Estructura y propiedades de pernos, tornillos y espárragos.

1. Características estructurales de varios sujetadores

1.1 Estructura de la cabeza

Las funciones principales de las cabezas de los pernos y de los tornillos son soportar carga y apretar. Los tipos de cabezas comunes incluyen cabeza hexagonal, cabeza hexagonal doble, cabeza estriada, cabeza plana, cabeza avellanada, cabeza cilíndrica y otras cabezas especiales. Cada estructura corresponde a escenarios de aplicación y requisitos de montaje específicos.

1.2 Estructura de apriete

Las estructuras de torsión de pernos y tornillos se dividen en estructuras de torsión externas y estructuras de torsión internas. Las formas de llave externa comunes cubren cabeza hexagonal, cabeza de doce puntas, cabeza estriada, cabeza de diez puntas, cabeza octágono, cabeza cuadrada y cabeza pentágono, entre las cuales la cabeza hexagonal y la cabeza de doce puntas son las más utilizadas. Las estructuras de torsión internas se adoptan principalmente para cabezales giratorios, como cabezales avellanados, cabezales panorámicos y cabezales cilíndricos. Los tipos típicos de llaves internas incluyen llave ranurada, llave Phillips, hexágono interno y ranura interna (Torx). Además, existen tipos de ranuras extranjeras patentadas: accionamiento Phillips de alto par y accionamiento ranurado de alto par.

En circunstancias normales, las estructuras de torsión externas presentan una mejor resistencia al deslizamiento y a la torsión que las internas. Por lo tanto, los sujetadores de alta resistencia adoptan en su mayoría estructuras de torsión externas. Sin embargo, el atornillado externo requiere mayor espacio de montaje y está sujeto a más restricciones en los entornos de instalación. Entre los tipos de llaves internas, el hexágono interno y el Torx interno ofrecen un rendimiento de torsión notablemente superior y se pueden aplicar en condiciones de trabajo de alta resistencia. Los orificios hexagonales internos generalmente se forman mediante la perforación previa de orificios piloto seguidos de punzonado con punzones hexagonales. Los desechos metálicos producidos por el punzonado tienden a acumularse en el fondo del pozo y pueden caerse durante el servicio, generando contaminantes extraños. Para aplicaciones con control estricto de cuerpos extraños, se deben limpiar minuciosamente todos los residuos del interior de los orificios.

1.3 Estructura del vástago

EltornilloEl vástago se refiere a la sección lisa sin rosca. Según el diámetro del vástago, se clasifica en vástago de diámetro mayor, vástago de diámetro de paso, vástago escalonado y vástago agrandado.

Vástago de diámetro mayor (vástago estándar): Su diámetro nominal es igual al diámetro mayor de la rosca con dos grados de tolerancia. Las tolerancias sueltas (h12, h14) se utilizan principalmente para pernos tensores; Se aplican tolerancias estrictas (f9, f7, r6) a los pernos de seguridad.

Vástago de diámetro de paso (vástago delgado): Su diámetro nominal se aproxima al diámetro de paso de rosca, normalmente con tolerancia h12 o sin requisitos de tolerancia especiales. Es adecuado para pernos tensores.

Vástago escalonado (vástago entallado): Su diámetro es menor o igual al diámetro menor de la rosca, diseñado para reducir la rigidez del perno y aliviar la concentración de tensiones en las raíces de la rosca.

Vástago agrandado (vástago reforzado): Su diámetro excede el diámetro mayor de la rosca. Puede formar un ajuste de interferencia con los orificios de ensamblaje y se usa comúnmente para mantenimiento y refuerzo de equipos.

1.4 Estructura del hilo

Los parámetros de la rosca incluyen la longitud efectiva de la rosca, la precisión de la rosca, el perfil de la rosca, el radio de la raíz de la rosca, la desviación de la rosca y la distancia entre hombros. Para pernos del mismo diámetro estándar y nominal, la longitud efectiva de la rosca es fija. Los cambios en la longitud total del perno se logran ajustando la longitud del vástago liso. Los hilos se clasifican en hilo largo, hilo medio y hilo corto:

Hilo largo: Combinado con pernos tensores para soportar grandes cargas de tracción;

Rosca corta: Combinada con pernos de seguridad, confiando en el contacto de la superficie para un posicionamiento anticaída con una carga de tracción mínima;

Rosca media: Aplicada a pernos bajo cargas combinadas de tensión y corte, capaces de soportar tanto tensión como corte.

2. Estructura Exclusiva de Postes

Los pernos no tienen cabezas estilo perno y están completamente roscados en ambos extremos. Las roscas en dos extremos se pueden fabricar con diámetros iguales o diferentes. Durante la instalación, un extremo se atornilla al componente de la base para una fijación permanente con un desmontaje poco frecuente; el otro extremo se acopla con tuercas para un montaje y desmontaje repetido. Para garantizar una sujeción firme del extremo integrado, se adoptan roscas de ajuste de transición para bloqueo de interferencia. También se pueden utilizar llaves de retención y otras estructuras para una fijación antiaflojamiento.

3. Propiedades generales dePernos, tornillos y espárragos

Las propiedades de los sujetadores se dividen en propiedades mecánicas y propiedades metalúrgicas. Las propiedades mecánicas evalúan la capacidad de los sujetadores para soportar diversas cargas externas desde una perspectiva macroscópica, con indicadores básicos que incluyen propiedades de tracción, propiedades de corte y resistencia a la fatiga. Las propiedades metalúrgicas evalúan la calidad microscópica de las estructuras de los materiales, cubriendo las líneas de flujo del metal, la estructura metalográfica y las discontinuidades del material, como la porosidad y las grietas.

4. Clasificación de los grados de rendimiento de los sujetadores

En el país se adoptan dos principales sistemas estándar de sujetadores: el sistema estándar nacional de uso general (sistema GB) y el sistema de sujetadores específico para el sector aeroespacial. Las diferencias en los entornos de servicio y los indicadores técnicos conducen a reglas de clasificación distintas para las propiedades mecánicas entre los dos sistemas.

4.1 Grados de desempeño según el Sistema de Estándares Nacionales de GB

Actualmente existen 12 normas nacionales que especifican las propiedades mecánicas de los sujetadores de series de pernos en China.

(1) Grados de rendimiento de pernos, tornillos y espárragos de acero al carbono y acero aleado

Se definen nueve grados en función de la resistencia a la tracción y el límite elástico: 4,6, 4,8, 5,6, 5,8, 6,8, 8,8, 9,8, 10,9 y 12,9. Convencionalmente, los grados inferiores a 8,8 se fabrican de acero al carbono, mientras que los grados 8,8 y superiores adoptan acero aleado con tratamiento térmico específico.

Formato de marcado: Las reglas XY se definen de la siguiente manera:

El número antes del punto decimal equivale a la resistencia a la tracción nominal (MPa) dividida por 100;

El número después del punto decimal es igual al índice de rendimiento multiplicado por 10;

Límite elástico nominal=(producto de los dos números) ÷ 10.

Ejemplo: perno de grado 9,8. El dígito 9 significa resistencia a la tracción nominal=9 × 100=900 MPa; el dígito 8 significa índice de rendimiento=8 ÷ 10=0.8.

(2) Grados de rendimiento de pernos, tornillos y espárragos de acero inoxidable

Los sujetadores de acero inoxidable se dividen en tres categorías (austenítico, martensítico, ferrítico) y nueve grupos de materiales: A1, A2, A3, A4, A5, C1, C3, C4, F1. Combinado con procesos de conformado, se forman 23 grados de rendimiento completos.

Regla de marcado: grupo de materiales + número de resistencia de dos dígitos. Las letras representan categorías de materiales: A=acero inoxidable austenítico, C=acero inoxidable martensítico, F=acero inoxidable ferrítico. Los dos dígitos representan una décima parte del valor de resistencia a la tracción.

Ejemplos: A2-70 se refiere al acero inoxidable austenítico del Grupo 2 formado por trabajo en frío con una resistencia a la tracción mínima de 700 MPa; C3-80 se refiere al acero inoxidable martensítico del Grupo 3 tratado mediante temple y revenido con una resistencia a la tracción mínima de 800 MPa.

(3) Grados de rendimiento de sujetadores de metales no ferrosos

Los materiales no ferrosos comunes incluyen aleaciones de cobre y aleaciones de aluminio. La clasificación está determinada por la resistencia a la tracción y estos sujetadores generalmente se clasifican como tipos de baja resistencia. Los sujetadores de idéntico grado y especificación comparten la misma carga de tracción mínima. Los grados corresponden a grados de materiales e indicadores de tracción. Las aleaciones de cobre tienen siete grados: CU1, CU2, CU3, CU4, CU5, CU6, CU7; Las aleaciones de aluminio tienen seis grados: AL1, AL2, AL3, AL4, AL5, AL6.

Ejemplo: CU2 significa aleación de cobre de grado 2 correspondiente al grado H63 con una resistencia a la tracción de 370 MPa. El marcado consta de dos letras más un dígito. Las letras corresponden a símbolos de elementos químicos (CU para cobre Cu, AL para aluminio Al); Los dígitos son números de serie únicamente, no están ordenados en orden ascendente de resistencia y coinciden con grados de material fijos y parámetros mecánicos.

(4) Grados de rendimiento de los tornillos de fijación

Los tornillos de fijación también son sujetadores con rosca externa, pero adoptan criterios de clasificación diferentes a los de los pernos comunes. Se clasifican por dureza en lugar de por resistencia a la tracción.

acero al carbono ytornillos de fijación de acero de aleación: cuatro grados, a saber, 14H, 22H, 33H, 45H. El número denota una décima parte de la dureza Vickers mínima y H representa la dureza. Por ejemplo, 14H significa la dureza Vickers mínima=14 × 10=140 HV.

Tornillos de fijación de acero inoxidable: se utiliza únicamente acero inoxidable austenítico, dividido en cinco grupos consistentes con tornillos de acero inoxidable: A1, A2, A3, A4, A5 con idéntica composición química. Se especifican dos grados de dureza: 12H y 21H. 12H se aplica a tornillos de fijación austeníticos blandos con una dureza mínima de 125 HV; 21H se aplica a tornillos de fijación endurecidos trabajados en frío con una dureza mínima de 210 HV.