Типовіпроблеми при роботі різьбових з’єднань та шляхи їх вирішення
Дивіться також
З усіх видів з'єднань, що застосовуються в машинобудуванні, різьбові з'єднання – найпоширеніші. Вони найбільш надійні і зручні для складання та розбирання, мають невеликі габарити, прості у виготовленні, допускають точну установку деталей, що з'єднуються, і практично будь-який ступінь затягування. Основними кріпильними деталями різьбових з'єднань є болти, гвинти, шпильки та гайки.
Незважаючи на велику популярність різьбових з'єднань питанням їх мастила на сьогоднішній день не приділяється достатньо уваги. Тому вихід з ладу цих вузлів через відсутність чи неправильно підібраний мастильний матеріал – не рідкість.
Функції мастильного матеріалу в різьбовому з'єднанні
Очевидно, що різьбові силові з'єднання мають бути затягнуті. Незатягнуті різьбові з'єднання швидко виходять з ладу, особливо в умовах циклічних та динамічних навантажень внаслідок розбивання, наклепу, а іноді й зварювання.
Основна умова якісного з'єднання – забезпечення заданого стабільного зусилля затягування. Його одержують, наприклад, шляхом загвинчування гайки з певним моментом. Проблема полягає в тому, що 60-90% зусиль, що додаються до гайки, витрачається на подолання сил тертя у витках різьблення та на торцевих поверхнях.
Середні значення коефіцієнтів тертя у різьбових з'єднаннях з найпоширеніших матеріалів наведено у довідниках. Однак широкий спектр застосовуваних конструкційних матеріалів деталей та умови впливу довкілля при експлуатації призводять до варіювання фактичного коефіцієнта тертя в досить широких межах.
У такій ситуації забезпечити нормування зусилля затягування важко. Це призводить до того, що при збиранні,наприклад, фланцевих сполучень з великою кількістю болтів вони будуть затягнуті неоднаково. В результаті можливе не тільки пошкодження перетягнутих з'єднань, але й загальна деформація стику із втратою герметичності через нерівномірність затягування.
Мастильний матеріал покликаний знижувати коефіцієнт тертя та забезпечувати його стабільність, дозволяючи точно контролювати зусилля затягування. Він також захищає різьбове з'єднання від агресивних впливів зовнішнього середовища, зберігає його працездатність та дозволяє без пошкоджень розібрати після тривалої експлуатації.
Застосування для змащування різьбових сполук індустріальних масел часто не дає бажаного ефекту. Ці мастильні матеріали дозволяють знизити коефіцієнт тертя при збиранні і дають лише тимчасовий захист від корозії. Однак при нагріванні вище 80 ° С масло починає інтенсивно окислюватися і коксуватися, перестаючи виконувати свої функції.
Лабораторні випробування болтів M12 x 60 x 1,75 класу 8.8, змащених олією, показали, що при затягуванні моментом 76,1 Н·м після 24-годинної витримки при кімнатній температурі можна демонтувати без пошкоджень. Однак після затягування з тим самим моментом і витримки при 300 ° С при спробі розбирання стався зріз болта. Очевидно, що за таких умов роботи необхідно застосовувати мастильні матеріали абсолютно іншої якості.
Специфіка роботи різьбових з'єднань у різних умовах
Розглянемо специфіку роботи різних різьбових з'єднань, можливі проблеми при експлуатації та шляхи їх вирішення за допомогою застосування спеціальних мастил.
У деталях сполук, що працюють в агресивних середовищах, застосовують корозійностійкі сталі і сплави, а деталі сполук, що піддаються дії високих температур, - з жароміцних сталей. Особливість аустенітнихнержавіючих Cr-Mo та Ni-Cr-W сталей полягає в тому, що на їх поверхнях не утворюється достатньо міцних оксидних плівок, що перешкоджають схоплюванню.
В'язкість і низькі антифрикційні властивості корозійностійких сталей і сплавів сприяють утворенню задир на витках різьблення, що ускладнює монтаж та демонтаж. Тому для змащування деталей різьбових з'єднань з таких матеріалів необхідно застосовувати спеціальні матеріали як роздільне середовище, що перешкоджає контакту метал-метал.
Різьбові з'єднання звичайної точності не є герметичними - рідина або газ безперешкодно просочуються по витках різьблення. Це призводить до корозії, що утруднює демонтаж з'єднання, та можливим його пошкодженням (рис. 1).
Встановлення прокладок під гайки не забезпечує необхідної герметичності. У цій ситуації мастильний матеріал, нанесений попередньо до складання на різьблення та виконуючи ущільнюючу та захисну функції, герметизує з'єднання та запобігає корозії.
Часто для захисту кріплення від корозії застосовують цинкування. Опустимо тут екологічний аспект такого рішення. Оцинковані болти добре захищені від корозії. Однак пара тертя цинк-цинк має дуже високий коефіцієнт тертя і схильна до задирок. Тому при монтажі таких з'єднань має бути застосований спеціальний мастильний матеріал.
При експлуатації різьбових з'єднань за умов екстремально високих температур (600 °З повагою та більш) до мастильних матеріалів пред'являються особливі вимоги. Вони не повинні містити таких металів як свинець та цинк. Ці речовини плавляться при відносно низьких температурах і, проникаючи по межах зерен, дифундують у різьбову поверхню, викликаючи її хрущення і утворення тріщин. Ці процеси протікають інтенсивніше придії додаткових напруг від зовнішніх сил у матеріалі болта.
Крім того, потрібно враховувати, що збирання різьбових з'єднань проводять за нормальної температури. Якщо різьбове з'єднання після складання працює при підвищених температурах, то при різних матеріалах болта і деталей, що з'єднуються, коли температурна деформація болта менше температурної деформації деталей, різьбове з'єднання відчуває додаткові (температурні) напруги.
При використанні різьбових з'єднань з жаростійких сплавів з нікелем мастильний матеріал для них не повинен містити сірку, фтор, хлор та деякі інші елементи, які присутні у звичайних мастильних матеріалах. У таких сплавах вони утворюють такі сполуки з нікелем, які призводять до появи внутрішніх напруг у матеріалі та утворенні тріщин. Це може призвести до раптового руйнування різьбового з'єднання та стати причиною аварії. Тому звичайні мастильні матеріали неприпустимо застосовувати для мастила деталей різьбових з'єднань, виготовлених із сплавів із нікелем!
Вибір мастильного матеріалу для різьбового з'єднання
Таблиця 1. Застосування матеріалів Molykote, MODENGY та EFELE для вирішення проблем
| Типові проблеми | Найменування матеріалу для вирішення проблеми |
| Великий розкид зусилля затягування | Molykote 1000, Molykote P-37, Molykote D-7405, MODENGY 1001 |
| Утворення задир на різьбленнях та руйнування деталей при монтажі та демонтажі через високі навантаження | Molykote P-1600, Molykote G-Rapid Plus, Molykote HSC Plus, Molykote P-37, Molykote D-321R, Molykote D-3484, MODENGY 1001 |
| Корозія та пошкодження різьблення сполук, що піддаються впливу корозійно-активних середовищ | Molykote Cu-7439 Plus, Molykote P-40, EFELE UNI-M Spray |
| Фреттінг-корозія та утворення задирів на різьбленнях деталей з аустенітних нержавіючих сталей | Molykote D Paste, Molykote P-74, Molykote 1000, Molykote D-321R, MODENGY 1001 |
| Фреттінг-корозія та утворення задирів на різьбленнях оцинкованих деталей | Molykote G-Rapid Plus, Molykote D-321R, Molykote D-3484, MODENGY 1001 |
| Пошкодження болтів із жаростійких сплавів через утворення тріщин у витках різьблення | Molykote P-37, EFELE MP-413 |
| Утруднений демонтаж через корозію та прикипання | Molykote Multigliss, Molykote Supergliss, EFELE MP-491 |
| Корозія при зберіганні та транспортуванні | Molykote Metal Protector Plus |
Різьбові пасти
Таблиця 2. Характеристики різьбових паст Molykote
| Найменування показника / Найменування пасти | Molykote 1000 | Molykote Cu-7439 Plus | Molykote D Paste | Molykote G-n Plus | Molykote G-Rapid Plus |
| Колір | Коричневий | Мідний | Білуватий | Чорний | Чорний |
| Базова олія | Мінеральне | Частково синтетичне | Мінеральне | Мінеральне | Мінеральне |
| Тверді мастильні матеріали | Графіт, мідь | Мідь | Білі тверді мастила | Графіт, дисульфід молібдену, спеціальні | Графіт, дисульфід молібдену |
| Верхня межа робочих температур, °С | + 650 | + 650 | + 250 | + 450 | + 450 |
| Несуча здатність (навантаженнязварювання DIN 51350 pt. 4), H | 4800 | 2500 | 2600 | 2800 | 5300 |
| Коефіцієнт тертя у болтовому з'єднанні (М12, матеріал 8.8) для головки болта/для різьблення | 0,08/0,13 | 0,10/0,17 | 0,08/0,13 | 0,06/0,12 | 0,06/0,10 |
Таблиця 2. Характеристики різьбових паст Molykote. (Продовження)
| Найменування показника / Найменування пасти | Molykote HSC Plus | Molykote P-1600 | Molykote P-37 | Molykote P-40 | Molykote P-74 |
| Колір | Мідний | Мідний | Сіро-чорний | Жовто-коричневий | Сіро-чорний |
| Базова олія | Мінеральне | Мінеральне | Частково синтетичне | Частково синтетичне | Синтетичне |
| Тверді мастильні матеріали | Дисульфід молібдену, мідь, спеціальні | Мідь, спеціальні | Графіт, спеціальні | Політетра-фторетилен, білі тверді мастила | Графіт, спеціальні |
| Верхня межа робочих температур, °С | + 1100 | + 1100 | + 1400 | + 1200 | + 1500 |
| Несуча здатність (навантаження зварювання DIN 51350 pt. 4), H | 4800 | 3600 | 4400 | 3000 | 4800 |
| Коефіцієнт тертя у болтовому з'єднанні (М12, матеріал 8.8) для головки болта/для різьблення | 0,09/0,14 | 0,12/0,12 | 0,09/0,15 | 0,08/0,16 | 0,08/0,13 |
Таблиця 3. Характеристики різьбових паст EFELE
Найменування показника / Найменування пасти