众所周知,紧固件作为最重要的连接件,广泛地应用于工业中,汽车的底盘是由大量紧固件连接起来的,紧固件本身的质量和安装工艺对连接结构的可靠性是尤为重要的。在紧固件的选材方面,对于重要的底盘零件,常采用合金的结构钢制成的10.9级螺栓和10级的螺母进行匹配,经调质处理后具有良好的综合性能的指标。
在安装的技术上,目前业界多采用的是扭矩法,利用扭矩值与预紧力的线性关系,来控制扭矩的上下限,然后拧紧到目标扭矩值时判定为合格,从而间接控制夹紧力。扭矩法相对比较简单,实施也方便,但是拧紧后的夹紧力受摩擦因素等各种不确定因素的影响,精度较低,夹紧力太小可能就会松动,太大可能就会导致螺栓的断裂。
安装工艺为扭矩法,采用紧固轴现场组装。目标扭矩值为N·m,从螺栓装配工位开始,螺栓与螺纹钢套筒配合,副车架在它们之间,螺纹钢套筒与车身钣金焊接。当少数零件达不到目标扭矩值时,螺栓突然断裂,对断裂螺栓的观察表明,断裂位置发生在螺纹处,断口呈45°斜角,有明显的颈缩。
根据宏观断裂特征,初步判定属于过载断裂,即轴向力超过螺栓的拉伸极限,但考虑到断裂数量并不巨大,是否是个别螺栓不合格或安装工艺不合理造成的,还需要通过试验确认。根据钢中非金属夹杂物测定的标准评级图显微检验方法,各类夹杂物评级为0.5,夹杂物含量不超标。
冲蚀后的基体组织为回火索氏体,调质组织正常。螺纹底部光滑,未发现微裂纹,腰部无脱碳和折叠。装配的可靠性取决于系统产生的夹紧力。当紧固件连接两个零件时,施加的扭矩会产生一定的轴向夹紧力,使零件紧固。夹紧力不仅与施加的扭矩有关,还受紧固件摩擦系数的影响。
因此,有必要抽查该批螺栓的摩擦系数。试验设备采用卧式摩擦因数试验机,取三组试样进行试验。基于螺栓断裂可能是过载断裂,模拟装配原始安装扭矩,验证扭矩值对失效的影响。众所周知,润滑脂在螺纹中起润滑作用,会影响各种摩擦状态下扭矩的分配,改变紧固件的摩擦系数,所以对比了原始状态和涂大量防锈油后的结果。
在原始状态下,扭矩-角度曲线不稳定,当原始装配扭矩为N·m时,螺栓可能屈服,但涂上大量防锈油后,螺栓的屈服和失效扭矩明显降低,屈服扭矩低于N·m。因此,为了提高生产的安全性,需要降低安装扭矩,但扭矩的降低必然会影响螺纹连接后的夹紧力。
测试螺栓连接的轴向夹紧力,采用超声波透射的原理,即通过超声波在螺栓内部的飞行时间来标定螺栓的伸长量,因为螺栓拧紧后会发生一定的弹性伸长,伸长量与轴向力成线性关系。利用超声波飞行时间与伸长率的关系,得到超声波飞行时间与轴向力的关系曲线,从而间接测量夹紧力。
试验过程中,提前对螺栓进行了加工,对螺栓的顶部和尾部进行了铣削加工,确保表面没有突起和毛刺,使用特殊的粘接工具将带有电离层和