在汽車制造業(yè)中，將各種汽車零部件裝配成整車的過程，需要很多種不同類型的聯(lián)接，比如焊接、螺栓聯(lián)接和粘膠聯(lián)接等。其中螺栓聯(lián)接是zui重要的聯(lián)接方法之一。由于螺栓聯(lián)接可以獲得很高的聯(lián)接強(qiáng)度，又便于裝拆，具有互換性，通過標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)了大批量生產(chǎn)，成本低而且價(jià)格便宜，經(jīng)常被應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱和底盤等重要位置的裝配中。所以，螺栓的擰緊質(zhì)量直接影響到產(chǎn)品的安全性和可靠性。
螺栓聯(lián)接質(zhì)量控制原理
螺栓聯(lián)接的實(shí)質(zhì)是通過將螺栓的軸向預(yù)緊力控制到適當(dāng)范圍，從而將兩個(gè)工件可靠地聯(lián)接在一起。為了確保螺紋聯(lián)接的剛性、密封性、防松能力和受拉螺栓的疲勞強(qiáng)度，聯(lián)接螺栓對預(yù)緊力的精度要求是相當(dāng)高的。所以，軸向預(yù)緊力是評價(jià)螺栓聯(lián)接可靠性的重要指標(biāo)。軸向預(yù)緊力的zui低限是由聯(lián)接結(jié)構(gòu)的用途決定的，該值必須保證被聯(lián)接工件在工作過程中始終可靠貼合。軸向預(yù)緊力的zui高值必須保證螺栓及被聯(lián)接工件在預(yù)緊和工作過程中不會(huì)發(fā)生脫扣、剪斷和疲勞斷裂等損壞。怎樣控制和監(jiān)控預(yù)緊力的數(shù)值，使之能夠達(dá)到產(chǎn)品要求顯然是一個(gè)值得研究的課題。
螺栓擰緊方法
螺栓擰緊方法主要有兩類，分別是彈性擰緊和塑性擰緊。彈性擰緊一般指扭矩?cái)Q緊法，塑性擰緊主要包括轉(zhuǎn)角擰緊法、屈服點(diǎn)擰緊法等。
1 扭矩?cái)Q緊法
扭矩?cái)Q緊法的原理是扭矩大小和軸向預(yù)緊力之間存在一定關(guān)系。通過將擰緊工具設(shè)置到某個(gè)扭矩值來控制被聯(lián)接件的預(yù)緊力。在工藝過程、零件質(zhì)量等因素穩(wěn)定的前提下，該擰緊方式操作簡單、直觀，目前被廣泛采用。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在擰緊螺栓時(shí)，有50%的扭矩消耗在螺栓端面的摩擦上，有40%消耗在螺紋的摩擦上，僅有10%的扭矩用來產(chǎn)生預(yù)緊力。由于外界不穩(wěn)定條件對扭矩?cái)Q緊法的影響很多，所以通過控制擰緊扭矩間接地實(shí)施預(yù)緊力控制的扭矩法將導(dǎo)致對軸向預(yù)緊力控制精度低。
而且有極少數(shù)的螺栓聯(lián)接，扭矩已達(dá)到規(guī)定值，而螺栓頭還未*與被聯(lián)接件貼合或間隙有時(shí)很小，目視不容易發(fā)現(xiàn)。此時(shí)扭矩值是合格的，但預(yù)緊力很小，甚至沒有，所以在這種情況下，如果僅僅提出保證扭矩合格，那么保證裝配擰緊質(zhì)量就成了一句空話。
2 轉(zhuǎn)角擰緊法
鑒于扭矩?cái)Q緊法存在的不足，美國在20世紀(jì)40年代末開始研究螺栓伸長和軸向力的關(guān)系。螺栓擰緊時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度與螺栓伸長量和被擰緊件松動(dòng)量的總和大致成比例關(guān)系，因而可采取按規(guī)定旋轉(zhuǎn)角度來達(dá)到預(yù)定擰緊力的方法。圖1示意性地描述了轉(zhuǎn)角擰緊法的曲線走向。首先將螺栓擰緊到起始力矩Ms，即將螺栓拉伸到接近屈服點(diǎn)，然后，再旋轉(zhuǎn)一定的角度A0，將螺栓拉伸到塑性區(qū)域。旋轉(zhuǎn)角度擰緊法的實(shí)質(zhì)是控制螺栓的伸長量，在彈性范圍內(nèi)軸向預(yù)緊力與伸長量成正比，控制伸長量就是控制軸向力，螺栓開始塑性變形后，雖然兩者已不再成正比關(guān)系，但螺栓受拉伸時(shí)的力學(xué)性能表明，只要保持在一定范圍以內(nèi)，軸向預(yù)緊力就能穩(wěn)定在屈服載荷附近。所以，對于兩個(gè)摩擦系數(shù)不同的螺栓，雖然采用相同的擰緊法擰緊后的zui終力矩M1與M2相差很大，但是，由于螺栓強(qiáng)度、尺寸相同，所以預(yù)緊力相差不大。與扭矩?cái)Q緊法相比，不僅高精度地完成了對擰緊的控制，而且充分提高了材料的利用率。
3 屈服點(diǎn)擰緊法
屈服點(diǎn)擰緊法的理論目標(biāo)是將螺栓擰緊到剛過屈服極限點(diǎn)。我們根據(jù)擰緊過程中力矩和轉(zhuǎn)角的關(guān)系，采用屈服點(diǎn)擰緊時(shí)，首先將螺栓擰緊到某一個(gè)規(guī)定的起始力矩Ms，從這點(diǎn)開始，設(shè)備監(jiān)控?cái)Q緊曲線的斜率值的變化，如果斜率下降到超過了設(shè)定值，那么就認(rèn)為把螺栓拉伸到了屈服點(diǎn)，工具停止運(yùn)行。
屈服點(diǎn)擰緊法zui大的優(yōu)點(diǎn)是將摩擦系數(shù)不同的螺栓都擰緊到其屈服點(diǎn)，zui大限度的發(fā)揮了螺紋件強(qiáng)度的潛力，但是它對干擾因素比較敏感，同時(shí)對螺栓的性能及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求*，控制難度較大。因此擰緊工具的價(jià)格十分昂貴。
根據(jù)上述擰緊方法，我們知道，無論我們采用何種擰緊方法，我們都需要知道一些參數(shù)，就是緊固件的軸向預(yù)緊力，摩擦系數(shù)等，我們?nèi)绾蔚玫竭@些參數(shù)呢？可以采用上海百若試驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)的多功能螺栓緊固分析系統(tǒng)，采用這套系統(tǒng)我們可以很方便的得到扭矩系數(shù)、總摩擦系數(shù)、螺紋摩擦系數(shù)、支撐面摩擦系數(shù)、屈服夾緊力、屈服緊固扭矩、轉(zhuǎn)角、極限夾緊力和極限扭矩等緊固特性值。
對于擰緊的效果如何，我們可以采用上海百若試驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)的FPL系列緊固件橫向振動(dòng)疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證，用來檢查放松效果如何。
