影响紧固件摩擦系数检测因素

1、影响紧固件摩擦系数检测的因素李大维上海汽车集团股份有限公司乘用车分公司前言：紧固件连接的装配质量直接关系到产品的安全性和可靠性，而摩擦系数是影响紧固件装配质量的重要因素之一。本文主要对紧固件摩擦系数检测过程对结果的影响进行了探讨，通过试验标准中所列的标准物质及试验方法都对产品的摩擦系数进行对比试验，从而识别影响检测过程中对产品摩擦系数真值的因素。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

2、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IS016047标准中要求的不同状态进行对比测试。试验设备ISO16047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，显示精度值要求生,角度的测量精度要求必须达到显示值的及。或苣。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德国Schatz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ISO1

3、6047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ISO16047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ISO4042并脱脂处理。试验方案：试验采用M10X1.5必59.8级镀锌并涂封闭剂六角头螺栓，平均镀层厚度为9.3pm;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。

4、第一组试验螺母按照ISO4042镀锌并脱脂处理，镀层厚度为8.6pm,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ISO16047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200300HV，见图1。扭矩角度试验螺栓试畛垫片二一，1擦系

5、数检测装夹方式52铁制高硬度垫片试验后划痕S3铝制低硬度整片试验后与痕fll试验方案：试验采用同一批M佻1X509.8级六角凸缘面螺栓，试验垫片硬度分另I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36.0HRC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。表1未铺层赛面平整并脱脂处理蝶母试验数据时映恫妣雄丽H加时AVMIB««m&#

6、171;平均值30.0414.1315.9120,89Q1?011033会2铺锌并脱膈处理螂母试验数据头岫蛇帆电踹MlMAthNI蝴O猫和»系平埼值30.0214,31157220,690,120.110.13表3型片硬度为566HRC试监效据额解Mm4R醺凰e）城裕的NeI*£力I则I显系做苴，系收10715.605,1213220.000陋j0.07表4整片硬度为53.5HRC的试验IS据息日副MmM9K.1醵蹴;NG0和MMftllMMHJtOMt平均fl10.715664.84j13,260.060.0305表5星片为36.0HRC试验鼬据tflfMnl郎雅厮M州第

7、阿H加M模稚«U«M平战值10.716.464JS5I1174D.09Q110.07L表6错制型片试验数据1显映IW喻IS曜如H加州XJWMtUftfBBR平均值10.716714mj9.750110J40.08*7分步拧St试验数据1总扭矩inei央量力也即料摩擦系效&部排第效平均值45.05MOOCJ2Q.14OJO表8岁量力.日业时试"苗照息担怪Ne）臂/IkN）息摩棒系效共平埠值43.5026.330.12口.1*“七网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（5060HRC）内的

8、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

9、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M10X1.5>459.8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ISO16047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

10、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IS016047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