在工業(yè)零部件裝配中，螺栓過屈服擰緊是一個近些年發(fā)展起來的擰緊策略，尤其在需要高預(yù)緊力的場合，如汽車發(fā)動機(jī)、航空航天設(shè)備和重型機(jī)械等。然而，過屈服擰緊并非簡單的“擰得更緊”，它涉及到材料特性、擰緊設(shè)備精度、裝配工藝等多個方面的細(xì)節(jié)。這些細(xì)節(jié)的把控，直接決定了裝配質(zhì)量的優(yōu)劣。今天，我們將探討螺栓過屈服擰緊的關(guān)鍵細(xì)節(jié)，幫助你優(yōu)化裝配工藝，確保裝配質(zhì)量。

螺栓過屈服擰緊是指在擰緊過程中，螺栓被擰緊到超過其屈服強(qiáng)度的范圍，使其發(fā)生塑性變形。完整的擰緊裝配曲線如下圖所示，包括關(guān)鍵參數(shù)點(diǎn)有：貼合扭矩、門檻扭矩、屈服扭矩，工藝扭矩點(diǎn)和斷裂點(diǎn)。而螺栓過屈服擰緊的工藝扭矩點(diǎn)介于屈服扭矩點(diǎn)和斷裂點(diǎn)之間。

而實(shí)現(xiàn)過屈服擰緊的最常用的方法是扭矩轉(zhuǎn)角法，相比于扭矩法，其軸力的精度和數(shù)值會顯著提高。

01 決定裝配質(zhì)量的細(xì)節(jié)

1.1 門檻扭矩要高于貼合扭矩

在扭矩轉(zhuǎn)角法中，門檻扭矩需要高于貼合扭矩，這是因?yàn)殚T檻扭矩的作用是克服連接件的初始阻力（如間隙、自鎖、涂膠等），使連接件完全貼合，為后續(xù)的轉(zhuǎn)角控制提供基礎(chǔ)。如果門檻扭矩設(shè)置過低，連接件可能無法完全貼合，導(dǎo)致轉(zhuǎn)角控制無法有效轉(zhuǎn)化為夾緊力，從而影響擰緊質(zhì)量。

門檻扭矩的設(shè)置要求：

門檻扭矩的最小值：

需高于連接副的貼合扭矩（即Mth> MJ ）,以確保緊固件擰緊的轉(zhuǎn)角能有效轉(zhuǎn)化為夾緊力。

門檻扭矩的最大值：

不超過線性最大扭矩的0.9倍（即 Mth ≤ 0.9 × Mlin），以增加轉(zhuǎn)角法擰緊的優(yōu)勢和安全余量。

1.2 合適的過屈服角度

從屈服點(diǎn)至工藝點(diǎn)的角度為過屈服角度，過屈服角度太小，可能會導(dǎo)致部分?jǐn)Q緊無法過屈服；過屈服角度太大，螺紋被過度拉伸，螺栓有斷裂失效風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)驗(yàn)值為過屈服角度大于0.1倍工藝角度，小于0.1倍屈服扭矩點(diǎn)至斷裂點(diǎn)的角度值。

為了保證合適的過屈服角度，應(yīng)設(shè)計(jì)合適的工藝角度，其數(shù)值大小通常根據(jù)螺栓的夾持長度和連接件的特性來設(shè)計(jì)。通常選擇45°、90°和180°作為首選角度。當(dāng)被夾緊件的長度較短時(shí)（如小于1倍螺紋直徑），擰緊角度可設(shè)置為45°；當(dāng)夾緊件長度在1-4倍螺紋直徑之間時(shí)，可選擇90°；當(dāng)夾緊件長度大于4倍螺紋直徑時(shí)，可選擇180°。

1.3 性能穩(wěn)定性的被連接件

例如當(dāng)被連接件的剛度波動時(shí)，會影響裝配曲線，從而影響擰緊角度的確定。如果剛度波動較大，可能導(dǎo)致無法設(shè)計(jì)出合適的工藝角度，影響擰緊質(zhì)量。

此外，被連接件的接觸區(qū)域平面度、粗糙度等質(zhì)量特性會影響擰緊過程中的貼合扭矩和夾緊力。平面度不合格可能導(dǎo)致夾緊力不均勻，影響連接的可靠性。

對于被連接件有間隙和翹曲時(shí)，在擰緊過程中，需要施加一個起始扭矩來消除被夾緊零件間的間隙和翹曲，使后續(xù)擰緊時(shí)扭矩與轉(zhuǎn)角呈線性關(guān)系。

軟連接的擰緊點(diǎn)，從門檻扭矩至屈服點(diǎn)的角度數(shù)值大，誤差也大。很難設(shè)計(jì)合適的工藝角度值，因此，軟連接的擰緊點(diǎn)，采用扭矩法擰緊更合適。

1.4 足夠的螺紋連接嚙合長度

螺紋連接強(qiáng)度匹配設(shè)計(jì)原則要求在過載擰緊時(shí)失效型式應(yīng)是螺桿斷裂，因?yàn)閮?nèi)螺紋的破壞不易發(fā)現(xiàn)，且內(nèi)螺紋的損壞帶來的損失較大。過屈服擰緊時(shí)，螺栓利用率達(dá)到100%，產(chǎn)生的軸力較高，為了保證內(nèi)外螺紋的承載能力，要保證螺紋有足夠的嚙合長度。

內(nèi)外螺紋的承載能力隨著嚙合長度的增加而線性增長。當(dāng)?shù)竭_(dá)一個臨界的嚙合長度情況下，內(nèi)外螺紋的剪切力和螺栓斷裂力是相等的。需要保證螺紋的嚙合長度大于臨界值，內(nèi)外螺紋抗剪切能力大于螺栓斷裂力，當(dāng)出現(xiàn)過載的情況下，就會出現(xiàn)螺栓斷裂，而不是螺紋拉脫。

1.5 返工時(shí)要更換螺栓

過屈服擰緊會使螺栓發(fā)生塑性變形，超出彈性階段，無法恢復(fù)到原狀態(tài)。這種情況下，螺栓的塑性會下降，再次使用時(shí)可能導(dǎo)致螺栓斷裂或連接失效。

對于過屈服擰緊的螺栓，建議僅使用一次。如果擰緊過程中出現(xiàn)監(jiān)控窗口報(bào)警等問題需要返工，應(yīng)更換新的螺栓。返工時(shí)，需完全退出原擰緊的螺栓，觀察螺紋和對手件的表面狀態(tài)，確認(rèn)無損傷后才能繼續(xù)用新螺栓擰緊。