螺紋連接是汽車制造中使用最廣泛的連接方式，螺紋連接質(zhì)量直接影響到汽車裝配質(zhì)量和行駛可靠性。而影響螺紋連接可靠性的因素有材料、摩擦系數(shù)、緊固件加工方法等。企業(yè)常規(guī)的螺栓性能測(cè)試可以測(cè)出螺栓的扭矩、抗拉強(qiáng)度，但同一螺栓，不同扭矩狀態(tài)產(chǎn)生的軸向力是多少? 影響軸向力有哪些因素? 怎樣防止螺栓松脫? 摩擦系數(shù)與緊固件使用性能之間的關(guān)系如何?這些問題值得思考。

近些年來(lái)，隨著先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備的引入，發(fā)現(xiàn)在緊固件生產(chǎn)過程中，相關(guān)因素對(duì)摩擦系數(shù)的影響，從而影響緊固件裝配后的軸向力，使緊固件裝配后過松(扭矩明顯下降) 或過緊，造成螺栓松動(dòng)或斷裂。

試驗(yàn)方法

試驗(yàn)用緊固件為VVT 正時(shí)齒輪螺栓M12×1.25－42，形狀尺寸如圖1 所示，材料為SCM435，強(qiáng)度為10T，試驗(yàn)件硬度57～58 HＲC(不是產(chǎn)品原要求的硬度，為試驗(yàn)而特殊設(shè)計(jì)的) 。

圖1 試驗(yàn)螺栓的形狀和尺寸

對(duì)試驗(yàn)螺栓進(jìn)行了4 種不同的表面處理，分別為鍍鋅不上油、鍍鋅上油、磷化上油、發(fā)黑( 氧化) 上油，其中前三種狀態(tài)上油均為ＲPA-8 干性防護(hù)油。并在德國(guó)制造的TesT 摩擦系數(shù)試驗(yàn)機(jī)( 軸力儀205S.3.1100N.M)上測(cè)試摩擦系數(shù)。

試驗(yàn)結(jié)果與分析

測(cè)試4 種表面處理狀態(tài)螺栓的扭矩與軸向力和總摩擦系數(shù)的關(guān)系，結(jié)果見圖2。

a) 磷化上油; ( b) 發(fā)黑( 氧化) 上油; ( c) 鍍鋅上油; ( d) 鍍鋅不上油

圖2 總扭矩與軸向力的關(guān)系

表1 4種表面狀態(tài)螺栓的摩擦系數(shù)和軸向力的關(guān)系

將以上4 組試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總于表1 中。從表1 數(shù)據(jù)可以看出:

1、相同零件，不同表面處理，摩擦系數(shù)相近，扭矩相同的，軸向力也相近。如表面磷化上油和表面鍍鋅上油的摩擦系數(shù)相近，其軸向力也相近。

2、相同零件，不同表面處理，扭矩相同，摩擦系數(shù)越小，軸向力越大，即擰緊力越大。如表面磷化的摩擦系數(shù)最小，而軸向力最大。因摩擦系數(shù)不同，造成軸向力不同，即擰緊力不同。

3、相同零件，不同表面處理，相同軸向力，摩擦系數(shù)越大，扭矩越大。如表面氧化摩擦系數(shù)最大，其扭矩也最大。

4、相同零件，相同表面處理，涂油和不涂油狀態(tài)，所產(chǎn)生的力( 扭矩、軸向力) 是不同的。如表面鍍鋅上油和不上油狀態(tài)的扭矩和軸向力差異較大。

綜上分析，結(jié)合緊固件常用表面處理(包括達(dá)克羅、Cr+3電鍍、鋅鎳電鍍、鋅鋁涂層等) 在裝配、使用過程的情況，可以得出: 螺栓不同的摩擦系數(shù)，扭矩相同，軸向力不同，即摩擦系數(shù)越大，軸向力越小; 反之，摩擦系數(shù)越小，軸向力越大。這提醒我們，相同的零件不同廠家生產(chǎn)，螺栓摩擦系數(shù)不同，相同的裝配扭矩，會(huì)產(chǎn)生不同的軸向力(即螺栓擰緊力) 。在裝配、使用過程中，可能做得精致(摩擦系數(shù)小) 的螺栓會(huì)斷裂、失效; 而做得粗糙(摩擦系數(shù)大) 的螺栓會(huì)(經(jīng)過振動(dòng))松動(dòng)或松脫。裝配過程中，偶然因素，個(gè)別螺栓沾到油后裝配，因摩擦系數(shù)變小，可能會(huì)出現(xiàn)在裝配或使用時(shí)，螺栓斷裂現(xiàn)象; 也就是說(shuō)螺栓摩擦系數(shù)對(duì)裝配性能產(chǎn)生很大的影響。

但是，影響螺栓摩擦系數(shù)的因素很多: 包括螺紋、支承面( 接觸面) 傾角、接觸面大小/毛刺(沖壓的凹凸面)、熱處理性能、表面處理狀態(tài)等。所以，生產(chǎn)過程中，制造商要確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定，生產(chǎn)關(guān)鍵或高強(qiáng)度緊固件，要有摩擦系數(shù)試驗(yàn)機(jī)等相關(guān)的檢測(cè)設(shè)備來(lái)驗(yàn)證過程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的一致性。避免不同批次螺栓摩擦系數(shù)較大離散，影響裝配和使用，避免螺栓松脫或斷裂。

結(jié)語(yǔ)

通過軸力儀摩擦系數(shù)試驗(yàn)，我們知道了摩擦系數(shù)是如何影響螺栓副裝配和使用性能的，對(duì)制造與裝配的配合關(guān)系有了更深的認(rèn)識(shí)。對(duì)于汽車緊固件制造商，要了解客戶的裝配和使用要求并考慮摩擦系數(shù)對(duì)螺栓性能的影響來(lái)做好生產(chǎn)過程的工藝策劃，才能提供客戶滿意的產(chǎn)品。