TOLERANTELE SI CONTROLUL PIESELOR FILETATE

1. Consideratii generale

Piesele filetate sunt organe de asamblare demontabile utilizate frecvent in constructia de masini si aparate. Suprafata filetata este o suprafata complexa obtinuta prin deplasarea unui profil generator, cu o anumita forma, pe o elice.

Filetele se clasifica dupa mai multe criterii, cum ar fi:

dupa destinatie, filetele sunt: de fixare, de miscare, de etansare, de masurare, speciale;

dupa sistemul de masura, filetele sunt: metrice sau in toli;

dupa forma profilului generator, filetele sunt: triunghiulare, patrate, trapezoidale, fierastrau, rotunde, speciale etc.;

dupa forma suprafetei de infasurare, filetele sunt: cilindrice sau conice;

filetele se mai pot clasifica dupa numarul de inceputuri, al sensului de infasurare etc.

Terminologia, simbolul, profilul si elementele dimensionale ale filetelor cilindrice sunt stabilite in STAS 3872-83, iar ale filetelor conice, in STAS 6423-81 (filet metric conic) si STAS 6422-81 (filet conic in toli Briggs).

2. Elementele dimensionale ale filetului

Suprafetele filetate fiind suprafete complexe, si elementele dimensionale ale acestora sunt numeroase. Principalele elemente dimensionale, prezentate in figura 1, sunt:

diametrul mediu al filetului d₂ pentru surub si D₂ pentru piulita - este diametrul cilindrului fictiv a carui suprafata intersecteaza spirele filetului in asa fel incat latimea plinurilor sa fie egala cu latimea golurilor profilului;

diametrul exterior d pentru surub si D pentru piulita - este diametrul cilindrului tangent la varfurile filetului pentru surub si la golurile filetului pentru piulita;

diametrul interior d₁ pentru surub si D₁ pentru piulita - este diametrul cilindrului tangent la golurile filetului surubului, respectiv varfurilor filetului pentru piulita;

profilul filetului - conturul rezultat prin intersectia suprafetei filetate cu un plan ce contine axa acesteia;

pasul filetului p este distanta masurata, paralel cu axa filetului, dintre doua flancuri paralele consecutive;

unghiul profilului a, intr-un plan axial, este unghiul dintre doua flancuri adiacente. Filetele triunghiulare metrice au unghiul profilului a , iar filetele Whitworth au a si elementele dimensionale exprimate in toli (1² = 25,4 mm);

inaltimea teoretica a filetului H este inaltimea profilului ascutit, obtinut prin prelungirea flancurilor pana la intersectarea lor;

inaltimea spirei H₁ este inaltimea reala a filetului surubului sau piulitei;

inaltimea de contact H₂ este inaltimea comuna de contact a flancurilor surubului si piulitei.

3. Tolerantele filetelor metrice ISO de uz general

In concordanta cu destinatia filetelor, tolerantele elementelor dimensionale au scopul sa asigure interschimbabilitatea pieselor filetate si o rezistenta cat mai mare a asamblarii prin realizarea unui contact uniform intre filetul (spirele) surubului si piulitei pe toata inaltimea profilului si pe toata lungimea de insurubare. Profilul nominal al filetului metric ISO cu dimensiuni nominale cuprinse intre 1 600 mm si unghiul dintre flancuri a , a fost stabilit prin STAS 6371-83.

Tolerantele filetelor metrice ISO pentru ajustaje cu joc sunt date in STAS 8165-82, iar dimensiunile limita pentru organele de asamblare de uz general sunt date in STAS 8164-82. Sistemul de tolerante si ajustaje ISO pentru filete (STAS 8165-82, s.a.) prescrie tolerante pentru diferite grade de precizie notate cu cifre de la 3 la 9, prevazute pentru trei clase de executie (fina, mijlocie si grosolana) si pentru trei grupe de lungimi de insurubare [scurta (S), normala (N) si lunga (L)] - figura 2.

Valorile limita ale celor trei grupe de lungimi de insurubare sunt date in STAS 8165-82 in functie de diametrul nominal. Pozitiile campurilor de toleranta fata de profilul nominal (de baza) al filetului sunt stabilite asemanator tolerantelor pieselor cilindrice netede, prin abateri fundamentale, respectiv abateri inferioare EI pentru diametrele piulitei si abateri superioare es pentru diametrele surubului. Astfel, prin STAS 8165-82 s-au stabilit doua serii de abateri fundamentale H si G pentru diametrele filetului piulitei (fig. 3) si patru serii de abateri fundamentale h, g, f si e - pentru diametrele filetului surubului (fig. 4).

4. Simbolizarea filetelor

Simbolul unui filet, pe langa simbolul tipului filetului, diametrul nominal si pasul acestuia, mai contine si simbolul campului de toleranta al diametrului mediu, urmat de simbolul campului de toleranta al diametrului nominal (diametrul varfului filetului).

De exemplu: M6 1-5g6g, care reprezinta un surub cu diametrul nominal 6 mm, cu pasul de 1 mm, avand pentru diametrul mediu campul de toleranta 5g, iar pentru diametrul nominal (exterior), campul de toleranta 6g.

La filetele obisnuite, se pot prescrie aceleasi campuri de toleranta atat pentru diametrul mediu, cat si pentru diametrul nominal, in acest caz simbolul fiind scris o singura data.

Simbolul campului de toleranta se compune dintr-o cifra (3 9), care indica gradul de precizie, urmata de o litera majuscula - pentru filetele interioare si minuscula - pentru filetele exterioare, care indica pozitia campului de toleranta (abaterea fundamentala).

Simbolul unui ajustaj este compus din simbolul campului de toleranta al filetului piulitei, urmat de simbolul campului de toleranta al filetului surubului, despartite printr-o linie oblica.

De exemplu: M14 1,5-6H/5g6g sau M20 2-6H/6g

Orice combinatie dintre campurile de toleranta este posibila, dar se prefera ajustajele de tipul: H/g, H/h sau G/h, deoarece asigura a asamblare de calitate. In tabelele 4.1 si 4.2 sunt prezentate campurile de toleranta recomandate pentru filetele suruburilor si respectiv pentru filetele piulitelor. Preferinta intai - sunt cele fara paranteza.

Si pentru celelalte tipuri de filete exista standarde care stabilesc dimensiunile, profilul nominal, abaterile fundamentale, tolerantele si ajustajele asambarilor filetate, din care amintim:

STAS 2114/4-81 - filete trapezoidale;

STAS 2224/1-81 - filete fierastrau;

STAS 6423-81 - filete conice;

STAS 6422-81 - filete conice in toli;

STAS 7826-81 - filete metrice pentru industria optico-mecanica;

STAS 8404/2-74 - filete metrice pentru mase plastice.

Tabelul 1

Campuri de toleranta recomandate pentru filetele suruburilor

Tabelul 2

Campuri de toleranta recomandate pentru filetele piulitelor

5. Relatii intre abaterile diametrului mediu, pasului si

unghiului profilului

Dintre elementele dimensionale ale suprafetelor filetelor (fig. 1), cele mai importante sunt: diametrul mediu d₂ (D₂), pasul p si unghiul profilului a

La asamblarile filetate de fixare de uz general, elementul dimensional principal este diametrul mediu, de el depinzand interschim-babilitatea si rezistenta pieselor asamblate. La asamblarile filetate speciale (filetele de miscare a saniilor masinilor unelte si microscoapelor, filetele de masurare ale micrometrelor), elementul dimensional principal este pasul, deoarece precizia sa asigura precizia deplasarii axiale.

Stabilirea tolerantei diametrului mediu la filetele de uz general se face considerand: influenta abaterii pasului si a unghiului profilului.

Corectia diametrului mediu pentru compensarea erorii pasului

Daca pasul unui filet este afectat de eroarea D_p (fig. 5), aceasta determina eroarea f_p a diametrului mediu. Eroarea cumulata de pas pe lungimea de infiletare are expresia:

(1)

unde: BB₁ - lungimea de infiletare pe linia diametrului mediu al profilului

efectiv;

AA₁ - lungimea de infiletare pe linia diametrului mediu al profilului

nominal.

Din triunghiurile ABC si A₁B₁C₁, se obtin:

(2)

(3)

de unde: (4)

In cazul filetelor simetrice , rezulta:

(5)

Se considera in modul deoarece, indiferent de semn, eroarea conduce de regula la micsorarea diametrului mediu la surub si la marirea diametrului mediu la piulita.

Corectia diametrului mediu pentru compensarea erorii unghiu-lui profilului

Se considera un filet real cu profil triunghiular simetric al carui unghi efectiv al profilului este mai mic decat unghiul nominal    (fig. 6).

In triunghiul ABC, dupa aplicarea teoremei sinusurilor, se obtine:

(6)

(7)

dar (8)

Operand aproximatiile si , expresia (7) devine:

(9)

Astfel, abaterea totala a diametrului mediu devine:

(10)

Toleranta prescrisa la diametrul mediu, in functie de marimea lui si de conditiile de precizie, trebuie sa limiteze aceasta abatere totala:

(11)

In concluzie, toleranta diametrului mediu determina existenta a doua profile limita, intre care trebuie sa se afle profilul efectiv al filetului.

6. Metode si mijloace pentru controlul filetelor

Controlul curent al filetelor consta in identificarea tipului filetului, valorii pasului p, masurarea unghiurilor flancului a, masurarea diametrului exterior d, a diametrului mediu d₂ si a diametrului interior d₁. Aceste elemente dimensionale pot fi masurate atat cu ajutorul mijloacelor de masurare universale tratate anterior, cat si cu ajutorul unor mijloace de masurare speciale, prezentate in continuare.

Sabloane de filet (lere)

Identificarea pasului si unghiului profilului filetului se poate face cu ajutorul sabloanelor (lere pentru filete - figura 7) pe baza fantei de lumina, care apare uniforma sau nu intre profilul sablonului si profilul filetului masurat.

Masurarea filetului cu micrometrul

Masurarea diametrului exterior se poate face cu micrometrul obisnuit ale carui suprafete de masurare sunt plane (fig. b).

Pentru masurarea diametrului mediu si a diametrului interior sunt utilizate micrometrele speciale pentru filete, la care suprafetele plane de masurare sunt inlocuite cu accesorii (palpatoare), prisme si varfuri conice (fig. a si c). Accesoriile utilizate la masurarea diametrului mediu au unghiul egal cu unghiul profilului, iar reglarea la zero pentru cele cu domeniul de masurare (0 25) mm se face aducand suprafetele active ale prismei si conului in contact, iar pentru cele cu domeniul ³ 25 mm se utilizeaza etalonul 11 (fig. 8).

Accesoriile utilizate la masurarea diametrului interior au unghiul prismei si conului mai mic decat unghiul profilului pentru ca acestea sa contacteze masurandul pe diametrul interior (terminatii sferice).

Masurarea este afectata de erori, de aceea nu se va folosi la masurarea filetelor de precizie (tarozi, calibre de filet, etc.).

Aparate pentru masurat pasul

In figura 9 este reprezentata schema de principiu a unui aparat pentru masurarea pasului (pasametrul comparativ). Aparatul se aseaza pe surub prin doua prisme (2). Cele doua sfere palpatoare, una fixa (3) si cealalta mobila (4) se sprijina pe flancurile filetului de masurat. Abaterile pasului pot fi evaluate cu ajutorul comparatorului (5). In prealabil, aparatul se regleaza dupa un calibru de filet sau etalon.

Microscopul de atelier sau universal

Cu ajutorul microscoapelor se pot efectua, prin metoda umbrei, atat identificarea parametrilor filetului, utilizand ocularul revolver, cat si masurarea acestora (d, d₁, d₂, a, p si conicitatea filetului).

Masurarea diametrului mediu prin

metoda celor trei sarme calibrate

Prin aceasta metoda se masoara cu inalta precizie diametrul mediu al filetelor. Metoda consta in masurarea dimensiunii peste sarme, M (fig. 10) cu ajutorul: micrometrului de exterior, optimetrului vertical sau orizontal, aparatului Abbe, ortotestului, etc. Odata determinata dimensi-unea peste sarme se calculeaza diametrul mediu al filetului, cu relatia 12 (fig. 11):

(12)

unde: - raza sarmei calibrate, cunoscuta;

Inlocuind in relatie, se obtine:

(13)

Pentru filetul metric, a -

Pentru filetul Whitworth, a -

Considerand si erorile de masurare, relatia (13) devine

(14)

unde: este corectia datorita unghiului de inclinare a filetului;

(15)

- corectia datorita fortei de masurare;

(16)

unde F este forta de masurare, iar d, d₂, p, a sunt parametrii filetului.

Diametrul sarmelor calibrate se alege astfel incat acestea sa tangenteze flancurile filetului in zona diametrului mediu al filetului,

(17)

Controlul filetelor cu ajutorul calibrelor

Controlul cu ajutorul calibrelor a pieselor filetate este specific productiei de serie mare si masa. Utilizarea calibrelor ofera avantajul verificarii simultane a tuturor parametrilor filetelor: diametrul exterior, diametrul interior, diametrul mediu, unghiurile flancurilor, pasului si conicitatea filetului prin imbinarea cu filetul piesei verificate.

Calibrele si contracalibrele pentru filete cilindrice se clasifica, conform STAS 2980/2-69, in urmatoarele tipuri:

calibre tampon filetate (fig. 12.a, b);

calibre inel filetate, fixe (fig. 12.c, d);

calibre inel filetate, reglabile.

Calibrele cu dimensiuni mari sunt prevazute cu manere.

Dupa valoarea limita verificata, calibrele pentru filete cilindrice pot fi:

calibre parte trece 'T';

calibre parte nu trece 'NT'.

Filetul verificat este considerat corespunzator numai in cazul in care calibrul partea 'TRECE' poate fi infiletat nefortat, cu mana, pe toata lungimea filetului, iar calibrul partea 'NU TRECE' nu poate fi infiletat cu mana decat maxim 1 - 2 spire. La calibrul partea 'TRECE', cu care se verifica elementele filetului, profilul este complet (fig. 13.a), in timp ce la calibrul partea 'NU TRECE', cu care se verifica numai diametrul mediu, profilul este redus (fig. 13.b).

Masurarea elementelor filetelor interioare

Pentru diametre suficient de mari, elementele filetului interior se pot masura prin metode asemanatoare celor prezentate anterior, folosind mijloace de masurare specifice masurarilor de interior sau dispozitive speciale. Se mai foloseste, pentru diametre mici, metoda amprentelor (mulajelor). Aceasta consta in topirea unor materiale cu punct de fuziune coborat, care umplu foarte bine forma, iar dupa racire au o duritate suficienta pentru a fi masurate. Sunt utilizate, de exemplu: aliajul Wood, format din Bi+Sn+Pb+Cd; amestec de 93%S si 7% grafit; gips, diferite materiale utilizate in stomatologie.