新闻资讯NEWS

螺栓松脱

发表时间:2020-4-11 9:31:55  作者:三圆  来源:三圆  浏览量:2360

很多企业的总成产品,很大几率会使用到螺栓连接这一结构,而其常见的失效模式就是松脱。关于松脱,就我目前的审核经历来看,其分析的根本原因一般如下:

1.螺栓和工件的批次质量问题
2.螺栓和工件的个体质量问题(材质变化、涂层质量变化、热处理质量问题、孔尺寸问题、螺纹质量问题)
3.漏拧,拧错

这是非常不够全面性的。本文就围绕这一主题进行深入探究,其中的知识点既可以用于松脱的失效分析,也可以被质量管理工程师用于8D培训案例,也可以用于设计工程师学习。

一、产品设计输入不正确


常见的设计输入如下:
(1)最大轴向载荷
(2)最大剪向载荷
(3)最大扭转载荷
(4)最小夹紧力
(5)最大压溃力
(6)最大静摩擦系数
但是,进阶的产品设计输入因素被很多设计人员忽略,着重写一写这部分

1、蠕变(随时间产生塑性变形)

当螺栓首次拧紧时,内外螺纹接触面、头下承面和被连接件接触面上存在微小的凸起,这时的上述表面处于部分接触。首次紧固中,凸点金属部分容易发生过载,超过屈服强度,会产生蠕变,蠕变造成夹紧力松弛。

2、压溃

如果螺栓承载面不是足够大或施加应力分布不合理时,材料会发生较大的塑性流动,产生松弛。有必要确保以下几个方面的设计、生产和质量控制:

(1)螺栓座头下圆角半径不应与夹紧件倒角相干涉,会因小接触面而导致变形,产生预紧力损失。
(2)倒角也不能过大,会导致头下承面面积过小,螺栓头部嵌入被连接材料中。
(3)应避免使用开槽孔,可大幅减小承面面积。

3、热膨胀(随温度变化膨胀或收缩)

高温时由于材料强度的减小,可能会引起松弛。不同金属的线膨胀系数可直接造成预紧力损失,也能因为过载而造成松弛。主要考虑螺栓和被连接件的线膨胀系数,比较典型的案例是发动机的排气系统螺栓

4、螺栓组相互影响

当螺栓夹紧时,其被连接件内部存在一个压缩区结构,常见的压缩区为锥形体,而一旦压缩区发生干涉,重叠区的刚度增加,会导致螺栓拉伸载荷增加,被连接件压缩载荷降低,发生松脱

5、夹层蠕变

最常见夹层就是密封垫。夹层的特点:蠕变发生的时间较短,与微观变形类似,但是产生的松弛比正常的微观变形要大很多。

设计夹层连接时应注意:
(1)为获得均匀的拉力,应使用螺栓组,尽量同步紧固。
(2)使用更为精确的紧固方法。
(3)使用高精确预紧力而无夹层和机体的损坏。
(4)夹层的非线性特性影响连接一致性。

夹层具有明显的非线性特点,而且刚度明显低于其他被连接件,因此,夹层的变形会影响整体连接副的弹性特征。夹层受力时会产生局部塑性变形,具有滞后现象。特别是在动态载荷条件下。

6、垫圈太软

垫圈的作用:
(1)平垫圈用于扩展载荷至被连接件上,允许使用较大的孔径,防止紧固件头部和螺母损坏被连接件的表面
(2)特殊垫圈在接触面间提供特殊表面,如电绝缘垫圈,热绝缘垫圈。
(3)锥形弹性垫圈降低微观变形的作用。
(4)锯齿形垫圈用于防止松动。

6.1、而垫圈太软,其线性理论将不再适用

(1)应考虑到垫圈的刚度,通常垫圈可视作为被连接件。若垫圈太软,应视作为夹层,使用非线性理论。
(2)不管使用何种垫圈都会增加微观变形量,因为至少多出一个可变形的间隙。因此,建议使用硬质垫圈,尽可能减少微观变形造成的预紧力损失。

二、产品设计出现问题

1、关键参数错误 除螺栓常见的设计参数外,以下参数容易被忽视但非常重要

三、工艺设计出现问题

1、扭紧工艺设计有误
当然,最常见的失误是拧紧工艺拷贝其他图纸,没有经计算或者实验获得,扭矩法、转角法、屈服点法,不再累述

2、扭紧过程
两个关键词:低速与等待
(1)降低速度:当工件被压紧后,毛刺在较大的夹紧力下变形,初始变形越小,残余扭矩下降越多,因此降低拧紧速度可以降低扭矩衰减
(2)分步拧紧,比如60%——80%——100%。在这中间停顿50ms可以释放弹性应变
(3)多次拧紧:比如80%——反松——100%,也是释放弹性应变

四、生产的问题

1、人
(1)操作者不按照正确姿势操作,导致工具/套筒与螺栓不同轴,成角度
(2)收枪过早
(3)生产节拍和拧紧质量是一对矛盾,导致拧紧操作质量水平降低
(4)不正确的操作工具,如手持扳手,在拧紧完成后,还人为施加外力
(5)频繁的扭矩枪报警,不查找和排除故障原因

2、机
气压的影响,为保证风动工具输出一个较小变差的力矩,要保证气压稳定

3、料
这个需要重点写一写,很多企业把标准件列为免检产品,这是非常不正确的。如果企业本身确实没有相应的能力来进行进货检验,至少也要让供方提供相关报告并在例行供方审核时着重关注

表面缺陷类:
(1)表面缺陷检查和验收按GB/T 5779.1性能等级小于等于10.9级的螺栓、螺钉和螺柱
表面缺陷检查和验收GB/T 5779.3,性能等级12.9级或供需双方同意的螺栓、螺钉和螺柱
表面缺陷检查和验收GB/T 5779.2,螺母产品

镀层检查类:
(1)电镀:GB/T 5267.1
(2)非电解锌片涂层:GB/T 5267.2
(3)热浸镀锌:GB/T 5267.3
(4)钝化处理

螺栓实物性能:
(1)最小抗拉强度
(2)公称保证应力
(3)最小断后伸长率
(4)硬度
(5)最髙表面硬度
(6)最大脱碳层
(7)再回火后硬度降低值
(8)最小破坏扭矩

螺栓材料性能:
(1)最小抗拉强度
(2)最小下屈服强度
(3)规定非比例延伸0.2%的最小应力
(4)最小断后伸长率
(5)最小断面收缩率
(6)硬度
(7)最髙表面硬度
(8)最大脱碳层
(9)最小吸收能量

螺母:
(1)公称保证应力
(2)硬度
(3)锁紧性能
(4)推出力(铆接螺母)
(5)破坏扭矩(焊接螺母)

垫圈:
(1)硬度
(2)弹性(弹簧垫圈、齿形/锯齿形锁紧垫圈、鞍形/波形弹性垫圈)
(3)扭转性能(弹簧垫圈、齿形/锯齿形锁紧垫圈、鞍形/波形弹性垫圈)
(4)氢脆性能(弹簧垫圈、齿形/锯齿形锁紧垫圈、鞍形/波形弹性垫圈)
(5)残余力(锥形垫圈)

五、对过程输出的检测和监控

一般来说,扭矩复核有标记法、返松法、带响声的手动扭矩扳手、复紧法、动态测量扭矩、测量动态扭矩。如果原来的方法查不准确,可以换一种更高级的方法:

1、标记法(将要返松的螺栓做出标记,再拧紧到原来位置)
准确度:高
方便性:低

2、返松法(测量返松的扭矩峰值)
准确度:低
方便性:中

3、带响声的手动扭矩扳手(在拧紧过程中,当工具达到预设扭矩时发出响声)
准确度:低
方便性:高

4、扭矩手动扳手(再次扭紧,工具测量直到操作者感到螺栓转动)
准确度:低
方便性:中

5、扭矩/角度扳手带外部记录仪器(可以动态测量扭矩)
准确度:较高
方便性:低

6、扭矩/角度的动态扭矩监测算法(真正的测量动态扭矩)
准确度:高
方便性:高
上一篇: 螺栓连接模型的建立方法 下一篇:螺栓拧紧的方法