BRPI0412449B1

BRPI0412449B1 - método para garantir a qualidade do aperto de juntas aparafusadas

Info

Publication number: BRPI0412449B1
Application number: BRPI0412449A
Authority: BR
Inventors: Bo Lennart Hellmark; Carl-Gustaf Carlin
Original assignee: Atlas Copco Ind Tech Ab; Atlas Copco Tools Ab
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2004-07-06
Publication date: 2016-03-22
Also published as: EP1641599B1; DE602004023607D1; CN1819896A; KR20060026958A; SE0301984D0; WO2005002798A1; US7702493B2; JP2007521148A; EP1641599A1; BRPI0412449A; SE0301984L; SE525666C2; CN100519085C; KR101108755B1; US20060241815A1

Abstract

"método para garantir a qualidade do aperto de juntas aparafusadas". método para a garantia de qualidade de resultados de aperto de juntas aparafusadas quando apertando uma junta aparafusada até uma condição de pré-tensão necessária (fn) por meio de uma ferramenta de acionamento de suprimento de torque, onde um ou mais procedimentos de simulação de um processo de aperto de junta aparafusada através de um algoritmo específico visando a referida condição de pretensão necessária (f~ n~) mediante utilização de dados programados referentes à geometria da junta aparafusada, condições de fricção esperadas, características operacionais da ferramenta de acionamento, uma estratégia de aperto e valores adequados de parâmetros de aperto, para alcançar deste modo uma condição de pré-tensão simulada (fs) que é comparada com a referida condição de pré-tensão resultante (f~ p~) de um processo de aperto realizado na prática através do mesmo algoritmo especifico e avaliação do resultado da comparação para aceitação ou recusa da qualidade.

Description

MÉTODO PARA GARANTIR A QUALIDADE DO APERTO DE JUNTAS

APARAPUSADAS A invenção refere-se a um método para garantir a qualidade de processos de aperto de juntas aparafusadas onde juntas aparafusadas são apertadas até uma condição necessária de pré-tensão, uma força específica de aperto necessária, por meio de uma ferramenta de acionamento de suprimento de torque.

Ao apertar juntas aparafusadas, especíalmente as juntas aparafusadas típicas da indústria automobilística e de fabricação similar em volume, uma força de aperto homogênea e bem definida é o alvo na maioria das aplicações. Diversos métodos foram desenvolvidos para controlar a força de aperto pelo meio indireto de medições de torque, ângulo e tempo, isto ê, os parâmetros mensuráveis de um aperto típico de junta aparafusada. Durante as fases de projeto de uma junta aparafusada, cálculos teóricos complementados com testes ou simulações em escala real auxiliam a decidir que método de aperto deve ser usado.

Um sistema moderno de aperto de juntas aparafusadas, como o sistema PowerMACS comercializado por Atlas Copco, compreende um ou mais eixos acionadores de máquinas elétricas para atarraxar porcas e um sistema de monitoração e controle que inclui um computador de processo ou inteligência do sistema. Cada eixo acionador de máquina elétrica para atarraxar porcas está equipado com um ou mais transdutores de torque e um ou mais codificadores de ângulo. 0 sistema mede a corrente do motor e a velocidade do motor de diversos modos.

Diversos métodos foram desenvolvidos para controlar, ou eliminar o máximo possível, a influência negativa da fricção entre rosca e superfícies de contato, geometria do parafuso e propriedades do material. Todos estes métodos são baseados em algoritmos de software que formam parte dos programas do controlador e tornam possível controlar e compensar a maioria das variações encontradas no processo de fabricação. É usado um programa de simulação no sistema de aperto de juntas aparafusadas descrito acima, PowerMACS, para simular a produção de resultados que levam em conta algum hardware, características das juntas e parâmetros variáveis de entrada e que usam os mesmos parâmetros de software que os usados no aperto real de juntas aparafusadas realizado pelo PowerMACS. Os resultados das simulações são registrados como estatísticas de fabricação geralmente avaliadas pelos engenheiros QA da indústria. Com os dados representativos das juntas aparafusadas, hardware e software do sistema, o programa de simulação tem a vantagem de ser capaz de calcular também a força de aperto da junta aparafusada, que representa a informação mais desejada. Sob condições de fabricação, as informações sobre a força de aperto alcançada só podem ser obtidas indiretamente, o que é um inconveniente. 0 principal objetivo da invenção é obter informações confiáveis sobre resultados de aperto pela combinação de dados resultantes da fabricação real com resultados simulados baseados em diversos parâmetros, por meio do que, entre outras coisas, podem ser continuamente registradas informações sobre a força de aperto.

Os parâmetros de entrada mais importantes usados no procedimento de simulação são as características da junta aparafusada, incluindo o gradiente torque-ângulo que ê uma definição razoavelmente boa das características combinadas do parafuso e dos elementos a serem apertados. Um cálculo contínuo do gradiente torque-ângulo melhora os resultados de aperto a um nível muito mais elevado. 0 método de acordo com a invenção torna também possível não apenas registrar o torque e ângulo instalados, mas é capaz de registrar continuamente os valores das taxas de torque e de algumas estatísticas como Cpk (índice de capacidade para o sistema). Permite também registrar uma força de aperto simulada continuamente, assim como avisos para tratamentos de superfícies alteradas e condições de fricção alteradas da junta aparafusada, etc; 0 registro pode também conter não apenas gráficos que mostram curvas típicas torque-ângulo ou torque-tempo, mas também força de aperto em função do ângulo e/ou força de aperto em função do tempo. 0 novo método significa um aperfeiçoamento no que se refere à compreensão da fabricação e a sugestões dos tipos de aperfeiçoamentos que podem ser alcançados no processo de aperto. A invenção é descrita abaixo em maior detalhe com referência aos desenhos anexos nos quais: A Figura 1 mostra um fluxograma de registro progressivo de um processo de aperto de acordo com a invenção; e a Figura 2 mostra um diagrama que ilustra a relação entre o torque de aperto e o torque de desaperto.

Tudo começa na parte superior do fluxograma com o projeto básico da junta aparafusada destinada ao aperto real de dois ou mais elementos, incluindo o projeto dos próprios elementos. A finalidade da junta aparafusada é realizar uma determinada condição de prê-tensão ou força necessária de aperto FH.

Em uma segunda etapa, é realizada uma simulação de um processo de aperto, onde os detalhes da junta aparafusada tais como geometria do parafuso e tratamento da superfície são selecionados, assim como o tipo de ferramenta de acionamento a ser usada e que método de aperto deve ser aplicado. São também escolhidos em termos empíricos os parâmetros de aperto como nível de torque, ângulo de rotação e/ou intervalo de tempo. A simulação compreende diversos processos simulados de aperto baseados em valores de parâmetros escolhidos aleatoriamente dentro dos limites de desvio ou tolerâncias de cada parâmetro. 0 resultado é apresentado pelo programa de simulação como um valor médio e um intervalo de dispersão da força de aperto, torque, ângulo e taxa de torque, isto é, crescimento do torque por ângulo de rotação, obtidos.

Em uma terceira etapa, a força de aperto simulada resultante Fs é comparada com a força de aperto necessária FN e, no caso do resultado estar fora de certos limites de tolerância, é realizada uma nova simulação com valores de parâmetros ajustados. Isto é repetido até que seja obtido um resultado aceitável onde a força de aperto obtida esteja dentro das tolerâncias para a força de aperto necessária Fh. A partir do processo de simulação são obtidos os valores doa parâmetros de torque e ângulo, assim como de taxa de torque.

Em uma quarta etapa, os valores aceitos dos parâmetros usados no processo de simulação de aperto são aplicados no programa de controle do equipamento de aperto do parafuso para o aperto de fabricação prático.

Em uma quinta etapa, é realizado o aperto da junta aparafusada de fabricação, e os parâmetros resultantes de torque TACT, ângulo de rotação AACt, taxa de torque TRAct são comparados com os valores simulados e limites de tolerância. Se os valores de fabricação estiverem fora dos limites de tolerância estabelecidos pelo aperto simulado, a fabricação é interrompida com registros de desvio ou continuada com alarme e registros de desvios.

Se em uma sexta etapa a fabricação ainda resultar em desvios fora dos limites de tolerância simulados estabelecidos pelo processo de simulação, a junta aparafusada pode ficar condicionada à obtenção de menor fricção de dispersão e/ou o programa de controle de fabricação é calibrado em relação aos desvios nos parâmetros de aperto. Isto pode resultar em uma segunda interrupção e procedimento de registro onde os alertas alternativos são: alarme + fabricação continuada, alarme + interrupção de fabricação, registro de desvios de geometria, ou registro de desvios de superfície.

Ao calibrar a fricção, a junta aparafusada é apertada e desapertada enquanto os valores de torque e ângulo são registrados e a relação torque-ângulo e calculada em ambas as direções. 0 torque é função das características tanto de fricção como de geometria da junta, tais como o passo da rosca e elasticidade da junta, e na direção de aperto o passo e elasticidade cooperam com a fricção para criar uma resistência ao torque. Na direção de desaperto, a fricção ainda provoca resistência ao torque, enquanto que a geometria "ajuda" a máquina elétrica para atarraxar porcas a girar a junta. Isto significa que Taperto = kA + cA, onde k é influenciado pela fricção e c é influenciado pela geometria da junta. Vide Figura 2. Quando desapertando a junta, aplica-se: Tdesaperto = kA - cA.

Os respectivos gradientes são: dTapert0/cLA = k + c, e dT^esaperto/dA = k ~ C.

Consequentemente: k = Já (dTaperto/dA + dT<jesaperto/dA) -> kmédíoí ”> N(jev C = Já (dTaperto/dA - dT^esaperto/dA) -> CmédioJ ~> C<jev Diversas técnicas SPC podem ser usadas para alertar para desvios de valores esperados.

Se kmédio > kumite, existem deficiências de superfície e/ou lubrificação.

Se cmédio < Ciimitei existem deficiências geométricas.

Isto é um meio de determinar o coeficiente de fricção e se o coeficiente de fricção está dentro dos limites normais de desvio. Se não estiver, a razão para os desvios deve ser devida a deficiências geométricas na junta aparafusada. Consequentemente, é possível determinar se é um desvio baseado em fricção ou do tipo geométrico para os desvios do resultado final. Se tiverem que ser feitas alterações para evitar faltas nos tratamentos da superfície ou no projeto da junta, devem ser realizadas novas simulações.

Claims

1. Método para garantir qualidade de resultados de aperto de juntas aparafusadas quando do aperto de uma junta aparafusada até uma condição de pré-tensão necessária (FN) por meio de uma ferramenta de acionamento de suprimento de torque, caracterizado por: um ou mais procedimentos de simulação de um processo de aperto de junta aparafusada através de um algoritmo específico visando a condição de pré-tensão necessária (F„) mediante utilização de dados programados referentes à geometria da junta aparafusada, condições de fricção esperadas, características operacionais da ferramenta de acionamento, uma estratégia de aperto escolhida e valores adaptáveis de pelo menos um parâmetro de aperto, para alcançar deste modo uma condição de pré-tensão simulada (Fs) aceitavelmente próxima da referida condição de pré-tensão necessária (FN), realizar na prática um processo de aperto de junta aparafusada pelo controle da ferramenta de acionamento de acordo com a estratégia de aperto escolhida e visando a condição de pré-tensão necessária (FH) pela utilização do algoritmo específico assim como dos dados programados referentes â geometria da junta aparafusada, das características operacionais da ferramenta de acionamento e dos valores dos parâmetros de aperto conforme obtidos do procedimento de simulação, para deste modo alcançar uma condição de pré-tensão processada na prática (FP), comparar a condição de pré-tensão processada na prática (Fp) com a condição de pré-tensão simulada (Fs) e avaliar do resultado da comparação para aceitação ou recusa da qualidade.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do procedimento de simulação ser repetido diversas vezes e ser baseado em valores aleatoriamente escolhidos do método dos dados dentro de faixas de desvio padrão, para obter deste modo um valor médio e uma faixa de desvio da condição de pré-tensão simulada (Fs), e da condição de pré-tensão processada na prática (FP) ser comparada com os limites da faixa de desvio para obter aceitação ou recusa da condição de pré-tensão processada na prática (FP) .

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato dos resultados de simulação incluírem também valores dos parâmetros de torque (T), ângulo de rotação (A) e taxa de torque (dT/dA) obtidos na condição de pré-tensão simulada (Fs), e dos valores dos parâmetros obtidos na prática serem comparados com os valores dos parâmetros obtidos na simulação.

4. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato do processo prático de aperto ser realizado repetidamente e dos valores de todas as condições de pré-tensão processadas na prática resultantes (FP) serem comparados e estatisticamente avaliados tanto em relação aos limites da faixa de desvio como em relação ao valor médio da condição de pré-tensão simulada (Fs) .

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato das condições de pré-tensão processadas na prática resultantes (Fp) que caem fora dos limites da faixa de desvio serem analisadas por aperto e desaperto de uma junta aparafusada do tipo real, para determinar deste modo se existe uma influência de fricção ou geométrica que tenha provocado tal desvio inaceitável da condição de pré-tensão processada na prática (FP) .