拧紧曲线分析

螺栓拧紧曲线形态试验研究东风汽车公司工艺研究所熊云奇张琼敏卢海波【摘要】本文对不同强度级别、截面及表面处理的螺栓的拧紧曲线形态进行了对比试验研究。

试验结果表明，螺栓拧紧过程中，弹性变形阶段的拧紧扭矩与轴向力保持同步增长；根据扭矩系数Ｋ值不同，螺栓会先后达到其最大轴向力点与最大扭矩点，且部分螺栓没有明显的形变强化过程；与未经热处理强化螺栓相比，经热处理强化的８．８级以上的高强度螺栓具有较高的抗拧紧扭矩过载能力。

关键词：螺栓拧紧曲壤１前言螺栓联接是通过拧紧螺栓（螺母）实现的。

螺栓的拧紧过程是一个拉一扭复合的受力过程，但与一般的材料拉一扭复合试样相比，螺栓的受力状态有其特殊性。

首先，由于螺纹的存在，螺纹根部的缺口效应会造成应力集中与应变集中；其次，螵栓的拧紧过程受到端面摩擦及螺纹副摩擦状态的影响；另外，螺栓拧紧失效部位及失效方式受到螺栓结构及加工条件的影响。

传统的螺栓联接是扭矩控制拧紧，由于受到联接副摩擦性能的影响，螺栓轴向力分散，不仅螺栓的强度利用率低，而且在装配拧紧时容易造成螺栓过载断裂，另外，联接可靠性也差，容易发生松动或疲劳断裂。

近年来，为了提高联接可靠性，发动机连杆螺栓重要联接大量采用高强度螺栓并通过扭矩一转角法控制拧紧。

扭矩一转角法拧紧工艺受摩擦性能影响较小，可以将螺栓控制拧紧至屈服，最大限度地利用螺栓强度，使得联接结构轻量化的同时，其抗松动与抗疲劳性能最佳。

为了合理制定螺栓拧紧工艺，加深对螺栓拧紧过程的理解，有必要对螺栓拧紧曲线形态进行试验研究。

２试验条件斌验螺栓按强度级别、截面形状、表面处理不同共有８批，如表ｌ。

其中，５．６及８．８级螺检规格为Ｍ１０×１．５，１０．９级螺栓规格为Ｍ１２×１．５。

５．６级螺栓直接经冷变形成形，未经热处理；８．８级螺栓经过热处理，表面分别镀锌、干磷化或磷化；１０．９螺栓经表面磷化处理。

螺栓拧紧试验装夹方式按《螺纹紧固件摩擦性能试验方法》（ＥＱＹ一２６２—９７）。

以下均以（牛.米）为单位。

温馨提示：当准备拧紧螺栓时，需要在螺栓的螺纹上涂少许机油，以便我们拧紧的时候减少多螺栓的损害；注意：机油不能涂太多，如涂太多后会造成“液锁”现象。

螺栓的拧紧方式及拧紧的质量评估在汽车制造业中，将各种汽车零部件装配成整车的过程，需要很多种不同类型的联接，比如焊接、螺栓联接和粘胶联接等。

其中螺栓联接是最重要的联接方法之一。

由于螺栓联接可以获得很高的联接强度，又便于装拆，具有互换性，通过标准化实现了大批量生产，成本低而且价格便宜，经常被应用到发动机、变速箱和底盘等重要位置的装配中。

所以，螺栓的拧紧质量直接影响到产品的安全性和可靠性。

螺栓联接质量控制原理螺栓联接的实质是通过将螺栓的轴向预紧力控制到适当范围，从而将两个工件可靠地联接在一起。

为了确保螺纹联接的刚性、密封性、防松能力和受拉螺栓的疲劳强度，联接螺栓对预紧力的精度要求是相当高的。

所以，轴向预紧力是评价螺栓联接可靠性的重要指标。

轴向预紧力的最低限是由联接结构的用途决定的，该值必须保证被联接工件在工作过程中始终可靠贴合。

轴向预紧力的最高值必须保证螺栓及被联接工件在预紧和工作过程中不会发生脱扣、剪断和疲劳断裂等损坏。

怎样控制和监控预紧力的数值，使之能够达到产品要求显然是一个值得研究的课题。

螺栓拧紧方法螺栓拧紧方法主要有两类，分别是弹性拧紧和塑性拧紧。

弹性拧紧一般指扭矩拧紧法，塑性拧紧主要包括转角拧紧法、屈服点拧紧法等。

1.扭矩拧紧法扭矩拧紧法的原理是扭矩大小和轴向预紧力之间存在一定关系。

通过将拧紧工具设置到某个扭矩值来控制被联接件的预紧力。

在工艺过程、零件质量等因素稳定的前提下，该拧紧方式操作简单、直观，目前被广泛采用。

根据经验，在拧紧螺栓时，有50%的扭矩消耗在螺栓端面的摩擦上，有40%消耗在螺纹的摩擦上，仅有10%的扭矩用来产生预紧力。

由于外界不稳定条件对扭矩拧紧法的影响很多，所以通过控制拧紧扭矩间接地实施预紧力控制的扭矩法将导致对轴向预紧力控制精度低。

AUTO TIME121MANUFACTURING AND PROCESS | 制造与工艺时代汽车 拧紧曲线在预防紧固件装错方面的应用李德鑫上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州市 545005摘 要： 本文根据某车型发动机悬置螺栓用错的问题，通过对比分析正常拧紧曲线和异常曲线，找出差异点，采取有针对性的电枪拧紧程序监控角度，实现了电枪设备探测悬置螺栓用错的故障，消除了缺陷逃逸的风险。

关键词：拧紧曲线；角度监控；电枪拧紧1　前言拧紧扭矩曲线是使用高精度电缆枪施加扭矩时，工具探测并记录下来的拧紧过程信息，一般包括扭矩、角度、时间及转速等信息。

拧紧曲线对于紧固件的拧紧过程，就如同脉搏对于人体，从脉搏可以探知人的健康状态。

同样，从拧紧曲线也可以看出整个拧紧过程是否正常，可以推测出拧紧过程中遇到了什么问题。

以某车型A 螺栓为例，其拧紧曲线如图1所示（最终扭矩110N.m，采用两步拧紧策略的Atlas电枪拧紧）。

图1　扭矩/角度拧紧曲线拧紧曲线具有相对稳定性，当某一紧固件拧紧参数（紧固件、装配件、装配位置环境、拧紧程序参数等）不变时，其拧紧曲线是相对稳定的，相似的。

统计50条A 螺栓的拧紧曲线，可以看出拧紧曲线是具有高度一致性的，如图2所示。

2　异常曲线分析某车型发动机悬置固定螺栓在45工位使用Atlas 电枪施加最终扭矩。

由于车型配置不同，螺栓有两种，自动档配置使用B 螺栓（M12*1.75*57.5），手动档配置使用C 螺栓（M12*1.75*70）。

故障车为自动档配置，错误装配了C 螺栓（由于悬置结构不同，B 螺栓在手动档配置上无法完成装配），两种螺栓长度不同，B 螺栓为全螺牙，C 螺栓为半螺牙状态，但是螺帽相似，装配后无法辨识区分。

两种螺栓外观状态如图3所示。

图3　B 螺栓和C螺栓对比该车型在45工位需要施加4颗紧固件扭矩（2个螺栓，2个螺母，均为110N.m），电枪采用相同的拧紧程序（第一目标扭矩70N.m，最终扭矩110N.m，监控角度10-150度，起始扭矩70N.m），根据装配工艺顺序，最后打紧的为悬置螺栓。

拧紧曲线智能分析的拧紧质量预警方法与流程The smart analysis of tightening curve quality is essential in ensuring the effectiveness and safety of manufacturing processes. 拧紧曲线质量的智能分析对于确保制造过程的有效性和安全性至关重要。

One of the primary challenges in this area is the early warning of tightening quality issues before they can lead to product defects or failures. 在这一领域的主要挑战之一是在紧固质量问题导致产品缺陷或故障之前进行预警。

By implementing advanced data analytics and machine learning algorithms, manufacturers can develop an effective method and process for identifying and addressing potential tightening quality concerns. 通过实施先进的数据分析和机器学习算法，制造商可以开发出一种有效的方法和流程，用于识别和解决潜在的紧固质量问题。

One approach to the early warning of tightening quality issues is to leverage historical data from the tightening process. 一种预警紧固质量问题的方法是利用紧固工艺的历史数据。

By analyzing the data collected from previous tightening operations, manufacturers can establish baseline tightening curves and identify patterns associated with high-quality tightening. 通过分析以往紧固操作的数据，制造商可以建立基准紧固曲线，并识别与高质量紧固相关的模式。

残余扭矩拧紧法曲线
残余扭矩拧紧法曲线是指在紧固螺栓或螺母时，随着拧紧力的增加，扭矩的变化曲线。

该曲线可以用于判断紧固件是否达到了预定的紧固力，并检测是否发生了松动或失效。

在开始拧紧螺栓或螺母时，扭矩会逐渐增加，直到达到紧固力要求为止。

此时，达到的扭矩称为预载扭矩。

接着，扭矩会随着时间的推移逐渐降低，但仍保持在一个相对稳定的范围内，形成了一个平稳的曲线段。

这个平稳的段落是由于松动和弹性变形之间的平衡，被称为接触段。

随着拧紧力的进一步增加，扭矩会再次逐渐增加，但增加速度较之前慢。

当扭矩持续增加时，螺栓或螺母的材料开始发生塑性变形，导致扭矩增长与角度变化的变化速度逐渐减缓。

最终，当达到最大扭矩时，螺栓或螺母将达到其最大塑性变形能力，此时称为塑性区。

在超过最大扭矩后，扭矩会逐渐降低，直到达到一个相对稳定的水平。

这是由于螺栓或螺母的塑性变形达到极限，无法再承受更大的拧紧力。

这个降低的段落被称为松动段。

最后，扭矩会保持在相对稳定的水平，这是由于螺纹界面的摩擦力抵消了松动力。

这个水平称为残余扭矩，表示螺栓或螺母的紧固状态。

总之，残余扭矩拧紧法曲线是描述螺栓或螺母紧固过程中扭矩随时间或角度的变化曲线，用于评估紧固件的紧固状态和可靠性。

拧紧屈服扭矩曲线屈服扭矩曲线是用于描述材料在受力作用下发生塑性变形的一条曲线。

在材料受力过程中，当达到一定程度的应力时，材料开始发生塑性变形，这个应力称为屈服应力。

而屈服扭矩曲线则是将材料在受力下所承受的扭矩与相应的转角进行对比的一种图标。

本文将介绍拧紧屈服扭矩曲线的概念、意义以及其应用。

拧紧屈服扭矩曲线是指材料在拧紧过程中所受到的扭矩与相应转角的关系曲线。

对于金属材料而言，其塑性变形主要是由晶体的滑移和位错的移动所引起的。

当材料开始发生塑性变形时，晶体内部的位错开始运动，造成局部的应变。

随着应变的反复积累，材料最终会发生屈服，即扭矩开始增大。

拧紧屈服扭矩曲线可以记录下材料在扭矩作用下的力学性质，对于掌握材料的可靠性和使用寿命具有重要意义。

拧紧屈服扭矩曲线的形状与材料的性质密切相关。

一般而言，材料的硬度越高，其拧紧屈服扭矩曲线的斜率就越大，意味着其承受的扭矩对转角的敏感性也更高。

此外，材料的屈服强度越高，其拧紧屈服扭矩曲线的上升阶段就越陡峭，意味着材料的抗拉强度较高。

拧紧屈服扭矩曲线的意义在于：可以反映材料的塑性变形行为和强度特性。

通过分析拧紧屈服扭矩曲线，可以判断材料的强度是否满足设计要求，还可以预测材料在实际使用过程中是否会发生塑性变形或失效。

拧紧屈服扭矩曲线的应用十分广泛。

例如，在机械设计中，对于螺钉和螺母的拧紧过程，通过绘制拧紧屈服扭矩曲线可以了解材料的承载能力，从而确定螺纹的尺寸和拧紧力矩。

在汽车行业中，拧紧屈服扭矩曲线被广泛应用于车身结构的设计和开发，以保证车体的结构稳定性和安全性。

此外，在航空航天领域，拧紧屈服扭矩曲线的应用范围更加广泛，可以用于航空发动机和飞机结构的设计以及材料的选择。

总之，拧紧屈服扭矩曲线在工程领域中具有重要的应用价值。

在实际应用中，绘制拧紧屈服扭矩曲线的方法有很多种。

一种常见的方法是使用扭矩传感器和转角传感器来测量扭矩和转角，并将结果绘制在曲线上。

此外，还可以使用数值模拟方法来预测拧紧屈服扭矩曲线，通过建立物理模型和采用相应的数值计算方法，可以计算出材料在受力下的力学性能。