Branża motoryzacyjna i lotnicza

Optymalizacja obserwacji wad śrub (wgnieceń, zadrapań, pęknięć i krzywizn)

Śruby są używane do mechanicznego łączenia części w prawie wszystkich produktach przemysłowych. Wysoka jakość i niezawodność śrub są wymagane nie tylko w przemyśle samochodowym i lotniczym — gdzie dokładność i trwałość śrub ma wpływ na bezpieczeństwo — ale także w wielu produktach, od konstrukcji po komponenty elektroniczne.
W tej części przedstawiamy podstawową wiedzę o śrubach, a także przykłady zastosowania naszego mikroskopu cyfrowego 4K, który poprawia jakość i wydajność obserwacji i pomiarów defektów śrub, co jest pożądane w takich dziedzinach, jak badania i rozwój oraz zapewnienie jakości.

Podstawowe wiadomości o śrubach (nazwy i wymiary części, normy i materiały)
Przykłady poprawy jakości i skuteczności obserwacji i pomiarów defektów śrub
- Obserwacja pod kątem gwintów
- Obserwacja krzywizny nakrętki
Mikroskop cyfrowy 4K zwiększa dokładność i wydajność obserwacji i analizy śrub

Podstawowe wiadomości o śrubach (nazwy i wymiary części, normy i materiały)

Śruba to element mocujący, który ma spiralny rowek wzdłuż boku cylindrycznego trzonu. Termin wkręt odnosi się do małych śrub używanych samodzielnie, a termin śruba odnosi się do śrub używanych w połączeniu z nakrętkami. Śruby do drewna mają spiczaste końcówki i są używane przy obróbce drewna. To jeden z przykładów na to, że śruby mają różne kształty, spełniają różne normy i są wykonane z różnych materiałów, w zależności od łączonych materiałów i zastosowania. Poniżej przedstawiono podstawowe informacje dotyczące śrub, takie jak nazwy i wymiary części oraz normy dotyczące śrub ogólnych.

Nazwy i wymiary części śruby

Nazwy typowych części śruby (męskiej) są pokazane na poniższym rysunku.

Długość męskiej śruby nosi nazwę długości znamionowej i dotyczy długości pod łbem (E na ilustracji). Jednak ta definicja różni się zależnie od rodzaju śruby i kształtu łba. Na przykład łączna długość (F na ilustracji) to długość znamionowa w przypadku śrub z łbem wpuszczanym, a więc takich, których łby nie wystają po wkręceniu ponad powierzchnię materiału.

Jeżeli obok łba znajduje się niegwintowana część, to tę część nazywamy trzonem. Trzon obejmuje część gwintu z niepełnymi występami i bruzdami, która powstaje podczas obróbki.

Następnie na kolejnych rysunkach przedstawiono i wyjaśniono typowe wymiary gwintów (dla śrub męskich i żeńskich).

A: Średnica zewnętrzna: średnica między gwintami śruby męskiej. Jest to średnica znamionowa wskazująca grubość śruby.
B: Średnica efektywna: średnica okręgu, który sprawia, że szerokość gwintu i rowka są takie same.
C: Średnica podstawy: średnica od podstawy bruzdy do podstawy następnej bruzdy w przypadku śruby męskiej/żeńskiej.
D: Kąt gwintu: kąt, który otwiera się od szczytu gwintu do otaczających go bruzd.
E: Skok: odległość między sąsiednimi wierzchołkami gwintu.
F: Średnica zewnętrzna: średnica między gwintami śruby żeńskiej.

Normy dotyczące śrub

Istnieje wiele norm używanych w odniesieniu do śrub, co prowadzi do różnic w wymiarach, definicjach i terminologii. W tej części przedstawiono informacje dotyczące typowych norm, definicji i zapisów.

Gwinty metryczne: Dotyczy śrub o kącie skrętu gwintu 60°, których wymiary nominalne i skok gwintu są wyrażone w milimetrach. Ze względu na różne skoki gwintu śruby te są podzielone na gwinty o skoku dużym i małym.
Są one wyrażane jako „średnica nominalna śruby × jej skok”. Maksymalna średnica gwintu (w milimetrach) jest podana za literą M. Na przykład, M10 oznacza, że śruba ma średnicę nominalną 10 mm. Gwinty o dużym skoku są standardem. Jeśli śruba ma gwint o drobnym skoku, z małym odstępem między gwintami, wyraża się to jako „MXX × skok”.
Gwinty zunifikowane: Dotyczy śrub o kącie skrętu gwintu 60°, tak samo jak w gwintach metrycznych, ale o wymiarach nominalnych wyrażonych w calach. Skok gwintu oznacza liczbę gwintów w obrębie jednego cala. Zunifikowany standard gwintów jest czasem określany jako gwint calowy lub amerykański i jest używany na przykład w przemyśle lotniczym. Gwinty zunifikowane są dostępne z grubym skokiem (UNC), który jest rozmiarem normalnym, oraz z drobnym skokiem (UNF).
Używany zapis to „Średnica grzbietu śruby (numer śruby) — (myślnik) liczba gwintów na cal, typ śruby (UNC lub UNF)”. Na przykład „1/4-20UNC” oznacza śrubę o zunifikowanym gwincie z grubym skokiem o średnicy zewnętrznej 1/4 cala i 20 gwintach na cal.

Materiały i właściwości śrub

Tak jak istnieją różne kształty i standardy łbów i gwintów w zależności od zastosowania śruby, tak samo różne są materiały, z których są wykonane. Poniżej opisano rodzaje i właściwości typowych materiałów, z których wykonane są śruby.

Stal

Poniżej wymieniono główne materiały stalowe używane do produkcji śrub.

Stal węglowa: jest to najbardziej powszechny materiał żelazny/stalowy używany do produkcji śrub. S45C (o zawartości węgla około 0,45%) jest twardym i wytrzymałym materiałem ze stali węglowej przeznaczonym do konstrukcji mechanicznych często używanym w śrubach.
Stal stopowa: Ten materiał, powstały przez dodanie molibdenu (Mo) lub chromu (Cr), jest używany w śrubach i innych produktach, gdzie wymagana jest wytrzymałość.
Stal nierdzewna: materiał ten jest klasyfikowany według struktury Cr (Cr martenzytyczna/18Cr ferrytyczna) i Cr-Ni (18-8 austenityczna), ponieważ ma doskonałą odporność na korozję i właściwości mechaniczne. Austenityczna stal nierdzewna jest powszechnie używana do produkcji śrub.

Miedź/stop miedzi

Chociaż ten materiał ma mniejszą wytrzymałość mechaniczną niż inne materiały metalowe, jest łatwy w formowaniu i ma doskonałe przewodnictwo elektryczne i cieplne, plastyczność i odporność na korozję. Jest on powszechnie używany do zabezpieczania śrub zacisków. Czysta miedź jest klasyfikowana w zależności od zawartości tlenu (zgodnie z czystością miedzi) na miedź twardą rafinowaną (o czystości 99,5%), miedź odtlenioną (twarda miedź rafinowana dotknięta kruchością wodorową) i miedź beztlenową (o wysokiej czystości 99,995%). Z punktu widzenia kosztów, najczęściej stosowanym materiałem na śruby jest miedź rafinowana sposobem hutniczym.

Aluminium/stop aluminium

Śruby aluminiowe mogą być o około 1/3 lżejsze od stalowych. Aluminium ma także doskonałą odporność na korozję i przewodność cieplną oraz jest stosunkowo łatwe w recyklingu, co sprawia, że jest przyjazne dla środowiska. Z drugiej strony, problem z aluminium polega na tym, że jest ono stosunkowo słabe w porównaniu ze stalą. Śruby aluminiowe można poddać obróbce cieplnej, aby wzmocnić ich powierzchnie i zwiększyć wytrzymałość tego materiału, co pozwala uzyskać charakterystyczne zalety aluminium i jednocześnie przezwyciężyć jego wady.

Titan/stop tytanu

Śruby tytanowe są o około 60% lżejsze od stalowych, a jednocześnie mają doskonałą odporność na korozję i ciepło oraz mniej więcej taką samą wytrzymałość jak stal węglowa. Z drugiej strony, tytan jest trudny w obróbce i bardzo drogi. Tytan (czysty tytan) i stop tytanu mają różne właściwości. Ich główne zastosowania wymieniono poniżej.

Tytan: ma wysoką odporność na korozję i nie jest toksyczny dla organizmu ludzkiego. Jego doskonała biokompatybilność sprawia, że jest wykorzystywany w śrubach medycznych i podobnych zastosowaniach.
Stop tytanu: materiał ten, charakteryzujący się wysokim stosunkiem wytrzymałości do masy, jest stosowany w przemyśle lotniczym i kosmicznym. Ze względu na trudności w obróbce cena jednostkowa śrub ze stopu tytanu jest wysoka.

Magnez/stop magnezu

Masa magnezu wynosi około 1/4 masy stali i około 2/3 masy aluminium, co sprawia, że jest on niezwykle lekki jako materiał metalowy stosowany w śrubach. Stop magnezu jest lekki, ma wysoką wytrzymałość właściwą, doskonale ekranuje fale elektromagnetyczne, odprowadza ciepło i pochłania drgania, a ponadto posiada dodatkową zaletę: nie ulega korozji elektrolitycznej, gdy jest przymocowany do obudowy wykonanej z tego samego materiału. W związku z tym jest on stosowany w wielu dziedzinach, w tym w przemyśle samochodowym, lotniczym i elektrycznym. Z drugiej strony, niektóre z jego gorszych właściwości to niska odporność na korozję i trudność w obróbce, dlatego należy rozważyć środowisko użytkowania i obróbkę powierzchni, która może zrekompensować wady tego materiału.

Tworzywo

Mimo niewielkiej wytrzymałości tworzywa sztuczne są lekkie i łatwe do formowania. Różne rodzaje tworzyw sztucznych zapewniają także różne właściwości, takie jak odporność na korozję i odporność chemiczną. Śruby mogą być wykonane z różnych rodzajów tworzyw sztucznych, aby pasowały do danego zastosowania. Na przykład PP (polipropylen) ma niski ciężar właściwy i jest odporny na degradację hydrolityczną, a POM (poliacetal) ma zrównoważone właściwości mechaniczne i doskonałą odporność chemiczną.

Przykłady poprawy jakości i skuteczności obserwacji i pomiarów defektów śrub

Z nielicznymi wyjątkami, śruby, wkręty, nakrętki i podkładki są trójwymiarowymi obiektami metalowymi. Dlatego w większości przypadków nie można uniknąć problemów związanych z tym, że tylko część obrazu jest ostra i trudno jest określić warunki oświetleniowe z powodu połysku obiektu lub niskiego kontrastu względem tła, gdy obserwuje się wgniecenia, zarysowania, pęknięcia i inne wady wyglądu, które negatywnie wpływają na jakość, oraz gdy obserwuje się wady kształtu trójwymiarowego. Ponadto, w przypadku stykowych systemów pomiarowych i mikroskopów optycznych, bardzo trudno jest mierzyć trójwymiarowe kształty z dużą dokładnością, a głównym problemem są różnice wartości między operatorami.

Mikroskop cyfrowy KEYENCE 4K serii VHX zapewnia system obserwacji wykorzystujący sterowanie elektroniczne i zaawansowane technologie, takie jak obiektyw wysokiej rozdzielczości HR i matryca 4K CMOS, umożliwiając obserwację oraz pomiary 2D i 3D przy zachowaniu prostoty obsługi i wykorzystaniu wyraźnych obrazów o wysokiej rozdzielczości 4K. Jednocześnie rozwiązuje różne problemy, zwiększa stopień zaawansowania obserwacji, dokonuje pomiarów ilościowych i usprawnia działania, skracając czas ich trwania.

Obserwacja pod kątem gwintów

System obserwacji pod dowolnym kątem mikroskopu cyfrowego 4K serii VHX może służyć do wyraźnego obserwowania mikroskopijnych wgnieceń i zarysowań przy niskich i wysokich powiększeniach oraz pod dowolnym kątem bez zmiany położenia śruby.
Duża głębia ostrości pozwala na szybką obserwację uszkodzeń dzięki obrazom o pełnej ostrości w całym polu widzenia, co eliminuje kłopotliwą regulację ostrości nawet w przypadku obiektów trójwymiarowych.

Obserwacja wgłębień na gwintach za pomocą mikroskopu cyfrowego 4K serii VHX

Obserwacja krzywizny nakrętki

Mikroskop cyfrowy 4K serii VHX jest wyposażony w tryb efektu cienia optycznego, który za naciśnięciem jednego przycisku z łatwością pobiera informacje w wysokim kontraście, eliminując jednocześnie potrzebę stosowania odsysania próżniowego. Na metalu można zaobserwować subtelne nierówności powierzchni, które są trudne do zauważenia ze względu na niski kontrast.
Na obraz w trybie efektu cienia optycznego można nakładać informacje o kolorze obiektu, co umożliwia jednoczesne przedstawienie nierówności powierzchni i informacji o kolorze. Jak pokazano na poniższym rysunku, obraz mapy kolorów można wykorzystać do przypisania kolorów do informacji o mikroskopijnych nierównościach powierzchni, takich jak krzywizna małej nakrętki, wizualizując je w łatwy do zrozumienia sposób.

Dzięki serii VHX można wykonywać pomiary 2D i 3D bezpośrednio na obrazach o wysokiej rozdzielczości 4K. Podczas pomiaru 3D można również uzyskać informacje o profilu żądanej lokalizacji. Automatyczne tworzenie raportów zawierających obrazy z obserwacji i zmierzone wartości może być obsługiwane za pomocą jednego urządzenia.

Wizualizacja krzywizny nakrętki za pomocą mikroskopu cyfrowego 4K serii VHX

Mikroskop cyfrowy 4K zwiększa dokładność i wydajność obserwacji i analizy śrub

Mikroskop cyfrowy 4K serii VHX nie tylko zwiększa stopień zaawansowania obserwacji dzięki wyraźnym obrazom 4K, ale także znacznie podnosi poziom obserwacji i analizy dzięki różnorodnym systemom i funkcjom obserwacyjnym.
System obserwacji pod dowolnym kątem umożliwia łatwe wyrównywanie pola widzenia, obracanie i przesuwanie osi skośnych. Eucentryczna konstrukcja gwarantuje, że obiekt pozostanie wyśrodkowany w polu widzenia nawet w przypadku zmiany kąta nachylenia lub obrotu obiektywu. Obecnie możliwa jest płynna obserwacja pod kątem obiektów trójwymiarowych i mikroskopowych, takich jak defekty śrub.
Trudne zadania, takie jak obserwacja i wizualizacja subtelnych zarysowań lub mikroskopijnych nieregularności powierzchni, takich jak krzywizny, można teraz wykonywać za pomocą prostych operacji, korzystając z trybu efektu cienia optycznego w celu uzyskania informacji o wysokim kontraście.

Seria VHX nie tylko zwiększa stopień zaawansowania obserwacji i analiz w badaniach i rozwoju oraz w zapewnianiu jakości, ale także przyspiesza pracę, eliminuje nadmierną specjalizację poprzez ułatwienie obsługi i zapewnia wiele innych korzyści. Aby uzyskać dodatkowe informacje o produktach lub zadać pytanie, kliknij poniższe przyciski.