Threaded fastener friction: effect of materials and tooling
- Reference number
- ID15-0048
- Start and end dates
- 160101-220930
- Amount granted
- 2 500 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The project aims at improving the underlying theoretical understanding of the friction variation between the components of threaded fasteners and their clamped components so that the safety and reliability of these devices is significantly improved when they are used with current and next generation materials and tooling for tightening across all major engineering applications. The project will address variation in friction coefficient caused by higher tightening speeds as well as pulsating tightening. The influence of various surface coatings and lightweight bolt/joint materials will be investigated. The methodological approach is to combine friction studies in the idealised contacts that mimic tribological contacts in threaded fasteners with the tests in real threaded fasteners. Experimental results will be used in transient FEM modeling to gain a deeper insight in the mechanical and thermal effects in the fasteners during tightening and to improve accuracy of the FEM models. The project will benefit the fastener industry and their customers in general by providing a generic understanding of the behaviour of new products. It will also benefit the specific industrial partner in the project, Atlas Copco (Sweden) by providing specific understanding of the impact of the development of new tooling designs and how that impacts their customers. Results will be disseminated by appropriate means as the project progresses.
Popular science description
Skruvförband är en nyckelteknologi och finns i de flesta mekaniska produkter. De används till exempel i flyg-, fordons-och gruvindustrin, kraftproduktion och inom järnvägen. Ett skruvförband inkluderar en skruv, hopfogade delar och ofta en mutter och brickor. Skruvförband utgör ofta det enda sättet att sammanfoga komponenter som behöver lossas och dras åt flera gånger under en livslängd, till exempel vid underhåll. Trots att skruvförband betraktas som en mogen produkt fortsätter utvecklingen och marknaden växer. Säkerhet och tillförlitlighet hos skruvförband är avgörande, samtidigt måste de vara enkla att använda och gå att tillverka med hög kvalitet till låg kostnad. Trots den utbredda användningen av skruvförband så bedrivs det idag relativt lite forskning för att kunna förutspå och säkerhetsställa funktionen hos skruvförband. Tillförlitligheten hos åtdragningsprocessen beror mycket på noggrannheten och repeterbarheten hos friktionen i gängan. För hög friktion kan orsaka otillräcklig klämkraft medan för låg friktion kan leda till att skruven går av. Industrin börjar använda nya material i skruvförband och snabbare åtdragningstekniker för att öka konkurrenskraften och minska miljöpåverkan. Nyligen har det kommit fram att dessa trender skapar nya friktionsbeteenden under momentåtdragning av gängade förband, vilket ytterligare försvårar en redan oklar bild av de fenomen som uppstår i denna oersättliga och mycket vanligt förekommande komponent. En annan drivkraft för detta projekt är att Atlas Copco tagit fram handhållna verktyg, för att dra år skruvförband, som är skonsamma för operatören. Denna åtdragningsteknik bygger på att dra åt skruvförband med en serie pulser till ett bestämt åtdragningsmoment, istället för att dra åt med kontinuerlig hastighet. Denna nya åtdragningsteknik har dock bidragit till att friktionen, som har stor betydelse för klämkraften, inte beter sig på samma sätt som tidigare. Idag vet man inte varför friktionen varierar på dessa sätt. Att finna en förklaring till beteendet är viktig för att säkerställa att klämkraften, som är av betydelse för slutfunktionen, inte påverkas. Syftet med detta projekt är att öka kunskapen om variationer i friktion mellan komponenterna av olika material i ett skruvförband när det dras åt med pulserande moment. Målet är att öka säkerheten och tillförlitligheten hos skruvförband när de används med dagens och morgondagens material och åtdragningsverktyg i ett brett spektrum av industriella applikationer.