Șuruburile în industria auto: clase de rezistență, materiale, tipuri și cupluri de strângere
Șuruburile sunt printre cele mai numeroase componente ale unei mașini. Le găsim în motor, cutie de viteze, suspensie, sistemul de frânare, direcție, subcadre, caroserie și într-o mulțime de alte ansambluri.
La prima vedere, un șurub pare o piesă simplă: un cilindru cu filet și un cap care permite strângerea. În realitate, șuruburile folosite în industria auto sunt produse tehnice, alese în funcție de material, geometrie, clasă de rezistență, tratament de suprafață, dimensiuni și modul în care trebuie să lucreze în ansamblul respectiv.
Un șurub M10 de clasă 8.8 nu este echivalent cu un șurub M10 de clasă 12.9. Iar un șurub cu aceeași dimensiune și aceeași clasă de rezistență poate necesita un alt cuplu de strângere în funcție de aplicație și de condițiile de montaj.
În acest articol explicăm cele mai importante lucruri pe care trebuie să le știi despre șuruburile folosite în industria auto: clasele de rezistență 8.8, 10.9 și 12.9, marcajele de pe capul șurubului, materialele, tipurile de șuruburi, filetul, tratamentele de suprafață și cuplurile de strângere.
De ce sunt atât de importante șuruburile într-o mașină?
Un șurub nu are doar rolul de a ține două piese împreună.
Într-un ansamblu mecanic, șurubul creează o forță de strângere care menține componentele în contact. Această forță trebuie să rămână suficient de mare pentru ca ansamblul să funcționeze corect atunci când este supus vibrațiilor, sarcinilor mecanice și variațiilor de temperatură.
Într-un automobil, solicitările pot fi foarte diferite de la o zonă la alta. Un șurub dintr-un element de caroserie are alte cerințe decât unul dintr-o suspensie. Un șurub al chiulasei lucrează în condiții complet diferite față de un șurub folosit pentru fixarea unui suport auxiliar.
De aceea, nu există un singur tip de șurub potrivit pentru toate aplicațiile dintr-o mașină.
Ce înseamnă clasa de rezistență a unui șurub?
Pe capul multor șuruburi utilizate în industria auto și în aplicațiile mecanice putem găsi marcaje precum 8.8, 10.9 sau 12.9.
Aceste cifre indică clasa de proprietăți mecanice a șurubului. Clasificarea este reglementată de standardul ISO 898-1 pentru elemente de fixare din oțel carbon și oțel aliat. ([Univiti](https://www.univiti.it/en/approfondimenti/product-information/bolt-and-screw-resistance-classes-what-you-need-to-know))
Marcajul este format din două numere separate de un punct, iar fiecare dintre ele are o semnificație tehnică.
În aplicațiile industriale sunt întâlnite, printre altele, clasele:
- 4.6, 4.8 și 5.6 – clase cu rezistență mai redusă;
- 6.8 – clasă cu rezistență medie;
- 8.8, 10.9 și 12.9 – clase cu rezistență ridicată.
Clasele 8.8, 10.9 și 12.9 sunt foarte relevante în aplicațiile mecanice unde sunt necesare valori ridicate de rezistență. ([Univiti](https://www.univiti.it/en/approfondimenti/product-information/bolt-and-screw-resistance-classes-what-you-need-to-know))
Cum se citește marcajul 8.8?
Să luăm ca exemplu un șurub marcat 8.8.
Prima cifră, 8, înmulțită cu 100, indică rezistența nominală la rupere:
8 × 100 = 800 MPa
A doua cifră, 8, este utilizată împreună cu prima pentru determinarea limitei nominale de curgere:
800 × 0,8 = 640 MPa
Prin urmare, pentru un șurub de clasa 8.8 avem o rezistență nominală la rupere de 800 MPa și o limită nominală de curgere de 640 MPa. ([Univiti](https://www.univiti.it/en/approfondimenti/product-information/bolt-and-screw-resistance-classes-what-you-need-to-know))
Clasele 8.8, 10.9 și 12.9 comparate
| Clasa | Rezistență nominală la rupere | Limită nominală de curgere |
|---|---|---|
| 8.8 | 800 MPa | 640 MPa |
| 10.9 | 1000 MPa | 900 MPa |
| 12.9 | 1200 MPa | 1080 MPa |
Valorile sunt derivate din sistemul de clasificare ISO și exprimă proprietățile mecanice nominale ale materialului. ([Univiti](https://www.univiti.it/en/approfondimenti/product-information/bolt-and-screw-resistance-classes-what-you-need-to-know))
Este important de reținut că o clasă de rezistență mai mare nu înseamnă automat că șurubul este alegerea corectă pentru orice aplicație.
În industria auto, alegerea șurubului trebuie făcută în funcție de proiectarea ansamblului și de specificațiile producătorului.
Ce este un șurub 10.9?
Clasa 10.9 este o clasă de rezistență ridicată, întâlnită frecvent în aplicații mecanice solicitante.
Un șurub 10.9 are o rezistență nominală la rupere de 1000 MPa și o limită nominală de curgere de 900 MPa.
Într-o mașină, astfel de elemente de fixare pot fi întâlnite în diverse ansambluri mecanice unde sunt necesare proprietăți mecanice ridicate.
Totuși, faptul că un șurub 10.9 este mai rezistent decât unul 8.8 nu înseamnă că poate fi montat fără analiză în locul unui șurub 8.8.
Ansamblul este proiectat în funcție de toate componentele sale, iar schimbarea clasei unui element de fixare poate modifica modul în care acesta se comportă în exploatare.
Ce este un șurub 12.9?
12.9 este una dintre clasele uzuale cu cea mai mare rezistență dintre cele prezentate aici.
Un șurub 12.9 are o rezistență nominală la rupere de 1200 MPa și o limită nominală de curgere de 1080 MPa.
Aceste șuruburi sunt utilizate în aplicații unde proprietățile mecanice ridicate sunt necesare și unde proiectarea ansamblului permite utilizarea lor.
În același timp, trebuie făcută o diferență între rezistența șurubului și rezistența întregului ansamblu. Dacă elementele asupra cărora se sprijină șurubul nu sunt proiectate pentru aceleași sarcini, simpla utilizare a unui șurub mai rezistent nu rezolvă problema.
Ce alte clase de rezistență există?
În afară de clasele 8.8, 10.9 și 12.9, standardele includ și alte clase.
| Clasă | Nivel general de rezistență |
|---|---|
| 4.6 | Rezistență redusă |
| 4.8 | Rezistență redusă |
| 5.6 | Rezistență redusă |
| 6.8 | Rezistență medie |
| 8.8 | Rezistență ridicată |
| 10.9 | Rezistență ridicată |
| 12.9 | Rezistență ridicată |
Univiti clasifică 4.6, 4.8 și 5.6 drept clase cu rezistență redusă, 6.8 ca rezistență medie și 8.8, 10.9 și 12.9 ca clase cu rezistență ridicată.
Ce tipuri de șuruburi se folosesc în industria auto?
Într-o mașină pot fi utilizate foarte multe tipuri de elemente de fixare. Diferențele nu țin doar de clasa de rezistență, ci și de forma capului, geometria filetului, lungime și modul de montaj.
Șuruburi cu cap hexagonal
Șuruburile cu cap hexagonal sunt unele dintre cele mai răspândite tipuri de elemente de fixare. Capul permite utilizarea unei chei fixe, tubulare sau dinamometrice.
Sunt întâlnite într-o gamă foarte largă de aplicații mecanice.
Șuruburi cu cap cilindric și locaș hexagonal
Acestea sunt cunoscute frecvent drept șuruburi cu locaș hexagonal interior sau imbus.
Capul cilindric și locașul interior permit utilizarea lor în zone unde accesul este limitat sau unde este necesară o geometrie compactă.
Șuruburi cu cap înecat
Capul conic permite ca șurubul să fie montat la nivelul suprafeței componentei sau într-o locaș special pregătit.
Sunt utile atunci când spațiul sau geometria ansamblului nu permit existența unui cap proeminent.
Șuruburi cu flanșă
Șuruburile cu flanșă au o suprafață de contact mai mare sub cap. Aceasta poate distribui forța de strângere pe o suprafață mai mare și poate elimina necesitatea unei șaibe separate în anumite aplicații.
Prezoane și șuruburi fără cap
Un prezon este un element filetat care poate fi utilizat împreună cu o piuliță sau poate servi la fixarea unei componente într-un ansamblu.
Prezoanele sunt utilizate în diverse aplicații auto, inclusiv în zone unde demontarea și montarea repetată a unei componente trebuie realizată fără înfiletarea și desfacerea continuă a unui șurub în piesa principală.
Filetul: diametrul nu este suficient
Atunci când vorbim despre un șurub M10, știm că diametrul nominal al filetului este de aproximativ 10 mm. Dar această informație nu este suficientă pentru identificarea completă a șurubului.
Trebuie cunoscut și pasul filetului.
De exemplu, două șuruburi pot avea același diametru nominal, dar pași diferiți. Într-un catalog tehnic pot apărea variante precum M10 cu filet standard și M10 cu filet fin.
Filetele fine pot avea caracteristici diferite și, în funcție de aplicație, pot necesita valori diferite ale cuplului de strângere. Fractory subliniază că șuruburile cu filet fin au în general alte valori de cuplu, care trebuie stabilite conform documentației producătorului. ([Fractory](https://fractory.com/metric-bolt-torque-chart/))
De ce contează materialul șurubului?
Rezistența unui șurub este influențată de material și de tratamentele aplicate acestuia.
În aplicațiile mecanice sunt utilizate diferite tipuri de oțeluri carbon și aliate, în funcție de proprietățile necesare.
În industria auto există însă și situații în care sunt utilizate elemente de fixare din oțel inoxidabil.
Pentru oțelurile inoxidabile austenitice sunt întâlnite clase precum A2-70, A4-70 și A4-80. Acestea folosesc un sistem de clasificare diferit de 8.8, 10.9 și 12.9.
Materialul nu trebuie ales doar pentru aspect sau rezistență la coroziune. Compatibilitatea cu aplicația și cu restul componentelor este esențială.
Ce sunt tratamentele de suprafață?
Multe șuruburi sunt protejate împotriva coroziunii printr-un tratament de suprafață.
În funcție de aplicație, putem întâlni elemente zincate, tratate termic sau cu alte finisaje și acoperiri.
Tratamentul de suprafață are rolul de a îmbunătăți anumite proprietăți ale elementului de fixare, cum ar fi rezistența la coroziune sau comportamentul suprafeței.
În cazul aplicațiilor auto, tratamentul de suprafață trebuie însă luat în calcul și atunci când se stabilește cuplul de strângere, deoarece frecarea dintre filet și suprafețele de contact influențează relația dintre cuplul aplicat și forța de pretensionare.
Ce este cuplul de strângere?
Cuplul de strângere este forța de rotație aplicată șurubului pentru a-l strânge.
În cazul unei chei dinamometrice, valoarea este exprimată de obicei în Nm (Newton-metru).
Dar este important să înțelegem că valoarea indicată de cheia dinamometrică nu reprezintă direct forța de întindere din șurub.
O parte semnificativă din cuplul aplicat este consumată pentru a învinge frecarea din filet și dintre suprafețele de contact.
Din acest motiv, două șuruburi identice strânse la același cuplu pot ajunge la niveluri diferite de pretensionare dacă condițiile de frecare nu sunt aceleași.
Cuplurile de strângere pentru șuruburile metrice
Pentru filetele metrice cu pas standard, există tabele care oferă valori orientative în funcție de diametrul șurubului și clasa de rezistență.
Fractory publică un tabel pentru șuruburi metrice cu filet grosier, ușor lubrifiate, la o pretensionare de 85% din sarcina de probă. Valorile sunt prezentate mai jos.
| Dimensiune | 8.8 | 9.8 | 10.9 | 12.9 |
|---|---|---|---|---|
| M5 | 7,0 Nm | 7,8 Nm | 10,0 Nm | 11,7 Nm |
| M6 | 11,8 Nm | 13,3 Nm | 17,0 Nm | 19,9 Nm |
| M8 | 28,8 Nm | 32,3 Nm | 41,3 Nm | 48,3 Nm |
| M10 | 57,3 Nm | 64,1 Nm | 81,8 Nm | 95,7 Nm |
| M12 | 99,8 Nm | 112 Nm | 143 Nm | 167 Nm |
| M16 | 248 Nm | 277 Nm | 354 Nm | 413 Nm |
| M20 | 500 Nm | - | 690 Nm | 809 Nm |
| M24 | 865 Nm | - | 1195 Nm | 1395 Nm |
| M30 | 1719 Nm | - | 2377 Nm | 2774 Nm |
Important: aceste valori sunt orientative și nu trebuie utilizate automat pentru orice aplicație auto. Fractory precizează că tabelul trebuie folosit atunci când producătorul utilajului sau al ansamblului nu a furnizat propriile valori. Pentru filete fine, valorile pot fi diferite. ([Fractory](https://fractory.com/metric-bolt-torque-chart/))
De ce nu există un singur cuplu pentru fiecare dimensiune?
Este o întrebare foarte importantă.
Dacă avem un șurub M10, nu putem spune pur și simplu că toate șuruburile M10 trebuie strânse la aceeași valoare.
Cuplul poate varia în funcție de:
- clasa de rezistență;
- pasul filetului;
- material;
- tratamentul de suprafață;
- lubrifierea filetului;
- frecarea dintre suprafețele de contact;
- metoda de strângere;
- cerințele specifice ale ansamblului.
Acesta este motivul pentru care documentația producătorului are prioritate față de un tabel generic.
Ce se întâmplă dacă un șurub este strâns prea puțin?
Atunci când pretensionarea este insuficientă, componentele fixate nu sunt menținute cu forța necesară.
Într-un ansamblu supus vibrațiilor sau sarcinilor dinamice, acest lucru poate permite apariția unor mișcări relative între componente și poate favoriza slăbirea conexiunii.
În industria auto, unde multe componente sunt supuse permanent vibrațiilor și schimbărilor de sarcină, controlul corect al pretensionării este esențial.
Ce se întâmplă dacă un șurub este strâns prea mult?
Și supra-strângerea poate fi problematică.
Dacă șurubul este strâns peste limita pentru care a fost proiectat, materialul poate ajunge în zona de deformare permanentă. În funcție de aplicație, pot apărea deteriorarea filetului, deformarea șurubului sau deteriorarea componentelor asupra cărora acesta aplică forța.
De aceea, un cuplu mai mare nu înseamnă automat o fixare mai bună.
Scopul este obținerea pretensionării corecte pentru aplicația respectivă.
De ce se folosesc șuruburi de unică folosință?
În industria auto există și situații în care producătorul specifică înlocuirea șuruburilor după demontare.
Acestea pot fi elemente proiectate pentru o anumită procedură de strângere, inclusiv strângere la cuplu și apoi la un anumit unghi.
În astfel de cazuri, șurubul poate suferi o deformare controlată în timpul montajului. Din acest motiv, producătorul poate considera că reutilizarea lui nu mai oferă aceleași proprietăți de fixare.
Exemplele pot include anumite aplicații din motor, chiulasă, componente ale suspensiei sau alte ansambluri mecanice.
Dacă documentația producătorului specifică înlocuirea unui șurub după demontare, acesta trebuie înlocuit.
Cuplu sau cuplu + unghi?
În anumite aplicații auto, procedura de montaj nu se oprește la o valoare exprimată în Nm.
Producătorul poate indica, de exemplu:
40 Nm + 90°
În acest caz, șurubul este mai întâi strâns la 40 Nm, iar apoi este rotit suplimentar cu 90 de grade.
Această metodă permite un control mai precis al întinderii șurubului în anumite aplicații și este utilizată atunci când proiectarea ansamblului o cere.
Procedura exactă trebuie respectată întocmai, inclusiv ordinea de strângere și eventualele etape intermediare.
De ce contează lubrifierea filetului?
Lubrifierea schimbă coeficientul de frecare dintre suprafețele filetului.
Asta înseamnă că, la același cuplu aplicat, un șurub lubrifiat poate ajunge la o pretensionare diferită față de unul montat uscat.
De aceea, nu este recomandat să aplici automat ulei sau pastă de montaj pe un filet dacă producătorul nu prevede acest lucru.
Dacă specificația de montaj spune că filetul trebuie să fie uscat, acesta trebuie montat uscat. Dacă producătorul specifică un lubrifiant sau un anumit tratament, trebuie utilizată procedura respectivă.
De ce cheia dinamometrică este importantă?
O cheie obișnuită îți permite să strângi un șurub, dar nu îți oferă un control precis asupra cuplului aplicat.
O cheie dinamometrică permite aplicarea unei valori prestabilite și este instrumentul potrivit pentru lucrările în care producătorul specifică un cuplu exact.
Într-un atelier auto, aceasta este una dintre uneltele esențiale atunci când sunt montate componente mecanice unde cuplul de strângere are o importanță directă pentru funcționarea și siguranța ansamblului.
Cum alegi șurubul potrivit pentru o aplicație auto?
Nu este suficient să știi doar diametrul.
Pentru identificarea unui șurub trebuie luate în calcul mai multe caracteristici:
- diametrul filetului;
- pasul filetului;
- lungimea;
- clasa de rezistență;
- materialul;
- forma capului;
- tipul locașului;
- tratamentul de suprafață;
- condițiile de lucru;
- specificația producătorului ansamblului.
Într-o aplicație auto performantă, alegerea corectă trebuie să țină cont și de temperatură, vibrații, sarcini dinamice și numărul de cicluri de montare și demontare.
Este întotdeauna mai bun un șurub cu rezistență mai mare?
Nu.
Un șurub de clasă 12.9 are proprietăți mecanice superioare unuia de clasă 8.8, dar asta nu înseamnă că poate fi înlocuit automat în orice aplicație.
O conexiune filetată este un sistem format din mai multe componente. Contează șurubul, piulița, filetul piesei în care este înșurubat, suprafețele de contact și modul în care întregul ansamblu preia sarcina.
Șurubul trebuie ales pentru aplicație, nu doar pentru valoarea cea mai mare din catalog.
Șuruburile din industria auto: mai mult decât o simplă piesă de fixare
Într-o mașină, șuruburile sunt folosite în aproape toate sistemele mecanice importante. De la componentele motorului până la suspensie, direcție, transmisie și caroserie, fiecare conexiune filetată este proiectată pentru anumite condiții de lucru.
Clasele de rezistență precum 8.8, 10.9 și 12.9 ne oferă informații despre proprietățile mecanice ale elementului de fixare, dar nu sunt suficiente pentru alegerea lui.
Diametrul, pasul, lungimea, materialul, tratamentul de suprafață, condițiile de montaj și cuplul de strângere trebuie analizate împreună.
Iar atunci când există o specificație furnizată de producătorul automobilului sau al componentei, aceasta trebuie să aibă prioritate față de valorile generice din tabele.
Un șurub corect ales și montat corect nu este doar o piesă care ține două componente împreună. Este o parte esențială din modul în care un ansamblu mecanic funcționează în siguranță și își păstrează proprietățile în timp.
