紧固件螺纹摩擦系数试验方法

螺纹紧固件的功能 通过施加一定的扭矩 在螺栓上产生相应的预紧力 F 保证 被连接牢固的联接在一起不松动 同时又可拆卸以便于维修 预紧力的大小是保证连接质 量的重要因素 而影响预紧力的主要因素除了使用的工具及拧紧方法外就是紧固件本身的 摩擦系数 摩擦系数有明确的物理意义 可理解为一个材料常数 当摩擦面的材质 表面 状态和润滑条件确定后 摩擦系数也就随之确定 那么标准中提到不同的试验条件 不同 的试验方法对试验结果是否有影响呢 以下试验以 IS0 16047 标准中要求的不同状态进行 对比测试 试验设备 ISO 16047 标准中要求试验设备应满足 能够应用扭紧扭矩和用自动或手动旋转螺帽 和螺栓头部 显示精度值要求 2 角度的测量精度要求必须达到显示值的 2 或 2 为了达到仲裁的目的 扭紧时使用能控制的动力工具并控制旋转速度保持恒定 测量结果 能以电子记录方式记录 本文所有试验结果均使用衡翼 HYtest 多功能螺栓紧固分析系统 此实验测试机传感 器精度均为 0 5 符合 ISO 16047 紧固件的扭矩 夹紧力测试标准 中的试验测试机 要求 试验机周期对传感器进行标定 试验过程中影响摩擦系数结果因素 1 试验螺母对摩擦系数结果的影响 ISO 16047 标准中 检测螺栓使用的标准螺母处要求和被测螺栓等级对应外 对标准试验 螺母的表面状态有有两种要求 1 未镀层表面平整并脱脂处理 锻锌要求按照 ISO 4042 并脱脂处理 试验方案 试验采用 M10 1 5 45 9 8 级镀锌并涂封闭剂六角头螺栓 平均镀层厚 度为 9 3 m 试验速度为 30r min 拧紧到 30Nm 其它试验状态一致 试验各做 5 组数据 试验采用相同等级螺母 第一组试验螺母采用未镀层表面平整并脱脂处理 螺母公差 6H 试验数据见表 1 第一组试验螺母按照 ISO 4042 镀锌并脱脂处理 镀层厚度为 8 6 m 螺母公差 6H 试验数据见表 2 从表 1 表 2 的试验数据可以看出 无论试验过程中采用标准中要求的哪种状态螺母 试验得到的螺栓的螺纹部分摩擦系数均为 0 13 两个实验结果中得到的总摩擦系数也相同 由此可见试验过程中使用标准中要求的铁基质的没有进行润滑封闭螺母对被测螺栓的摩擦 系数并没有的影响 2 试验垫片对摩擦系数的影响 ISO 16047 标准中提供了两种硬度的垫片 一种是热处理到高硬度的试验垫片 HH 硬度范围为 50 60HRC 另外一种是低硬度垫片 HL 硬度范围为 200 300HV 见图 1 试验方案 试验采用同一批 M6 1 50 9 8 级六角凸缘面螺栓 试验垫片硬度分别为 56 6HRC 53 5HRC 36 0HRC 和铝制垫片 试验以 30r min 拧紧到 10 7Nm 得到摩擦系数 结果 每项试验各做 5 件产品得到的数据 第一组试验垫片硬度为 56 6HRC 试验数据 见表 3 第二组试验垫片硬度为 53 5HRC 的试验数据 见表 4 第三组试验垫片硬度为 36 0 HRC 试验数据 见表 5 第四组试验垫片为铝制垫片试验数据见表 6 从试验数据可以看出 高硬度垫片 56 6HRC 和低硬度垫片 铝制 头部摩擦系数 相差 0 05 而在高硬度范围 50 60HRC 内的试验垫片 测得的螺栓头部摩擦系数平均值 为 0 09 见表 3 表 4 由此可见随着垫片的硬度减低 低于 50HRC 螺栓头部转动时 造成垫片和螺栓头部接触部分摩擦面损伤 铝垫片比较明显 这样头部的摩擦系数就较 大 从而 螺栓拧紧时头部消耗的扭矩就会增大 转化的预紧力降低 如果紧固件头部由 于摩擦较大 转动速度较快时 摩擦面产生的热量没有及时散发出去 就容易产生 粘着 跳动 现象 如图 4 所示 3 试验方法对摩擦系数的影响 目前除了 IS016047 标准规定的试验方法外 各大汽车集团均制定企业内部的摩擦系数检测 方法 如大众集团按照 VW01131 标准 福特集团按 WZ101 标致雪铁龙采用 C10054 标准规 定 那么不同的测试步骤对结果的影响怎么样 以下试验试验采用不同的实验步骤及不同的设定条件对同一批 M10 1 5 45 9 8 级镀锌六 角头螺栓进行试验 1 试验方法及步骤 试验先以 60r min 拧紧到 11Nm 停顿 3s 然后以 20r min 拧紧至 ij45Nm 试验曲线见图 5 试验数据 5 个数据平均值 2 以 30r min 拧紧到夹紧力 28 3kN 时产品的摩擦系数 试验数据 5 个数据平均值 从上面对比数据中可以看出 试验过程中设定扭矩或设定预紧力值 测得的摩擦系数均在 同一范围内 结论 1 在 ISO 16047 标准中检测摩擦系数同时提供了两种状态的标准螺栓和螺母 通过试验一 中的对比 两种状态螺母 镀锌和没有任何涂层 对试验结果没有影响 在实际的检测试 验中可以使用任何一种状态的螺母 但要保证试验螺栓 螺母满足公差要求 2 在 IS0 16047 标准提到有高低两种硬度垫片 从试验结果看 在高硬度垫片 50 60HRC 的检测中 试验垫片的硬度对于试验结果没有太大的影响 一般来说 随着垫片的 硬度降低 所测的摩擦系数将增大 从而 影响总摩擦系数增大 考虑到紧固件连接状态 存在 软硬连接 因此 试验垫片的选择要按照标准或客户要求进行 从而保延试验结 果对使用有意义 3 第三组试验中对比了两种不同的试验方法 同时对比了在检测摩擦系数时 设定扭矩值 计算摩擦系数和设定夹紧力计算摩擦系数的结果 设定扭矩值计算摩擦系数和设定夹紧力 计算摩擦系数的到的试验数据在考虑到试验的影响因素及测量误差因素 在同一范围内 4 摩擦系数测量的主要目的是为了保障每一批供货的螺栓或螺母的摩擦条件稳定在工艺要 求的范围内 因为紧