【星级员工】螺栓拧紧知识教材

螺栓拧紧知识培训柴油机厂总装车间29March2020【“星级员工”培训教材质量模块之五】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。引言【课程引言】提问一：现阶段我们现场使用的螺栓等级有多少种？提问二：现阶段我们现场使用的螺栓螺距有多少种？【课前提问】【课前案例学习】2009年10月12日下午，调试班热试工陈明建在试验一台编号为94616138发动机，在外特性3向外特性4过渡时，发动机突然停机，操作工立即将台架突卸后到热试间进行检查，外观没有观察出任何问题，遂将台架连接盘护罩脱开，发现飞轮从发动机上脱落，悬挂在台架上，有4根飞轮螺栓被切断。什么原因导致此次事故发生？？？一、常见螺纹联接二、螺纹联接技术及紧固理论介绍三、装配工艺开发及过程控制四、拧紧力矩的管理基础五、螺纹联接的常见失效形式与预防六、螺纹孔深度加工及攻丝注意事项目录【目录】常用螺纹紧固件螺纹性能等级螺纹标记的含义等级性能标准对照第一部分常见螺纹联接【第一部分常见螺纹联接】螺栓强度级别：3.6级12.9级（共10个等级）螺纹精度：4h6h螺母强度级别：4级12级（7个等级）螺纹精度：4H6H垫圈其它:双头螺柱、U型螺栓、螺塞1.1、常用螺纹紧固件常见螺纹紧固件【第一部分常见螺纹联接】1.2、螺纹性能等级国产螺纹的性能等级一般有多少种？【第一部分常见螺纹联接】3.64.64.85.65.86.88.89.810.912.9。1.3、螺纹标记的含义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)100×8=800N/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=640N/mm22）BUFO：表示生产商3）M：表示公制螺纹抗拉曲线图【第一部分常见螺纹联接】1.4、等级性能标准对照【第一部分常见螺纹联接】3932282322——HRB（min)——898279716752HRB（min)4439373432——HRC（max）——99.595HRB（max）洛氏硬度HR89101212——20—2225min伸长率%1100940720660640480420300340240190max1080900720640640480400300320240180公称12001000900800600500400300N/mm2公称抗拉强度12.910.99.88.8d＞168.8d≤166.85.85.64.84.63.6机械物理性能屈服点屈服强度N/mm2螺栓连接受力示意图和紧固扭矩分配示意图理论公式拧紧力矩的组成拧紧力矩和紧固轴力的关系影响预紧力（夹紧力）的因素紧固件拧紧的实质轴向预紧力的确定螺栓连接件的特性第二部分螺纹联接技术及紧固理论【第二部分螺纹联接技术及紧固理论】紧固载荷剪切力/侧滑力紧固载荷剪切力/侧滑力紧固压紧力2.1、螺栓连接受力示意图【第二部分螺纹联接技术及紧固理论】螺纹联接紧固扭矩分配示意图螺母&摩擦力55%夹紧载荷10%螺纹摩擦35%【第二部分螺纹联接技术及紧固理论】wwpspwwsspdddddtgFtgtgFTcos21cos1cos2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，dp0.906d,细牙螺纹，dp0.928d；dw为端面摩擦圆等效直径，dw=2i2u3i3udddd32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250，细牙螺纹210为垂直截面内的螺纹牙形半角，约为29582.2、理论公式【第二部分螺纹联接技术及紧固理论】1）支承面摩擦力矩TW2）螺纹副摩擦力矩TST=Ts+Tw注：轴向力所产生的力矩为零。螺纹副摩擦力矩TS支承面摩擦力矩TW轴力轴力2.3、拧紧力矩的组成【第二部分螺纹联接技术及紧固理论】紧固轴力Ff（预紧力）的计算：其中，K：扭矩系数，与支承面粗糙度和润滑情况、螺纹副精度和润滑情况等有关。T=KFfdFf=T/Kd弹性区域内紧固力矩TFmax弹性区FminKmaxKmin塑性区紧固轴力Ff2.4、拧紧力矩和紧固轴力的关系【第二部分螺纹联接技术及紧固理论】在采用同一扭矩紧固时：Ⅰ、摩擦系数上升，K值变大，则预紧力Ff不足Ⅱ、摩擦系数下降，K值变小，则预紧力Ff增大，可导致螺纹连接破坏失效。摩擦力润滑后的螺栓坏的螺纹普通紧固轴力螺纹的摩擦性能主要取决于：螺栓材质、制造精度、表面处理、实际装配工艺条件等2.5、影响预紧力（夹紧力）的因素【第二部分螺纹联接技术及紧固理论】控制螺纹紧固轴力（预紧力），保证被连接件所需的夹紧力。夹紧力需适中：1）夹紧力过小，被连接件容易松动；2）夹紧力过大，被连接件容易损伤，同时，也容易造成螺纹件的损坏。※螺纹连接的可靠性主要取决于螺栓的轴向夹紧力，夹紧力通常只能通过控制拧紧扭矩或转角来实现。2.6、紧固件拧紧的实质【第二部分螺纹联接技术及紧固理论】轴向预紧力下限值：由连接结构的功能决定，此值必须保证被联接件在工作过程中始终可靠贴合；轴向预紧力上限值：由螺栓（螺母）和被连接件的强度决定，此值必须保证螺栓及被联接件在预紧和服役过程中不发生破坏。（如：螺栓拉长、拧断、脱扣、被联接件压陷/破裂等）2.7、轴向预紧力的确定【第二部分螺纹联接技术及紧固理论】抗拉强度应变屈服点失效弹性区塑性区屈服强度极限抗拉强度60%50%力矩取值？【关键工序：±7-10%；一般工序：±15%；特殊部位：±3-5%】薄螺母？开槽螺母2.8、螺栓连接件的特性【第二部分螺纹联接技术及紧固理论】螺纹联接拧紧的几个阶段螺纹联接装配工艺方法第三部分螺纹联接装配工艺及过程控制Stage1PrevailingTorqueStage2DrawDownStage3ElasticStage4Plastic0.2%bkFbFyFpO注：弹性区、部分塑性区、均匀塑性区3.1、螺纹联接拧紧的几个阶段【第三部分螺纹联接装配工艺及过程控制】3.2.1扭矩直接控制法3.2.2扭矩控制—转角监控法3.2.3扭矩+角度控制法3.2.4屈服点控制法3.2.5螺栓长度法3.2、螺纹联接装配工艺方法【第三部分螺纹联接装配工艺及过程控制】3.3.1扭矩直接控制法TU=kL•D•FUTL=kU•D•FLT=k•D•F扭矩直接控制法原理TFkTUTLFUFLＫＭＩＮＫＭＡＸ【第三部分螺纹联接装配工艺及过程控制】方法介绍:这是利用扭矩值与预紧力的线性关系进行控制的方法，该方法在拧紧时只对紧固扭矩（T）进行控制，操作简便。但扭矩控制法受扭矩系数影响较大，90%以上用于克服螺纹和支承面摩擦扭矩，初始预紧力的离散度随着拧紧时摩擦损耗等因素的控制程度而变化，因而离散度较大．精度很低。应用：一般用在非关键部位。Fmax弹性区FminKmaxKmin塑性区紧固力矩T紧固轴力Ff3.2.1扭矩直接控制法【第三部分螺纹联接装配工艺及过程控制】扭矩时间扭矩=OKTminTmax拧紧曲线:例：飞轮螺栓拧紧要求为130-140Nm3.2.1扭矩直接控制法【第三部分螺纹联接装配工艺及过程控制】在采用扭矩控制的同时,用紧固转角θf作为指标对预紧力进行监控的控制方法。Ⅰ.20%N扭矩设定转角控制的起始点Ⅱ.从起始点计算转角，同时记录扭矩3.2.2扭矩控制—转角监控法【第三部分螺纹联接装配工艺及过程控制】注:该方法装配精度高，可控制在5%以内，一般用于较高的装配部位，抗松动、抗疲劳性能较佳，为拧紧装配工艺的发展方向。扭矩角度扭矩=OK角度：监控TmaxTmin20%θminθmax设定角度3.2.2扭矩控制—转角监控法扭矩控制法的一种辅助监控【第三部分螺纹联接装配工艺及过程控制】TsTAaaFATUTLFs原理：分步拧紧，先采用扭矩控制,再采用紧固转角θf进行控制的方法。大多数厂家用转角法一般在塑性区3.2.3扭矩转角法【第三部分螺纹联接装配工艺及过程控制】角度=OK扭矩=OK扭矩角度T0θ1θ2△θ3.2.3扭矩转角法【第三部分螺纹联接装配工艺及过程控制】F0FyvFpvFTaFsFAF0(0.30.7)FyvT=k•D•Fa=(F-TS/KD)/η【第三部分螺纹联接装配工艺及过程控制】扭矩法中,从公式T=k•D•F可以看出F与K是线性的关系,因而受K的影响大;扭矩转角法中,从公式a=(F-TS/KD)/η(TS是转折扭矩,η是与被连接件的弹性模量有关的系数)可以看出F与a的关系是线性的,而与K的关系不是线性关系,因而受K的影响不大.通过实验数据的分析可以看出，与扭矩法相比，转角法的优点非常明显，即便是在弹性区，转角法中轴力与扭矩系数的关系较小，而轴力主要与转角成正比，只要转角的精度达到，轴力即基本可达到；但在扭矩法中，轴力完全受到扭矩系数的控制，即便扭矩达到，如果扭矩系数得不到控制，那么轴力就达不到要求从而影响拧紧要求。【第三部分螺纹联接装配工艺及过程控制】Ⅰ.拧紧系统先将螺栓拧至一起始力矩（50%），然后系统不断计算扭矩/转角斜率，当螺栓材料达到屈服点（扭矩不再增加，而角度增加很快），斜率急剧下降，则系统发出控制信号；Ⅱ.得到信息后，系统略微停顿，再转10°左右。注：该方法具有可最大限度地利用螺栓强度的优点，同时，对螺栓自身的屈服强度及抗拉强度有严格的要求（适用于塑性区域）。3.2.4屈服点控制法【第三部分螺纹联接装配工艺及过程控制】3.2.5螺栓长度法我们对强力和进口缸盖螺栓进行了塑性变形量和力矩的对比（见部分数据表），可以看出螺栓每经过一次装配，塑性变形量在0.18-0.19mm左右。拧紧采用63N.M松开+20N.M+90°+90°的工艺方法（手动拧紧），但此方法较难测量。【第三部分螺纹联接装配工艺及过程控制】缸盖螺栓塑性变形量和力矩的对比（国产和进口件）编号（第一组）ABCDEFGHIJ国产螺栓长度109.52109.7110.2109.7109.7109.72110.7109.64109.7109.68第一次实验后长度109.74109.92110.44109.84109.96109.9110.8109.84109.82109.88第一次伸长量0.220.220.240.140.260.180.10.20.120.2第一次实验螺栓力矩100709085809090859580第二次实验后长度109.9110.22110.6110.06110.24110.22110.94109.98110110.12第二次伸长量0.160.30.160.220.280.320.140.140.180.24总伸长量0.380.520.40.360.540.50.240.340.30.44第二次实验螺栓力矩1008085808095100909085编号（第二组）ABCDEFGHIJ进口螺栓长度108.92108.9108.92108.9108.92108.96108.92108.84108.88108.88第一次实验后长度109.16109.14109.08109.06109.1109.1109.08109.02109.08109.12第一次伸长量0.240.240.160.160.180.140.160.180.20.24第一次实验螺栓力矩951059090909090909595第二次实验后长度109.3109.34109.36109.34109.28109.2109.22109