螺絲(螺栓)的主要作用是通過緊固產(chǎn)生的軸向力連接物件,但在實際作業(yè)中是很難直接監(jiān)視軸向力的。因此,很多人可能都是用扭矩扳手來管理緊固扭矩,以保證軸向力。然而除此之外,還有其他的螺絲(螺栓)緊固管理方法。而且,與使用扭矩扳手進行管理相比,有的方法還能縮小軸向力的偏差。今天來介紹螺絲的緊固管理方法,向大家進行普及。
“彈性區(qū)域緊固”和“塑性區(qū)域緊固”
在進入正題講解緊固管理方法之前,首先來講一講“彈性區(qū)域緊固”和“塑性區(qū)域緊固”。
隨著擰緊螺絲,施加的軸向力(應(yīng)力)逐漸變大,在到達屈服點之前,螺絲會與軸向力成正比伸長,去除軸向力后,螺絲伸長的部分就會復(fù)原。這個范圍叫作彈性區(qū)域,這一范圍內(nèi)的緊固叫作“彈性區(qū)域緊固”。
而超過屈服點后,如果繼續(xù)擰緊螺絲施加軸向力,比例關(guān)系會消失,相對于軸向力,伸長率會發(fā)生激增。倘若達到這樣的狀態(tài),螺絲就會產(chǎn)生永久伸長率,即使去除軸向力也不會再復(fù)原。這個范圍叫作塑性區(qū)域,這一范圍內(nèi)的緊固叫作“塑性區(qū)域緊固”。
“彈性區(qū)域緊固”的特點在于螺絲的軸向力偏差較大,但螺絲能重復(fù)使用,可以采用扭矩法,使用扭矩扳手進行緊固管理,緊固作業(yè)簡單。
而“塑性區(qū)域緊固”雖然存在螺絲會產(chǎn)生永久伸長率,不能重復(fù)使用,而且緊固作業(yè)耗時較長等缺點,但與彈性區(qū)域緊固相比,可以進行穩(wěn)定的軸向力管理,因此已應(yīng)用于發(fā)動機組裝等用途。
利用“彈性區(qū)域緊固”和“塑性區(qū)域緊固”的緊固管理方法
那么,下面就進入正題,開始講解緊固管理方法。
主要的螺栓緊固管理方法包括:
①扭矩法
②扭矩斜率法
③旋轉(zhuǎn)角度法
等3種。
緊固區(qū)域分為前面介紹的“彈性區(qū)域緊固”和“塑性區(qū)域緊固”。
緊固系數(shù)表示在相同條件下緊固螺絲時軸向力的偏差度,數(shù)值越大代表偏差越大。因此,查看下表可以發(fā)現(xiàn),正如之前所講,彈性區(qū)域緊固的偏差比較大。
緊固管理方法 | 緊固管理項目 | 緊固區(qū)域 | 緊固系數(shù)* |
---|---|---|---|
扭矩法 | 緊固扭矩 | 彈性區(qū)域 | 1.4~3 |
旋轉(zhuǎn)角度法 | 緊固旋轉(zhuǎn)角度 | 彈性區(qū)域 | 1.5~3 |
塑性區(qū)域 | 1.2 | ||
扭矩斜率法 | 緊固扭矩相對于緊固旋轉(zhuǎn)角度的斜率 | 彈性區(qū)域極限 | 1.2 |
扭矩法
扭矩法是利用緊固扭矩與緊固軸向力在彈性區(qū)域的線性關(guān)系的緊固管理方法。在緊固作業(yè)時只管理緊固扭矩,用扭矩扳手就能實現(xiàn),是比較簡單的緊固管理方法,已經(jīng)得到了廣泛普及。
然而,緊固扭矩并非全部作為軸向力發(fā)揮作用,會被螺紋面和座面的摩擦消耗。因此,即使以相同的扭矩進行緊固,受表面粗糙度和潤滑狀態(tài)等因素的影響,軸向力依然會出現(xiàn)較大的偏差,需要在摩擦特性的管理上加以注意。
一般來說,使用扭矩法緊固螺絲時,發(fā)生的軸向力最好在屈服點的60%~70%的彈性領(lǐng)域內(nèi)。
旋轉(zhuǎn)角度法
旋轉(zhuǎn)角度法是使用角度尺(量角器)和電檢測器等工具,對螺絲頭部和螺母相對于預(yù)緊點的緊固旋轉(zhuǎn)角度進行管理,由此來控制緊固軸向力的方法,既可用于彈性區(qū)域緊固,也可用于塑性區(qū)域緊固。
順便一提,預(yù)緊點是指施加的緊固扭矩能夠使螺紋和座面緊密貼合的點。
但進行彈性區(qū)域緊固時,由于軸向力容易隨旋轉(zhuǎn)角度大幅波動,還是操作簡單的扭矩法更為常用。
而進行塑性區(qū)域緊固時,由于旋轉(zhuǎn)角度誤差所導(dǎo)致的軸向力變化較小,也可以利用螺栓和螺母的六角形,通過目視的方式進行角度管理。
扭矩斜率法
扭矩斜率法利用了螺絲緊固軸向力超過屈服點后,伸長率相對于軸向力激增的性質(zhì)。方法是使用電傳感器等工具檢測緊固扭矩和旋轉(zhuǎn)角度,在電腦上計算出彈性區(qū)域和塑性區(qū)域的變化點,以彈性區(qū)域極限進行緊固。
雖說需要的裝置在規(guī)模上遠超其他方法,但造成偏差的因素只有材料的屈服點,與扭矩法和旋轉(zhuǎn)角度法相比,軸向力的偏差比較小。因此應(yīng)用到了汽車發(fā)動機和氣缸蓋的螺栓等對于緊固的可靠性要求較高的用途。
除了以上方法,緊固管理方法還有直接測量并管理螺絲伸長率的伸長率測量法,以及通過高溫加熱賦予螺絲伸長率,對安裝時的溫度進行管理的加熱法等