螺紋緊固件的功能，通過施加一定的扭矩，在螺栓上產(chǎn)生相應(yīng)的預(yù)緊力（F），保證被連接牢固的聯(lián)接在一起不松動(dòng)，同時(shí)又可拆卸以便于維修。預(yù)緊力的大小是保證連接質(zhì)量的重要因素，而影響預(yù)緊力的主要因素除了使用的工具及擰緊方法外就是緊固件本身的摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)有明確的物理意義，可理解為一個(gè)材料常數(shù)，當(dāng)摩擦面的材質(zhì)、表面狀態(tài)和潤(rùn)滑條件確定后，摩擦系數(shù)也就隨之確定。那么標(biāo)準(zhǔn)中提到不同的試驗(yàn)條件、不同的試驗(yàn)方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果是否有影響呢？以下試驗(yàn)以IS0 16047標(biāo)準(zhǔn)中要求的不同狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。

試驗(yàn)設(shè)備

ISO 16047標(biāo)準(zhǔn)中要求試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)滿足：能夠應(yīng)用扭緊扭矩和用自動(dòng)或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)螺帽和螺栓頭部，顯示精度值要求±2%，角度的測(cè)量精度要求必須達(dá)到顯示值的±2°或±2%。為了達(dá)到仲裁的目的，扭緊時(shí)使用能控制的動(dòng)力工具并控制旋轉(zhuǎn)速度保持恒定。測(cè)量結(jié)果能以電子記錄方式記錄。

本文所有試驗(yàn)結(jié)果均使用衡翼HYtest多功能螺栓緊固分析系統(tǒng)。此實(shí)驗(yàn)測(cè)試機(jī)傳感器精度均為0. 5%，符合《ISO 16047—緊固件的扭矩/夾緊力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》中的試驗(yàn)測(cè)試機(jī)要求。試驗(yàn)機(jī)周期對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定。

試驗(yàn)過程中影響摩擦系數(shù)結(jié)果因素
1.試驗(yàn)螺母對(duì)摩擦系數(shù)結(jié)果的影響
ISO 16047標(biāo)準(zhǔn)中，檢測(cè)螺栓使用的標(biāo)準(zhǔn)螺母處要求和被測(cè)螺栓等級(jí)對(duì)應(yīng)外，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)螺母的表面狀態(tài)有有兩種要求：

（1）未鍍層表面平整并脫脂處理。

⑵鍛鋅要求按照ISO 4042并脫脂處理。

試驗(yàn)方案：試驗(yàn)采用M10×1.5×45 9.8級(jí)鍍鋅并涂封閉劑六角頭螺栓，平均鍍層厚度為9.3μm；試驗(yàn)速度為30r/min，擰緊到30Nm，其它試驗(yàn)狀態(tài)一致，試驗(yàn)各做5組數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)采用相同等級(jí)螺母，*組試驗(yàn)螺母采用未鍍層表面平整并脫脂處理，螺母公差6H，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

*組試驗(yàn)螺母按照ISO 4042鍍鋅并脫脂處理，鍍層厚度為8.6μm，螺母公差6H，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

從表1、表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，無(wú)論試驗(yàn)過程中采用標(biāo)準(zhǔn)中要求的哪種狀態(tài)螺母，試驗(yàn)得到的螺栓的螺紋部分摩擦系數(shù)均為0.13，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得到的總摩擦系數(shù)也相同，由此可見試驗(yàn)過程中使用標(biāo)準(zhǔn)中要求的鐵基質(zhì)的沒有進(jìn)行潤(rùn)滑封閉螺母對(duì)被測(cè)螺栓的摩擦系數(shù)并沒有的影響。

2.試驗(yàn)墊片對(duì)摩擦系數(shù)的影響

ISO 16047標(biāo)準(zhǔn)中提供了兩種硬度的墊片，一種是熱處理到高硬度的試驗(yàn)墊片（HH），硬度范圍為50-60HRC；另外一種是低硬度墊片（HL），硬度范圍為200~300HV，見圖1。

試驗(yàn)方案：試驗(yàn)采用同一批M6×1×50 9.8級(jí)六角凸緣面螺栓，試驗(yàn)墊片硬度分別為 56.6HRC； 53.5HRC； 36.0HRC和鋁制墊片，試驗(yàn)以30r/min擰緊到10.7Nm得到摩擦系數(shù)結(jié)果，每項(xiàng)試驗(yàn)各做5件產(chǎn)品得到的數(shù)據(jù)。

*組試驗(yàn)墊片硬度為56.6HRC試驗(yàn)數(shù)據(jù)，見表3。

第二組試驗(yàn)墊片硬度為53.5HRC的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，見表4。.

第三組試驗(yàn)墊片硬度為36.0 HRC試驗(yàn)數(shù)據(jù)，見表5。

第四組試驗(yàn)墊片為鋁制墊片試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表6

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，高硬度墊片（56.6HRC）和低硬度墊片（鋁制）頭部摩擦系數(shù)相差0.05，而在高硬度范圍（50~60HRC）內(nèi)的試驗(yàn)墊片，測(cè)得的螺栓頭部摩擦系數(shù)平均值為0.09（見表3、表4），由此可見隨著墊片的硬度減低（低于50HRC），螺栓頭部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，造成墊片和螺栓頭部接觸部分摩擦面損傷（鋁墊片比較明顯），這樣頭部的摩擦系數(shù)就較大，從而，螺栓擰緊時(shí)頭部消耗的扭矩就會(huì)增大，轉(zhuǎn)化的預(yù)緊力降低。如果緊固件頭部由于摩擦較大，轉(zhuǎn)動(dòng)速度較快時(shí)，摩擦面產(chǎn)生的熱量沒有及時(shí)散發(fā)出去，就容易產(chǎn)生“粘著/跳動(dòng)”現(xiàn)象，如圖4所示。

3.試驗(yàn)方法對(duì)摩擦系數(shù)的影響

目前除了IS016047標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方法外，各大汽車集團(tuán)均制定企業(yè)內(nèi)部的摩擦系數(shù)檢測(cè)方法，如大眾集團(tuán)按照VW01131標(biāo)準(zhǔn)，福特集團(tuán)按WZ101，標(biāo)致雪鐵龍采用C10054標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，那么不同的測(cè)試步驟對(duì)結(jié)果的影響怎么樣？

以下試驗(yàn)試驗(yàn)采用不同的實(shí)驗(yàn)步驟及不同的設(shè)定條件對(duì)同一批M10×1.5×45 9.8級(jí)鍍鋅六角頭螺栓進(jìn)行試驗(yàn)。

（1）試驗(yàn)方法及步驟

試驗(yàn)先以60r/min擰緊到11Nm，停頓3s，然后以20r/min擰緊至ij45Nm，試驗(yàn)曲線見圖5。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)（5個(gè)數(shù)據(jù)平均值）。

（2）以30r/min擰緊到夾緊力28.3kN時(shí)產(chǎn)品的摩擦系數(shù)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)（5個(gè)數(shù)據(jù)平均值）：

從上面對(duì)比數(shù)據(jù)中可以看出：試驗(yàn)過程中設(shè)定扭矩或設(shè)定預(yù)緊力值，測(cè)得的摩擦系數(shù)均在同一范圍內(nèi)。

結(jié)論

1.在ISO 16047標(biāo)準(zhǔn)中檢測(cè)摩擦系數(shù)同時(shí)提供了兩種狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)螺栓和螺母，通過試驗(yàn)一中的對(duì)比，兩種狀態(tài)螺母（鍍鋅和沒有任何涂層）對(duì)試驗(yàn)結(jié)果沒有影響，在實(shí)際的檢測(cè)試驗(yàn)中可以使用任何一種狀態(tài)的螺母，但要保證試驗(yàn)螺栓、螺母滿足公差要求。

2.在IS0 16047標(biāo)準(zhǔn)提到有高低兩種硬度墊片，從試驗(yàn)結(jié)果看，在高硬度墊片（50-60HRC）的檢測(cè)中，試驗(yàn)墊片的硬度對(duì)于試驗(yàn)結(jié)果沒有太大的影響。一般來(lái)說，隨著墊片的硬度降低，所測(cè)的摩擦系數(shù)將增大，從而，影響總摩擦系數(shù)增大?？紤]到緊固件連接狀態(tài)存在“軟硬連接”，因此，試驗(yàn)墊片的選擇要按照標(biāo)準(zhǔn)或客戶要求進(jìn)行，從而保延試驗(yàn)結(jié)果對(duì)使用有意義。

3.第三組試驗(yàn)中對(duì)比了兩種不同的試驗(yàn)方法，同時(shí)對(duì)比了在檢測(cè)摩擦系數(shù)時(shí)，設(shè)定扭矩值計(jì)算摩擦系數(shù)和設(shè)定夾緊力計(jì)算摩擦系數(shù)的結(jié)果，設(shè)定扭矩值計(jì)算摩擦系數(shù)和設(shè)定夾緊力計(jì)算摩擦系數(shù)的到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)在考慮到試驗(yàn)的影響因素及測(cè)量誤差因素，在同一范圍內(nèi)。

4.摩擦系數(shù)測(cè)量的主要目的是為了保障每一批供貨的螺栓或螺母的摩擦條件穩(wěn)定在工藝要求的范圍內(nèi)。因?yàn)榫o固件在設(shè)計(jì)過程中就已經(jīng)確定摩擦系數(shù)及裝配工藝，在實(shí)際的生產(chǎn)中確保產(chǎn)品滿足要求，這樣才能保證產(chǎn)品在裝配過程及在使用環(huán)境中能夠承受額定的載荷，防止問題產(chǎn)生。

5.在摩擦系數(shù)的測(cè)量過程中還會(huì)遇到一些其它問題，但無(wú)論什么問題均要以和客戶協(xié)商的試驗(yàn)方法進(jìn)行檢測(cè)。