Poldi sissemurdmisel on erinevad põhjusedkinnitusvahendid. Üldiselt on poltide kahjustused põhjustatud pingetegurist, väsimusest, korrosioonist ja vesinikust rabedusest.
Poldi murd
1. Stressifaktor
Tavalise pinge (ülepinge) ületamine on põhjustatud nihke-, pinge-, painde- ja survejõust või nende kombinatsioonist.
Enamik disainereid kaalub esmalt tõmbekoormuse, eelpingejõu ja täiendava praktilise koormuse kombinatsiooni. Eelpingutusjõud on põhimõtteliselt sisemine ja staatiline, mis surub liitekomponente kokku. Praktilised koormused on välised, tavaliselt tsüklilised (edasi-tagasi liikuvad) jõud, mida rakendatakse kinnitusdetailidele.
Tõmbekoormus püüab takistada liitekomponentide avanemist. Kui need koormused ületavad poldi voolavuspiiri, muutub polt elastsest deformatsioonist plastiliseks deformatsiooniks, mille tulemuseks on poldi jäävdeformatsioon. Seetõttu ei saa seda välise koormuse eemaldamisel algsesse olekusse taastada. Sarnastel põhjustel, kui poldi väliskoormus ületab selle lõpliku tõmbetugevuse, puruneb polt.
Poltide pingutamine saavutatakse eelkoormusjõuga keerates. Paigaldamise ajal põhjustab liigne pöördemoment ülepinget ja vähendab kinnitusdetailide aksiaalset tõmbetugevust, avaldades neile ülepinget. Teisisõnu on pideva väände all olevate poltide tootlikkuse väärtused madalamad, võrreldes otse tõmbe- ja pingule allutatud poltidega. Nii võib polt järele anda enne vastava standardi minimaalse tõmbetugevuse saavutamist. Suur pöördemoment võib suurendada poldi eelpingutusjõudu ja vähendada vastavalt liigendi lõtvust. Lukustusjõu suurendamiseks seatakse eelpingutusjõud üldiselt ülemisele piirile. Sel viisil, välja arvatud juhul, kui voolavuspiiri ja lõpliku tõmbetugevuse erinevus on väike, ei anna poldid üldiselt väände tõttu järele.
Nihkekoormus avaldab vertikaaljõu pikiteljelepolt. Nihkepinge jaguneb ühe- ja kahekordseks nihkepingeks. Empiiriliste andmete põhjal on ülim üksik nihkepinge ligikaudu 65% lõplikust tõmbepingest. Paljud disainerid eelistavad nihkekoormust, kuna nad kasutavad ära poltide tõmbe- ja nihketugevust. Need toimivad peamiselt tüüblitena, moodustades suhteliselt lihtsad ühendused nihkele alluvate kinnitusdetailide jaoks. Puuduseks on see, et nihkeühendustel on piiratud kasutusala ja neid ei saa sageli kasutada, kuna need nõuavad rohkem materjale ja ruumi. Teame, et määravat rolli mängib ka materjalide koostis ja täpsus. Kuid materjaliandmed, mis muudavad tõmbepinge nihkekoormuseks, ei ole sageli kättesaadavad.
Kinnitusdetailide eelpingutusjõud mõjutab nihkeühenduste terviklikkust. Mida väiksem on eelkoormusjõud, seda lihtsam on liitekihil poldiga kokkupuutel libiseda. Nihkekandevõime arvutatakse risttasapindade arvu korrutamisel (ühte nihketasapinda nimetatakse üksiknihkeks ja kahte nihketasandit kahekordseks nihkeks), mis peaksid olema keermestamata poltide ristlõiked. Me ei poolda keermete nihke kavandamist, kuna kinnitusdetailide nihketugevust saab ületada pinge kontsentratsiooniga, kui ristlõige muutub. Kinnitusdetailide nihketugevuse määramisel kasutavad mõned disainerid tõmbepingeala, teised aga väikese läbimõõduga sektsioone. Kui nihkeühenduses olev polt on keeratud määratud väärtuseni (nagu näidatud joonisel 2), ei saa kontaktkihi ühenduspind hakata libisema enne, kui see ületab välise hõõrdetakistuse. Liituvate pindade vahelise hõõrdumise suurendamine võib parandada ühenduse üldist terviklikkust. Mõnikord võib osade suuruse ja konstruktsiooninõuete tõttu kasutatavate poltide arv olla piiratud.
Joonis 2: Olenemata sellest, kas ühenduskomponent on ühe- või kahekordse lõikega, ei tohiks lõikepind läbida kinnitusdetaili keermestatud osa
Lisaks tõmbe- ja nihkekoormustele on paindepinge teine koormus, mida poldid kogevad ja mida põhjustavad välised jõud, mis ei ole poldi pikiteljega risti ning paiknevad laagri- ja vastaspindadel. Üldiselt, mida lihtsam on kinnitusdetailide ühendus, seda suurem on selle terviklikkus ja töökindlus.
2. Väsimus
Praegu puuduvad konkreetsed õigusaktid, mis suunaksid tarnijaid ostma põhikomponente, mis vastavad tööstuslike kinnitusdetailide asjakohastes määrustes sisalduvatele tööstusstandarditele, eriti mainimata kinnitusdetailide rikke peamist põhjust – väsimust. Väsimuskahjustused moodustavad hinnanguliselt 85% kinnitusdetailide rikete koguarvust.
Poltide väsimus on tsükliliste tõmbekoormuste pidev toime, mille tulemuseks onpoldidon allutatud suhteliselt väikestele eelkoormusjõududele ja vahelduvatele töökoormustele. Selliste kahekordse koormuse tingimustes pikka aega purunevad poldid, kui nende nimitõmbetugevus on väiksem kui. Väsimuse eluea määrab koormuskoormuse tsüklite arv ja amplituud. Mõned kokkusurutud pistikud, nagu pressid, stantsimisseadmed ja vormimismasinad, võivad samuti tekkida väsimusmurdudega. Töö ajal tekib võimsuse ja eelkoormuse vahel mitu liitpinget. Korduvate venitusliigutuste puhul mõjutab pingemuutuste arvu ja amplituudi väsimuse ja kahjustuse aste.
Tüüpilised tööstuslikud kinnitusdetailid, nagu kuuskantkruvid, pikenevad pidevalt ja taastuvad teatud elastsusvahemikus oma esialgse kuju. Kui neile avaldatakse normaalset ja elastsusvahemikust suuremat pinget, tekivad need püsivad deformatsioonid, kuni nad lõpuks purunevad. Laiendatud olekusse pikenemise ja tagasipöördumise käitumist nimetatakse tsükliks. Kuusnurkne pesakruvi talub ligikaudu 240-10 kraadi tsüklit päevas (maksimaalselt), nagu on näidatud joonisel 3.
Joonis 3 Täiustatud Goodmani diagramm
Punktiirjoonega diagonaal näitab vahelduva kruvikoormuse keskmist väärtust 90% tõenäosusega 10 miljoni tsükli kohta. Tegelik diagonaaljoon näitab, et kui kruvi eelpingutusjõud jõuab 100 ksi, on maksimaalne hälve dünaamilise koormuse ja keskmise pinge vahel 12 ksi.
Kinnitusdetailid pragunevad lõpuks korduvate pingetsüklite tõttu tipust tipuni. Murd tekib tavaliselt kinnitusdetaili kõige haavatavamas kohas, mida insenerid nimetavad "maksimaalse pingekontsentratsiooni alaks". Kui pinge kontsentratsioonipunktis tekivad mikropraod ja need on jätkuvalt pinge all, levivad praod kiiresti, põhjustades kinnitusdetaili väsimuskahjustusi. Tööstuslikuks kasutamiseks mõeldud kinnitusvahendeid tootvad ettevõtted uurivad pidevalt uusi vormimisprotsesse ning kavandavad ja arendavad uusi tootmismeetodeid, mis suudavad ületada eelnimetatud saatuslikud nõrkused.
Väsimustõrke levinumad kohad on liitekoht (st esimene koormatud niit), juurefilee, niit ja niidi lõpp. Seoses väsimustugevuse paranemisega töötlevas tööstuses paremate materjalide ja tootmismeetodite väljatöötamise kaudu on niidid kujunenud kinnitusdetailide nõrgimaks kohaks ja hetkel suurimaks väsimuse purunemisel tekkivate kahjustuste osakaaluks.
Konstruktsiooni pingemuutujate ja kinnitusdetailide tööomaduste vastastikune seos muudab väsimustugevuse standardite seadmise keeruliseks ülesandeks. Praegu on see keerukas protsess, et määrata kindlaks "tsüklite murdumiseni" arv ja mõõta kinnitusdetailide seeria suhtelist tugevust.
3. Korrosioon
Teine poldi purunemise põhjus on korrosioon. Korrosioonil on palju vorme, sealhulgas tavaline korrosioon, keemiline korrosioon, elektrolüütiline korrosioon ja pingekorrosioon. Elektrolüütiline korrosioon viitab kinnitusdetailide kokkupuutele erinevate niiskete ainetega, nagu vihmavesi või happeudu, mis on elektrolüüdid, mis võivad põhjustada kinnitusdetailide keemilist korrosiooni; Teiseks on kinnitusdetailide erinevate materjalide tõttu nende elektrolüütilised potentsiaalid erinevad ning potentsiaalide erinevus võib kergesti tekitada "mikropatareisid". Disainerid peaksid valima sarnase elektrolüütilise potentsiaaliga materjalid nii palju kui võimalik, lähtudes metallide ühilduvusest, välistades samal ajal tingimused elektrolüütide tekkeks, et vältida elektrolüütilisest korrosioonist põhjustatud pragunemist.
Pingekorrosioon on suhteliselt piiratud. Pingekorrosioon esineb suure tõmbekoormuse korral ja mõjutab peamiselt ülitugevast legeerterasest valmistatud kinnitusvahendeid. Legeerterasest (eriti kõrge legeeritud koostisega terasest) valmistatud kinnitusdetailid võivad pinge all praguneda. Algul tekivad pinnale tavaliselt praod ja lohud ning seejärel tekib edasine korrosioon, mis soodustab pragude levikut. Pragude levimise kiiruse määrab poldile avaldatav pinge ja materjali purunemiskindlus. Kui ülejäänud materjal toimib nii palju, et see ei talu rakendatavat pinget, tekib murd.
4. Vesinik rabestumine
Kõrgtugevast terasest kinnitusdetailid (tavaliselt Rockwelli kõvadusega C36 või rohkem) on vesinikust rohkem murenema. Kinnitusdetailide purunemise peamine põhjus on vesiniku rabestumine. Vesiniku rabestumine on nähtus, mille puhul vesinikuaatomid sisenevad ja hajuvad kogu materjali maatriksis. Kui vesinikuaatomid sisenevad materjali maatriksisse, toimub maatriksis võre moonutus, mis rikub algse tasakaaluseisundi ja muudab selle välisjõudude mõjul kergesti purunevaks. Kui sellele rakendatakse välist koormustkruvi,vesinikuaatomid migreeruvad tugevalt kontsentreeritud pingetsooni, põhjustades olulist pinget kristallipiiride servade vahel, mis viib kinnitusvahendi kristallosakeste vahelise murdumiseni.
Kui kinnitusdetailid sisaldavad enne paigaldamist kriitilist vesinikku, purunevad need tavaliselt 24 tunni jooksul. Kui vesinik satub kinnitusvahendisse, on võimatu ennustada, millal see puruneb. Seetõttu peaksid projekteerijad asjakohaste kinnitusdetailide kasutamisel täpsustama tarnijate valiku, kellel on spetsialiseerunud protsessid ja minimaalne võimalik vesiniku haprus.
5. Muud tegurid
Ühenduse purunemine ei ole alati otseselt seotud katastroofilise kinnitusdetailide purunemisega. Paljud kinnitusdetailidega seotud tegurid, nagu eelkoormuse kadumine või kinnitusdetailide ühenduste väsimine, võivad põhjustada kulumist; Kinnitusdetailide keskpunkti nihe võib kasutamise ajal tekitada müra ja lekkida, mistõttu on purunemise vältimiseks vaja planeerimata hooldust. Näiteks võib vibratsioon vähendada keermete hõõrdetakistust ja kinnitusdetailide ühendused võivad pärast paigaldamist töökoormuse tõttu lõdvestuda. Need tegurid koos poltide kõrge temperatuuriga roomamisega võivad viia eelpingejõu kadumiseni. Mõnikord võib ühenduse purunemise põhjuseks olla liiga suur või liiga väike läbiv auk, liiga väike kandepind, liiga pehme materjal või liiga suur koormus. Ükski neist olukordadest ei põhjusta otsest poldi purunemist, kuid põhjustab ühenduse terviklikkuse kadumise või võimaliku poldi purunemise.
