Nejdůležitější veličinou pro utažení šroubových spojů je vždy krouticí moment. Také pro mnoho dalších postupů je krouticí moment jako veličina velice potřeba.
Problematika týkající se utažení s kontrolou krouticího momentu spočívá ve výkyvových hodnotách tření. Přičemž se musí rozlišovat především tření na hlavě šroubu a závitu. Počet výkyvových, třecích vlivů vede k tomu, že vznikají samotné výkyvy výsledné napínací síly 50% a více – při vysoké opakovatelné přesnosti krouticího momentu.
Toto znamená, že šroubový spoj musí být vždy předimenzovaný tak, aby při odchylce nahoru nebyl přetížen a v případě odchylky dolů také vždy dodržel požadovanou napínací sílu.
Přes tyto nevýhody se prosadilo utažení s kontrolou krouticího momentu jakožto co možná nejvíce rozšířený postup utažení s odstupem. Toto závisí na jednoduché technické možnosti realizace.
Další dodatečnou variantou utažení s kontrolou krouticího momentu je evidence úhlu otočení. Toto je smysluplné při určitých speciálních případech jako jsou např. kolísavé hodnoty materiálu na součástce při šroubování atd. Vlastní montážní proces je prováděn beze změny. Kontroluje se však doupínací moment vystupující z určitého nabíhacího momentu. Tento doupínací úhel je potřeba pro posouzení, zda je v pořádku – tedy v rámci určitých hraničních hodnot, musí se nacházet v tzn. zeleném okně. Tak lze za těchto okolností nastřelit z příliš krátkých doupínacích úhlů na chybějící těsnící prvek nebo příliš dlouhý doupínací úhel na nedostatečně tvrdé součástky. Obvykle by se měl nacházet nabíhací moment, počítaný z úhlu otočení, mezi 20 % (u těžkého šroubovacího případu) a 80 % (u měkkého šroubovacího případu) konečného momentu.
U takzvaného postupu úhlu utažení se znovu utáhne krouticí moment a úhel otočení šroubového spoje jako řídicí veličina. K tomu slouží konečné utažení úhlů otočení a ne krouticí moment jako řídicí veličina. Tzn. šrouby jsou utaženy až k nabíhacímu momentu a odtamtud o zadaný doupínací úhel dootočeny. Kroutící moment může být jako dodatečná kontrolní veličina kontrolován.
Tento vzácný postup je používán u docela speciálního bezpečnostního šroubování, při tomto použití musí být šrouby utažení v plastické oblasti. V této plastické oblasti nevede další utažení šroubu prakticky k žádnému pozoruhodnému nárůstu krouticího momentu, aby krouticí moment nemohl být utažen jako řidicí veličina. Pro utažení šroubu v plastické oblasti musí být dodrženy určité parametry. Kromě toho šroub ztrácí svoji opětovnou použitelnost, protože je při utažení trvale deformován.
Pojmy "plastický" a "elastický" jsou znázorněny v Hookově grafu. Napínací síla je, předpokládejme jako konstantní třecí hodnoty, proporcionální ke krouticímu momentu.
Natažení se zvyšuje proporcionálně ke stoupajícímu momentu. Tato oblast se nazývá oblastí elastické deformace, protože po odstranění zátěže (napínací sila/moment) se deformace rovněž snižuje. Po dosažení hranice šroubu se zploští stejnoměrný vzestup šroubu a dosáhne se v plastické oblasti deformace, jejíž stav nebude možné po odstranění zátěže vrátit. Po překročení maximální zátěže začíná "svázání" šroubu a graf končí zničením šroubu.
Dle provedení šroubu je tato plastická oblast příliš krátká nebo plochá a dlouho utažená. Zde je dobře vidět, že pro působení utažení šroubu s kontrolou úhlu otočení je potřeba šroub s širokým plastickým rozsahem. Speciálním postupem lze eliminovat vliv tření a využít maxiálně zatížitelnost šroubu.
Aby se zabránilo silnějšímu roztažení šroubu (bez závislosti třecích hodnot jakožto nevýhody), bylo vyvinuto limitní kontrolované utažení. Také zde se evidují řídicí veličiny - krouticí moment a úhel otočení. Stoupání v upínacím/roztahovacím grafu je využito při dosažení "natažené" hranice jako vypínacího kritéria.
S ohledem na upínací/roztahovací graf se ukazuje, že vzestup je nejdříve lineární a ustálí se při dosažení kluzné meze. Axiální síla je proporcionální ke krouticímu momentu, roztažení je proporcionální k úhlu otočení. Matematicky je tento vzestup definován křivkou jako derivací funkce. Je-li derivát krouticího momentu po úhlu otočení na cca. 50 % výchozí hodnoty, je dosažena hodnota kluzu a je ukončen proces utažení. Dodatečně lze tímto procesem ještě zajistit bezpečnost mezním úhlem a mezními momenty.
S tímto postupem se lze vyvarovat nevýhod kolísavých třecích hodnot nebo omezení vybraného šroubu. Použité šrouby mohou být menší díky vyšší bezpečnosti při dosažení nezbytné montážní napínací síly .
Nicméně tento postup nemůže být v praxi dále rozšířen, jelikož je spojen s velmi vysokými náklady a náročným měřením. Kromě toho v trvalém provozu jsou vyžadovány konstantní podmínky na součástce a určité konstruktivní požadavky na šroubovém spoji. Tento postup je použitelný pouze u běžných metrických ocelových spojů, protože pouze zde platí vyhotovený upínací/natahovací graf. Kromě toho tento postup není technicky možný u menších krouticích momentů.
V zásadě je matematická souvislost mezi natažením šroubu a vytvořenou napínací silou podstatně přesnější než mezi krouticím momentem a napínací silou. Přímé měření natažení vede k přesným hodnotám napínací síly. Toto může následovat např. přes mechanické měření vrtání ve šroubu, které musí být hlubší než upínací délka použitého šroubu. Tato metoda nenalezne v praxi prakticky žádné použití, protože je vhodná především pro speciální případy s většími šrouby.
Ultrazvukové měření délky
Další metodou je natažení šroubu přes trvalé měření ultrazvukovou vlnou, zde se přenese ultrazvukový impuls do hlavy šroubu. Impuls se šíří šroubem, kde se na konci dříku u hraniční plochy (ocel/vzduch) odrazí a proudí zpět do hlavy šroubu. Časový rozdíl mezi prvním a druhým hlášením impulsu se použije k měření délky šroubu. Toto měření je vysokofrekvenční tak, aby mohlo být dosaženo vysoké rozlišení s více než tisíci měřeními za sekundu.
Všechny problémy týkající se materiálu šroubu stejně tak teploty šroubu jsou kompenzovány. Tato metoda byla vyvinuta pro sériovou výrobu a je používána především v automobilovém průmyslu u velmi citlivých šroubů. I tady se nezříkáme dodatečné kontroly krouticího momentu a úhlu otočení.
Také tento postup vyžaduje speciální šrouby se senzorem (čidlem). S každým zpracovaným šroubem tak zůstává drahý senzorový prvek na součásti.
Zvláštní případy
Skoro všechny nahoře popsané postupy platí pouze pro metrické šroubové spoje do oceli. V praxi je nespočet dalších šroubových spojů, obzvláště kovové šrouby, samozávrtné šrouby, samotvářecí šrouby, stejně tak šroubové spoje s kovovými šrouby do termo- nebo duroplastů. Některé zvláštnosti v utahování šroubů je třeba připomenout.
V podstatě zde pořád platí souvislost mezi krouticím momentem, třecími hodnotami a vzniklou montážní napínací sílou. Vzhledem k velmi rozdílným materiálovým vlastnostem součástek nemůže být souvislost vztahována na materiálové vlastnosti šroubů obzvláště u šroubování plastů. U samozávrtných nebo samotvářecích šroubů vznikají další problémy, jako tzn. točivé momenty.
Zde má konstruktivně ssprávně vytvoření šroubového spoje velký význam. Při otočení závitořezných nebo závitotvářecích šroubů dochází k vysokým točivým momentům. Tyto točivé momenty jsou vrozsahu pozdějších utahovacích momentů. Pouze v případě, že je šroub navržen tak, aby po tváření závitu, před vložením hlavy šroubu, měl volný průchod, platí souvislosti utahování řízeného na krouticí moment.
Přičemž je třeba dávat pozor, aby vypnutí krouticího momentu během točivé fáze bylo překlenuto, aby se zabránilo předčasnému přerušení šroubování. Toho lze dosáhnout pomocí našich SENSOMAT® šroubováků.
V ostatních případech, ve kterých musí být např. závit zformován do slepé díry, se vytvoří až do dosažení konečného momentu vedle "třecích" součástí vždy závito-tvářecí momenty.
Na základě silných výkyvů těchto utahovacích/krouticích momentů jsou vzniklé nepřesnosti u dosažených napínacích sil u každého případu značně vyšší než u popsaných standardních případů. Obzvláště u přímého šroubování do termoplastů mají správné otáčky šroubováku rozhodující význam.