螺紋緊固件的功能，通過施加一定的扭矩，在螺栓上產(chǎn)生相應(yīng)的預(yù)緊力（F），保證被連接牢固的聯(lián)接在一起不松動，同時又可拆卸以便于維修。預(yù)緊力的大小是保證連接質(zhì)量的重要因素，而影響預(yù)緊力的主要因素除了使用的工具及擰緊方法外就是緊固件本身的摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)有明確的物理意義，可理解為一個材料常數(shù)，當(dāng)摩擦面的材質(zhì)、表面狀態(tài)和潤滑條件確定后，摩擦系數(shù)也就隨之確定。那么標(biāo)準(zhǔn)中提到不同的試驗條件、不同的試驗方法對試驗結(jié)果是否有影響呢？以下試驗以IS0 16047標(biāo)準(zhǔn)中要求的不同狀態(tài)進行對比測試。

試驗設(shè)備

ISO 16047標(biāo)準(zhǔn)中要求試驗設(shè)備應(yīng)滿足：能夠應(yīng)用扭緊扭矩和用自動或手動旋轉(zhuǎn)螺帽和螺栓頭部，顯示精度值要求±2%，角度的測量精度要求必須達到顯示值的±2°或±2%。為了達到仲裁的目的，扭緊時使用能控制的動力工具并控制旋轉(zhuǎn)速度保持恒定。測量結(jié)果能以電子記錄方式記錄。

本文所有試驗結(jié)果均使用衡翼HYtest多功能螺栓緊固分析系統(tǒng)。此實驗測試機傳感器精度均為0. 5%，符合《ISO 16047—緊固件的扭矩/夾緊力測試標(biāo)準(zhǔn)》中的試驗測試機要求。試驗機周期對傳感器進行標(biāo)定。

試驗過程中影響摩擦系數(shù)結(jié)果因素
1.試驗螺母對摩擦系數(shù)結(jié)果的影響
ISO 16047標(biāo)準(zhǔn)中，檢測螺栓使用的標(biāo)準(zhǔn)螺母處要求和被測螺栓等級對應(yīng)外，對標(biāo)準(zhǔn)試驗螺母的表面狀態(tài)有有兩種要求：

（1）未鍍層表面平整并脫脂處理。

⑵鍛鋅要求按照ISO 4042并脫脂處理。

試驗方案：試驗采用M10×1.5×45 9.8級鍍鋅并涂封閉劑六角頭螺栓，平均鍍層厚度為9.3μm；試驗速度為30r/min，擰緊到30Nm，其它試驗狀態(tài)一致，試驗各做5組數(shù)據(jù)。

試驗采用相同等級螺母，*組試驗螺母采用未鍍層表面平整并脫脂處理，螺母公差6H，試驗數(shù)據(jù)見表1。

*組試驗螺母按照ISO 4042鍍鋅并脫脂處理，鍍層厚度為8.6μm，螺母公差6H，試驗數(shù)據(jù)見表2。

從表1、表2的試驗數(shù)據(jù)可以看出，無論試驗過程中采用標(biāo)準(zhǔn)中要求的哪種狀態(tài)螺母，試驗得到的螺栓的螺紋部分摩擦系數(shù)均為0.13，兩個實驗結(jié)果中得到的總摩擦系數(shù)也相同，由此可見試驗過程中使用標(biāo)準(zhǔn)中要求的鐵基質(zhì)的沒有進行潤滑封閉螺母對被測螺栓的摩擦系數(shù)并沒有的影響。

2.試驗墊片對摩擦系數(shù)的影響

ISO 16047標(biāo)準(zhǔn)中提供了兩種硬度的墊片，一種是熱處理到高硬度的試驗墊片（HH），硬度范圍為50-60HRC；另外一種是低硬度墊片（HL），硬度范圍為200~300HV，見圖1。

試驗方案：試驗采用同一批M6×1×50 9.8級六角凸緣面螺栓，試驗墊片硬度分別為 56.6HRC； 53.5HRC； 36.0HRC和鋁制墊片，試驗以30r/min擰緊到10.7Nm得到摩擦系數(shù)結(jié)果，每項試驗各做5件產(chǎn)品得到的數(shù)據(jù)。

*組試驗墊片硬度為56.6HRC試驗數(shù)據(jù)，見表3。

第二組試驗墊片硬度為53.5HRC的試驗數(shù)據(jù)，見表4。.

第三組試驗墊片硬度為36.0 HRC試驗數(shù)據(jù)，見表5。

第四組試驗墊片為鋁制墊片試驗數(shù)據(jù)見表6

從試驗數(shù)據(jù)可以看出，高硬度墊片（56.6HRC）和低硬度墊片（鋁制）頭部摩擦系數(shù)相差0.05，而在高硬度范圍（50~60HRC）內(nèi)的試驗墊片，測得的螺栓頭部摩擦系數(shù)平均值為0.09（見表3、表4），由此可見隨著墊片的硬度減低（低于50HRC），螺栓頭部轉(zhuǎn)動時，造成墊片和螺栓頭部接觸部分摩擦面損傷（鋁墊片比較明顯），這樣頭部的摩擦系數(shù)就較大，從而，螺栓擰緊時頭部消耗的扭矩就會增大，轉(zhuǎn)化的預(yù)緊力降低。如果緊固件頭部由于摩擦較大，轉(zhuǎn)動速度較快時，摩擦面產(chǎn)生的熱量沒有及時散發(fā)出去，就容易產(chǎn)生“粘著/跳動”現(xiàn)象，如圖4所示。

3.試驗方法對摩擦系數(shù)的影響

目前除了IS016047標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗方法外，各大汽車集團均制定企業(yè)內(nèi)部的摩擦系數(shù)檢測方法，如大眾集團按照VW01131標(biāo)準(zhǔn)，福特集團按WZ101，標(biāo)致雪鐵龍采用C10054標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，那么不同的測試步驟對結(jié)果的影響怎么樣？

以下試驗試驗采用不同的實驗步驟及不同的設(shè)定條件對同一批M10×1.5×45 9.8級鍍鋅六角頭螺栓進行試驗。

（1）試驗方法及步驟

試驗先以60r/min擰緊到11Nm，停頓3s，然后以20r/min擰緊至ij45Nm，試驗曲線見圖5。

試驗數(shù)據(jù)（5個數(shù)據(jù)平均值）。

（2）以30r/min擰緊到夾緊力28.3kN時產(chǎn)品的摩擦系數(shù)。

試驗數(shù)據(jù)（5個數(shù)據(jù)平均值）：

從上面對比數(shù)據(jù)中可以看出：試驗過程中設(shè)定扭矩或設(shè)定預(yù)緊力值，測得的摩擦系數(shù)均在同一范圍內(nèi)。

結(jié)論

1.在ISO 16047標(biāo)準(zhǔn)中檢測摩擦系數(shù)同時提供了兩種狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)螺栓和螺母，通過試驗一中的對比，兩種狀態(tài)螺母（鍍鋅和沒有任何涂層）對試驗結(jié)果沒有影響，在實際的檢測試驗中可以使用任何一種狀態(tài)的螺母，但要保證試驗螺栓、螺母滿足公差要求。

2.在IS0 16047標(biāo)準(zhǔn)提到有高低兩種硬度墊片，從試驗結(jié)果看，在高硬度墊片（50-60HRC）的檢測中，試驗墊片的硬度對于試驗結(jié)果沒有太大的影響。一般來說，隨著墊片的硬度降低，所測的摩擦系數(shù)將增大，從而，影響總摩擦系數(shù)增大?？紤]到緊固件連接狀態(tài)存在“軟硬連接”，因此，試驗墊片的選擇要按照標(biāo)準(zhǔn)或客戶要求進行，從而保延試驗結(jié)果對使用有意義。

3.第三組試驗中對比了兩種不同的試驗方法，同時對比了在檢測摩擦系數(shù)時，設(shè)定扭矩值計算摩擦系數(shù)和設(shè)定夾緊力計算摩擦系數(shù)的結(jié)果，設(shè)定扭矩值計算摩擦系數(shù)和設(shè)定夾緊力計算摩擦系數(shù)的到的試驗數(shù)據(jù)在考慮到試驗的影響因素及測量誤差因素，在同一范圍內(nèi)。

4.摩擦系數(shù)測量的主要目的是為了保障每一批供貨的螺栓或螺母的摩擦條件穩(wěn)定在工藝要求的范圍內(nèi)。因為緊固件在設(shè)計過程中就已經(jīng)確定摩擦系數(shù)及裝配工藝，在實際的生產(chǎn)中確保產(chǎn)品滿足要求，這樣才能保證產(chǎn)品在裝配過程及在使用環(huán)境中能夠承受額定的載荷，防止問題產(chǎn)生。

5.在摩擦系數(shù)的測量過程中還會遇到一些其它問題，但無論什么問題均要以和客戶協(xié)商的試驗方法進行檢測。