1、高強度螺栓的緊固分析高強度緊固件是汽車、航空、鋼結構行業中最常見最重要的裝配連接方式。目前，國際國內各領域對產品的質量和安全可靠性，都提出了越來越高的要求，而螺栓的摩擦系數、扭拉關系作為螺栓連接副中重要的技術參數，在產品裝配可靠性上具有重要意義。如何測定螺栓的摩擦系數，如何設計、驗證螺栓的擰緊裝配方法，不同的表面處理如何改變螺栓的摩擦系數等，以上這些問題，都越來越受到緊固件生產和使用部門的高度重視。2007年3月19日起，廣州本田汽車有限公司決定召回2005年2月22日到2007年2月14日期間生產的05O7款奧德賽轎車共68993輛。召回原因是這些車輛在使用過程中，助力泵固定螺栓可能受到過大

2、彎曲應力而產生斷裂，進而導致皮帶脫落，可能的后果是造成打方向變重，發動機不能正常運行。召回車輛將在助力轉向泵固定螺栓處安裝加強件，以便加強緊固力，防止此類現象的發生。螺栓連接，首先要考慮正確的裝配過程，確保員工嚴格執行扭力扳手操作規范，其次在流水線上加強班長、段長抽查扭力的頻次，規范指針扳手抽檢方法，加強對扭力超差缺陷的前后車輛進行追溯，保證無不合格產品流到下工序；然后對產生缺陷的員工作重點培訓，以提高使用扭力扳手操作的一次合格率。通過實踐和學習，筆者對螺栓、螺母等高強度緊固件的裝配可靠性，有些心得體會，現作如下總結以與同行交流。1 螺栓擰緊裝配中質量控制的10個步驟11 影響螺栓連接質量的“

3、4M”(1)Man：操作者；(2)Machine：扭緊工具；(3)Method：裝配策略；(4)Material：螺母和螺栓的質量。12 螺栓擰緊裝配過程中質量控制的10個步驟(1)確定合理的設計參數(method)。因為被連接件緊固力即螺栓張緊力的測量，只有在實驗室通過超聲波測長來實現，所以生產現場多采用的是通過扭矩間接控制張緊力的方法。螺栓摩擦力的影響，見表1。表1 螺栓摩擦力影響表從表1可以看到，在螺絲擰緊過程中，當摩擦系數有008時，通常會有80扭矩因摩擦而損失，真正能夠擰緊螺絲產生軸力的扭矩，只剩20；而當連接副的摩擦系數達到014時，只有14的扭矩才能產生軸力。為確保生產線上組裝工

4、作的品質，能加以控制并達到一致性。選定螺栓參數時就必須考慮接合面所產生摩擦力的影響。如螺絲軸承面，螺牙，墊片等所造成的摩擦力。對螺栓扭矩的控制，可從下列兩點來思考：1)流水線速度過快可能導致扭矩過快的衰減；2)部分零件的扭矩工藝范圍偏小，現場不好控制，技術中心應該結合現場實際情況考慮扳手和測量工具的綜合誤差，連接副的配合情況等等來劃定工藝范圍。(2)緊固件材料質量的檢查。主要的參數是：尺寸，潤滑，表面質量，涂層。還要考慮扭矩實施時的影響，例如：穩定支撐桿，輪胎等零件扭矩會因螺母施加次序不合理，而造成部分螺栓扭力的變化。利用臺架設備也可以測量參數，見圖1。圖1 利用臺架設備測量參數這個臺架有三個

5、傳感器分別測出轉角，扭矩，張緊力三個參量。通過軟件可以獲得以下參數：扭矩系數，摩擦面系數(總摩擦系數，螺紋副摩擦系數，支撐面摩擦系數)，屈服點軸力，屈服點扭矩，轉角，最大扭矩和最大扭力(如表2)，并可以獲得螺栓從預緊直到斷裂的動態曲線圖(如圖2)。表2 測試項目及可求出的緊固特性圖2 螺栓從預緊直到斷裂的動態曲線圖(3)使用正確的工具。根據螺栓分類來選擇工具和扭矩策略。A：直接影響人身安全；B：失效；C：顧客抱怨。(4)制定合適的工具送檢計劃。工具的動態測試和靜態測試，精度1。(5)使用校準過的工具。根據標準進行校準。(6)不定期抽檢螺栓。測試螺栓受力曲線與實驗室的標準曲線比對，從而發現缺陷。

6、(7)合理的檢驗過程。通用標準：取指針扳手旋轉l0度角過程中的最低值為抽檢值。(8)全流程一致性。螺栓制造和檢驗過程，工具檢驗過程中所采用的標準和度量衡等必須一致。(9)培訓員工。員工需要知道螺栓連接知識，能夠辨識裝配質量好壞，并且對緊固失效情況有清醒認識。(10)第三方檢測。同樣地設備會有系統誤差，需要第三方的不同設備檢測。2 螺栓緊固知識21 軸力與扭矩公式因為現場是用扭力扳手控制，扭矩是個常量。如果肛變大，F變小，緊固失效；如果 變小，F變大，當F超過螺栓的抗拉極限，螺栓就會斷裂。22 螺紋副摩擦系數對扭矩的影響6376汽車后橋縱臂前部螺栓曾出現扭力打不響，最終螺栓斷裂的情況，懷疑與螺紋

7、副的摩擦系數有關，螺栓表面涂層和牙型有問題，都可能導致摩擦系數變小。某家汽車裝配廠，某天的一段時間，發現某工位的擰緊機都會擰斷數顆螺栓。經調查，發現因該工位的員工因事離開，將工作移交他人；而此人是一名潤滑工，手套上沾滿油漬，沾上油的螺栓，降低了螺紋副的摩擦系數。用軟件可以輸入一些參數：應用的標準，擰緊過程，螺栓公稱直徑，公差，螺栓等級，螺栓涂層，潤滑情況，牙型等。x 軸：轉角左縱軸：扭矩右縱軸：軸力屈服點的定義：當彈性變形斜率降到50的點為屈服點。圖3 彈性變形斜率下面是測試儀出的一些圖：圖4 測試儀23螺栓表面涂層對扭矩和軸力的影響圖5 螺栓表面涂層對扭矩和軸力的影響以下實驗證明螺栓表面涂層

8、對扭矩和軸力的影響：圖5是一個M12×120的螺栓，取兩個螺栓，一個是88級，一個是129級，首先對它們作拉伸實驗，結果如下(見表3)：然后作擰緊實驗，表面采用不同的涂層。此試驗說明，采用不同涂層的螺栓，在不同的潤滑條件下，軸力的損失波動范圍可以從8到27 。表3 M12螺栓拉伸結果數據表3 扭矩加轉角控制法緊固件扭矩的控制方法共有三種：(1)扭矩控制。有些車間主要采用的是扭矩控制，也就是在螺栓彈性區間進行控制的方法。而扭矩加轉角控制法，是過屈服點控制。因為它可以把螺栓的強度用到最大，通過選用尺寸較小的螺栓，從而起到減小螺栓重量，節省空間的效果。圖6 扭矩控制圖(2)扭矩加轉角控制。

9、圖6是扭矩加轉角控制示意圖，先施加75 N·m的扭距，再旋轉兩個180。角度值的選擇依據：扭矩最大值不能超過螺栓承受極限值。圖7 扭矩加轉角控制圖根據圖7引發一個思考：現場只要使用扭力扳手，扳手一響，即使扭力值超過工藝范圍上限，螺栓也不會失效，這個結論正確與否還在論證。扭矩加轉角控制需要采用的螺栓有一個好的塑性變形區，螺紋段長度越大越好。4 現場扭矩的檢測現場用指針扳手檢測，需要操作者有良好的手感。由圖8所示，現場扭力檢測值有一個先升后降再升的過程。所以對螺栓轉動瞬間的把握很重要，這些都取決于操作者的經驗。圖8 扭力檢測浮動圖圖1 裝置工作原理示意圖4 結束語04站35kV系統改造結束后，滿足了公司不斷增加的