ねじ山の引っ掛かり率と雌ねじ山のせん断破壊

Question

当方鋳物メーカーです。

客先で製品「4-M12（雌ねじ深さ12mm）」部のボルト締め付け（インパクトレンチ→トルクレンチ80N/m）を行なったところ、４穴のうち１穴、雌ねじ山の3/4が抜けた（抜けた山がスプリングワッシャーの様な状態）とのクレームを受けました。

弊社で製品を回収し確認したところ、別の雌ねじの山側が台形状に加工されており、試しにボルトを通してみましたが、ガタツキも大きく、

外注加工先では「下穴φ10.3のところを（作業員の勘違いで）φ10.7でドリル加工した」との事でした。

素材の硬度・金属組織ともに確認してみましたが、当社ではFC200材質を充分に満足出来る素材と判断しております。

この製品は以前より流れている品物であり、今回の下穴加工が原因だと思うのですが…

下穴ドリル径φ10.3での引っ掛かり率は約85％、φ10.7は約63％と成りますが、これが原因でしょうか？また、この材質に対しての適正な締め付けトルクも教えて頂ければ幸いです。

恥ずかしながら私は「ねじ」に関して全く素人同然ですので、お手数ですがご教授の程を宜しくお願い致します。

Answer

私も気になってザックリとマジメに計算してみましたところ、
正規のM12ねじ深さ24mmとしてFC200、許容締付圧力=15N/mm2、T=80N-mとし、
ねじ面摩擦係数0.25、座面の摩擦係数0.1などなどと仮定して計算してみたら
W=28.8KN→締付トルクに換算すると79N-mとなり、正規のネジでもギリです
従って、インパクトレンチでトルク？？これでは、壊れても仕方ないと思う

W=26.5KN→締付トルクに換算すると74.2N-mの記入ミスでした
（締付けトルク　T=80N-m→28.6KNの雌ねじに働く軸力と計算してます）

Answer

ボルト締め付け（インパクトレンチ→トルクレンチ80N/m）を行なった
ところ…は、当然ではないでしょうか？

鋳物は、一般的に高炭素で、衝撃に弱い（脆い）特徴がありますね。

さて、ねじ締め時に、ねじを新たに切って、2条ねじみたいになったのか
も知れませんね。

ねじ締めとトルク等は、以下のサイトで確認下さい。
下側のサイトは、文字（青字や赤字）をクリックするとその内容へシフトします。
http://www.nmri.go.jp/eng/khirata/design/ch04/ch04_03.html
http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/ads?client=ca-pub-5471100201818699&dt=1224924873146&lmt=1224924873&output=html&slotname=0069191190&correlator=1224924873131&url=http%3A%2F%2Fwww.110.ne.jp%2Fnejitech%2Fct1_003.html&ea=0&frm=0&ga_vid=518328065.1201753141&ga_sid=1224924873&ga_hid=1182513034&ga_fc=true&flash=9.0.124.0&u_h=800&u_w=1280&u_ah=800&u_aw=1280&u_cd=32&u_tz=540&u_his=5&u_java=true

Answer

鋳物　雌ねじ　の　強度アップ　に　ヘリサート　と言う優れものが有ります。
http://www.sanyu-seiki.com/e_sert/index.html

別の話ですが、以前の鋳鉄製の　エンジンブロック　に直接取り付けるスタッドボルト用の
ネジは、ピッチの荒い、インチネジを使用していた事が有ります。

Ｍ－１２　なら　ウイットネジの　Ｗ１／２　Ｐ１２　と　どちらが　強いか
お試しになってみたら如何でしょうか？

Answer

FC200の規格上の引張強さは200N／mm2以上であり，ねじ強度区分で言えば4.6
（T系列）相当の実力を有していると考えられます。しかし材料強度のばらつ
きを考えて適正締付トルクをとなればT系列と0.5T系列の間になると思います
ので0.8T系列くらいが適正だと思います。M12の締付トルクは基準T系列で
42Nｍ，0.5Tで21Nｍです。0.8T系列だと32Nmくらいになります。詳細は添付
URLを参照ください。
ねじの締付けトルクTに関し　T＝Kｄ・F　の式があります。
ここにKトルク係数（一般鋼材では0.2）ｄ：ねじの呼び径　F：基準軸力　
です。0.8T系列で考えて見ると基準軸力Fはこの式から13,300Nと計算でき
ます。通常引抜に対しせん断面積A＝π×ねじ谷径×ねじ長さ×切欠き係数で
あり,A＝10.1π×12×0.8＝305mm2となるのですが,せん断応力τ＝F/A＝
43.6 N／mm2仮にせん断面積が60％に低下するとτ＝72.7 N／mm2に増えます。
許容せん断応力値は（引張強さ/3）程度と考えられるのでこのレベルで破損
の可能性が生じます。

Answer

回答１さんが紹介しているHPに載っていますが、締め付けトルクはめねじの強度ではなく、ボルトの引張り強度で算出します。

めねじの深さは経験則でネジ径の１．５倍と教わりました。
もし計算するならば、FC200の許容せん断応力とねじ部の面積から求めためねじの強度がボルトの強度を上回っていればめねじが破断することは無いと思います。

ただし、頻繁にボルトの着脱を繰り返す場合は注意が必要です。

参考HPを見れば計算できます。
ボルトの強度はわかりますか？強度区分がわかれば引張り強さと降伏応力がわかりますよ。

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