擰緊技術(shù)培訓(xùn)

1扭矩知識(shí)介紹

SQI/景小平螺栓——雖是一個(gè)小小的零部件，甚至并不起眼，我們對(duì)螺栓的擰緊力矩也沒有真正的關(guān)注過。只有在一個(gè)個(gè)由于螺栓引起的質(zhì)量事故后，我們才開始重視螺栓在發(fā)動(dòng)機(jī)及整車上的重要性，尤其在汽車安全件上，如果是由于螺栓的質(zhì)量問題,造成的后果是不堪設(shè)想的。深入的了解螺栓螺紋擰緊的原理及螺紋知識(shí)，有助于我們對(duì)螺栓的充分認(rèn)識(shí)，螺栓擰緊的必要性和關(guān)鍵程度是我們?nèi)粘５难b配工作關(guān)注的主要對(duì)象，力矩的有效控制則能體現(xiàn)出一個(gè)崗位甚至一個(gè)班組的質(zhì)量管理水平。就是把零部件按一定的順序連接在一起，我們采用的絕大部分連接方式是螺栓連接。車間現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常出現(xiàn)關(guān)于螺栓擰緊的問題：報(bào)警、力矩不夠，螺栓斷，滑牙等等問題不一而足，為了更好的對(duì)螺栓連接的原理加深了解，提高對(duì)螺栓連接問題的解決能力，特舉行此次培訓(xùn)。引言

目錄

螺栓基本知識(shí)

擰緊基本術(shù)語與原理螺栓連接擰緊過程簡(jiǎn)單介紹扭矩的控制方法緊固件基本知識(shí)1.公司用到的緊固件主要有2.緊固件的標(biāo)注M6是指螺紋的公稱直徑d（螺紋大徑）14是指螺栓的公稱長(zhǎng)度LL1.25是指螺紋的牙距，細(xì)牙螺紋必須標(biāo)注。若省略，則表示是粗牙螺紋。192008-07-16螺栓標(biāo)識(shí)系統(tǒng)應(yīng)力應(yīng)變塑性范圍極限抗拉強(qiáng)度螺栓失效破壞點(diǎn)彈性范圍屈服強(qiáng)度應(yīng)力

N/mm2拉伸度屈服失效彈性區(qū)抗拉強(qiáng)度75%屈服強(qiáng)度極限抗拉強(qiáng)度極限1）8.8

第一個(gè)數(shù)：表示公稱抗拉強(qiáng)度的1/100

（即最大抗張應(yīng)力N/mm2)100×8=800N/mm2

第二個(gè)數(shù)：表示公稱屈服強(qiáng)度與公稱抗拉強(qiáng)度比值的關(guān)系（即屈強(qiáng)比）

0.8=80%

兩數(shù)相乘得出其屈服強(qiáng)度：

800*0.8=640N/mm22）BUFO：表示生產(chǎn)商3）M：表示公制螺紋擰緊基本術(shù)語與原理3.緊固件的性能等級(jí)螺栓性能等級(jí)分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余個(gè)等級(jí)，其中8.8級(jí)及以上螺栓材質(zhì)為低碳合金鋼或中碳鋼并經(jīng)熱處理（淬火、回火），通稱為高強(qiáng)度螺栓，其余通稱為普通螺栓。螺栓性能等級(jí)標(biāo)號(hào)有兩部分?jǐn)?shù)字組成，分別表示螺栓材料的公稱抗拉強(qiáng)度值和屈強(qiáng)比值。小數(shù)點(diǎn)前面的數(shù)字代表材料的抗拉強(qiáng)度極限的１／１００，小數(shù)點(diǎn)后面的代表材料的屈服極限與抗拉強(qiáng)度極限之比的１０倍。例如：性能等級(jí)10.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓，其含義是：1、螺栓材質(zhì)公稱抗拉強(qiáng)度達(dá)1000MPa級(jí)；2、螺栓材質(zhì)的屈強(qiáng)比值為0.9；3、螺栓材質(zhì)的公稱屈服強(qiáng)度達(dá)1000×0.9=900MPa級(jí)螺栓性能等級(jí)的含義是國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)，相同性能等級(jí)的螺栓，不管其材料和產(chǎn)地的區(qū)別，其性能是相同的，設(shè)計(jì)上只選用性能等級(jí)即可。2023年1月31日6/11擰緊原理預(yù)緊力螺栓拉伸螺栓插入被連接件，利用螺母或內(nèi)螺紋擰緊使螺栓拉伸變形，這種彈性變形產(chǎn)生了軸向的拉力，將被夾零件擠壓在了一起，稱為預(yù)緊力。理論上，只要產(chǎn)生了足夠的夾緊力，完全可以保證被夾零件在震動(dòng)、高低溫等惡劣環(huán)境下安全工作，而不必使用涂膠等輔助方法。扭矩■擰緊原理擰緊基本術(shù)語與原理張力張力螺栓連接件中的力夾緊力剪切力剪切力抗張力抗張力擰緊基本術(shù)語與原理152008-07-16The

50-40-10

規(guī)則扭矩100%夾緊力10%螺栓頭下摩擦力50%螺紋副中摩擦力40%90%

的扭矩用于克服摩擦力施加的扭矩并不象夾緊力那么簡(jiǎn)單?

90%

的扭矩被摩擦力消耗?

只有10%的扭矩轉(zhuǎn)化為夾緊力扭矩(M)

=力(F)*力臂(L)擰緊基本術(shù)語與原理10%螺栓頭下摩擦力45%5%162008-07-16

夾緊力與摩擦力的關(guān)系與影響螺栓頭下摩擦力50%螺紋副中摩擦力40%螺栓頭下摩擦力50%

螺紋副中摩擦力40%夾緊力15%在螺栓頭下加潤(rùn)滑油螺紋副中有雜質(zhì)

螺紋副中摩擦力45%摩擦力潤(rùn)滑后的螺栓壞的螺紋普通緊固軸力通常的情況擰緊基本術(shù)語與原理螺栓的擰緊過程是一個(gè)克服摩擦的過程，在這一過程中存在螺紋副的摩擦及端面摩擦。理論上，螺栓擰緊過程中擰緊扭矩T、螺栓軸向力F與摩擦系數(shù)及螺紋形狀尺寸之間有(1)式關(guān)系：

式中，s為螺紋副摩擦系數(shù)；w為端面摩擦系數(shù)；dp為螺栓有效直徑，粗牙螺紋dp0.906d,細(xì)牙螺紋dp0.928d；dw為端面摩擦圓等效直徑，dw=1.3d；du、di分別為摩擦圓的外徑及內(nèi)徑；d為螺紋公稱直徑；為螺紋升角,粗牙螺紋250，細(xì)牙螺紋210；為垂直截面內(nèi)的螺紋牙形半角，約為2958。

表

面

狀

態(tài)潤(rùn)

滑

狀

態(tài)螺

栓螺

母無

潤(rùn)

滑潤(rùn)

滑

油MoS2潤(rùn)滑脂錳磷酸鹽無處理0.140.180.140.150.100.11無處理0.140.180.140.170.100.12鋅磷酸鹽0.140.210.140.170.100.12鍍鋅（約厚8）0.1250.180.1250.17/鍍鎘（約厚8）0.080.120.080.11/鍍鋅（約厚8）鍍鋅（約厚8）0.1250.170.140.19/鍍鎘（約厚7）鍍鎘（約厚7）0.080.120.100.15/13常見螺紋聯(lián)接副的摩擦系數(shù)表面處理摩擦系數(shù)表面處理摩擦系數(shù)未加工（有氧化皮）0.32熱鍍鋅0.19精加工表面0.13冷鍍鋅0.30粗磨光表面0.28鍍鋅后噴沙0.34噴丸處理0.49涂紅丹漆0.07噴丸處理后時(shí)效0.53涂覆聚乙烯0.28噴沙處理0.47涂防銹漆0.60噴沙后涂亞麻子油0.26涂覆鋁粉0.15噴涂金屬0.48涂潤(rùn)滑油0.08一般鋼材結(jié)合面的平均摩擦系數(shù)14擰緊角度值(o)扭矩(Nm)預(yù)擰緊開始夾緊夾緊形成最終擰緊螺栓連接擰緊過程簡(jiǎn)介最終扭矩和角度值必須落在這一區(qū)域擰緊過程的可接受范圍影響夾緊力的因素錯(cuò)誤的擰緊系統(tǒng)不可靠的裝配技術(shù)沉降力溫度摩擦–擰緊精度，夾緊力過低或過高–表面粗糙與潤(rùn)滑狀態(tài)–螺絲質(zhì)量差–材料不合適–工具不準(zhǔn)確或不相配–螺絲質(zhì)量差–錯(cuò)誤的工件–設(shè)計(jì)缺陷–材料配對(duì)不合適–擰緊方法錯(cuò)誤–膨脹系數(shù)不同–螺栓接合尺寸錯(cuò)誤擰緊基本術(shù)語與原理擰入準(zhǔn)備擰緊角度[°]扭矩

[Nm]多階段擰緊擰緊1拆卸準(zhǔn)備擰緊2

扭矩

[Nm]角度[°]拆卸后再擰緊方法，為了減少應(yīng)力影響18扭矩的控制方法

根據(jù)拉伸-屈服極限的關(guān)系圖，常用的扭矩控制方法有三種

（1）扭矩控制法（T）（2）扭矩-轉(zhuǎn)角控制法（TA）（3）屈服點(diǎn)控制法（TG）

扭矩控制法擰緊螺栓至設(shè)定的扭矩后，擰緊控制機(jī)構(gòu)停止動(dòng)作，其優(yōu)點(diǎn)是較為簡(jiǎn)便，而且扭矩容易復(fù)驗(yàn)。影響扭矩法精度的最大因素不是控制系統(tǒng)本身的精度，主要是由于螺栓的材質(zhì)、加工精度、潤(rùn)滑狀態(tài)、擰緊速度等的不同，從而影響螺紋表面之間、螺母承壓面等各個(gè)螺紋聯(lián)接處的摩擦系數(shù)的變化。在實(shí)際應(yīng)用中，摩擦力的離散狀態(tài)非常嚴(yán)重，所以預(yù)緊力的離散值往往可以達(dá)到±20～30%，為了保證一定的預(yù)緊力，在用扭矩法控制的螺紋聯(lián)接中往往采用較高的設(shè)計(jì)余量，以此彌補(bǔ)扭矩控制帶來的偏差。目前大多數(shù)非關(guān)鍵部位的螺紋聯(lián)接仍使用扭矩法。扭矩控制法扭矩/轉(zhuǎn)角控制法扭矩—轉(zhuǎn)角控制法是在扭矩控制法上發(fā)展起來的，應(yīng)用這種方法，首先是把螺栓擰到一個(gè)不大的扭矩后，再?gòu)拇它c(diǎn)始，擰一個(gè)規(guī)定的轉(zhuǎn)角的控制方法。它是基于的一定轉(zhuǎn)角，使螺栓產(chǎn)生一定的軸向伸長(zhǎng)及連接件被壓縮，其結(jié)果產(chǎn)生一定的螺栓軸向預(yù)緊力的關(guān)系。應(yīng)用這種方法擰緊時(shí)，設(shè)置初始扭矩（Ts）的目的是在于把螺栓或螺母擰到緊密接觸面上，并克服開始時(shí)的一些如表面凸凹不平等不均勻因素。而螺栓軸向預(yù)緊力主要是在后面的轉(zhuǎn)角中獲得的。從圖5中可見，摩擦阻力（圖中以摩擦系數(shù)表示的）的不同僅影響測(cè)量轉(zhuǎn)角的起點(diǎn)，并將其影響延續(xù)到最后。而在計(jì)算轉(zhuǎn)角之后，摩擦阻力對(duì)其的影響已不復(fù)存在，故其對(duì)螺栓軸向預(yù)緊力影響不大。因此，其精度比單純的擰矩法高。從圖5可見，扭矩—轉(zhuǎn)角控制法對(duì)螺栓軸向預(yù)緊力精度影響最大的是測(cè)量轉(zhuǎn)角的起點(diǎn)，即圖中TS所對(duì)應(yīng)的S1（或S2）點(diǎn)。因此，為了獲得較高的擰緊精度，應(yīng)注意對(duì)S點(diǎn)的研究。扭矩-轉(zhuǎn)角控制法扭矩/轉(zhuǎn)角控制法由于轉(zhuǎn)角的控制受摩擦系數(shù)影響較小，從而減小了預(yù)緊力的離散。螺母轉(zhuǎn)角與螺栓預(yù)緊力的關(guān)系如下：

θ=360×Fj/Px(1/C1+1/C2)θ——螺母轉(zhuǎn)角；Fj——螺栓預(yù)緊力；Ｐ――螺栓螺距；C1——螺栓剛度；Ｃ2——被聯(lián)接件的剛度。

說明：扭矩/轉(zhuǎn)角控制法螺栓表面摩擦系數(shù)、摩擦副潤(rùn)滑狀況的改變，不會(huì)影響到軸向力。扭矩-轉(zhuǎn)角控制法與扭矩控制法最大的不同在于：扭矩控制法通常將最大螺栓軸向預(yù)緊力限定在螺栓彈性極限的90％處，即圖6中Y點(diǎn)處；而扭矩-轉(zhuǎn)角控制法一般以Y-M區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)，最理想的是控制在屈服點(diǎn)偏后。扭矩—轉(zhuǎn)角控制法螺栓軸向預(yù)緊力的精度是非常高的，通過圖6即可看出，同樣的轉(zhuǎn)角誤差在其朔性區(qū)的螺栓軸向預(yù)緊力誤差ΔF2比彈性區(qū)的螺栓軸向預(yù)緊力誤差ΔF1要小得多。應(yīng)用轉(zhuǎn)角法，螺栓的負(fù)荷可以在它的彈性變形范圍內(nèi)，也可以進(jìn)入塑性變形范圍，大多數(shù)廠家用轉(zhuǎn)角法一般在塑性區(qū)。如果螺栓要進(jìn)入塑性變形范圍，一定要進(jìn)行嚴(yán)格的試驗(yàn)或檢測(cè)。優(yōu)點(diǎn)：受摩擦系數(shù)影響較小，可得到比較高的預(yù)緊力且預(yù)緊力的離散度較小。缺點(diǎn)：需要做大量的實(shí)驗(yàn)和分析工作，而且?guī)缀鯚o法復(fù)驗(yàn)，如果用扭力扳手來復(fù)驗(yàn)的話，預(yù)緊力可能會(huì)超過原先的設(shè)定值。扭矩-轉(zhuǎn)角控制法屈服點(diǎn)控制法屈服點(diǎn)控制法是把螺栓擰緊至屈服點(diǎn)后，停止擰緊的一種方法。它是利用材料屈服的現(xiàn)象而發(fā)展起來的一種高精度的擰緊方法。這種控制方法，是通過對(duì)擰緊的扭矩/轉(zhuǎn)角曲線斜率的連續(xù)計(jì)算和判斷來確定屈服點(diǎn)的。螺栓在擰緊的過程中，其扭矩/轉(zhuǎn)角的變化曲線見圖7。真正的擰緊開始時(shí)，斜率上升快，之后經(jīng)過簡(jiǎn)短的變緩后而保持恒定（a_b區(qū)間）。過b點(diǎn)后，其斜率經(jīng)簡(jiǎn)短的緩慢下降后，又快速降。當(dāng)率下降一定值時(shí)（一般定義，當(dāng)其斜率下到最大值的二分之一時(shí)），說明已達(dá)到屈服點(diǎn)（即圖7中的Q點(diǎn)），立即發(fā)出停止擰緊信號(hào)。屈服點(diǎn)控制法屈服點(diǎn)法利用了材料從彈性變形區(qū)向塑性變形區(qū)過渡時(shí)的特