緊固件是作緊固連接用且應用極為廣泛的一類機械零件。本文分享部分常見緊固件的種類、用途,以及常見失效形式和對應原因。
常用的螺紋緊固件有螺栓、螺柱、螺母和墊圈。(了解更多緊固件請點擊《圖解螺栓、螺柱、銷、鉚釘等12類緊固件,及選型建議》)
螺栓、螺柱和螺釘都是在圓柱表面上制出螺紋,起到連接其他零件的作用。
螺栓一般用於被連接件鑽成通孔的情況。
螺柱用於被連接零件之一較厚或不允許鑽成通孔的情況。
螺釘用於不經常拆卸和受力較小的連接中,按用途可分為連接螺釘和緊定螺釘。
螺母是和螺栓、螺柱等一起進行連接的。
墊圈一般放在螺母下面,可避免旋緊螺母時損傷被連接零件。彈簧墊圈可防止螺母鬆動脫落。
1)裝配擰拉斷裂
擰拉斷裂特徵為斷裂部位明顯縮頸伸長。常見原因主要是聯接面摩擦係數過小;擰緊或預緊時施加的扭矩過大、施加扭矩時套筒與螺紋不同軸、施加扭矩時速度過快;零件本身的性能強度不夠以及緊固面與螺紋中心線垂直度超差。
2)螺紋受剪切力擰斷
受剪切力擰斷的斷口部位一般有螺旋狀,無明顯縮頸,造成螺紋受剪切力擰斷的常見原因是螺紋在擰緊過程中被卡死,例如:螺紋變形、相互聯接的牙型不一致、螺紋有焊渣燈情況;螺栓擰進的斷面被頂住,如螺母為盲孔的有效螺紋深度不夠。
3)應力集中部位使用後斷裂
應力集中部位使用後斷裂常見表現在螺栓頭部及頭部與螺紋杆過度的直角部位,主要原因為頭部與螺紋杆過度的直角部位圓角過小;螺栓冷鐓成型時在頭部的塑性流線存在缺陷。被連接面與螺栓垂直度超差。
4)疲勞斷裂
在螺栓連接後使用的過程中主要的斷裂為疲勞斷裂,常見原因有:預緊力不足;夾緊力衰減過大;螺栓尺寸、性能不合格;零件之間的相互配合、裝配環境、使用工況不能滿足設計要求。
5)延時斷裂
延時斷裂常見原因為氫脆,氫脆是在生產過程(如電鍍、焊接)中進入鋼材內部的微量氫,在內部殘餘的或外加的應力作用下導致材料脆化甚至開裂。常見易發生氫脆的緊固件有:自攻釘、彈性墊圈、級以上的經過電鍍表面處理的螺栓。
6)零件扭矩報警
零件扭矩報警常見發生在通過角度法控制扭矩的螺栓裝配過程中。主要原因有:原因為零件的裝配扭矩控制範圍不合理,表現為設定控制範圍過小、控制範圍往上或往下偏移。
沒有預緊到預設角度,扭矩達到上限報警:原因為零件本身摩擦係數超上限、零件配合摩擦係數超上限、零件之間幹涉,造成裝配扭矩急劇上升。
正常裝配,扭矩下限報警:原因為零件本身摩擦係數超下限或零件配合摩擦係數超下限,零件擰入時貼合扭矩大於初始扭矩(也即擰入力矩消耗過大),常見於鎖緊螺母的擰緊。
7)螺紋滑牙
螺紋連接常常出現螺紋滑牙,主要原因是螺紋脫碳。常見現象為裝配時感覺扭矩加不上,螺栓拆下後,發現螺紋全部或部分被磨平,以及螺栓螺紋或者螺母孔表面硬度低;內外螺紋尺寸配合,相配合的聯接副接觸面積小,有兩種情況:一是接齒合的螺紋扣數少,二是螺紋與螺紋不在中徑以內接觸(即精度配合不好,螺栓螺紋和螺母的螺紋接觸不夠)。
同時,在裝配方法上如果裝配不對孔,強擰也會造成螺紋滑牙;螺紋摩擦係數過小,表面塗層、表面粗糙度、表面潤滑劑不合理和螺栓螺紋或者螺紋孔有異物,損壞螺紋以及螺栓跟螺母的螺距、角度變異都會導致螺紋滑牙。