Automobilové skrutky: Sprievodca typmi, aplikáciami a výberom

Čím sú automobilové skrutky iné

Automobilové skrutky sú skonštruované spojovacie prvky špeciálne navrhnuté tak, aby odolali jedinečným požiadavkám prostredia vozidla, vrátane konštantné vibrácie, kolísanie teploty od -40 °F do 300 °F a vystavenie olejom, palivám a cestným soliam . Na rozdiel od štandardných skrutiek v železiarstve musia spojovacie prvky automobilovej triedy spĺňať prísne normy kvality, ako je ISO 898-1 pre metrické skrutky alebo SAE J429 pre spojovacie prvky palcovej série, čím sa zaistí, že si udržia upínaciu silu a štrukturálnu integritu počas životnosti vozidla, ktorá je zvyčajne 150 000 míľ.

Automobilový priemysel využíva približne 3 500 až 5 000 jednotlivých spojovacích prvkov na vozidlo , od malých skrutiek, ktoré držia komponenty palubnej dosky, až po kritické konštrukčné skrutky zaisťujúce závesné systémy. Táto odroda vyžaduje rôzne materiály, povlaky, dizajn závitov a konfigurácie hlavy optimalizované pre špecifické aplikácie – od samorezných skrutiek z nehrdzavejúcej ocele pre ozdobné panely až po vysokopevnostné skrutky triedy 10.9 pre komponenty podvozku.

Bežné typy automobilových skrutiek a ich aplikácie

Samorezné skrutky

Samorezné skrutky vytvárajú svoje vlastné závity, keď sa zasúvajú do materiálov, čím sa eliminuje potreba predzávitových otvorov. Závitotvorné skrutky premiestňujú materiál bez rezania, ideálne pre plastové komponenty, ako sú dverové panely, prístrojové dosky a vnútorné obloženie. Skrutky na rezanie závitov skutočne odstraňujú materiál a dobre fungujú pri aplikáciách s plechmi, ako sú pripevnenie blatníkov a panely karosérie. Skrutky typu AB s rozmiestnenými závitmi sa bežne používajú pre plasty (2-4 závity na palec), zatiaľ čo skrutky typu B s jemnejšími závitmi vyhovujú kovovým aplikáciám (8-15 závitov na palec). .

Strojové skrutky

Strojové skrutky sa zaskrutkujú do vopred pripravených otvorov alebo matíc a sú bežné v motorových priestoroch, prevodových zostavách a brzdových systémoch. Bežné štýly hlavy zahŕňajú kruhovú hlavu pre všeobecnú montáž, plochú hlavu (zapustenú) pre požiadavky na zapustenú montáž a šesťhrannú hlavu pre aplikácie s vysokým krútiacim momentom, ktoré vyžadujú prístup pomocou kľúča alebo zásuvky. Štandardné automobilové strojové skrutky siahajú od M4 až M12 v metrických veľkostiach, pričom M6 a M8 sú najčastejšie používané veľkosti .

Špecializované automobilové skrutky

• Torx a Torx Plus: Šesťbodové hviezdicové pohony, ktoré poskytujú lepší prenos krútiaceho momentu a znižujú vačky, čoraz častejšie používané v moderných vozidlách so špecifikáciami krútiaceho momentu až o 50 % vyššími ako ekvivalenty Phillips
• Bezpečnostné skrutky: Obsahuje hlavy odolné voči neoprávnenej manipulácii, ako sú pin-in-Torx alebo jednosmerné konštrukcie pre komponenty náchylné na krádež, ako sú poznávacie značky a zostavy svetlometov
• SEMS skrutky: Vopred zmontované s podložkami (poistnými podložkami alebo plochými podložkami), aby sa ušetril čas montáže a zabezpečila sa správna inštalácia, ktorá je bežná v hromadných výrobných linkách
• Ramenné skrutky: Majú hladkú ramennú časť medzi hlavou a závitmi, ktorá sa používa ako otočné body v plynových pákach a mechanizmoch nastavenia sedadla

Materiálové triedy a pevnostné klasifikácie

Automobilové skrutky sa vyrábajú z rôznych materiálov, z ktorých každý je vybraný pre špecifické požiadavky na výkon. Označenie na hlavách skrutiek označuje pevnosť v ťahu a zloženie materiálu.

Pre SAE (palcové) spojovacie prvky sa systém triedenia líši: Stupeň 2 (nízkouhlíková oceľ, 60 000 psi), Stupeň 5 (stredne uhlíková oceľ, 120 000 psi) a Stupeň 8 (stredne uhlíková legovaná oceľ, 150 000 psi) . Stupeň 5 slúži na väčšinu všeobecných automobilových účelov, zatiaľ čo stupeň 8 je vyhradený pre kritické vysoko namáhané aplikácie, ako sú ojnice a skrutky zotrvačníka.

Ochranné nátery a povrchové úpravy

Nechránené oceľové skrutky by hrdzaveli v priebehu niekoľkých týždňov v automobilovom prostredí. Povrchové úpravy predlžujú životnosť a zachovávajú vzhľad iba pri pridávaní Hrúbka 5-20 mikrónov .

Zinkovanie

Najbežnejší automobilový náter, zinkovanie (galvanizácia). Odolnosť proti soľnej hmle 96-720 hodín v závislosti od hrúbky. Číry zinok ponúka základnú ochranu interiérových komponentov, zatiaľ čo žlté alebo čierne zinko-chrómové povlaky pridávajú ďalšiu konverznú vrstvu pre zvýšenú odolnosť proti korózii. Tradičné šesťmocné chrómové povrchové úpravy sa však z dôvodu environmentálnych predpisov postupne vyraďujú a nahrádzajú sa alternatívami trojmocného chrómu.

Fosfátové nátery

Fosforečnan zinočnatý a fosforečnan mangánu vytvárajú kryštalickú povrchovú vrstvu, ktorá zlepšuje priľnavosť farby a poskytuje miernu odolnosť proti korózii. Čierny fosfát (na báze mangánu) sa často používa na skrutky, ktoré budú počas montáže vozidla natreté farbou karosérie. Tieto povlaky tiež znižujú trenie počas inštalácie a zabraňujú zadretiu závitov.

Pokročilé nátery

• Geomet/Dacromet: Zinkovo-hliníkové vločkové povlaky ponúkajúce 1000 hodín odolnosti voči soľnej hmle bez obáv z vodíkového krehnutia, čoraz obľúbenejšie pre upevňovacie prvky podvozku
• Čierny oxid: Poskytuje minimálnu ochranu proti korózii, ale vynikajúci vzhľad pre viditeľné spojovacie prvky a zabraňuje odrazu svetla v optických zostavách
• Bezprúdový nikel: Používa sa pre vysokoteplotné aplikácie, ako sú výfukové potrubia, odolávajúce teplotám až do 750 °F
• Keramické nátery: Používa sa na výkonné aplikácie vyžadujúce extrémnu teplotnú odolnosť (1200 °F) a chemickú odolnosť

Normy závitov a špecifikácie rozstupu

Dizajn závitu priamo ovplyvňuje upínaciu silu, odolnosť voči vibráciám a rýchlosť montáže. Moderné vozidlá používajú prevažne metrické závity ISO, aj keď americkí výrobcovia stále používajú niektoré závity SAE (Unified) pre určité komponenty.

Metrické vlákna sú určené priemerom a stúpaním (M8 x 1,25 znamená priemer 8 mm s 1,25 mm medzi závitmi). Závity s hrubým stúpaním (M8 x 1,25) umožňujú rýchlejšiu inštaláciu a lepší výkon v mäkších materiáloch, ako je hliník, zatiaľ čo závity s jemným stúpaním (M8 x 1,0) poskytujú jemnejšie nastavenie a väčšiu oblasť namáhania v ťahu, vďaka čomu sú ideálne pre tenkostenné profily. Automobilový priemysel sa štandardizoval na špecifické kombinácie rozstupov: M6 x 1,0, M8 x 1,25, M10 x 1,5 a M12 x 1,75 pre väčšinu aplikácií.

Dĺžka záberu závitu je rozhodujúca pre pevnosť kĺbov. Spravidla by sa záber mal rovnať 1,5 násobku priemeru skrutky v oceli, 2,0 násobku v hliníku a 2,5 násobku v plastu. Napríklad skrutka M8 vyžaduje minimálne 12 mm záber závitu v oceli, aby sa dosiahla plná pevnosť v ťahu približne 18 kN pre stupeň 8.8 .

Výberové kritériá pre automobilové aplikácie

Požiadavky na zaťaženie

Vypočítajte skutočné ťahové a šmykové zaťaženia, ktorým bude spojovací prvok vystavený. Pri dynamickom zaťažení (vibrácie, otrasy) použite bezpečnostný faktor 3-5. Pre statické konštrukčné zaťaženia je typický faktor 2-3. Zapamätaj si to špecifikácie krútiaceho momentu vytvárajú 70-90% medzného zaťaženia upevňovacieho prvku v upínacej sile , pričom ponecháva minimálnu rezervu na externé zaťaženie pri prekročení krútiaceho momentu.

Podmienky prostredia

Posúďte vystavenie vlhkosti, soli, extrémnym teplotám, chemikáliám a UV žiareniu. Komponenty podvozku vyžadujú najvyššiu ochranu proti korózii (Geomet alebo nehrdzavejúca oceľ), upevňovacie prvky motorového priestoru vyžadujú odolnosť voči vysokej teplote (hodnota 300 °F) a vnútorné skrutky môžu používať základné zinkovanie. Skúsenosti s pobrežnými vozidlami 5-10 krát vyššia rýchlosť korózie než vnútrozemské vozidlá v dôsledku vystavenia slanému vzduchu.

Materiálová kompatibilita

Prispôsobte materiál skrutky podkladovému materiálu, aby ste zabránili galvanickej korózii. Pri kontakte rôznych kovov v prítomnosti elektrolytu (voda, soľ) anódovejší kov rýchlejšie koroduje. Použite nerezové alebo potiahnuté oceľové skrutky s hliníkovými komponentmi. Pri plastových zostavách berte do úvahy moment odizolovania závitov typu plastu: ABS prúžky pri približne 0,8 Nm pre skrutky M5, zatiaľ čo nylon plnený sklom toleruje 2,5 Nm .

Úvahy o montáži

1. Prístup k nástroju: Zapustené oblasti môžu vyžadovať nízkoprofilové hlavy alebo špeciálne jednotky, ako je interný šesťhran (Allen)
2. Rýchlosť inštalácie: Samorezné skrutky eliminujú operácie závitovania; Skrutky SEMS so zapustiteľnými podložkami znižujú manipuláciu s dielmi
3. Presnosť krútiaceho momentu: Kritické spoje vyžadujú upevňovacie prvky TTY alebo krútiaci moment.
4. Použiteľnosť: Bude potrebné odstrániť skrutku kvôli údržbe? Zmesi na zaistenie závitov a vlastnosti prevládajúceho krútiaceho momentu odolávajú uvoľneniu, ale komplikujú demontáž

Špecifikácie krútiaceho momentu a osvedčené postupy inštalácie

Správny krútiaci moment je nevyhnutný pre správnu funkciu automobilových skrutiek. Nedostatočné utiahnutie umožňuje oddelenie spoja a uvoľnenie spojovacieho prvku; nadmerné utiahnutie spôsobuje odizolovanie závitu, zlomenie upevňovacieho prvku alebo poškodenie materiálu. Približne 85 % porúch automobilových spojovacích prvkov je výsledkom nesprávneho montážneho momentu .

Hodnoty krútiaceho momentu závisia od veľkosti skrutky, triedy, stúpania závitu, povlaku a trenia. Suchá skrutka M8 x 1,25 triedy 8,8 zvyčajne vyžaduje 25 Nm, ale rovnaká skrutka s mazaním môže potrebovať iba 20 Nm na dosiahnutie ekvivalentnej upínacej sily. Vždy dodržiavajte špecifikácie výrobcu, ktoré zohľadňujú tieto premenné.

Metódy zaistenia závitov

• Nylonové vložené poistné matice (Nyloc): Plastová vložka vytvára trenie; účinný pre 5-10 inštalačných cyklov pred potrebou výmeny
• Deformované záplaty závitov: Vopred nanesená živica na závitoch stvrdne počas inštalácie a poskytuje chemický uzáver bez samostatných zlúčenín
• Zásobníky tekutých nití: Anaeróbne lepidlá ako Loctite 243 (stredná pevnosť) pre prevádzkyschopné spoje alebo 271 (vysoká pevnosť) pre trvalé montáže
• Poistné podložky: Delené podložky a ozubené podložky sú menej účinné, ako sa kedysi verilo; testovanie ukazuje minimálne zlepšenie odolnosti voči vibráciám oproti obyčajným podložkám

Inštalačná sekvencia

Pri spojoch s viacerými upevňovacími prvkami, ako sú hlavy valcov alebo montáž kolesa, postupujte podľa vzoru hviezdice od stredu smerom von. Utiahnite po etapách: prvý prechod pri 50 % krútiaceho momentu, druhý pri 75 %, posledný pri 100 %. To zaisťuje rovnomerné rozloženie zaťaženia a zabraňuje skrúteniu spojovaných povrchov. Niektoré kritické upevňovacie prvky používajú metódu krútiaci moment-uhol: utiahnite na počiatočný krútiaci moment (priliehavá špecifikácia), potom otočte o ďalšie stupne (zvyčajne 90-180°), aby ste dosiahli presné zaťaženie svorky.

Normy kvality a požiadavky na zhodu

Výrobcovia automobilových spojovacích materiálov musia spĺňať prísne normy kvality, aby bola zabezpečená bezpečnosť a spoľahlivosť. Systém manažérstva kvality ISO/TS 16949 (teraz IATF 16949) špecificky rieši požiadavky automobilovej výroby a nariaďuje 100% overenie rozmerov, certifikácia materiálu a sledovateľnosť prostredníctvom čísel tepelných šarží .

Skúšobné protokoly zahŕňajú skúšanie ťahom (ťah až do zlyhania), skúšobné zaťaženie (zaťaženie do 90 % medze klzu), skúšanie tvrdosti (Rockwell alebo Vickers) a skúšanie odolnosti proti korózii soľným postrekom (ASTM B117). Kritické bezpečnostné spojovacie prvky prechádzajú štatistickým vzorkovaním s hodnotami Cpk 1,67 alebo vyššími menej ako 0,6 defektov na milión príležitostí .

Falošné spojovacie prvky predstavujú vážne bezpečnostné riziko. Originálne automobilové skrutky majú vysledovateľné označenie hlavy označujúce výrobcu a triedu. OEM spojovacie prvky často obsahujú vlastné označenia alebo farby na identifikáciu. Pri získavaní náhradných skrutiek si overte poverenia dodávateľa a vyžiadajte si certifikáty materiálu, aby ste zaistili súlad so špecifikáciami.

Nové trendy v automobilovej technológii spojovacích prvkov

Automobilový priemysel pokračuje v inovácii technológie spojovacích materiálov, aby sa zameral na ciele v oblasti odľahčenia, automatizácie montáže a udržateľnosti.

Ľahké materiály: Titánové spojovacie prvky znižujú hmotnosť o 40 % v porovnaní s oceľou pri zachovaní pevnosti, aj keď cena zostáva pre vozidlá masového trhu príliš vysoká. Hliníkové skrutky s kaleným závitom slúžia nekritickým aplikáciám. Kompozitné a hybridné spojovacie prvky kombinujú typy materiálov pre optimalizovaný pomer pevnosti a hmotnosti.

Inteligentné spojovacie prvky: Vstavané senzory monitorujú napätie skrutiek, teplotu a vibrácie v reálnom čase a prenášajú dáta bezdrôtovo. Táto technológia umožňuje prediktívnu údržbu a okamžitú detekciu porúch v úžitkových vozidlách a vysokovýkonných aplikáciách. Náklady na súčasné implementácie 50 – 200 USD za upevňovací prvok vybavený snímačom ale môže sa stať ekonomickým pre kritické spoje ako výrobné váhy.

Ekologické alternatívy: Výrobcovia vyvíjajú zmesi na zaistenie závitov na bio báze z obnoviteľných zdrojov a bezchrómové povlaky spĺňajúce nariadenia REACH. Niektoré spoločnosti skúmajú rozpustné spojovacie prvky na zjednodušenú recykláciu na konci životnosti pomocou polymérov, ktoré sa rozkladajú za špecifických podmienok (teplo, chemická expozícia) počas demontáže vozidla.

Pokročilé techniky spájania: Skrutkovanie s prietokovým vŕtaním (formové vŕtanie) eliminuje samostatné operácie vŕtania otvorov tým, že skrutka sama vytvorí a zaklepe otvor v jednej operácii, čím sa skráti čas montáže. 30-40% pre plechové aplikácie . Skrutky na zváranie trením vytvárajú molekulárne väzby prostredníctvom rotačného tepla, čím vznikajú plynotesné spoje bez ďalších tmelov.