1. Bref
Le filetage interne utilisé par les ondes longitudinales et sélectionné pour être utilisé est fixé parboulons ordinairesL'étalonnage des boulons autobloquants, selon différentes stratégies de serrage, est analysé, de même que la différence entre les courbes caractéristiques d'étalonnage des boulons d'ancrage et des boulons autobloquants. Résultats : les boulons et les méthodes d'étalonnage présentent des caractéristiques différentes. Le temps de verrouillage de la chaîne influence l'étalonnage, et le temps d'auto-étalonnage conduit à des objectifs différents. En raison de la courbe de mouvement normale, les différentes caractéristiques obtenues se déplacent vers la droite.
2. Testez la philosophie
Actuellement, la méthode ultrasonique est largement utilisée dans leessai de force axiale du boulonPour le point de fixation du sous-système automobile, la courbe caractéristique (courbe d'étalonnage du boulon) entre la force axiale du boulon et la différence de temps de propagation des ultrasons est préalablement établie, avant le test du sous-système. La force axiale du boulon lors du serrage est obtenue par mesure ultrasonique de la différence de temps de propagation des ultrasons et comparaison avec la courbe d'étalonnage. L'obtention d'une courbe d'étalonnage correcte est donc essentielle à la précision des mesures de force axiale du boulon sur le sous-système. Actuellement, les méthodes de contrôle par ultrasons comprennent principalement la méthode à onde unique (onde longitudinale) et la méthode à ondes longitudinales transversales.
Lors du calibrage des boulons, de nombreux facteurs influencent les résultats, tels que la longueur de serrage, la température, la vitesse de la machine de serrage et l'outillage de fixation. Actuellement, la méthode de calibrage la plus courante est la méthode de serrage par rotation. Les boulons sont calibrés sur un banc d'essai, ce qui nécessite la fabrication de dispositifs de support pour le capteur de force axiale : une plaque de pression et un dispositif de filetage interne. Ce dernier remplace les écrous classiques. Un système anti-desserrage est généralement utilisé aux points de fixation à coefficient de sécurité élevé des châssis automobiles afin de garantir la fiabilité du serrage. Parmi les solutions anti-desserrage actuellement employées, on trouve l'écrou autobloquant, également appelé écrou à couple de blocage.
L'auteur utilise la méthode des ondes longitudinales et un dispositif de filetage interne conçu spécifiquement pour sélectionner un écrou ordinaire et un écrou autobloquant afin d'étalonner le boulon. Différentes stratégies de serrage et méthodes d'étalonnage permettent d'étudier la différence de courbe d'étalonnage du boulon entre l'écrou ordinaire et l'écrou autobloquant. Des essais de force axiale sur les fixations des sous-systèmes automobiles sont présentés, et des recommandations sont formulées.
Le contrôle de la force axiale des boulons par ultrasons est une méthode indirecte. Selon le principe de la sonoélasticité, la vitesse de propagation du son dans les solides est liée à la contrainte ; les ondes ultrasonores permettent ainsi de déterminer la force axiale des boulons [5-8]. Lors du serrage, le boulon s'allonge et génère simultanément une contrainte de traction axiale. L'impulsion ultrasonore se propage de la tête du boulon à son extrémité. En raison du changement brutal de densité du milieu, elle revient sur ses pas et la surface du boulon reçoit le signal via la céramique piézoélectrique. Le délai de propagation est Δt. Le schéma du dispositif de contrôle par ultrasons est présenté figure 1. Ce délai est proportionnel à l'allongement.
Le contrôle de la force axiale des boulons par ultrasons est une méthode de contrôle indirecte. Selon le principe de la sonoélasticité, la vitesse de propagation du son dans les solides est liée à la contrainte ; les ondes ultrasonores peuvent donc être utilisées pour obtenir cette force axiale.la force axiale des boulonsLors du serrage, le boulon s'allonge et génère simultanément une contrainte de traction axiale. L'impulsion ultrasonore se propage de la tête du boulon à son extrémité. En raison du changement brutal de densité du milieu, elle revient sur ses pas et la surface du boulon reçoit le signal via la céramique piézoélectrique. Le délai de propagation est Δt. Le schéma du dispositif de contrôle par ultrasons est présenté figure 1. Ce délai est proportionnel à l'allongement.
Pour les boulons M12 mm × 1,75 mm × 100 mm, utilisez des boulons ordinaires pour fixer 5 boulons. Commencez par un test d'auto-ancrage avec différentes pâtes à braser d'étalonnage. Une plaque en spirale artificielle est insérée dans la bride du boulon et pressée lors de l'acquisition de la courbe initiale (enregistrement de L0). Serrez ensuite à 100 N·m + 30° à l'aide d'un outil (méthode de type I). L'autre méthode consiste à acquérir la courbe initiale puis à serrer jusqu'à la dimension cible à l'aide d'une clé dynamométrique (méthode de type II). Pour la méthode de type II, il existe deux types de boulons (voir figure 4) : le boulon ordinaire et le boulon autobloquant. La courbe après étalonnage selon la méthode de type I est présentée figure 6. La figure 6 illustre les courbes des classes I et II d'auto-blocage. La méthode d'utilisation consiste à utiliser la courbe personnalisée de la classe d'ancrage commune, identique pour toutes les courbes (passant toutes par l'origine avec le même taux de segmentation et le même nombre de points) ; à verrouiller le type d'index du type de point d'ancrage (type I et marque d'ancrage, pente de la différence d'intervalle et nombre de points) ; et à obtenir les similarités.
L'expérience 3 consiste à définir l'ordonnée Y3 du graphique dans le logiciel d'acquisition de données comme coordonnée de température (à l'aide d'un capteur de température externe), à régler la course morte du boulon à 60 mm pour l'étalonnage, et à enregistrer le couple, la force axiale, la température et la courbe angulaire. Comme illustré sur la figure 8, la température augmente continuellement lors du vissage du boulon, et cette augmentation peut être considérée comme linéaire. Quatre boulons ont été sélectionnés pour l'étalonnage avec des écrous autobloquants. La figure 9 présente les courbes d'étalonnage des quatre boulons. On observe que les quatre courbes sont décalées vers la droite, mais de manière différente. Le tableau 2 consigne le décalage de la courbe d'étalonnage vers la droite et l'augmentation de température pendant le serrage. On constate que le décalage de la courbe d'étalonnage vers la droite est globalement proportionnel à l'augmentation de température.
3. Conclusion et discussion
Lors du serrage, le boulon est soumis à l'action combinée d'une contrainte axiale et d'une contrainte de torsion, et la force résultante de ces deux contraintes finit par provoquer sa déformation. Lors de l'étalonnage du boulon, seule la force axiale est prise en compte sur la courbe d'étalonnage afin de déterminer la force de serrage du système de fixation. Les résultats des essais présentés sur la figure 5 montrent que, bien qu'il s'agisse d'un écrou autobloquant, si la longueur initiale est enregistrée après que le boulon a été tourné manuellement jusqu'à ce qu'il soit presque en contact avec la surface d'appui du plateau de pression, les résultats de la courbe d'étalonnage coïncident parfaitement avec ceux d'un écrou ordinaire. Ceci démontre que, dans ces conditions, l'influence du couple d'autoblocage de l'écrou est négligeable.
Si le boulon est serré directement dans l'écrou autobloquant à l'aide d'une clé dynamométrique, la courbe se décale globalement vers la droite, comme illustré sur la figure 6. Ceci démontre que le couple de serrage influe sur la différence de temps acoustique dans la courbe d'étalonnage. Le décalage vers la droite du segment initial de la courbe indique que la force axiale n'est pas encore générée, soit parce que le boulon présente un certain allongement, soit parce que cette force est très faible, ce qui équivaut à ce que le boulon ne soit pas comprimé contre le capteur de force axiale. L'allongement du boulon à ce stade est manifestement un allongement parasite, et non un allongement réel. Cet allongement parasite est dû à la chaleur générée par le couple de serrage lors du serrage pneumatique, qui perturbe la propagation des ondes ultrasonores, ce qui se reflète sur la courbe. Ceci indique que le boulon s'est allongé, démontrant ainsi l'influence de la température sur les ondes ultrasonores. Pour la figure 6, l'écrou autobloquant est également utilisé pour l'étalonnage. Cependant, la courbe d'étalonnage ne se décale pas vers la droite car, malgré la friction générée lors du vissage de l'écrou, la chaleur est prise en compte lors de l'enregistrement de la longueur initiale du boulon. De plus, la durée d'étalonnage étant très courte (généralement inférieure à 5 s), l'influence de la température est négligeable sur la courbe caractéristique d'étalonnage.
L'analyse précédente montre que le frottement du filetage lors du vissage à l'air libre entraîne une élévation de la température du boulon, ce qui réduit la vitesse de propagation des ondes ultrasonores et se traduit par un décalage parallèle vers la droite de la courbe d'étalonnage. Le couple, tous deux proportionnels à la chaleur générée par ce frottement, est illustré à la figure 10. Le tableau 2 présente l'amplitude de ce décalage et l'élévation de température du boulon durant toute la procédure de serrage. On constate que l'amplitude du décalage est corrélée à l'élévation de température et présente une relation de proportionnalité linéaire, d'environ 10,1. En supposant une augmentation de température de 10 °C, la différence de temps acoustique augmente de 101 ns, ce qui correspond à une force axiale de 24,4 kN sur la courbe d'étalonnage du boulon M12. D'un point de vue physique, on explique que l'augmentation de la température entraîne une modification des propriétés de résonance du matériau du boulon, ce qui modifie la vitesse de propagation des ondes ultrasonores dans le milieu du boulon et affecte ainsi le temps de propagation des ondes ultrasonores.
4. Suggestion
Lors de l'utilisation d'écrous et de noix ordinairesécrou autobloquantPour calibrer la courbe caractéristique du boulon, différentes courbes caractéristiques seront obtenues selon les méthodes utilisées. Le couple de serrage de l'écrou autobloquant augmente la température du boulon, ce qui accroît le décalage temporel des ultrasons et provoque un déplacement vers la droite de la courbe caractéristique obtenue.
Lors de l'essai en laboratoire, l'influence de la température sur l'onde ultrasonore doit être éliminée autant que possible, ou bien la même méthode d'étalonnage doit être adoptée lors des deux étapes d'étalonnage des boulons et d'essai de force axiale.
Date de publication : 19 octobre 2022
