在螺栓實際裝配擰緊過程中，直接測量預(yù)緊力是很困難的，都是間接通過其他手段來實現(xiàn)對預(yù)緊力的控制，如扭矩控制法、轉(zhuǎn)角控制法、伸長量控制法等。因此，螺栓裝配過程中的擰緊方法、監(jiān)測策略以及擰緊裝備等，也就是擰緊技術(shù)對螺紋連接擰緊后預(yù)緊力的離散有著決定性的影響。
1 螺栓連接裝配中常見的擰緊方法
根據(jù)擰緊過程中控制參數(shù)(扭矩、轉(zhuǎn)角、伸長量)的不同，螺栓裝配過程中基本的控制方法可分為扭矩控制法、轉(zhuǎn)角控制法以及伸長量控制法。
1．1 扭矩控制法
扭矩控制法通常適用于彈性范圍內(nèi)控制螺栓的預(yù)緊力。在扭矩控制法中，把扭矩作為擰緊過程的控制變量，通過設(shè)定目標(biāo)扭矩并擰緊到該目標(biāo)扭矩，從而實現(xiàn)對預(yù)緊力的控制，是應(yīng)用最廣泛的一種扭矩控制方法。
影響扭矩法精度的因素主要是螺栓／螺母的材質(zhì)、尺寸精度、表面處理狀態(tài)、環(huán)境溫度(濕度)、擰緊速度等的不同，從而影響擰緊過程中摩擦因數(shù)(或扭矩系數(shù))的離散程度。螺栓擰緊過程中，由于90％ 以上的扭矩是用來克服螺紋副、螺栓頭部(螺母)支承面的摩擦力的；因此，摩擦因數(shù)的離散程度對螺栓預(yù)緊力的控制有直接的影響。在生產(chǎn)過程中，螺栓預(yù)緊力的離散值可以達(dá)到±17％ ～ ±33％[1]?，這就意味著在一組螺紋連接中，最緊處連接的預(yù)緊力可能是最松處的2倍甚至更多。
1．2 轉(zhuǎn)角控制法
?轉(zhuǎn)角控制法可以在螺栓的彈性區(qū)和塑性區(qū)使用，是在擰緊過程中將螺栓與螺母的相對回轉(zhuǎn)角度(緊固轉(zhuǎn)角0)作為指標(biāo)進行初始預(yù)緊力的控制方法。
螺栓擰緊時，理論上，螺母(或螺栓)的旋轉(zhuǎn)角與螺栓伸長量有一定的比例關(guān)系，而螺栓的伸長量與軸向預(yù)緊力成正比(忽略扭轉(zhuǎn)變形對伸長量的影響)。因此，可以通過控制擰緊過程中螺母(或螺栓)的旋轉(zhuǎn)角來達(dá)到對螺栓預(yù)緊力的控制。轉(zhuǎn)角控制法主要受螺栓幾何精度的影響，如螺距誤差、中徑誤差、桿身直徑、光桿部分長度等的影響。需要注意的是，在最初擰緊時，先要確定螺栓的貼緊扭矩，使被連接件達(dá)到緊密貼合，然后再轉(zhuǎn)過一個預(yù)定的角度，即為旋轉(zhuǎn)角度擰緊法，這種方法又稱之為“扭矩轉(zhuǎn)角”法。轉(zhuǎn)角法的擰緊精度通常高于扭矩控制法，特別是在螺栓塑性區(qū)域內(nèi)時，其夾緊力的偏差可達(dá)到±9％ ～ ±l7％ [1]?。
1．3 伸長量控制法
螺栓伸長量控制法就是通過直接測量螺栓的伸長長度來控制螺栓的裝配預(yù)緊力，是一種較為直接的方法，預(yù)緊力的控制精度也比較高。根據(jù)胡克定律，螺栓在彈性階段的伸長量跟螺栓所受的應(yīng)力成正比關(guān)系。?“螺栓伸長量”的測試法很多，紅外測長法、超聲測長法等；其中，超聲波測螺栓伸長量的方法應(yīng)用最為廣泛。?伸長量控制法法能夠即時監(jiān)測螺栓裝配過程軸向預(yù)緊力的變化情況，并且能夠監(jiān)測到螺栓的變形區(qū)域是否達(dá)到塑性區(qū)域。
伸長量法控制的軸向預(yù)緊力排除了扭矩系數(shù)、摩擦因數(shù)、接觸變形、被連接件變形、裝配工具的精度等因素的影響，可以獲得很高的螺栓預(yù)緊力精度。但是測量螺栓的伸長量對裝備的要求比較高；同時， 不如扭法和轉(zhuǎn)角控制法的裝配效率高?，所以目前應(yīng)用不是很廣泛。因此，近十年來，重要場合下螺栓聯(lián)接所采用的擰緊工藝基本由扭矩-轉(zhuǎn)角法所取代，大大提高了產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。
2.擰緊技術(shù)應(yīng)用展望
現(xiàn)代先進擰緊技術(shù)以扭矩、轉(zhuǎn)角曲線的控制為核心，將基于信息技術(shù)的管理控制系統(tǒng)應(yīng)用于自動擰緊裝配線，利用現(xiàn)代傳感技術(shù)、自動控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對整個擰緊過程的人、機、料、法、環(huán)、測各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動化、智能化管理和監(jiān)控。
現(xiàn)代先進擰緊技術(shù)，完成對關(guān)鍵工序的實時質(zhì)量監(jiān)控和數(shù)據(jù)跟蹤采集；能夠?qū)崿F(xiàn)防止漏擰緊、防止擰緊順序錯誤、防止零件漏裝等；解決了螺栓裝配預(yù)緊力控制精度、實施過程監(jiān)測、可追溯性等問題，大大提高螺栓的裝配質(zhì)量和管理水平。
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