MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2012 TOMÁŠ HRUBÝ

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Renovace poškozených závitových spojů Bakalářská práce Vedoucí práce: Ing. Jiří Votava, Ph.D. Vypracoval: Tomáš Hrubý Brno 2012

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma RENOVACE POŠKOZENÝCH ZÁVITOVÝCH SPOJŮ vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne.. podpis bakaláře...

PODĚKOVÁNÍ: Děkuji panu Ing. Jiřímu Votavovi, Ph.D. za odborné vedení, cenné rady a věcné připomínky při zpracování bakalářské práce.

ABSTRAKT Bakalářská práce poskytuje informace o použití závitů, jejich poškození a následné renovaci. Jednotlivé kapitoly pak přibližují základní rozdělení závitů, použití v automobilovém průmyslu, druhy a příčiny poškození. Také jsou zde uvedeny opatření a postupy proti vzniku poškození a samotná oprava závitu. Nakonec jsou shrnuty výhody a nevýhody metod opravy závitu. Klíčová slova: použití závitů, poškození, oprava, závitová vložka, montáž a demontáž, koroze ABSTRACT The bachelor s thesis provides information about the use of threads, their damages and the subsequent renovation. Chapters define the basic dividing of threads, the use in the automotive industry, kinds of threads and causes of damage. Also are there listed measures and procedures against the occurrence of harms and specific repair of threads. In the end there are summarized advantages and disadvantages of methods of repair threads. Keywords: use threads, damage, repair, threaded insert, assembly and disassembly, corrosion

OBSAH 1 ÚVOD... 8 2 CÍL PRÁCE... 8 3 DRUHY ZÁVITŮ... 9 3.1 Základní rozdělení... 10 4 VYUŽITÍ ZÁVITŮ V AUTOMOBILOVÉ TECHNICE... 10 4.1 Závity v interiéru automobilu... 10 4.2 Závity v motoru automobilu... 11 4.3 Závity v karoserii automobilu... 13 5 POŠKOZENÍ ZÁVITŮ... 14 5.1 Koroze... 14 5.1.1 Rozdělení koroze... 15 5.1.2 Ochrana proti korozi... 15 5.2 Chybná a častá montáž a demontáž... 16 5.3 Přetížení závitu a provozní vlivy... 17 5.4 Prevence škod... 18 5.4.1 Analýza spolehlivosti... 18 6 RENOVACE ZÁVITŮ... 19 6.1 Vrtání nového závitu... 20 6.1.1 Výroba třískovým obráběním... 20 6.1.2 Výroba beztřískovou technologií... 22 6.2 Renovace pomocí závitových vložek... 23 6.2.1 Systém... 24 6.2.2 Použití... 25 6.2.3 Vlastnosti a přednosti... 26 6.2.4 Montáž... 29 7 POROVNÁNÍ METOD RENOVACE... 32

8 ZÁVĚR... 34 9 SEZNAM LITERATURY... 35 10 SEZNAM OBRÁZKŮ A TABULEK... 37

1 ÚVOD Závitové spoje se používají již řadu let v nejrůznějších materiálech a jsou nedílnou součástí v různých odvětvích průmyslu. Jejich výhodou je snadná a rychlá montáž a demontáž. Jsou však na ně kladeny čím dál vyšší nároky, tudíž je nutné se zabývat jejich dalším vývojem. V praxi jsou závitová spojení vystavována vysokému zatížení a vlivům různých prostředí. Také jejich častou nebo chybnou manipulací dochází k opotřebení. Závity mnohdy za takových podmínek, kdy dochází k přetížení a nepravidelným rázům, dlouho nevydrží a dojde k jejich poškození. Za tímto účelem se začaly vyvíjet technologie k jejich renovaci. Ať už pomocí převrtání závitu, nebo použitím závitových vložek. Opravené závity mívají velmi často lepší vlastnosti než závity původní. To ovšem záleží na zvoleném způsobu opravy. 2 CÍL PRÁCE Cílem práce bylo rešeršní zpracování informací o závitových spojeních. Práce se zaměřuje především na teoretický popis použití, poškození a renovaci závitů. Je rozdělena do pěti kapitol. V první je okrajově nastíněno rozdělení závitů dle profilu stoupání, druhá, již obsáhlejší kapitola, se zabývá použitím závitových spojení v oblasti automobilového průmyslu. Třetí část je zaměřena na poškození závitů korozí, chybnou a častou montáží nebo demontáží, přetížením závitu a provozními vlivy. Je zde také nastíněna prevence škod a analýza spolehlivosti. Čtvrtá kapitola pak pojednává o jejich opravě pomocí závitových vložek a vrtáním nového závitu. Poslední pátá kapitola přináší zhodnocení metod opravy. 8

3 DRUHY ZÁVITŮ Závitové spoje (šroubové a maticové spoje) byly vyvinuty pro snadné, rychlé a následně znovu demontovatelné spojení materiálů. Postupem času se začalo dbát na rychlejší a přesnější výrobu a na snižování nákladů. Důležitým faktorem při výrobě se také stává neustále přísnější ochrana životního prostředí a bezpečnost práce. (Řasa, Švercl, 2004) Podle stoupání a profilu se závity rozdělují následovně: M závit metrický: nejširší uplatnění má především u šroubových spojů. Metrický závit je tvořen trojúhelníkovým profilem s otupenými vrcholy a zaoblenými dny. W závit palcový (Whitworthův): Téměř se nepoužívá, jen při opravě starých mechanismů. G závit trubkový válcový: Jedná se o závity s užší škálou použití. Vyskytují se především v potrubní technice. Závit je palcový bez větších vůlí u dna i vrcholu. R závit trubkový kuželový: Díky deformaci vrcholů závitu při silnějším utažení splňuje toto spojení vysoké nároky na těsnost. Výroba je však obtížná. Rd závit oblý: Oblast použití je hlavně ve spojeních, kde dochází k časté montáži a demontáži. Je tvořen z kruhových oblouků, které jsou napojeny přímkovými úseky. Závity speciální: Do této skupiny patří např. závity pro šrouby do plechu či dřeva nebo samořezné šrouby. V elektrotechnice se pak používají na žárovky, pojistky, izolátory a jiné. (Řasa, Švercl, 2004) 9

3.1 Základní rozdělení Závity je možno dělit do dvou základních skupin: Vnější závity (šrouby) Vnitřní závity (matice) Důležitou vlastností závitu je stoupání. To může být buď levotočivé, nebo pravotočivé. Výroba se provádí dvěma způsoby, a to ručně (spíše oprava nebo kusová výroba) nebo strojně. (Kříž, Vávra, 1994) 4 VYUŽITÍ ZÁVITŮ V AUTOMOBILOVÉ TECHNICE Výroba automobilů patří k nejvýznamnějším odvětvím průmyslu, kde použitá technologie inspiruje mnoho dalších oborů. Inovace a technický růst rozhoduje v dnešní době o případném úspěchu či neúspěchu výrobce. 4.1 Závity v interiéru automobilu Interiér se stává důležitým faktorem automobilů, který zákazníci velmi často požadují řešit na míru. Vnitřek vozu je složen z různých částí od airbagu po přístrojovou desku, kde se používá mnoho závitových spojení. Obr. 1 Použití závitů v interiéru automobilu 10

Pojistková skříň, pouzdro klimatizace, úchytka ke skříňce či pomůcky pro tělesně postižené. To všechno jsou plastové díly, kde se využívá závitů (viz obr. 1). Tato spojení pomáhají vyřešit např. závitové vložky AMTEC pro plasty od firmy BÖLLHOFF (viz obr. 2). Oproti samořezným šroubům mají tu výhodu, že díly spojené těmito vložkami mohou být velmi často montovány a demontovány bez hrozby poškození závitu. Vyznačují se vysokou spolehlivostí a odolností proti vytržení. Uplatnění nacházejí samozřejmě i v jiných částech vozu. Obr. 2 Závitová vložka do plastů 4.2 Závity v motoru automobilu Závitová spojení jsou nedílnou součástí motoru a motorových agregátů (viz obr. 3, 4, 5). Mezi důležité vlastnosti motorů automobilů patří dynamika jízdy a jízdní komfort. Potřeby zákazníků, které se týkají těchto vlastností, neustále narůstají. S tímto trendem vyvíjejí jednotliví výrobci automobilů nové koncepty převodovek a pohonných ústrojí. Spojovací díly a montážní technika jsou v této oblasti nezbytné. V motoru jsou závity vystaveny silnému mechanickému namáhaní. Proto je nutné dbát na správnou konstrukci a vhodnou volbu závitového spojení. 11

Obr. 3 Závit svíčky v zapalování Obr. 4 Závit v hliníkovém odlitku motoru odsávací zařízení skříň čerpadla horní víko motoru Obr. 5 Další použití závitů v automobilu 12

4.3 Závity v karoserii automobilu Aktuální trend u navrhování nových automobilů je vyrobit karoserii lehkou, ale zároveň bezpečnou (viz obr. 6). U výroby se tedy stává důležitým aspektem technologie spojování různých částí karoserie. S nárůstem těchto požadavků byla vyvinuta různá závitová spojení nejen pro plechy, ale i pro umělé hmoty. Jedním z takových spojovacích systémů jsou např. nýtovací matice a šrouby RIVKLE od firmy Böllhoff (viz obr. 7) nebo lisovací a nýtovací šrouby od firmy Heyman. Obr. 6 Karoserie automobilu Tyto nýtovací šrouby a matice představují řešení pro místa s nízkou tloušťkou stěny, kde není možné vrtání závitu. Jejich montáž se provádí bez uchycení na protější straně, dají se tedy použít i v dutých profilech. Mezi hlavní výhody patří: malý přesah hlavy, který brání poškození, krátké montážní časy, vysoká nosnost, odolnost proti otočení, korozi a vysokým teplotám. Vydrží vyšší předpínací síly ve spojení díky vyšším utahovacím momentům. Vyrábí se z nerezové oceli nebo hliníku. Pro vysokou tuhost při zatížení je hlava tvářena za studena. Nízké radiální napětí při montáži zabraňuje zlomení měkkých nebo křehkých obrobků. Nevýhodou však je, že k montáži je zapotřebí originálního nářadí. 13

Obr. 7 Nýtovací matice RIVKLE 5 POŠKOZENÍ ZÁVITŮ Mezi hlavní příčiny, kdy dochází k poškození závitu, patří koroze, nedbalost a příliš častá montáž nebo demontáž. Poškození může také nastat působením provozních vlivů, kdy dojde k uvolnění spoje a následným rázům. Důležité je dbát i na opatrnost při odstraňování zbytku přetrženého šroubu. (Pošta, Výukový materiál, PowerPoint) 5.1 Koroze Koroze závitové části šroubu je jedním z nejčastějších případů poškození (viz obr. 8). V krajních případech může způsobit přetržení šroubu. Stává se, že se nepodaří odstranit zbytek šroubu bez poškození závitu, nebo je následkem koroze zcela zničen. Koroze se může definovat jako samovolné znehodnocování materiálů. Její vznik je způsoben vzájemným působením materiálu a prostředí. Jedná se o chemické, nebo elektrochemické narušení povrchu materiálu látkami z okolního prostředí. Jejich vliv se projevuje rozpadem struktury kovu. Látky způsobující korozi na sebe vážou prvky kovových materiálů. Tím se uvolňují jednotlivé atomy ze struktury. Patří k nim kyslík, voda, slabé kyseliny, soli a chemikálie používané při provozu strojů při průmyslové výrobě. (Dillinger, 2007) Působením koroze může dojít ke změně struktury materiálu, vzhledu, pevnosti, hmotnostním a rozměrovým úbytkům. Všechny tyto změny můžou mít vliv na provozní 14

spolehlivost, bezpečnost, efektivitu provozu a výroby. Proti korozi se dá částečně bránit antikorozní ochranou. (www.fs.cvut.cz) 5.1.1 Rozdělení koroze Rozdělení koroze se může provézt podle mnoha faktorů. Jedním z nich je např. rozdělení podle druhu napadení materiálu. To může být rovnoměrné (napadení je rovnoměrné po celém povrchu materiálu), nebo nerovnoměrné (napadena je pouze určitá část povrchu nebo i vnitřku materiálu). Typy nerovnoměrné koroze: důlková, bodová, lamelární, mezikrystalová, transkrystalová, selektivní. (www.fs.cvut.cz) Dalším způsobem rozdělení koroze je podle druhu korozních dějů: chemická, elektrochemická a ostatní (biologická koroze mikroorganismy, kavitace). (www.fs.cvut.cz) V neposlední řadě se může koroze dělit podle reakčního prostředí. To může být buď elektricky vodivé, nebo nevodivé. (www.fs.cvut.cz) 5.1.2 Ochrana proti korozi Volba ochrany závisí na technickém a ekonomickém posouzení. Možností jak zabránit korozi materiálu je více. Například volba vhodného materiálu je jedním z nejdůležitějších faktorů. Je třeba ale znát vlastnosti a odolnost onoho materiálu v daném korozním prostředí. Někdy se může stát, že zvolený materiál, který by byl nejvhodnější z hlediska odolnosti proti korozi nelze použít z důvodu pevnosti a cenové dostupnosti. Potom je nutné řešit ochranu proti korozi jinak. Existují například antikorozní konstrukční pravidla, říkající jak jednotlivé části konstruovat, aby se snížilo nebezpečí koroze. (Dillinger, 2007) Dalším opatřením může být zmenšení agresivity korozivních látek v okolí. To lze snížit např. pomocí inhibitorů, které se přidávají do obráběcích kapalin. Tato ochrana se používá během třískového obrábění. (Dillinger, 2007) Bránit se proti korozi lze i nanášením antikorozních vrstev. Používají se např. tuky a oleje. K chemickým úpravám proti korozi patří fosfátování, brynýrování a chromátování. K ochraně před vlivem okolí slouží také antikorozní nátěry. (Dillinger, 2007) 15

K zajištění a ochraně závitových spojů se používají tzv. zajišťovače. Ty brání samovolnému povolování, chrání před vibracemi a působením rázovitého zatížení. Při aplikaci je zcela vyplněn prostor mezi závity, čímž je zabráněno vzniku koroze a tření. (www.prumex.cz) Pro ochranu závitů se dále používá žárové niklování o teplotě pouze do 250 C. Průchodnost závitu je pak zajištěna dodatečným opracováním. Další možností jak předejít korozi závitu je anorganické pozinkování. Teplota lázně bývá do 300 C. (www.k2l.cz) Prostředí hraje důležitou roli u volby povrchové úpravy závitu, např. jeden typ povlaku poskytuje kvalitní ochranu proti korozi ve slaném prostředí, zatímco druhý brání korozi lépe v prostředí s kyselými parami. Povrchové úpravy bývají testovány v solné mlze pro srovnání jejich korozní odolnosti a to podle norem DIN 50021 nebo ASTM B117. (www.fasteners.fabory.com) Obr. 8 Koroze závitu (www.rall.cz) 5.2 Chybná a častá montáž a demontáž Vlivem časté, nebo špatné montáže a demontáže může dojít k opotřebení závitu. To může vést ke snížení pevnosti spoje, popřípadě k jeho poškození. Při ruční manipulaci se šroubovým spojením dochází k působení různě velké síly na závit, síla předpětí se pohybuje od 30 do 80 KN. Využívá se tím 80 90 % meze kluzu materiálu. Proto je nutné dodržovat předepsané utahovací momenty. Docílit rovnoměrného dotažení a vyhnout se tím poškození závitu, lze pomocí těchto pravidel: 16

Volba správné délky rukojeti maticového klíče nebo šroubováku. Použití momentového klíče. Dotažení matice o předem stanovený úhel odpovídající danému předpětí. Měření prodloužení šroubu při utahování. Před samotnou montáží se závity zkontrolují, jestli nejsou poškozeny, očistí se a provede se jejich zkouška (např. našroubování matice). V místech, kde je to možné, se závit namaže tenkou vrstvou oleje nebo tuku k usnadnění montáže a demontáže a zároveň k poskytnutí ochrany proti korozi. (www.alfa.ftp.ssto.cz) Při použití elektrického nebo pneumatického nářadí s nástrčným klíčem je točivý moment přenášen na klíč pomocí příklepového mechanismu, který působí rázně. Tímto způsobem se dají demontovat i zkorodované šrouby, které by se u demontáže klidným tlakem mohly ukroutit. (Pošta, 2002) 5.3 Přetížení závitu a provozní vlivy Základním pravidlem, aby nedošlo k nechtěnému namáhání závitového spojení, je zajistit zatížení šroubu pouze osovou silou ze strany matice. Kroutící moment, který je přiváděn na šroub, by mohl způsobit přídavné namáhání na ohyb. (Švec, 2008) Únava závitového spojení může vést ke snížení pevnosti, v nejhorším případě až k meznímu stavu, kterým je únavový lom. Ten vzniká u součástí, jestliže jsou namáhány proměnným zatížením v místech koncentrace napětí. K únavovému lomu dojde tehdy, absolvuje-li součást větší počet cyklů pod zatížením a následnému vzniku malé trhlinky. Ta se pak šíří, až nastane lom. U sledovaných šroubů, u kterých došlo k únavovému lomu, bylo zjištěno, že u 65 % vznikl lom v místě prvního nosného závitu, u 20 % v místě přechodu závitové části do hladkého dříku a u 15 % v místě přechodu dříku do hlavy šroubu. (Švec, 2008) Další poškození závitu může způsobit přídavné ohybové namáhání šroubu. To vzniká buď nepřesnou výrobou, nebo deformací sevřených částí pod zatížením. Ohybové namáhání je pro pevnost závitového spojení a zvláště šroubu velmi nebezpečné. 17

Největší problémy pak nastávají u vnějšího proměnného zatížení. Předejít takovému poškození se dá např. pečlivým opracováním povrchů nebo použitím vyrovnávacích podložek. (Švec, 2008) 5.4 Prevence škod Předejít škodám se dá více způsoby. Jedním z nich je správná volba materiálu. Zda materiál vyhovuje dané situaci, naznačují měrné ukazatele a charakteristiky. Jsou to: měrná pevnost - v tahu, tlaku, v ohybu, v krutu a při rázovém zatížení měrná tuhost - v tahu, tlaku, v ohybu, v krutu a ve vzpěru Zjištěné údaje však většinou dávají informace jen pro dimenzované, staticky zatěžované součásti. Většina součástí i celků je zatěžována dynamicky, tzn., že jsou zatěžovány proměnlivými silami a potřebují proto dynamické charakteristiky materiálu jako jsou např. mez únavy. Materiálové vlastnosti se pak mohou zlepšit vhodnou tepelnou nebo chemicko-tepelnou úpravou. (Kříž, Vávra, 1994) Trvanlivost závitu záleží nejen na volbě vhodného materiálu, ale také na kvalitě obsluhy, vhodné a časté údržbě a na druhu provozu. Kvalitou obsluhy je myšleno např. mazání třecích ploch nebo zajištění ochrany před prachem, nečistotami a atmosférickou vlhkostí. Nelze opomenout také správné dimenzování na dané provozní podmínky, optimální intervaly údržby a využití prostředků pro snižování koroze materiálu. (Kříž, Vávra, 1994) 5.4.1 Analýza spolehlivosti Tato analýza může být nápomocna při volbě závitového spojení do určitého systému a vyhnout se tím pádem jeho rychlému opotřebení, nebo poškození v důsledku špatné volby. Postup k sestavení analýzy spolehlivosti se skládá z několika kroků: 18

V první řadě se určí definice systému, který se má analyzovat. Vypracuje se seznam charakteristik a vlastností systému v prostředí, kde bude v provozu. V neposlední řadě se zhotoví seznam požadavků na bezporuchovost, pohotovost a údržbu. V druhé fázi by měly být vypracovány definice a kritéria poruchového stavu. Kvalitativní analýza jedná se o funkční analýzu struktury systému. Je zde zapotřebí stanovit druhy poruch systému, součástí a mechanismů a jejich následky. Určuje se také strategie údržby a oprav. Kvantitativní analýza v této fázi se získávají informace o bezporuchovosti jednotky, na něž pak navazuje sestavení matematického modelu a jeho následné vyčíslení. Nakonec se získané informace vyhodnotí a porovnají s požadavky. V případě nespokojenosti dochází k přezkoumání návrhu systému. (Kříž, Vávra, 1994) 6 RENOVACE ZÁVITŮ Oprava vnějších závitů může být použita jen velmi zřídka a to jen u závitů na hřídeli nebo čepu. Možnosti jak vnější závit opravit jsou: pomocí závitového očka (viz obr. 9), které obnoví tvar závitu (používá se jen při lehkém poškození deformací), zhotovení závitu menšího průměru, navaření opracování a následné vyříznutí nového závitu, anebo výměna celé části se závitem. (Pošta, Výukový materiál, PowerPoint) Obr. 9 Závitové očko (www.foerch.cz) 19

U vnitřních závitů bývá renovace velmi častá. Způsobů, jak opravu vyřešit, je více, záleží na dané situaci. Tvar závitu se může obnovit např. pomocí závitníku, nebo se změní konstrukce spoje na průchozí šroub s maticí. Další možnost je zhotovení závitu většího průměru. Pokud je ale nutné zachovat závit původních rozměrů, volí se z těchto variant renovace: Zavaření díry po závitu a následné vyříznutí nového. Vložení masivní vložky, v které se zhotoví nový závit. Použití závitové vložky. (Pošta, Výukový materiál, PowerPoint) 6.1 Vrtání nového závitu Nový závit je možno zhotovit více metodami. Mezi základní způsoby výroby závitu patří výroba třískovou technologií, beztřískovou technologií, ale používá se i zvláštní metoda výroby pomocí elektroerozivního obrábění. (Rybář, 2008/2009) 6.1.1 Výroba třískovým obráběním Je to metoda výroby, u které se používají závitníky. Ty při výrobě požadovaného rozměru a profilu závitu ubírají třísku (viz obr. 11). Výroba závitu se dále dělí na ruční a strojní. Ruční zhotovení závitu se používá pro méně přesnou kusovou výrobu. Pro velké množství závitů se používá výroba strojní, která je přesnější. (Rybář, 2008/2009) Při ručním řezání závitu se používají sadové závitníky, nebo závitníky maticové. Závitník se upne do vratidla, kterým se následně otáčí. Otáčení se provádí postupně tak, že se otočí jedna otáčka ve směru závitu a následně se otočí čtvrt otáčky zpět kvůli odlomení třísky a předejítí otupení ostří závitníku. U výroby je důležité mazání. Používá se obyčejný řepkový olej nebo speciální mazací pasty. (Rybář, 2008/2009) Ke strojnímu řezání se používají vrtačky nebo soustruhy. Na vrtačku se závitník upevňuje pomocí momentové závitové hlavy (viz obr 10). Ta je vybavena reverzním systémem pro přepínání směru otáček. Závitová hlava se nasadí na vřeteno vrtačky, nebo se upevní pomocí morse kužele. Samotný závitník se upne do závitové hlavy. Zajistí se utáhnutím převlečné matice. (Rybář, 2008/2009) 20

Obr. 10 Závitová hlava (Rybář 2008/2009) Řezání závitu na soustruhu se provádí buď podobně jako u ručního řezání, kde se použije závitové očko a strojní závitník, nebo častější metodou pomocí břitových destiček. Nástroj na výrobu je nutno volit podle požadovaného typu závitu. Obráběná část má rotační pohyb a nástroj koná pohyb posuvný. (Rybář, 2008/2009) Rozdělení metod výroby třískovým obráběním: řezání závitů (ruční, strojní) soustružení frézování broušení lapování. (Straka, 2009/2010) 21

Obr. 11 Odvod třísky dle typu závitníku (www.zavitovani.cz) 6.1.2 Výroba beztřískovou technologií Do této skupiny patří výroba závitu tvářením. Výroba závitu je založena na principu tváření plastickou deformací materiálu. Neprobíhá zde k oddělování třísek. Tato metoda nachází uplatnění tam, kde jsou špatné podmínky pro odvod třísek. Je zde vyloučeno ucpání nástroje a jeho následné poškození třískami. (Rybář, 2008/2009) Princip výroby je založen na předem připraveném otvoru, který je vyroben vrtáním nebo termálním tvářením, do kterého je vtlačována spirálová část závitového zubu. Pomocí plastické deformace je vytvořen profil závitu (viz obr. 12). Jakmile je plastická deformace překonána, materiál začne zatékat směrem k malému závitu mezi jednotlivé zoubky profilu. Závit je pak hladký a drsnost povrchu je nižší než u závitu vyrobeného řezáním. (Rybář, 2008/2009) 22

Obr. 12 Znaky tvářeného závitu (www.zavitovani.cz) K výhodám této technologie oproti třískové výrobě patří zejména velká pevnost a životnost závitů, bezproblémové použití u hlubokých závitů, kroutící moment může být až 3 větší. (www.zavitovani.cz) 6.2 Renovace pomocí závitových vložek Závitové vložky mají širokou oblast použití, např. u výroby strojů a zařízení, technické zařízení elektráren, výroba lodí a také automobilový průmysl. Mohou být použity i u kovových materiálů nízké pevnosti (např. hliník, hořčík). Navíc umožňují vrátit zpět do výrobního procesu konstrukční díly, u kterých byl při výrobě poškozen závit. Oprava závitů pomocí této technologie se dá použít i u mnoha plastů a kombinovaných materiálů. Jejich vysoce zatížitelná spojení se osvědčují v praxi cca 50 let. Tato technologie se vyznačuje vysokou odolností vůči opotřebení, vysokou jakostí povrchu a také je odolná vůči korozi a teplu. Pro jejich vysokou pevnost a s použitím pevných ocelových šroubů, je možné navrhnout menší průměr závitu, než při použití standardního šroubového spojení. Umožňují tím tedy dosáhnout úspor na hmotnosti. Závitové vložky jsou k dostání od více výrobců jako např.: Helicoil, V-Coil, Timesert 23

a Recoil. V následující kapitole je nastíněna varianta Helicoil plus, která je dlouhou dobu uznávaná ve výrobě vysoce pevných závitů. 6.2.1 Systém Závitové vložky Helicoil plus (viz obr. 13) jsou vytvořeny z ušlechtilé oceli a jsou vytvarovány z lichoběžníkového průřezu na pružnou spirálu. Vysoká pevnost závitu je zajištěna tím, že se síly v závitu přenášejí ze strany na stranu. Závitová vložka se podobně jako šroub zatočí pomocí montážního vřetene. Po montáži se unášecí čep odstraní v místě zářezu. Obr. 13 Závitové vložky Vyrábí se dvě varianty: Helicoil plus free running tato varianta má přesně tvarovaný lichoběžníkový profil. Vnitřní závit je kalibrovaný a oboustranně použitelný (viz obr. 14). Obr. 14 Helicoil plus free running 24

Helicoil plus screwlock technické přednosti má stejné jako free running. Dodatečně je zpracována oblast, která svírá šroub. Ta pak slouží k jeho zajištění. Je vyrobena z polygonně tvarovaných závitů, které svírají boky šroubu. Výsledkem je elasticky pružné upevnění pomocí třecí síly. Tyto závitové vložky se smí používat jen se šrouby vyšší třídy pevnosti (viz obr. 15). Obr. 15 Helicoil plus screwlock Helicoil plus Twinsert- používá se pro opravu závitových otvorů, kde došlo k vytržení velké plochy a otvory jsou příliš velké na to, aby byl použit větší svorník z důvodu konstrukce. Skládá se ze dvou závitových vložek: Helicoil plus, kde vnější vložka musí být typu free running a vnitřní může být stejná nebo typu Screwlock. Při délce lůžkového závitu je třeba počítat s tím, že Twinsert je o jednu otáčku delší. 6.2.2 Použití U materiálu s nižší pevností ve smyku se systém Helicoil plus používá k pancéřování závitu, díky němuž je následně vyloučeno opotřebení maticového závitu, dokonce i při častém používání (viz obr. 16). Závitové vložky se uplatňují v mnoha odvětvích, zejména pak v automobilovém průmyslu, strojírenství, stavbách, elektrotechnice, lékařské technice, ale i v letecké dopravě a astronautice. Na proces opravy pomocí závitových vložek Helicoil plus je možné vystavit certifikát např. TÜV, Germanischer Lloid, DET Norske Veritas. 25

Obr. 16 Poškozený a opravený závit 6.2.3 Vlastnosti a přednosti Závitové vložky Helicoil plus jsou zhotoveny z austenitické chrom-niklové oceli (pevnost v tahu min. 1400 N/mm 2 ). Válcovaný maticový závit má vysokou kvalitu povrchu. Toto zaručuje vysoce zatížitelný závit, odolný vůči opotřebování s extrémně nízkým a konstantním třecím momentem závitu. Při opakovaných zašroubováních se tak docílí při stejném utahovacím momentu vyšší a konstantní síla předpětí. Toto vede současně k lepšímu využití meze kluzu vysoce pevných šroubů. Velmi zřetelně je při tom redukováno napětí v kluzu: v porovnání s řezanými závity se drsnost povrchu pohybuje u Helicoil plus o 90 % níže. Rm = pevnost v tahu min. 1400 N/mm 2 HV = tvrdost podle Vickerse min. 425 HV RZ = hloubka drsnosti cca. 2,5 µm µg = redukované tření v závitech, způsobuje zvýšení přepínací síly FV Tt = snížení napětí v krutu ve dříku šroubu Pomocí závitových vložek Helicoil plus je zabezpečeno rovnoměrné rozložení zatížení a napětí (viz obr. 17). Tím pádem jsou zajištěny boky závitů. Ideálního přenosu sil ze šroubu na maticový závit vložky lze dosáhnout pomocí úchylky úhlu a stoupání závitu, které je vyrovnáno po celé délce závitové vložky. Tím je zvýšena kvalita šroubových spojení pro statické i dynamické provozní zatížení. 26

S Helicoil plus Bez Helicoil plus Obr. 17 Rozložení síly v % U základního materiálového provedení Helicoil plus je při působení normálního vlivu vnějšího okolí zabráněno zadření šroubů. V místech, kde jsou šroubová spojení vysoce tepelně namáhána, jsou k dostání závitové vložky na bázi niklu a bez povlaku. Elasticita a síla pružiny je však zachována i u vysokých teplot. Helicoil plus disponuje i závitovými vložkami pro materiály náchylné na korozi. Tyto vložky jsou vybaveny vrstvou vysoce stálého hliníku. Tím je vyloučena kontaktní koroze. 27

Obr. 18 Zadření šroubu bez závitové vložky Další výhodou je, že konstruktér má volnou ruku při výběru materiálu a jeho tloušťky, protože Helicoil plus odpovídá aktuální poptávce po odlehčení konstrukcí. Díky možnosti použít méně spojovacích míst a případnou redukci rozměru šroubu, šetří tento systém materiál, snižuje hmotnost konstrukce a tím pádem taky náklady. Obr. 19 Schéma závitové vložky Pevnost usazení Závitová vložka Helicoil plus má vnější průměr závitu o daný rozměr větší než závit lůžkový v otvoru. Velká síla pružiny spolu s tímto rozdílem způsobují radiální expanzi, čímž je zajištěna vysoká pevnost usazení v lůžkovém závitu bez vůle. Lepidla a další zajišťovací prvky už nejsou zapotřebí. 28

6.2.4 Montáž V prvním kroku se poškozený závit převrtá pomocí běžně dostupných spirálových vrtáků. Průměr vrtáku a hloubka otvoru pro závit se uvádí v příslušných tabulkách. Do předvrtaného otvoru se vyřeže závitníkem díra. Pro lůžkové závity Helicoil plus se musí používat originální závitníky. Následnou kontrolu je pak možno provést závitovými kalibry. Samotná montáž se provede pomocí ručních a strojních montážních nástrojů, nebo montážními automaty. Závitová vložka se jednoduše vloží a následně zašroubuje. K zašroubování slouží montážní vřeteno, které velikostí konstrukce není větší jak závitník. K otáčení vřetena se podobně jako u závitníku použije vratidlo nebo sada nástavců s klíčem a ráčnou. Je-li závit uložen příliš hluboko, opatří se závitník prodlužovacím nástavcem. Závitová vložka se pak našroubuje na vřeteno. Nasadit se musí tak daleko, až se unášecí čep zachytí za výstupek na čele montážního trnu. Vložka se pak jen nasadí na opravované místo a zašroubuje se. Poslední závit vložky musí ležet min ¼ otáčky po náběhu dobrého (nepoškozeného) lůžkového závitu. Tímto způsobem se volí montážní hloubka. U montáže Helicoil plus se nemusí používat přepínací pouzdro. To je výhoda, montážní hloubku lze hlídat zrakem a není třeba nastavovat hloubkový doraz, jako je tomu u nástrojů s přepínacím pouzdrem. Po namontování závitové vložky se čep unášeče ve vrubu oddělí. S použitím přepínacího pouzdra je montáž téměř identická. Vložka se našroubuje na montážní vřeteno, vloží se do přepínacího pouzdra a celý nástroj se nasadí do předvrtaného otvoru se závitem. Po zašroubování celé vložky se unášecí čep odlomí v místě zářezu ulamovačem. U závitu od M14 s jemným a normálním stoupáním mohou být k odstranění unášecího čepu použity kleště se zúženým koncem. 29

Obr. 20 Postup při montáži (Pošta, Výukový materiál, PowerPoint) Obr. 21 Sada na opravu závitů (www.foerch.cz) 30

Tabulka 1 Ukázka rozměrů a použití závitových vložek d p M2 1,25 M2,5 0,45 M3 0,5 M3,5 0,6 M4 0,7 M5 0,8 M6 1 M7 1 M8 1,25 t 2 min* d 1 d 1HC D HC xd mm w min min B t 3 max. max max min 1d 2 2,9 1,8 2,6 2,09 1,5d 3 4,9 2,8 2d 4 6,9 2,1 3,8 2,52 2,5d 5 8,9 2,8 2,18 4,8 3d 6 10,9 5,8 1d 2,5 3,5 2,3 3,3 2,6 1,5d 3,75 5,9 3,5 2d 5 8,1 2,6 4,8 3,08 2,5d 6,25 10,5 3,5 2,7 6 3d 7,5 12,9 7,3 1d 3 3,9 2,7 3,8 3,11 1,5d 4,5 6,3 4,2 2d 6 8,7 3,2 5,7 3,65 2,5d 7,5 11,1 4 3,22 7,2 3d 9 13,5 8,7 1d 3,5 3,7 3,2 4,42 1,5d 5,25 6,3 3,63 5 2d 7 8,7 3,7 6,7 4,28 2,5d 8,75 11,2 4,6 3,76 8,5 3d 10,5 13,3 10,2 1d 4 3,7 3,6 5,05 4,15 1,5d 6 6,1 5,6 2d 8 8,4 4,2 7,6 4,91 2,5d 10 10,9 5,25 4,29 9,6 3d 12 13,2 11,6 1d 5 4,3 4,6 6,35 5,17 1,5d 7,5 6,9 7,1 2d 10 9,7 5,2 9,6 6,04 2,5d 12,5 12,3 6,4 5,33 12,1 3d 15 14,8 14,6 1d 6 4,2 5,5 7,6 6,22 1,5d 9 6,9 8,5 2d 12 9,6 6,3 11,5 7,3 2,5d 15 12,3 7,85 6,41 14,5 3d 18 14,6 17,5 1d 7 5,3 6,5 8,65 7,22 1,5d 10,5 8,2 10 2d 14 11,1 7,3 13,5 8,3 2,5d 17,5 14,3 8,9 7,41 17 3d 21 17,4 20,5 1d 8 4,7 7,4 9,85 8,27 1,5d 12 7,4 11,4 2d 16 10,6 8,4 15,4 9,62 2,5d 20 13,5 10,1 8,48 19,4 3d 24 16,4 23,4 31

d = jmenovitý průměr závitu p = stoupání závitu d 1 = vnější průměr závitové vložky před montáží w = počet vinutí před montáží D HC = vnější průměr lůžkového závitu D 1HC = průměr jádra závitu B = doporučený průměr spirálového vrtáku t 2 = jmenovitá délka závitové vložky a minimální délka lůžkového závitu t 3 = maximální délka zašroubování s neulomeným unášecím čepem 7 POROVNÁNÍ METOD RENOVACE Výhodou závitových vložek oproti převrtání závitu je, že únosnost opraveného závitu bývá vyšší než u původního, zejména pak u materiálů s nízkou pevností (např. hliník a hořčík). Zvyšuje se i trvanlivost závitu. Závitové vložky umožňují zachování původního rozměru závitu. Další výhodu mají v tom, že velmi dobře odolávají korozi, chemickým vlivům a teplotám do 450 C. I za takových teplot nedochází k zadírání závitu. Samotná montáž závitové vložky je snadná a rychlá. Tímto způsobem lze opravit i náročné součásti jako jsou závity v hlavě válců pro zapalovací svíčky nebo pro ojniční šrouby. (www.stary.agroweb.cz) Závitové vložky mají však tu nevýhodu, že pro každý průměr, stoupání a délku závitu je zapotřebí jiná vložka. Dále je nutné mít speciální nářadí jako např.: sadu závitníků, montážních prvků a vrtáků. Závitovou vložku také nejde bez poškození demontovat a znovu použít. (Pošta, Výukový materiál, PowerPoint) Cena závitové vložky se průměrně pohybuje kolem 10 50 Kč za kus. Celá sada se pak prodává kolem 2000 Kč. 32

Renovace pomocí převrtání závitu má nevýhodu v tom, že se průměr opravovaného závitu zvětší. Pro zachování původního průměru je třeba poškozený závit zavařit, znovu vyvrtat a vyřezat, což je poměrně náročné. Nebo se do poškozeného závitu vloží masivní vložka, ve které se pak zhotoví nový závit. Nejhorší variantou však je, když se celá část s poškozeným závitem musí vyměnit. (Pošta, Výukový materiál, PowerPoint) Při výběru druhu opravy je důležité zvážit, která varianta je výhodnější. Záleží také na přístupnosti závitu, nárocích na jeho pevnost a výdrž a na podmínkách ve kterých se závit nachází. V neposlední řadě je nutno zvážit, zda-li má oprava smysl. 33

8 ZÁVĚR Hlavním cílem bakalářské práce bylo nastínit použití závitových spojů v automobilovém průmyslu, jejich poškození a následnou opravu. Použití závitové technologie v automobilovém průmyslu je důležitým faktorem ve spojování různých materiálů. Nachází se ve všech částech vozu v různém provedení. Navíc jsou cennými pomocníky v dalším vývoji vozů. Poškození závitu, ať už vlivem koroze, velkého namáhání či špatné manipulace, může vést až k závěrečnému poškození celého mechanismu. Je tedy nutné dbát na jejich ochranu. Korozi závitu lze předejít např.: povrchovou úpravou, volbou vhodného materiálu nebo mazáním. U montáže a demontáže je třeba volit správné nářadí, aby bylo namáhání rovnoměrné. Také je třeba provádět kontrolu, jestli při provozu nedošlo ke značnému opotřebení. K tomu může vést ohybové namáhání. Oprava vnějšího závitu se provádí zřídka a to pomocí závitového očka, nebo se zhotoví závit menšího průměru. U vnitřních závitů je oprava naopak častá. Renovaci lze uskutečnit více metodami. Prvním ze způsobů opravy je převrtání závitu na větší průměr. Další možnost je vložit do závitu masivní vložku, do které se zhotoví závit, nebo díru poškozeného závitu zavařit a zhotovit závit nový. Velmi často se však používá oprava pomocí závitové vložky. Tato metoda je rychlá a efektivní. Mnohdy zlepší vlastnosti závitu Při volbě metody opravy závitu je dobré brát ohled na danou situaci. Zda-li je nutné kupovat sadu závitových vložek, nebo stačí poškozený závit převrtat závitníkem. Může nastat případ, kdy bude nejvýhodnější poškozenou část se závitem vyměnit. Závitové vložky se osvědčují v praxi již řadu let. Jsou na vysoké úrovni, a tak jejich další vývoj bude náročný. Objevují se však nové technologie závitových spojení, které jsou odolné proti poškození a pomáhají usnadnit vývoj např. u automobilového průmyslu. 34

9 SEZNAM LITERATURY DILLINGER, Josef. Moderní strojírenství pro školu i praxi. Vyd. 1. Praha: Europa- Sobotáles, 2007, 608 s. ISBN 978-80-86706-19-1. Strojírenská příručka. Sv. 5, O. Technika konstruování. Rudolf Kříž, Pavel Vávra. 1.vyd. Praha: Scientia, 1994. 241 s. ISBN 80-85827-59-X POŠTA, Josef. Provozuschopnost strojů. Vyd. 1. V Praze: Česká zemědělská univerzita, Technická fakulta, 2002, 95 s. ISBN 80-213-0966-0. ŘASA, Jaroslav a Josef ŠVERCL. Strojnické tabulky: pro školu a praxi. 1. vyd. Praha: Scientia, 2004, 753 s. ISBN 80-718-3312-6. ŠVEC, Vladimír. Části a mechanismy strojů: spoje a části spojovací. Vyd. 3. V Praze: České vysoké učení technické, 2008, 170 s. ISBN 978-80-01-04138-3. BÖLLHOFF. Böllhoff s.r.o. [online]. 2011 [cit. 2011-12-03]. Dostupné z: http://www.boellhoff.cz/cs/cz.php RYBÁŘ, Pavel. Metody zhotovování závitů v ocelových tenkostěnných součástech. Brno, 2008/2009. Dostupné z: www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=17893. Bakalářská práce. VUT, Fakulta strojního inženýrství, ÚST. Vedoucí práce Ing. Milan Kalivoda. STRAKA, Jiří. Možnosti výroby závitů v malé strojírenské firmě. Brno, 2009/2010. Dostupné z: www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=28608. Bakalářská práce. VUT, Fakulta strojního inženýrství, ÚST. Vedoucí práce Ing. Milan Kalivoda. Povrchové úpravy chránící proti korozi. Fabory: Masters in fasteners [online]. [cit. 2012-03-17]. Dostupné z: http://fasteners.fabory.com/ecache/cze/2/742.html HEYMAN: Acces&fastening solutions. [online]. [cit. 2011-11-07]. Dostupné z: www.heyman.cz K2L cz: Spojovací materiál. [online]. 2009 [cit. 2011-11-21]. Dostupné z: http://www.k2l.cz/ 35

Prumex.cz: Obchodní dům s průmyslovým zbožím TECHSEAL s.r.o. [online]. 2011 [cit. 2012-01-04]. Dostupné z: http://www.prumex.cz/ Agroweb: Internetový zemědělský portál. POŠTA, Josef. Agroweb [online]. [cit. 2012-04-11]. Dostupné z: http://stary.agroweb.cz/projekt/clanek.asp?pid=2&cid=10226 ŠULC, Radek. ÚSTAV PROCESNÍ A ZPRACOVATELSKÉ TECHNIKY FS ČVUT V PRAZE. Koroze. Praha, 2008. Dostupné z: http://www.fs.cvut.cz/cz/u218/pedagog/predmety/1rocnik/chemie1r/prednes/ch_predn 13-Ko.pdf 4,5,6.Sroubove,klinove,perove, cepove, kolikove spoje.pdf. In: Alfa.ftp.ssto.cz/ [online]. 2011 [cit. 2012-04-11]. Dostupné z: http://alfa.ftp.ssto.cz/i.masa/em4b/maturitni%20otazky/4,5,6.sroubove,klinove,perove, %20cepove,%20kolikove%20spoje.pdf Závitování: O závitování trochu jinak. [online]. 2011 [cit. 2012-02-01]. Dostupné z: www.zavitovani.cz Bosch exchange: kritéria pro vrácení opotřebovaných dílů [online]. 2008 [cit. 2012-02- 09]. Dostupné z: http://www.rall.cz/files/bosch.pdf Förch [online]. [cit. 2012-04-05]. Dostupné z: http://www.foerch.cz/product.aspx?p=d6f57dd2-3ab2-4b84-a222-9341a572ab59&g=e612f3f5-ea03-4ba5-99af-3bc180ddaad2 JINÉ ZDROJE POŠTA, Josef. Provozuschopnost strojů: Renovace součástí - závity [Microsoft PowerPoint]. [cit. 18.03.20012]. 36

10 SEZNAM OBRÁZKŮ A TABULEK Obr. 1 Použití závitů v interiéru automobilu... 1 Obr. 2 Závitová vložka do plastů... 1 Obr. 5 Další použití závitů v automobilu... 12 Obr. 3 Závit svíčky v zapalování... 1 Obr. 4 Závit v hliníkovém odlitku motoru... 1 Obr. 6 Karoserie automobilu... 13 Obr. 7 Nýtovací matice RIVKLE... 14 Obr. 8 Koroze závitu... 16 Obr. 9 Závitové očko... 19 Obr. 10 Závitová hlava... 21 Obr. 11 Odvod třísky dle typu závitníku... 22 Obr. 12 Znaky tvářeného závitu... 23 Obr. 13 Závitové vložky... 1 Obr. 14 Helicoil plus free running... 1 Obr. 15 Helicoil plus screwlock... 1 Obr. 16 Poškozený a opravený závit... 1 Obr. 17 Rozložení síly v %... 1 Obr. 18 Zadření šroubu bez závitové vložky... 1 Obr. 19 Schéma závitové vložky... 1 Obr. 20 Postup při montáži... 1 Obr. 21 Sada na opravu závitů... 1 Tabulka 1 Ukázka rozměrů a použití závitových vložek... 31 37