ボルト締めの効果的な方法

現在、ほぼ全員ボルト業界で使用される締め付けは、トルク制御と呼ばれる制御する必要があります。

トルクとは、ねじ接続の十分なクランプ力と信頼性を確保するために、所定のトルクまたは所定のトルクと角度で工業用締結を行うことを指します。

ボルト締め付けは非常に複雑な物理的プロセスです。 ボルトの締め付けに影響を与える最も重要な要素は、トルク、予圧、摩擦、および材料の硬度です。 上記の要因が十分に考慮された場合にのみ、安全なボルト締結が保証されます。

トルクレンチは、ねじ締めに加えられる力を制御できます。 ほとんどの場合、従来のトルク レンチは、ボルトを十分な精度で締め付ける効果を既に提供できます。 ただし、より正確で安全なネジ締めが必要な場合、手動トルクレンチは適していません。適用されるトルクは、正確ではないため、予圧と対応する設定値の要件を満たさないことが多いためです。

不正確な値の原因は、多くの場合、締め付けねじの間の食いつきと、ボルトの頭と締め付け対象の平面との間の摩擦によって引き起こされます。 いわゆる仮締め力またはクランプ力は、ねじ接続でのワークピースの接触によって生成される接触圧力であり、普遍的です。 圧力はワーク間の摩擦を増加させ、摩擦によりトルクが完全に仮締めされないため、加えたトルクの約 10% しかボルトの締め付け力に変換できません。

特に現在急速に発展している自動車製造業界では、ボルトの手締めにおいても、より高い精度を達成するために、角度制御された締め付け技術がしばしば使用されます。 この技術により、各ボルトが最大限の締め付け効果を発揮します。 回転角度とは、ボルトを最初に締めてから、最終的に規定のトルク値に達するまでの角度の値です。

一般的には、留め具の材質や留める部品によって回転量が異なります。 たとえば、炭素鋼などの硬度の高い材料の場合、締結に必要なコーナーの数は比較的少なくなります。 木材などの硬度の低い素材の場合、締結に必要な角の数が比較的多く、摩擦による力の損失も大きくなり、達成できる締結力は比較的小さくなります。

ねじ締め角度を制御する工程では、トルク制御を用いて、最初は一定のトルク値でボルトを締めます。 このトルクに達した後、設定された締め付けトルクと回転角度に達するまで、トルクと角度の二重制御で次の締め付けプロセスが実行されます。 角度制御システムを正しく使用すると、ボルトが材料の可塑性ゾーンに入るのを防ぎ、ボルトの許容降伏点を超えるのを防ぎ、潜在的な安全上の問題を引き起こす可能性があります。 同時に、コーナーコントロールはロック力の損失を大幅に減らし、十分なプリロードを確実に達成することができます。

ボルト締めの工程では、使用するトルクや回転角度が異なるため、回転角度制御で締め付けたボルトは再使用できません。

ボルトの締付方法には、大きく分けて弾性締付と塑性締付があります。 弾性締付は一般的にトルク締付方式を指し、塑性締付は主にコーナー締付方式と降伏点締付方式を指します。

1. トルク締め方法

トルク締付け法の原理は、トルクとアキシアル予圧の間に一定の関係があるということです。 締め付けツールを特定のトルク値に設定することにより、接続された部品の仮締め力を制御します。 安定した工程、部品の品質などを前提に、この締付け方法は操作が簡単で直感的であり、現在広く使用されています。 経験によると、ボルトを締めるとき、トルクの 50% がボルトの端面の摩擦で消費され、40% がねじ山の摩擦で消費され、トルクの 10% だけが予圧を生成するために使用されます。

トルク締付法は外部の不安定条件の影響を大きく受けるため、締付トルクを制御することで間接的に予圧を制御するトルク法は軸予圧の制御精度が低くなります。 さらに、ボルトの接続部が非常に少なく、トルクが規定値に達しており、ボルトの頭がまだ接続部分に完全にはめ込まれていないか、隙間が非常に小さい場合があり、目視検査では簡単に見つけることができません。 このとき、トルク値は合格ですが、予圧が非常に小さいか、まったくないので、この場合、トルクを保証するだけなら、組み付けと締付け品質を保証することは、空虚な言葉になります。

2. 角度締め方法

1940 年代後半、米国ではトルク締め法の欠点を考慮して、ボルトの伸びと軸力の関係が研究され始めました。 ボルト締付け時の回転角度は、ボルトの伸びと締付部の緩みの和にほぼ比例するため、規定の回転角度に応じて所定の締付力に到達する方式が採用できます。 まず、ボルトを初期トルクまで締めます。つまり、ボルトを降伏点まで伸ばしてから、特定の角度を回転させてボルトを塑性域まで伸ばします。

回転角締め法の本質は、ボルトの伸びをコントロールすることにあります。 弾性範囲では、軸予圧は伸びに比例します。 伸びの制御は、軸力を制御することです。 ボルトの塑性変形が始まると、両者は比例しなくなりますが、張力がかかったボルトの機械的特性は、軸予圧が一定の範囲内に保たれている限り、降伏荷重の近くで安定できることを示しています。

したがって、摩擦係数の異なる 2 つのボルトを同じ締め付け方法で締め付けた後の最終トルクは大きく異なりますが、ボルトの強度とサイズが同じであるため、仮締め力に違いはありません。 トルク締付方式に比べ、高精度な締付制御を実現するだけでなく、材料の稼働率を存分に向上させます。

3. 降伏点締め方法

降伏点締め法の理論上の目標は、降伏限界点を超えてボルトを締めることです。 降伏点締めを行う場合は、まずボルトを規定の始動トルクで締めてください。 この時点から、装置は締め付け曲線の勾配値の変化を監視します。 傾きが設定値よりも小さくなると、ボルトが降伏点まで伸びたと見なされ、ツールは停止します。 降伏点締め法の最大の利点は、摩擦係数の異なるすべてのボルトを降伏点まで締めることで、ねじ部品の潜在的な強度を最大化できることです。 ただし、干渉要因に敏感であり、制御が困難なボルトの性能と構造設計に対して高い要件があります。 したがって、締め付け工具は非常に高価です。