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高强度紧固件使用方法探讨

来源:未知   发布时间:2020-04-01 08:12   已有 次浏览


作者:王晓凌(太原重工股份有限公司)

出处:《机械工业标准化与质量》2019年5月

 

摘要:高强度紧固件作为关键功能性零件,对机械产品的功能实现和安全运行起着重要的作用,正确使用高强度紧固件是机械产品设计和制造不可忽视的环节。目前袁国家没有统一规定高强度紧固件的使用方法,各行业和单位的做法也不相同,因此袁有必要进行相互交流,统一认识袁制定科学的使用方法,以指导产品的设计、制造、装配和维护,保证机械的安全和稳定运行。在对高强度紧固件进行研究和试验后,本文从特性及应用、选用、装配三方面总结出了高强度紧固件的一般使用方法袁愿与同行业技术人员共同探讨完善。

 

    紧固件品种尧规格繁多袁使用量大,应用面广,是机械产品中最常见的一类标准零件。紧固件的合理选用也成为产品设计过程中的重要环节,使用正确与否直接关系着产品的功能实现和安全运行。与一般紧固件相比,高强度紧固件在产品设计、制造、装配、检验和维修等方面的使用要求区别很大,在设备的运行中也起着更加关键的作用,在机械产品向大型化、自动化、智能化等多元化发展的形势下,高强度紧固件作为关键功能零件的使用量越来越大,尤其用在关键场合和重要部位。目前袁在高强度紧固件的选用和使用中仍存在各执己见和认识不足等问题,有必要做进一步的研究工作。本文主要针对机械产品用高强度紧固件的使用方法做探讨,对高强度紧固件替代一般紧固件的使用暂不讨论。

1、高强度紧固件的特性及应用

1)高强度紧固件是指性能等级比较高的紧固件,包括高强度螺栓、高强度螺母、高强度垫圈、高强度螺钉和高强度螺柱等。高强度螺栓通常指符合GB/T 3098.1-2010 《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》的性能等级标记制度且机械性能等级逸8.8 级的螺栓;高强度螺母通常指符合GB/T 3098.2《2015 叶紧固件机械性能螺母》的性能等级标记制度且机械性能等级》=8 级的螺母;高强度垫圈通常指钢结构用高强度垫圈(GB/T 1230-2006 《钢结构用高强度垫圈》)和高强度螺栓专用垫圈(重型机械标准JB/ZQ 4080-2006 《高强度螺栓专用垫圈》),前者硬度为35HRC -45HRC,后者抗拉强度为900MPa (<=M90)和700MPa (>M100)。高强度紧固件的性能等级反映了其材质的强度,性能等级越高,表示材质的强度越高,可产生的夹紧力越大。高强度螺钉、高强度螺柱与高强度螺栓执行标准一样,特性基本一样,使用也基本一样。为方便叙述,本文只讲高强度螺栓袁高强度螺钉、螺柱可参照使用。

2)高强度紧固件具有较高的机械性能强度。与一般紧固件渊主要指螺栓机械性能等级<=6.8级冤相比,在相同的工况下,可使用较小规格或较少数量的高强度紧固件替代,以充分满足工况的使用要求。但高强度螺栓有更多的检测项目要求,如:断面收缩率、破坏转矩、螺纹未脱碳层的最小高度、全脱碳层的最大深度、再回火后的硬度等,一般螺栓则不检测这些项目。

3)根据产品的使用要求选用满足安全系数的高强度紧固件性能等级,不是性能等级越高越好。

4)不同的高强度紧固件适用于不同的产品和工况,按产品的结构和材质选用合适的紧固件品种,如:用于钢结构的紧固件按GB/T1228-2006 《钢结构用高强度大六角头螺栓》、GB/T 1229-2006 《钢结构用高强度大六角螺母》、GB/T 1230-2006 《钢结构用高强度垫圈》选用,由一个高强度螺栓、一个高强度螺母和两个高强度垫圈组成,三者配套一起使用。对于垫圈的使用,一般是当所被夹紧的材质强度低、受压面可能发生塑性变形的情况下才使用。

5)高强度螺栓的螺纹有粗牙螺纹和细牙螺纹,一般选用粗牙螺纹。专用或防松要求高的场合和部位等可选用细牙螺纹。

6)高强度螺栓和螺母符合较高的产品等级,一般是A级或B级产品,且对螺纹牙底形状有更高的要求。

7)扭矩系数是拧紧螺纹紧固件时,考虑拧紧力矩与预紧力之间关系的所有影响因素的系数,这些影响因素包括螺纹直径、摩擦系数、螺距、牙型等。对于重要部位的高强度螺纹紧固,应该考虑使用扭矩系数,保证夹紧力较均匀,螺杆应力较一致。

2、高强度紧固件的选用

1)同一产品或同一部件中,高强度紧固件的品种应尽量少,选用规格应相对集中,且最好有一致的布置形式,这样有利于施工操作、降低成本,得到较好的连接质量。

2)与高强度螺栓配合使用的螺母和垫圈,应具有和螺栓相应的性能水平,一般情况的螺栓和螺母的性能搭配见表1。螺母有1 型和2型两种,根据高强度螺栓的性能等级和螺纹规格大小选用合适的螺母型式。如使用垫圈,必须使用硬度高的大于螺栓或螺母头部尺寸的垫圈,其性能符合GB/T 1230 或JB/ZQ 4080 的要求。

3)高强度螺栓直接拧于机体上时,其内螺纹尺寸按照机体材质和热处理的强度应予以考虑,充分满足其高强度螺栓相应的强度性能要求。

4)同一结构要素(如紧固一个液压阀的法兰)上所用的高强度紧固件应是同一性能等级的螺栓、螺母和垫圈,不允许不同性能等级的紧固件在一处混用。

5)高强度螺栓的通孔一般按GB/T 5277要1985 《紧固件螺栓和螺钉通孔》规定的中等装配的通孔尺寸选用。通孔边缘与螺栓头下圆角会产生干涉时,孔口应加工倒角。

6)高强度螺栓和螺母使用的环境温度过高或过低时,应考虑环境温度对高强度螺栓和螺母连接的影响。过高的环境温度时,按GB/T3098.1附录A执行。

3、高强度紧固件的装配

1)装配使用的高强度紧固件机械性能等级应与设计图样规定的性能等级相符,不允许用低强度性能紧固件替代高强度性能紧固件。检查高强度螺栓、螺母和垫圈标记的机械性能等级是否与设计要求一致。

2)用于重要场合和关键部位的高强紧固件,不建议重复使用。若不重复使用,应在设计文件和使用说明书中规定。对于一般场合和普通部件,高强度紧固件能否二次使用,国家目前没有统一规定,各行业和单位的做法也不相同遥若重复使用,应在设计文件和使用说明书中规定,对其进行必要的检验,符合要求的紧固件才能投入二次使用。

一般检验内容有:

1、外观检查:无明显的磕碰、挤压痕迹,螺纹牙型无损伤,螺栓杆部无弯曲变形、无缩颈现象,表面无裂纹缺陷等。

2、螺纹检查:用螺纹量规检查螺纹。在螺纹的全长上检查螺纹的螺距误差和半角误差合格。

3、磁粉检查:对成批的紧固件,每一规格按数量比例抽取试样检查曰数量少时全数检查。磁粉探伤检查不得有裂纹。

4、扭矩系数:需要考虑使用扭矩系数时,重新测定扭矩系数,用测出的扭矩系数用于二次拧紧。

3)安装前检查高强度螺栓、螺母和垫圈的质量。外观良好,无污物袁无油污,无磕碰伤;紧固件表面无裂纹、凹痕、皱纹等缺陷。如有这类问题,应根据相应标准评价其缺陷性质,不合格者不得投入使用。

4)对于单面有倒角的高强度垫圈,应将垫圈的倒角侧置于螺栓头下,避免垫圈与螺栓头下圆角发生干涉。

5)高强度紧固件应按规定的拧紧力矩拧紧。随供货一起提供了扭矩系数的高强度紧固件应维持其原状态,不得进行清洗或涂油等作业,以提供的扭矩系数为依据,按规定的拧紧力矩拧紧;对破坏螺纹原状态或超出扭矩系数保证期的紧固件应进行核实或重新标定;没有提供扭矩系数的紧固件,其拧紧力矩按相应的执行的标准实施。

6)拧紧高强度螺栓或螺母组时,圆形分布的螺栓或螺母群采取对称、交叉的拧紧顺序,见图1;线排性分布的螺栓或螺母群应由中部顺序向外拧紧,见图2:拧紧时应逐步、均匀地施加拧紧力矩,避免突然加力。该方法在机械工业通用零部件产品质量监督检测中心进行了拧紧顺序对比,效果最佳。

7)高强度螺栓的拧紧分为初拧、终拧。初拧力矩为规定力矩的50%左右,终拧力矩为规定的拧紧力矩,最后再按规定的拧紧力矩逐个进行检查。对有拧紧方法要求的配套件,应按其使用说明书进行。

8)检查螺栓孔、螺纹孔的质量状况,只有加工质量良好,无毛刺、污物、变形等时方可装入高强度螺栓。发生错孔时,采取适当的措施纠正,不得强行打入螺栓。

9)使用合适的工具(手动或电动等)进行紧固,不得使用敲击的方法紧固。紧固后的螺栓或螺母头部不得受到损坏。紧固工具应按其使用规程定期检定,每次使用前应核查其精度合格。

10)被连接件上与高强度螺栓头、螺母和垫圈接触的区域及其附近区域应保持金属表面,该区域应清洁无污物。如该区域有油污或油漆等涂层,应将其去除干净,然后再装配。

4、结束语

    影响高强度紧固件装配性能的因素实际上还有很多,如:内外螺纹的材质和热处理的硬度、紧固表面的质量、旋合长度等。此外,对于螺纹涂MoS2 可获得较稳定的扭矩系数,保证紧固轴力的一致性方面也需要试验和研究。

    通过不断深入研究探讨高强度紧固件的使用方法,制定出科学合理的规范,指导设计人员的设计选用,保证制造和装配的要求,对于提高产品质量有着十分重要的意义。

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