Page 84 - 理化检验-物理分册2022年第十一期
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武 坤, 等: 某型号车轮螺栓拉长和断裂原因

            0.12 , 其中有两组实测屈服扭矩小于 600N · m , 即装                 差, 且扭矩系数较小, 导致螺栓所受的夹紧力增大,

            配中有两组螺栓可能发生塑性变形。同时根据螺栓                             多个螺栓屈服扭矩明显低于装配扭矩, 造成螺栓在

            受力结构分析, 螺栓所需最小夹紧力为 105kN , 即                       装配过程中出现拉长、 断裂情况。因此, B 厂家需要
            当装配扭矩最小时, 最大扭矩系数 K 约为 0.23 , 说                     对螺母的摩擦系数进行改进。
            明理论计算扭矩系数保持在 0.12~0.23 可保证螺
                                                              4  结论
            栓夹紧力符合要求, 为增大容错率, 将扭矩系数控制

            在 0.15~0.20 更为合适。                                      ( 1 )螺栓的显微组织、 硬度、 力学性能、 屈服夹
                 螺栓的扭矩系数 K 宏观上直接反映螺栓拧紧                         紧力等均符合相应技术要求; 断口处有明显的塑性
            过程中, 扭矩与夹紧力之间的系数, K 值不仅取决                          变形, 属于一次性的拉伸过载断裂, 裂纹源处无夹
            于摩擦面的摩擦系数, 还取决于螺纹连接副的几何                            杂物。

            状况。对理想的螺纹连接副而言, 当摩擦系数确定                                ( 2 )造成螺栓失效的主要原因为: 连接副扭矩
            后, 扭矩系数也就确定了          [ 4 ] 。通常情况下, 在螺栓拧           系数较低, 螺栓夹紧力增大, 个别螺栓屈服扭矩明显
            紧过程中 100% 的扭矩有 90% 需要用于克服摩擦力                       低于实际装配可能达到的最大扭矩, 导致装配过程
            ( 50% 用于克服螺栓螺母头的摩擦力, 40% 用于克服                      中出现螺栓拉长, 甚至断裂的情况。 B 厂家需对螺
            螺纹副中的摩擦力), 10% 用于转化为夹紧力( 见图                        母摩擦系数进行改进提升, 保证一致性。
            6 ), 理论上只要有足够的夹紧力, 就可以保证被夹零                            ( 3 )经过 B 厂家对螺母摩擦系数的工艺过程进

            件在振动、 高温及低温等恶劣环境下安全工作。                             行改进提升, 再次进行螺栓螺母扭矩系数试验, 扭矩
                                                               系数均在 0.15~0.20 , 使用至今的两年内未再次发
                                                               生该问题。
                                                               参考文献:

                                                                [ 1 ]   胡美些 . 金属材料失效分析基础与应用[ M ] . 北京: 机

                                                                    械工业出版社, 2017.
                                                                [ 2 ]   郭若菡 . 汽车螺栓紧固件断裂失效的断口分析方法研
                         图 6  螺栓装配扭矩的分配示意                           究[ D ] . 大连: 大连理工大学, 2019.
                 经以上分析可知, 螺栓在装配过程中出现拉长                          [ 3 ]   石祝竹, 莫煜 . 扫描电镜( SEM ) 在失效分析中的应用
            和断裂的主要原因为: B 厂家螺母摩擦系数控制较                                [ J ] . 装备制造技术, 2011 ( 11 ): 142-144.
                                                                [ 4 ]   于虹, 李永波 . 汽车制造业螺栓拧紧工艺及控制方法
            差, 与A厂 家 螺 栓 配 合 连 接 副 的 扭 矩 系 数 一 致 性
                                                                    [ J ] . 现代制造技术与装备, 2020 ( 5 ): 130-131.


                                                                                                                
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               ( 3 )酸洗及冷轧后钢板表面红锈区域和正常区                          [ 3 ]  SUGIMOTO KI , KOBAYASHI M , HASHIMOTO





            域的化学成分几乎一致, 只是红锈区域的粗糙度比                                 SI.Ductilit yandstrain-inducedtransformationina

                                                                    hi g h-stren g thtransformation-inducedp lasticit y -aided
            正常区域高, 红锈区域的氧化皮能够被完全酸洗掉,

                                                                    dual- p hasesteel [ J ] .Metallur g icalTransactions A ,
            对后续使用不造成影响。
                                                                    1992 , 23 ( 11 ): 3085-3091.
            参考文献:                                               [ 4 ]   李艳杰 . 几种热轧钢板氧化动力学及热处理过程研究
                                                                    [ D ] . 沈阳: 东北大学, 2008.

             [ 1 ]  MURUGAIYAN A , SAHA P A , PANDIT A , etal.
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