用摩擦系數(shù)試驗機測試了4 種表面處理狀態(tài)( 鍍鋅不上油、鍍鋅上油、磷化上油、發(fā)黑(氧化)上油) 的螺栓摩擦系數(shù)與軸向力之間的關系。試驗結(jié)果表明: 不同表面處理狀態(tài)螺栓的摩擦系數(shù)不同，相同扭矩下的軸向力相差很大。將試驗結(jié)果應用于汽車螺栓裝配中，解決了松脫、斷裂的工程問題。

　　螺紋連接是汽車制造中使用最廣泛的連接方式，螺紋連接質(zhì)量直接影響到汽車裝配質(zhì)量和行駛可靠性。而影響螺紋連接可靠性的因素有材料、摩擦系數(shù)、緊固件加工方法等。隨著汽車緊固件國產(chǎn)化率進程的加快，汽車發(fā)動機上的一些關鍵緊固件逐步開始國產(chǎn)化，如缸蓋螺栓、軸承蓋螺栓等。我廠也從多年前開始開發(fā)生產(chǎn)此類螺栓，剛開始的時候在汽車裝配中螺栓經(jīng)常發(fā)生松脫、斷裂問題。企業(yè)常規(guī)的螺栓性能測試可以測出螺栓的扭矩、抗拉強度，但同一螺栓，不同扭矩狀態(tài)產(chǎn)生的軸向力是多少? 影響軸向力有哪些因素? 怎樣防止螺栓松脫? 摩擦系數(shù)與緊固件使用性能之間的關系如何?這些問題我們大多數(shù)緊固件制造商并不十分清楚。

　　近些年來，隨著先進檢測設備的引入，我們逐漸了解到緊固件生產(chǎn)過程中，相關因素對摩擦系數(shù)的影響，從而影響緊固件裝配后的軸向力，使緊固件裝配后過松(扭矩明顯下降) 或過緊，造成螺栓松動或斷裂。為了解決這個問題，我廠引進了德國制造的摩擦系數(shù)試驗機( 軸力儀) 。

　　自從有了該試驗設備，我們像長了“眼睛”，可以真正看到自己產(chǎn)品性能質(zhì)量的穩(wěn)定性，能夠分析緊固件生產(chǎn)過程中相關因素對摩擦系數(shù)的影響，使我們對制造與裝配的配合關系有了更深的認識，配合客戶解決了一些裝配過程中松脫和斷裂的問題。

　　1 試驗方法

　　試驗用緊固件為VVT 正時齒輪螺栓M12×1.25——42，形狀尺寸如圖1 所示，材料為SCM435，強度為10T，試驗件硬度57——58 HＲC(不是產(chǎn)品原要求的硬度，為試驗而特殊設計的) 。

　　對試驗螺栓進行了4 種不同的表面處理，分別為鍍鋅不上油、鍍鋅上油、磷化上油、發(fā)黑( 氧化) 上油，其中前三種狀態(tài)上油均為ＲPA-8 干性防護油。并在德國制造的TesT 摩擦系數(shù)試驗機( 軸力儀205S.3.1100N.M)上測試摩擦系數(shù)。

　　2 試驗結(jié)果與分析

　　測試4 種表面處理狀態(tài)螺栓的扭矩與軸向力和總摩擦系數(shù)的關系，結(jié)果見圖2。

　　a) 磷化上油; ( b) 發(fā)黑( 氧化) 上油; ( c) 鍍鋅上油; ( d) 鍍鋅不上油

　　將以上4 組試驗數(shù)據(jù)匯總于表1 中。從表1 數(shù)據(jù)可以看出:

　　2)、相同零件，不同表面處理，摩擦系數(shù)相近，扭矩相同的，軸向力也相近。如表面磷化上油和表面鍍鋅上油的摩擦系數(shù)相近，其軸向力也相近。

　　3)、相同零件，不同表面處理，扭矩相同，摩擦系數(shù)越小，軸向力越大，即擰緊力越大。如表面磷化的摩擦系數(shù)最小，而軸向力最大。因摩擦系數(shù)不同，造成軸向力不同，即擰緊力不同。

　　4)、相同零件，不同表面處理，相同軸向力，摩擦系數(shù)越大，扭矩越大。如表面氧化摩擦系數(shù)最大，其扭矩也最大。

　　5)、相同零件，相同表面處理，涂油和不涂油狀態(tài)，所產(chǎn)生的力( 扭矩、軸向力) 是不同的。如表面鍍鋅上油和不上油狀態(tài)的扭矩和軸向力差異較大。

　　綜上分析，結(jié)合我廠緊固件常用表面處理( 包括達克羅、Cr+3電鍍、鋅鎳電鍍、鋅鋁涂層等) 在裝配、使用過程的情況，可以得出: 螺栓不同的摩擦系數(shù)，扭矩相同，軸向力不同，即摩擦系數(shù)越大，軸向力越小; 反之，摩擦系數(shù)越小，軸向力越大。這提醒我們緊固件制造商和使用者，相同的零件不同廠家生產(chǎn)，螺栓摩擦系數(shù)不同，相同的裝配扭矩，會產(chǎn)生不同的軸向力(即螺栓擰緊力) 。在裝配、使用過程中，可能做得精致(摩擦系數(shù)小) 的螺栓會斷裂、失效; 而做得粗糙(摩擦系數(shù)大) 的螺栓會(經(jīng)過振動) 松動或松脫。裝配過程中，偶然因素，個別螺栓沾到油后裝配，因摩擦系數(shù)變小，可能會出現(xiàn)在裝配或使用時，螺栓斷裂現(xiàn)象; 也就是說螺栓摩擦系數(shù)對裝配性能產(chǎn)生很大的影響。

　　但是，影響螺栓摩擦系數(shù)的因素很多: 包括螺紋、支承面( 接觸面) 傾角、接觸面大小/毛刺( 沖壓的凹凸面) 、熱處理性能、表面處理狀態(tài)等。所以，生產(chǎn)過程中，制造商要確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定，生產(chǎn)關鍵或高強度緊固件，要有摩擦系數(shù)試驗機等相關的檢測設備來驗證過程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的一致性。避免不同批次螺栓摩擦系數(shù)較大離散，影響客戶裝配和使用，避免螺栓松脫或斷裂。

　　3 實際工程應用

　　下面是一個應用摩擦系數(shù)試驗解決實際工程問題的案例，我們給汽車廠供貨如圖3所示的六角頭與平墊組合螺栓( 材料SCM435，強度等級11T),裝配后路試過程中產(chǎn)生異響。用螺栓摩擦系數(shù)試驗機(軸力儀) 測試其工藝改進前后的摩擦系數(shù)如表2所示。

　　1)、產(chǎn)品改進前后的試驗數(shù)據(jù)有明顯變化，特別表現(xiàn)在軸向預緊力、總摩擦系數(shù)和端面摩擦系數(shù);

　　2)、產(chǎn)品改進后各項試驗數(shù)據(jù)與CKD 件比較一致，墊片單面磨并涂0.11(港) 摩擦系數(shù)穩(wěn)定劑的一組最接近;

　　3)、實際摩擦系數(shù)受產(chǎn)品的表面狀況和摩擦系數(shù)穩(wěn)定劑綜合影響，但產(chǎn)品表面狀況起決定性作用;

　　4)、造成產(chǎn)品裝配后產(chǎn)生異響的原因主要是螺栓在90Nm 扭矩裝配條件下，產(chǎn)生的軸向預緊力不足。而相同裝配扭矩條件下，影響軸向預緊力的主因是產(chǎn)品摩擦系數(shù)的差異。

　　根據(jù)螺栓摩擦系數(shù)試驗數(shù)據(jù)分析結(jié)果得知需減小產(chǎn)品的摩擦系數(shù)以便增加軸向預緊力，為此采取了如下補救措施:

　　1)、對已生產(chǎn)出來的未組合墊片的半成品增加墊片單面磨，減小產(chǎn)品的摩擦系數(shù)(即擬改狀態(tài)2) ;

　　2)、后續(xù)整修模具(即修模改進后3) ，減少新生產(chǎn)產(chǎn)品的摩擦系數(shù)，增加軸向力。表3 是按客戶要求(墊片沖壓成形、單面倒角、定向穿墊) 改進的螺栓產(chǎn)品試驗數(shù)據(jù)，基本上達到了要求的技術指標。

　　產(chǎn)品改進前摩擦系數(shù)較大，相同的裝配扭矩下軸向預緊力過小，導致螺栓松脫產(chǎn)生異響; 改進模具和加工工藝( 內(nèi)孔單面倒角、定向穿墊) 后，產(chǎn)品的摩擦系數(shù)降低了，相同的裝配扭矩下軸向預緊力增加到所要求的值。經(jīng)裝配后的道路試驗驗證，我廠采取的改進措施是有效的，螺栓不再松脫產(chǎn)生異響。

　　4 結(jié)語

　　通過軸力儀摩擦系數(shù)試驗，讓我們知道了摩擦系數(shù)是如何影響螺栓副裝配和使用性能的，幫助我廠解決了許多生產(chǎn)過程和客戶裝配過程中螺栓副配合產(chǎn)生的工程問題。對于汽車緊固件制造商，要了解客戶的裝配和使用要求并考慮摩擦系數(shù)對螺栓性能的影響來做好生產(chǎn)過程的工藝策劃，才能提供客戶滿意的產(chǎn)品。