Kierteet Technical University of Gabrovo Yordanka Atanasova Käännös: Sanna Nykänen, Tampereen teknillinen yliopisto Muovituotteeseen voidaan valmistaa kierteitä kolmella tavalla: a) ruiskuvalamalla kierre suoraan kappaleeseen kierremeistin avulla b) asettamalla kappaleeseen kierteistetty metalli insertti c) lastuamalla Suunniteltaessa muovituotteeseen kierteitä, jotka valmistetaan suoraan ruiskuvalun yhteydessä, on muistettava huomioida eri muovimateriaaleista riippuva kutistuma kappaleen jäähtyessä. Tämä on huomioitava etenkin valmistettaessa sisäkierteitä kierremeistillä. Kappaleeseen sijoitettavia metalli inserttejä käytetään muovisissa muttereissa, jos mutteria on tarpeen käyttää metallisen ruuvin tai pultin kanssa ja/tai mutteria aukaistaan/suljetaan säännöllisesti. Lastuamalla valmistetaan pienihalkaisijaisia muovikierteitä suurissa erissä. Valmistettaessa muovisia kierteitä, kierteen profiili voi vaihdella, mutta yleensä suositellaan käytettäväksi metrisiä kierteitä, elleivät käyttöolosuhteet vaadi jotain erilaista tyyppiä. Metrinen kierre voidaan esittää kolmionmuotoisena profiilina, jossa syvyys on H, leikattu harja H/8 ja tyvi H/4 (kuva 1.) Kuva 1: Ulkohalkaisija d, sisähalkaisija d1, keskihalkaisija d2, kierteen jako s, kierteen syvyys h, kierrekulma α, kierteen nousu l (standardikierteisissä liitoksissa l = 0,8d). Mitoittaminen Kierteen kulmasta, α, riippuen, kierteet luokitellaan metrisiksi kierteiksi, tuumaisiksi kierteiksi, putkikierteiksi, yms. Metristen ja tuumaisten kierteiden terävät kierteet muodostavat sisäisiä jännityksiä ja alentavat kappaleen lujuutta. Tämän vuoksi kierteitä, joiden jako, s, on alle 0,4 mm ei suositella. Jos kierteinen kappale valmistetaan joustavasta kestomuovista (kuten PE HD, PE LD tai PP), on kierteen syvyys oltava sopiva estämään sen löystyminen tai liitoksen rikkoutuminen. Kierteen minimihalkaisija materiaaleista, kuten ABS, PMMA, PE ja PP, valmistetuille kappaleille on 2,5 mm. Kierteen minimijako on riippuvainen halkaisijasta ja voidaan määrittää taulukon 1. mukaisesti. Kierteet 1
Kierteen juuren nimellinen minimitaivutussäde on rn = H/6 = 0,144s. Minimi sallittu taivutussäde on rmin = H/8 = 0,108s. Muovisten kierreliitosten lujuutta voidaan nostaa välttämällä käyttämästä nimellisiä taivutussäteitä pienempiä säteitä (etenkin holkkien ja ruuvien tapauksessa). Nousun pituus, l, ei saisi ylittää sen halkaisijan, d, suuruutta kuin korkeintaan kaksinkertaisesti. Kierteen pitävyyden parantamiseksi sen alkuun voidaan lisätä uloke, l1, sekä lopetus, l2 (kuva 2.). Ulokkeen, l1, pituus kierteen alusta on oltava 1,0 mm kierteen jakovälin, s, ollessa < 0, 75 mm; jos s = 0,75 mm, l1 = 1,5 mm ja jos s > 1,5 mm, l1 = 2,0 3,0 mm. Ulokkeen, l2, pituus on riippuvainen kierteen jaosta sekä halkaisijasta. Kun d < 30 mm ja s < 1,0 mm on l2 2 mm ja kun s > 1,0 mm, l2 = 4 mm; d > 30 mm, l2 = 6,0 10,0 mm. Kierteistetyn reiän ja osan b1 väliseen minimietäisyys on riippuvainen kierteen halkaisijasta (kuva 3., taulukko 2. ). Jotta kappaleen lujuus säilyy mahdollisimman hyvänä, on myös kiinnitettävä huomiota kierteistettyjen reikien, b2, väliseen minimietäisyyteen sekä pohjan paksuuteen, b3, pohjallisten reikien tapauksessa. Taulukko 1. Kierteen mitoitusta. Kierteen halkaisija, (mm) Ulkohalkaisija, d Keskihalkaisija, d2 Sisähalkaisija, d1 Kierteen jako, s, (mm) Kierteen syvyys, h, (mm) 2,5 2,208 2,013 0,45 0,243 3,0 2,675 2,459 0,50 0,325 4,0 3,546 3,242 0,70 0,379 5,0 4,480 4,134 0,80 0,433 6,0 5,350 4,918 1,00 0,541 8,0 7,188 6,647 1,25 0,676 10,0 9,026 8,376 1,50 0,812 12,0 10,863 10,106 1,75 0,947 14,0 12,701 11,835 1,0 1,082 18,0 16,376 15,294 2,5 1,353 24,0 22,051 20,752 3,0 1,624 30,0 27,727 26,211 3,5 1,894 36,0 33,402 31,670 4,0 2,165 42,0 39,077 37,129 4,5 2,435 Kierteet 2
Kuva 2: Ulokkeiden lisääminen kierteeseen. Taulukko 2. Kierteen halkaisija, d, (mm) Välimatka, b1, (mm) Välimatka, b2, (mm) Paksuus, b3, (mm) 3,0 2.0 1.3 2.0 3,0 6,0 2.5 2.0 3.0 6,0 10,0 3.0 2.5 3.8 10 4.3 3.8 5.0 Kun muovituotteessa on useita kierteitä, joilla on eri halkaisijat, on suositeltavaa käyttää kaikissa kierteissä samaa nousua, jotta muotin suunnittelu helpottuu. Taulukossa 3. on esitelty joitain huomioon otettavia sääntöjä kierteitä sisältävien ruiskuvalettavien tuotteiden suunnittelussa. Taulukko 3. Kierteitä sisältävien kappaleiden suunnittelu. Väärin Oikein Huom. R s Kierteissä pitäisi olla paremman lujuuden saavuttamiseksi aloitusja lopetusuloke (kierteetön osuus). s Kierteen lopussa on oltava kierteetön osuus. Kierteen lopussa on oltava kierteetön osuus. Kierteet 3
Taulukko 4 jatkuu. Kierteitä sisältävien kappaleiden suunnittelu. Väärin Oikein Huom. s Pohjallisessa mutterissa on oltava pohjalla kierteetön osuus, jottei synny jännityskonsentraatioita. R 1,5 Korkissa on oltava pohjalla kierteetön osuus, jottei synny jännityskonsentraatioita. M16x1,5 M16x1 Kappaleessa, jossa on useita kierteitä, on kierteissä oltava sama nousu, jotta ulostyöntö helpottuu. M12x1 M12x1 Kierteet on sijoitettava kappaleen ääriviivan ulkopuolelle, jottei synny muodonmuutoksia. Kierteitä ei saisi sijoitella paksunnoksiin, jottei synny muodonmuutoksia. Kierteet 4
Tyypillisesti metristen kierteiden halkaisijat ovat välillä 1 180 mm. Kierteistettyjä ruiskuvalukappaleita valmistettaessa on harjan reunat pyöristettävä sisä ja ulkokierteistä rmax:n mukaan. rmax = 0,054s, kun s<0,5mm ja rmax = 0,034s + 0,02mm, kun s> 0,5 mm. Toleranssit ja sovitteet Ulkoisen kierteen tyvi voi olla pyöristetty tai tasainen. Muottia suunniteltaessa tärkeintä on pyöristys tai tasomaisuus etäisyydellä H/6 = 0,144s profiilin harjasta. Seuraavat pääsäännöt pätevät kierteistetyille muovikappaleille: Halkaisijoiden ja nousujen on oltava taulukon 1. mukaisia; Jos halkaisija < 4 mm, nousun on oltava vähintään 0,45 mm; jos halkaisija > 16 mm, on nousun oltava vähintään 0, 5 mm; halkaisijan ollessa enemmän kuin 18 mm, nousun on oltava enemmän kuin 0,75 mm ja halkaisijan ollessa enemmän kuin 36 mm, on nousun oltava enemmän kuin 1, 0 mm; Halkaisijoille 4 8 mm välillä, on suositeltavaa käyttää suuria nousuja (taulukko 4.). Nämä mitat soveltuvat sekä muovi metalliliitoksiin että muovimuoviliitoksiin. Kierteiden halkaisijoiden toleranssit viittaavat kierteen normaaliin pituuteen, N, tai koko kierteen pituuteen, jos se on pienempi kuin yksittäisen kierteen normaali pituus. Kierteisissä muoviliitoksissa käytetään kahdenlaisia sovitteita; liukusovitteita sekä sovitteita, joissa on välys. Ulkoisen kierteen tapauksessa sovite valmistetaan normaalin reiän tavoin poikkeaman H/g mukaan tai peruspursesysteemillä käyttämällä poikkeamaa G/h (G ja H ovat sisäisen kierteen marginaalitoleransseja). Eri yhdistelmät reunatoleransseista ovat sallittuja sisä ja ulkokierteille, mutta samaa tarkkuutta vaaditaan. Taulukko 5. Muovisia kierteitä, joissa on suhteellisen suuret nousut. Halkaisija, (mm) Ulkohalkaisija, d Keskihalkaisija, d2 Sisähalkaisija, d1 Nousu, s, (mm) Syvyys, h, (mm) 3.0 2.480 2.134 0.80 0.433 4.0 3.350 2.918 1.00 0.541 5.0 4.026 3.376 1.50 0.812 6.0 5.026 4.376 1.50 0.812 8.0 7.026 6.376 1.50 0.812 Reunatoleranssin leveys määritetään valitun tarkkuuden mukaan. Myös kierteen pituus on huomioitava sovitetta valittaessa; lyhyt M, normaali N tai pitkä L. Sisäisten ja ulkoisten kierteiden reunatoleranssit vastaavat kolmea eri tarkkuutta; keskimääräinen, karkea ja erittäin karkea (taulukko 5.). Kierteen pituuksille M ja L lisäreunatoleranssien käyttö on sallittua (taulukko 6.) Kierteet 5
Taulukko 6. Kierteisten kappaleiden reunatoleransseja. Tarkkuus Reunatoleranssi Ruuvi Mutteri Keskitarkka 6h 6g 6H 6G Karkea 8h 8g 7H 7G Erittäin karkea 10h 8h 9Н 8Н Taulukko 7. Lisätoleransseja kierteisille kappaleille riippuen kierteen pituudesta. Tarkkuus Kierteen pituus M L Reunatoleranssi Ruuvi Mutteri Ruuvi Mutteri Keskitarkka 7h6h 7g6g 7H 7G Karkea 7h6h 7g6g 6H 6G 9h8h 9g8g 8H 9G Erittäin karkea 9h8h 9g8g 8H 8G Ruiskuvalamalla tai painamalla eri kutistumat omaavista materiaalista valmistettujen kierteiden tarkkuus saadaan käytännössä määritetyistä kuvaajista. Jos kierteet valmistetaan muotissa, jossa nousu on vääränlainen, haluttu tarkkuus saavutetaan vain jos kierteen pituutta pienennetään, sillä suurille pituuksille kierteen tarkkuus heikkenee materiaalin kutistuman vuoksi. Myös lujuus heikkenee. Jotta kierteelle saadaan sama lujuus kuin kappaleen seinämille, on kierteitten pituuden oltava juuri oikeanlainen. Ottaen huomioon muovimateriaalin kutistuma, kierteiden määrä, n, saadaan seuraavan kaavan mukaisesti: Kierreliitosten tarkkuus n =, mδs 2S max missä n on kierteiden lukumäärä, ΔS = muovin kutistumisessa tapahtuvat muutokset ja Smax = muovin maksimikutistuma. Kierteet 6