紧固件知识大全

12026/5/16紧固件知识培训公众号@机械知网：分享知识，传播价值22026/5/16目录一、整车用紧固件的几个主要类型二、螺栓的主要加工过程、性能指标三、螺母的主要加工过程、性能指标四、紧固件拧紧主要工作原理32026/5/16一、整车用紧固件的几个主要类型：1、普通螺栓，带垫组合螺栓，双头螺柱，焊接螺栓，自攻螺栓2、普通螺母，锁紧螺母，焊接螺母42026/5/16二、螺栓的主要加工过程：钢材改制→拉拔→冷镦→（套垫）搓（滚）丝→热处理→表面处理（驱氢）

→涂胶各工序的主要情况：1、钢材改制：球化退火炉（相当于去应力，调整金相组织），需酸洗、磷化（防锈）2、拉拔：将钢材冷拉到需要的直径3、冷镦：多工位冷镦机成形52026/5/164、搓（滚）丝：螺纹成形，如是组合螺栓需套垫后再加工螺纹，需注意防错。搓丝效率高，滚丝主要用于细长型螺栓，或螺纹位置有较高要求时。需注意牙型、牙面折叠等。5、热处理：网带炉。去除磷化膜（防磷脆），然后清洗烘干、加热、冷却、回火。重要参数是时间与温度。控制螺栓堆放高度。形成了螺栓的硬度、抗拉强度等，就是螺栓的级别，一般分6.8级及以下、8.8级、10.9级、12.9级。级别第一位数字指抗拉强度，8代表800N/mm2，两数相乘代表屈服强度，800×80%=640N/mm2。62026/5/16上海汽车集团股份有限公司乘用车公司SAICMotorPassengerVehicleCo.6、表面处理：主要有镀锌、锌铝涂层，需采用环保工艺，不含六价铬。主要考核镀层厚度、附着力、盐雾试验。镀锌层的附着力较好，相比锌铝涂层的防锈时间稍短，成本较低；锌铝涂层常称达克罗，与镀锌的加工工艺不同，需经喷丸、浸入涂层溶液、离心甩干、烘烤，按不同盐雾试验要求增加涂层次数，并加面涂复（提高涂层硬度、防油等化学品、着色）。另有镀锌镍处理，防锈能力相对最好，成本最高。72026/5/16驱氢：由于表面处理时可能有氢原子侵入螺栓表面，易造成螺栓的脆性断裂，称为氢脆。需要在表面处理中增加驱氢工序，即在完成表面处理的4小时内，在恒温箱内加热一定时间。氢脆对螺栓的影响主要表现在10.8级及以上的高强度螺栓上，低于8.8级的螺栓可以不考虑氢脆的影响。82026/5/167、涂胶：胶中几种化学成分分别做成微胶囊，在螺栓拧紧时胶囊被挤破，各组分混合，主要起到防松、密封的作用。有些标准要求在经过运输和在高达350C的环境下存放2年后，不应出现性能的降低。考核的指标主要是拧入拧出力矩。8、三角自攻螺栓：螺纹部分的截面略呈三角形，在接近头部的一段感应淬火，拧入时可在金属光孔内直接形成内螺纹并紧固。主要考核芯部和感应淬火处的硬度，抗拉强度，拧入扭矩。92026/5/169、螺栓的失效模式主要有：1、螺纹滑牙：可能原因如材料错误，热处理失效，螺纹牙型脱碳层过深。其他如力矩偏大，摩擦系数偏低，配合螺母有焊渣，等。2、拧紧断裂：可能原因如热处理失效，拧紧瞬间力矩过大，原材料缺陷，摩擦系数偏低等。3、早期生锈：可能原因如表面处理过程不稳定，拧紧工具对镀层的损伤，等。102026/5/16二、螺母的主要加工过程：钢材改制→冷镦→攻丝→热处理（10级及以上强度级别）→表面处理各工序的主要情况：1、钢材改制：加工成工艺需要的外径的钢丝，并酸洗、磷化（防锈）2、冷镦：外形及预制孔成形112026/5/163、攻丝：内螺纹成形。主要检查螺纹牙型的尺寸。4、热处理：通常只有10级及以上强度的螺母才进行热处理。主要考核硬度、保证应力（载荷）。螺母的强度级别以与它相配的最高等级螺栓来标记，8级螺母代表最高相配合螺栓级别为8.8级。通常一个强度级别螺母可配合比它低1~2个级别的螺栓使用。122026/5/165、表面处理：与螺栓一样，主要有镀锌、锌铝涂层，需采用环保工艺，不含六价铬。主要考核镀层厚度、附着力、盐雾试验。6、锁紧螺母：内螺纹一端嵌入尼龙圈，或螺母一端变形成三角或椭圆形（止通规检查时只需未变形一端通规拧入至少一圈螺纹），主要考核第一次拧入扭矩、第一次拧出扭矩，和第五次拧出扭矩。7、焊接螺母：一般不作表面处理，通常只有普通防锈油。132026/5/16三、紧固件拧紧的主要原理：1、螺栓插入被连接件，利用螺母或内螺纹拧紧使螺栓拉伸变形，这种弹性变形产生了轴向的拉力，将被夹零件挤压在了一起，称为夹紧力。理论上，只要产生了足够的夹紧力，完全可以保证被夹零件在震动、高低温等恶劣环境下安全工作，而不必使用涂胶等辅助方法。夹紧力螺栓拉伸142026/5/162、夹紧力是由螺栓伸长产生的。相同的夹紧力，不同的被夹紧厚度，左图螺栓在弹性范围内可以伸长的量较大，而右图螺栓只伸长很少。夹紧力夹紧力可变形长度152026/5/16螺栓伸长量ΔL=FL/EA

其中

F：夹紧力

L：夹紧厚度

E：弹性模量

A：螺栓截面积这里有个数据，一个M10的8.8级粗牙螺栓，被夹零件厚度在35mm，当在轴向产生46400N的夹紧力时，其总的轴向伸长量仅为0.017mm。162026/5/16如果紧固件在工作中，由于环境温度、外力变化等原因，轴向伸长量变小了，表示夹紧力相应变小，此时螺栓就存在松脱的危险，一旦开始松脱，将很快夹紧失效，甚至断裂。所以，当一个紧固件拧紧失效时，如松脱、断裂等，不能简单地认为只要更换一个更粗一些的，或者更高一级强度的螺栓就可以解决问题，因为更粗更强的螺栓在产生同样的夹紧力时，螺栓的伸长量相对更小，更易在外部影响下抵消这微小的伸长量而失去夹紧力，反而更易松脱。172026/5/16一个好的紧固件接头设计，就是选取合适的螺栓直径和强度，尽可能利用螺栓的伸长量来达到设计需要的夹紧力，这样才是安全的设计。182026/5/163、螺栓的几个高应力区：螺栓头底部倒角螺纹根部螺纹起始位置螺纹紧固的第一牙192026/5/164、摩擦系数：通常对于较重要的关键连接，以及10.9级以上高强度螺栓，会对表面磨擦系数进行规范。以下因素将会影响摩擦系数：表面处理：镀锌的摩擦系数一般小于锌铝涂层；表面处理工序不稳定将造成零件批次间摩擦系数的波动；零件加工：连接面或螺纹粗糙、有杂质将使摩擦系数增大；供货状态：涂防锈油、沾染油脂均会明显降低摩擦系数；202026/5/16在摩擦系数稳定的情况下，同样的拧紧扭矩将会产生较为稳定的夹紧力。上汽乘用车公司的内部标准中，紧固件摩擦系数通常要求为0.15±0.03。夹紧力（N）扭矩（N.m）0摩擦系数较小时对应的夹紧力摩擦系数较大时对应的夹紧力212026/5/165、表面处理：电镀：电镀是以电化学的方法在固体表面沉积一薄层金属或合金的过程。主要用于改变基材的表面性质或尺寸，如提高表面硬度、抗腐蚀性，增加导电性、润滑性、耐热性或表面美观等。要得到满意的镀层，需调整和维护好电镀溶液，控制恰当的温度和电流密度；并对镀件进行严格的表面去油、去金属氧化物；设计合理的挂具，调节阴阳极距离和面积，等。222026/5/16钢铁表面镀锌后可保护基体不受腐蚀，经铬酸盐钝化后，耐腐蚀性可提高6~8倍。所以决定防腐性的主要是镀层厚度和钝化类型。镀锌钝化主要有五种，从抗蚀能力看：军绿色最好，黑锌次之，彩锌再次，蓝白锌和白锌较差。电镀锌镍是指镀层金属中以锌为主，含少量镍（约10%左右），比单独的锌镀层有更高的耐腐蚀性，较低的氢脆性。232026/5/16基体金属组成不均匀，表面含有杂质，不洁净，太粗糙（凹凸不平、多孔、微裂纹等）都会影响镀层质量，造成麻点和气泡。待镀金属的几何形状、挂具形状、零件分布和镀槽大小等也会影响镀层质量。在镀层金属沉积的同时，伴有氢气在金属表面析出，有时氢会进入镀层或基体金属内，造成晶格扭曲和较大的内应力，出现“氢脆”。242026/5/16以下情况可能造成镀锌层结合力差：工件镀前在镀槽中停留时间过长镀层过厚：可能内应力和脆性增大电镀溶液有油污，或添加剂过量待镀零件表面除油不彻底252026/5/16锌铝涂层：即俗称的“达克罗”涂层，为非电解过程，通过零件浸入涂层溶液，甩干后烘干形成表面涂层。为达到较高的防腐要求，可在零件表面多层涂覆。适用于钢铁、合金、铝等多种基材，比镀锌有更好的耐腐蚀性能，且有好的耐热和耐化学性；用于高强度零件时无氢脆现象；可通过面涂层调节零件表面的摩擦系数，满足不同的装配要求。与电镀锌一样，零件表面处理前也需要表面除油、除氧化皮，以提高涂层质量和附着力。262026/5/166、螺栓拧紧：施加的拧紧扭矩100%螺纹配合面损耗扭矩约为40%转化为有效夹紧力的扭矩约为10%头部支承面损耗扭矩约为50%272026/5/16螺栓拧紧的几种常用方式：

扭矩控制法扭矩—转角控制法屈服点控制法夹紧力（N）扭矩（N.m）螺栓弹性变形区间0螺栓与被夹紧零件开始接触螺栓开始塑性变形屈服点拧断点282026/5/16扭矩控制法：是最广泛使用的拧紧法，适合大多数非关键部位的螺栓连接。优点： 操作简单，成本低 拧紧工具相对便宜 扭矩容易被检测和控制

缺点： 受摩擦系数影响大，夹紧力离散 螺栓材料利用率低292026/5/16扭矩—转角控制法：适合重要关键零部件的螺栓连接。优点： 能较准确地控制夹紧力 螺栓材料被完全利用 连接的抗疲劳性能好

缺点： 操作较复杂，成本高 对拧紧工具要求较高 对螺栓批次的一致性要求高 螺栓不能重复使用 不能对扭矩作最后的复检302026/5/16屈服点控制法：由拧紧设备自动监控螺栓拧紧扭矩的下降率。当螺栓伸长开始进入塑性区时，转过相同的拧紧角度，扭矩的变化明显下降，设备判断为螺栓屈服，停止拧紧。从拧紧曲线来看，相同的拧紧扭矩变化，扭矩控制法造成的夹紧力变化大，而扭矩—转角和屈服控制法造成的夹紧力变化小。312026/5/16螺栓拧紧方式：夹紧力（N）扭矩（N.m）0螺栓拧紧扭矩变化范围相同夹紧力变化范围小屈服点拧断点夹紧力变化范围大322026/5/167、拧紧工具：对于装配中常用的拧紧工具，其拧紧扭矩的控制精度从高到此依次为：扭矩/角度实时监控的精密电动拧紧枪数显或指针式定扭矩扳手气动拧紧枪拧紧机的精度通常在±3%左右，因冬夏两季温度影响其拧紧扭矩可能偏差到10%。332026/5/16为保证最终扭矩的精确，最后拧紧的转速必须尽可能慢，相当于静态扭矩；如果冲击型拧紧，其受到的反作用力也大，达到的扭矩也不准确，相当于动态扭矩。拧