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螺栓拧紧技术常见方法及展望,建议收藏!

日期:

2021-12-16

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在螺栓实际装配拧紧过程中,直接测量预紧力是很困难的,都是间接通过其他手段来实现对预紧力的控制,如扭矩控制法、转角控制法、伸长量控制法等。因此,螺栓装配过程中的拧紧方法、监测策略以及拧紧装备等,也就是拧紧技术对螺纹连接拧紧后预紧力的离散有着决定性的影响。

1 螺栓连接装配中常见的拧紧方法

根据拧紧过程中控制参数(扭矩、转角、伸长量)的不同,螺栓装配过程中基本的控制方法可分为扭矩控制法、转角控制法以及伸长量控制法。

11 扭矩控制法

扭矩控制法通常适用于弹性范围内控制螺栓的预紧力。在扭矩控制法中,把扭矩作为拧紧过程的控制变量,通过设定目标扭矩并拧紧到该目标扭矩,从而实现对预紧力的控制,是应用最广泛的一种扭矩控制方法。

影响扭矩法精度的因素主要是螺栓/螺母的材质、尺寸精度、表面处理状态、环境温度(湿度)、拧紧速度等的不同,从而影响拧紧过程中摩擦因数(或扭矩系数)的离散程度。螺栓拧紧过程中,由于90% 以上的扭矩是用来克服螺纹副、螺栓头部(螺母)支承面的摩擦力的;因此,摩擦因数的离散程度对螺栓预紧力的控制有直接的影响。在生产过程中,螺栓预紧力的离散值可以达到±17% ~ ±33[1] ,这就意味着在一组螺纹连接中,最紧处连接的预紧力可能是最松处的2倍甚至更多。

12 转角控制法

 转角控制法可以在螺栓的弹性区和塑性区使用,是在拧紧过程中将螺栓与螺母的相对回转角度(紧固转角0)作为指标进行初始预紧力的控制方法。

螺栓拧紧时,理论上,螺母(或螺栓)的旋转角与螺栓伸长量有一定的比例关系,而螺栓的伸长量与轴向预紧力成正比(忽略扭转变形对伸长量的影响)。因此,可以通过控制拧紧过程中螺母(或螺栓)的旋转角来达到对螺栓预紧力的控制。转角控制法主要受螺栓几何精度的影响,如螺距误差、中径误差、杆身直径、光杆部分长度等的影响。需要注意的是,在最初拧紧时,先要确定螺栓的贴紧扭矩,使被连接件达到紧密贴合,然后再转过一个预定的角度,即为旋转角度拧紧法,这种方法又称之为扭矩转角法。转角法的拧紧精度通常高于扭矩控制法,特别是在螺栓塑性区域内时,其夹紧力的偏差可达到±9% ~ ±l7[1] 

13 伸长量控制法

螺栓伸长量控制法就是通过直接测量螺栓的伸长长度来控制螺栓的装配预紧力,是一种较为直接的方法,预紧力的控制精度也比较高。根据胡克定律,螺栓在弹性阶段的伸长量跟螺栓所受的应力成正比关系。 “螺栓伸长量的测试法很多,红外测长法、超声测长法等;其中,超声波测螺栓伸长量的方法应用最为广泛。 伸长量控制法法能够即时监测螺栓装配过程轴向预紧力的变化情况,并且能够监测到螺栓的变形区域是否达到塑性区域。

伸长量法控制的轴向预紧力排除了扭矩系数、摩擦因数、接触变形、被连接件变形、装配工具的精度等因素的影响,可以获得很高的螺栓预紧力精度。但是测量螺栓的伸长量对装备的要求比较高;同时, 不如扭法和转角控制法的装配效率高 ,所以目前应用不是很广泛。因此,近十年来,重要场合下螺栓联接所采用的拧紧工艺基本由扭矩-转角法所取代,大大提高了产品的装配质量。

2.拧紧技术应用展望

现代先进拧紧技术以扭矩、转角曲线的控制为核心,将基于信息技术的管理控制系统应用于自动拧紧装配线,利用现代传感技术、自动控制技术和网络技术,对整个拧紧过程的人、机、料、法、环、测各个环节实现自动化、智能化管理和监控。

现代先进拧紧技术,完成对关键工序的实时质量监控和数据跟踪采集;能够实现防止漏拧紧、防止拧紧顺序错误、防止零件漏装等;解决了螺栓装配预紧力控制精度、实施过程监测、可追溯性等问题,大大提高螺栓的装配质量和管理水平。

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