拧紧技术培训.ppt

1,扭矩知识介绍 SQI/景小平,螺栓虽是一个小小的零部件，甚至并不起眼，我们对螺栓的拧紧力矩也没有真正的关注过。只有在一个个由于螺栓引起的质量事故后，我们才开始重视螺栓在发动机及整车上的重要性，尤其在汽车安全件上，如果是由于螺栓的质量问题,造成的后果是不堪设想的。 深入的了解螺栓螺纹拧紧的原理及螺纹知识，有助于我们对螺栓的充分认识，螺栓拧紧的必要性和关键程度是我们日常的装配工作关注的主要对象，力矩的有效控制则能体现出一个岗位甚至一个班组的质量管理水平。 就是把零部件按一定的顺序连接在一起，我们采用的绝大部分连接方式是螺栓连接。 车间现场经常出现关于螺栓拧紧的问题：报警、力矩不够，螺栓断，滑牙等等问题不一而足， 为了更好的对螺栓连接的原理加深了解，提高对螺栓连接问题的解决能力，特举行此次培训。,引 言,目 录,螺栓基本知识 拧紧基本术语与原理 螺栓连接拧紧过程简单介绍 扭矩的控制方法,紧固件基本知识,1.公司用到的紧固件主要有,2.紧固件的标注,M6是指螺纹的公称直径d（螺纹大径） 14是指螺栓的公称长度L,1.25是指螺纹的牙距，细牙螺纹必须标注。 若省略，则表示是粗牙螺纹。,19,2008-07-16,螺栓标识系统,1）8.8 第一个数：表示公称抗拉强度的 1/100 （即最大抗张应力 N/mm2) 1008 = 800 N/mm2 第二个数：表示公称屈服强度与公称抗拉 强度比值的关系（即屈强比） 0.8 = 80% 两数相乘得出其屈服强度 ： 800* 0.8 = 640 N/mm2 2）BUFO：表示生产商 3）M：表示公制螺纹,拧紧基本术语与原理,3.紧固件的性能等级,螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级，其中8.8级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬火、回火），通称为高强度螺栓，其余通称为普通螺栓。螺栓性能等级标号有两部分数字组成，分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈强比值。小数点前面的数字代表材料的抗拉强度极限的，小数点后面的代表材料的屈服极限与抗拉强度极限之比的倍。 例如： 性能等级10.9级高强度螺栓，其含义是： 1、螺栓材质公称抗拉强度达1000MPa级； 2、螺栓材质的屈强比值为0.9； 3、螺栓材质的公称屈服强度达10000.9=900MPa级 螺栓性能等级的含义是国际通用的标准，相同性能等级的螺栓，不管其材料和产地的区别，其性能是相同的，设计上只选用性能等级即可。,2021年9月7日,6/11,拧紧原理,预紧力,螺栓拉伸,螺栓插入被连接件，利用螺母或内螺纹拧 紧使螺栓拉伸变形，这种弹性变形产生了轴向 的拉力，将被夹零件挤压在了一起，称为预 紧力。 理论上，只要产生了足够的夹紧力，完全可 以保证被夹零件在震动、高低温等恶劣环境下安 全工作，而不必使用涂胶等辅助方法。,扭矩,拧紧原理,拧紧基本术语与原理,张力,张力,螺栓连接件中的力,夹紧力,剪切力,剪切力,抗张力,抗张力,拧紧基本术语与原理,15,2008-07-16,The 50-40-10 规则,扭矩,100%,夹紧力10%,螺栓头下摩擦力50%,螺纹副中摩擦力40%,90% 的扭矩用于 克服摩擦力,施加的扭矩并不象夹紧力那么简单, 90% 的扭矩被摩擦力消耗 只有10%的扭矩转化为夹紧力,扭矩(M) = 力 (F)*力臂 (L),拧紧基本术语与原理,10%,螺栓头下摩擦力 45%,5%,16,2008-07-16,夹紧力与摩擦力的关系与影响,螺栓头下摩擦力 50%,螺纹副中摩擦力 40%,螺栓头下摩擦力 50%,螺纹副中摩擦力 40%,夹紧力 15%,在螺栓头下加润滑油,螺纹副中有杂质,螺纹副中摩擦力 45%,通常的情况,拧紧基本术语与原理,螺栓的拧紧过程是一个克服摩擦的过程，在这一过程中存在螺纹副的摩擦及端面摩擦。理论上，螺栓拧紧过程中拧紧扭矩T、螺栓轴向力F与摩擦系数及螺纹形状尺寸之间有(1)式关系： 式中，s为螺纹副摩擦系数；w为端面摩擦系数；dp为螺栓有效直径，粗牙螺纹dp0.906d,细牙螺纹dp0.928d；dw为端面摩擦圆等效直径，dw= 1.3d；du、di分别为摩擦圆的外径及内径；d为螺纹公称直径；为螺纹升角,粗牙螺纹250，细牙螺纹210；为垂直截面内的螺纹牙形半角，约为2958。,13,常见螺纹联接副的摩擦系数,一般钢材结合面的平均摩擦系数,14,拧紧角度值 (o),扭矩 (Nm),预拧紧,开始夹紧,夹紧形成,最终拧紧,螺栓连接拧紧过程简介,最终扭矩和角度值必须落在这一区域,拧紧过程的可接受范围,影响夹紧力的因素,摩擦, 拧紧精度，夹紧力过低或过高, 表面粗糙与润滑状态 螺丝质量差 材料不合适, 工具不准确或不相配 螺丝质量差 错误的工件, 设计缺陷 材料配对不合适 拧紧方法错误, 膨胀系数不同 螺栓接合尺寸错误,拧紧基本术语与原理,多阶段拧紧,扭矩Nm,角度 ,拆卸后再拧紧方法， 为了减少应力影响,18,扭矩的控制方法,根据拉伸-屈服极限的关系图，常用的扭矩控制方法有三种 （1）扭矩控制法（T） （2）扭矩-转角控制法（TA） （3）屈服点控制法（TG）,扭矩控制法 拧紧螺栓至设定的扭矩后，拧紧控制机构停止动作，其优点是较为简便，而且扭矩容易复验。,影响扭矩法精度的最大因素不是控制系统本身的精度，主要是由于螺栓的材质、加工精度、润滑状态、拧紧速度等的不同，从而影响螺纹表面之间、螺母承压面等各个螺纹联接处的摩擦系数的变化。 在实际应用中，摩擦力的离散状态非常严重，所以预紧力的离散值往往可以达到2030%，为了保证一定的预紧力，在用扭矩法控制的螺纹联接中往往采用较高的设计余量，以此弥补扭矩控制带来的偏差。 目前大多数非关键部位的螺纹联接仍使用扭矩法。,扭矩控制法,扭矩/转角控制法 扭矩转角控制法是在扭矩控制法上发展起来的， 应用这种方法，首先是把螺栓拧到一个不大的扭矩 后，再从此点始，拧一个规定的转角的控制方法。 它是基于的一定转角，使螺栓产生一定的轴向伸长及连接件被压缩，其结果产生一定的螺栓轴向预紧力的关系。应用这种方法拧紧时，设置初始扭矩（Ts）的目的是在于把螺栓或螺母拧到紧密接触面上，并克服开始时的一些如表面凸凹不平等不均匀因素。而螺栓轴向预紧力主要是在后面的转角中获得的。从图5中可见，摩擦阻力（图中以摩擦系数表示的）的不同仅影响测量转角的起点，并将其影响延续到最后。而在计算转角之后，摩擦阻力对其的影响已不复存在，故其对螺栓轴向预紧力影响不大。因此，其精度比单纯的拧矩法高。从图5可见，扭矩转角控制法对螺栓轴向预紧力精度影响最大的是测量转角的起点，即图中TS所对应的S1（或S2）点。因此，为了获得较高的拧紧精度，应注意对S点的研究。,扭矩-转角控制法,扭矩/转角控制法 由于转角的控制受摩擦系数影响较小，从而减小了预紧力的离散。螺母转角与螺栓预紧力的关系如下： =360 Fj/Px(1/C1+1/C2 ) 螺母转角； Fj螺栓预紧力； 螺栓螺距； C1螺栓刚度； 2被联接件的刚度。,说明：扭矩/转角控制法螺栓表面摩擦系数、摩擦副润滑状况的改变，不会影响到轴向力。,扭矩-转角控制法与扭矩控制法最大的不同 在于：扭矩控制法通常将最大螺栓轴向预紧 力限定在螺栓弹性极限的90处，即图6中Y 点处；而扭矩-转角控制法一般以Y-M区为 标准，最理想的是控制在屈服点偏后。 扭矩转角控制法螺栓轴向预紧力的精度是 非常高的，通过图6即可看出，同样的转角 误差在其朔性区的螺栓轴向预紧力误差F2 比弹性区的螺栓轴向预紧力误差F1要小得 多。 应用转角法，螺栓的负荷可以在它的弹性变形范围内，也可以进入塑性变形范围，大多数厂家用转角法一般在塑性区。如果螺栓要进入塑性变形范围，一定要进行严格的试验或检测。 优点：受摩擦系数影响较小，可得到比较高的预紧力且预紧力的离散度较小。 缺点：需要做大量的实验和分析工作，而且几乎无法复验，如果用扭力扳手来复验的话，预紧力可能会超过原先的设定值。,扭矩-转角控制法,屈服点控制法 屈服点控制法是把螺栓拧紧至屈服点后，停止拧 紧的一种方法。它是利用材料屈服的现象而发展起 来的一种高精度的拧紧方法。这种控制方法，是通 过对拧紧的扭矩/转角曲线斜率的连续计算和判断来 确定屈服点的。螺栓在拧紧的过程中，其扭矩/转角 的变化曲线见图7。真正的拧紧开始时，斜率上升 快，之后经过简短的变缓后而保持恒定（a_b区间） 。过b点后，其斜率经简短的缓慢下降后，又快速降。当率下降一定值时（一般定义，当其斜率下到最大值的二分之一时），说明已达到屈服点（即图7中的Q点），立即发出停止拧紧信号。,屈服点控制法,屈服点法利用了材料从弹性变形区向塑性变形区过渡时的特性，但是屈服点法同样要进行严格的试验或检测，以防螺栓和螺纹损坏或断裂。 在屈服点控制法中，预紧力的大小主要取决于紧固件的屈服强度，因此能得到较大的预紧力，预紧力的离散度也较小，而且预紧力不受摩擦系数变化的影响。 屈服点控制法要求对零件表面进行严格的处理，任何打滑和阻滞现象都会使扭矩/转角曲线偏离正常的范围从而使控制系统发出错误警告。此外对螺栓的要求也非常高： 紧固必须是专门为屈服点拧紧设计的 螺栓能达到塑性延伸 螺纹摩擦必须明显小于头部下方的摩擦 螺栓头和螺纹的材料不允许变形,屈服点控制法,25,