ksrleti elrendezs volt gyakorlatilagaz, amelyen minden mrs kivitelezsre kerlt, s ami hen tkrzi a valsgban isltrehozott nmetsz csavarktsek beptst s terhelst. Ebben az elrendezsben atubus homlokfellete s a tehermentest furat krnyke jelents nyom ignybevtelnekvan kitve a csavarfej altten trtn felfekvst kveten. A tubus s a csavarterhelsnek irnya ellenttes (nyomott tubus, hzott csavar). Az 1. elrendezs tovbbisajtossga, hogy a becsavars sorn a becsavarsi nyomatk, mg az elfeszts sorn ameghzsi nyomatk jelent csavar ignybevtelt a tubus szmra.

A tubus tehermentest furat krnyki sszenyomdst elkerlend egy olyanksrleti elrendezst is sszelltottam (2. elrendezs, 4.2b bra), amelynl a csavarfej nema tubus homlokfelletn, hanem egy aclbl kszlt tvtartn fekszik fel. A tvtart a

nmetszcsavar

alttek

ermrcella

tubus

altt

rgztlemez

fm alapleszortcsavar

nmetszcsavar

alttek

ermrcella

tubus

altt

rgztkeret

fm alap


49/108

[49]

tubus talpval rintkezik, gy a tubus talp feletti rsze jrulkos hz ignybevtelnekvan kitve. A tubus s a csavar terhelsnek irnya azonos (hzott tubus, hzott csavar).A 2. elrendezs esetn a becsavarsi folyamat sorn fellp becsavarsi nyomatkcsavar ignybevtelt jelent a tubus szmra, azonban a meghzsi nyomatk csavarhatsval ennl az elrendezsnl nem kell szmolni. Ezzel a mrsi elrendezssel ciklikushterhelses vizsglatokat vgeztem.

4.2.2

tmen csavarktsAz 1. ksrleti elrendezssel vizsglt nmetsz csavarktsben fellp fontosabb

ignybevtelek a kvetkezk: menetkpzdsbl add terhelsek (menetkpzdsi ellenlls, menetsrlds, stb.), a csavarfej felfekvse kvetkeztben fellp jrulkos nyom ignybevtel, elfuratnl nagyobb tmrj csavar okozta feszt hats, becsavarsi s meghzsi nyomatk ltal okozott csavar ignybevtel.

Annak rdekben, hogy a tubus sszenyomdsa elklntve is vizsglhatlegyen s, hogy a menetkpzdssel kapcsolatos terhelseket kikszbljem, a 4.3 brnlthat ksrleti elrendezst ksztettem el. A polimer tubust egy M4-es csavarorsval s

a hozz tartoz anyval rgztettem. Ebben az esetben a kts elfesztst manulisanoldottam meg. Ennl a mrsi elrendezsnl teht a csavarmentek nem jtszanakszerepet a tubus alakvltozsi llapotnak, illetve az elfeszt er vltozsnakalakulsban.

A tubus ignybevtele dnten nyoms, amihez az anya homloklapjn fellpsrldsi erbl szrmaz nyomatk okozta csavar ignybevtel trsul.

4.3. bra: 3. ksrleti elrendezs (tmen csavarkts)

4.3 Kapcsold irodalomjegyzk

[4.1] Czvikovszky, T.; Nagy, P.; Gal, J.: A polimertechnika alapjai, MegyetemiKiad, Budapest (2000) ISBN 963 420 621 2

[4.2] Osswald, T. A.; Menges, G.: Materials Science of Polymers for Engineers, 2ndEdition, Carl Hanser Verlag, Munich (2003) ISBN 3-446-22464-5

[4.3] Conditioning Ultramid Moldings, Technical Information, BASF,www.plasticportal.eu

M4 ors

alttek

ermr

cella

tubus

anya

altt

fm alap leszortcsavar


50/108

[50]

5 Tubus anyagnak jellemzse

A csavarktsben lejtszd folyamatok megrtshez s ksbbi modellezshezelengedhetetlen a szerkezeti anyag viselkedsnek alapos ismerete. Ebben a fejezetben,szakirodalmi adatok alapjn, a vizsglt ktsekben szerepl kompozit tubus anyagt, apoliamid 6 (PA6) mtrix, 30 tmegszzalk vgott vegszllal erstett PA6GF30 anyag

jellemzit mutatom be. Az ksrleti vizsglataimban a BASF cg Ultramid B3EG6-osmrkanvvel elltott termkt hasznltam a tubus alapanyagul.

5.1 vegszlAz vegszl gyrtsa sorn a porszer alapanyagokat (SiO2, Al2O3, B2O3, CaO,

MgO) megolvasztjk mintegy 1300 C-on, majd pedig a megfelel fonfejeken tnagyszilrdsg szlakat hznak, melyeknek tmrje 10 m kzeli. Ezeket a szlakatvgott rvid vegszlknt 0,1-0,5 mm-esknt, vgott hossz vegszlknt, 5 mm-esknthre lgyul polimerek erst anyagaknt alkalmazzk. Az 50 mm hosszsgak pedigaz SMC (Sheet Molding Compound) ellltshoz hasznlatosak [5.1].

Az vegszlak, ellenttben a karbonszlakkal, izotrp anyagok, ami azt jelenti,hogy az anyagjellemzik minden irnyban azonosak. Az vegszlak rugalmassgimodulusa megkzeltleg akkora, mint az alumnium (5.1. tblzat). Szaktszilrdsga

jval magasabb az aclnl. Ms szintetikus szlakkal szemben, az vegszlak teljesenrugalmasan viselkednek. Mechanikai tulajdonsgait akr 250 C-os tarts hterhelssorn is megrzi.

PA6 (szraz) vegszlPA6GF 30

Szaktszilrdsg [MPa] 80 2500 190Rugalmassgi modulusz [MPa] 3000 72000 11000Poisson-tnyez 0,4 0,18 0,4Szakadsi nyls [%] 5 4,8 3,1

Htgulsi egytthat [1/K] 80*10-6

4,6*10-6

40*10-6

Lgyulsi- ill. olvadspont [C] 263 700 263vegesedsi hmrsklet [C] 70 - 70Srsg [g/cm ] 1,14 2,6 1,41Teltettsgi vzfelvtel [%] 8,5 - 5

Nedvessgfelvtel [%] 2,8 - 8

5.1. tblzat: ltalnos anyagjellemzk (PA6, vegszl, PA6GF30) [5.1], [5.2], [5.4]

5.2 Poliamid 6 (PA6)A PA6 bzis polimerek kvl tulajdonsgaiknak ksznheten szinte minden

mszaki alkalmazsra jl hasznlhatak: nemcsak gpszerekezetek elemeiknt, hanem

elektromos szigetelknt s szmos klnleges alkalmazsban is jl bevlt mszakipolimerek. Az PA6 kivl szilrdsgi, srldsi tulajdonsgokkal rendelkezik, j h- stsll, vegyszerll, valamint nagyon jl feldolgozhat. Ezek az elnys tulajdonsgoka rszben kristlyos szerkezetre s az ers molekulris sszetart erre vezethetk vissza,amely a szomszdos amidcsoportok kztt kialakul vzhidaknak ksznhet. Htrnya,hogy rzkeny a levegnedvessgre is, gy feldolgozs eltt jl kiszrtand, s szk azolvadsi hmrsklet tartomnya is, valamint nem savll [5.1].

A mechanikai jellemzk tbbek kztt a hmrsklettl, az idtl, anedvessgtartalomtl s a prbatest ellltsi krlmnyeitl fggnek. A teljesen szraz,erstetlen Ultramid szaktszilrdsga 70-100 MPa, mg a szlerstett vltozatokesetben a 200 MPa-t is elrheti. rdemes megemlteni, hogy a gyrtk katalgusaiban,

szinte kivtel nlkl, csak a hz ignybevtelhez tartoz rugalmassgi modulus sszilrdsgi rtkeket lehet megtallni. Nyom ignybevtelhez tartoz rtkek


51/108

[51]

ugyanakkor csak elvtve fordulnak el. Ebbl a szempontbl sajnlatos mdon mg aCAMPUS adatbank [5.3] sem tekinthet kivtelnek.

5.3 Vgott vegszllal erstett Poliamid 6 (PA6GF30)

5.3.1 Szakirodalmi adatok

A polimer mtrix s az erst anyag, jelen esetben vegszl, szilrdsgijellemzi, htgulsa nagysgrendekkel klnbznek. Az 5.1. tblzat az vegszl, amtrix anyag s kompozit fbb anyagjellemzit mutatja. Az 5.1. bra az Ultramidmrkk pontos lershoz kapcsold magyarzatot mutatja [5.2]:

PA6GF30B3EG6

Jells Magyarzat1.bet B: PA61.szm 3: alacsony viszkozits, frccsnttt alkatrszek

szmra2.bet E: stabilizlt2. s 3. szm G: vegszlersts

Adalkok 6: 30% (ersts mrtke)

5.1. bra: Az Ultramid mrkk pontos lersa

A PA6GF30 nagy merevsget s tarts idej szilrdsgot, valamit h- sregedsllsgot biztost a belle kszlt szerkezeti elemek szmra. A mechanikaijellemzket jelentsen befolysolja a szltartalom, a szleloszls s orientci, az tlagosszlhossz s az alkalmazott sznezkek.

Egy adott alkatrsz hosszabb ideig tart terhelst egy konstans rtkfeszltsggel vagy alakvltozssal fejezhetjk ki. A klnbz kszsi vagy relaxcisvizsglatok (szabvny szerint) eredmnyei ltalban kszsgrbk, kszsi modulusokvagy egyidej feszltsg-nyls diagrammok (izokrnok) formjban llnakrendelkezsre.

Szakirodalombl ismert, hogy az erstett tpusok esetben a kszsi rzkenysgcseklyebb, s a tartsidej jellemzk is jobbak az erstetlen tpusokhoz kpest [5.5].

Sajnos a legtbb gyrt cg csak hzvizsglatbl hatroz meg anyagjellemzket, ezrt isvan nagy jelentsge, hogy az ltalam vizsglt kompozit tubus nyom viselkedst ismeghatrozzam. A klnbz gyrti adatok alapjn sszelltott 5.2. tblzat aPA6GF30 f anyagjellemzit foglalja ssze.

Mrkanv/gyrt

Mechanikai jellemzkszraz/kond.

Htani jellemzk szraz/kond. Egyb

Hz E-modul[MPa]

Szakadsinyls [%]

Olvads-pont [C]

vegesedsihm. [C]

Lin. htgulsiegytthat /

[10-5 1/C]

Nedv.felvtel [%]

Srsg[g/cm3]

Ultramid/BASF [5.2]

9500/6200

3,5/8 220 60 3/11 2,1 1,36

Durethan/Lanxess [5.6]

9800/6100

3/6 222 60 2/8 2,1 1,38

Grilon/EMS Chemie[5

ÖnmetszŐ csavarkÖtÉsek fejlesztÉse

Documents