用摩擦系數試驗機測試了4 種表面處理狀態( 鍍鋅不上油、鍍鋅上油、磷化上油、發黑(氧化)上油) 的螺栓摩擦系數與軸向力之間的關系。試驗結果表明: 不同表面處理狀態螺栓的摩擦系數不同，相同扭矩下的軸向力相差很大。將試驗結果應用于汽車螺栓裝配中，解決了松脫、斷裂的工程問題。
螺紋連接是汽車制造中使用最廣泛的連接方式，螺紋連接質量直接影響到汽車裝配質量和行駛可靠性。而影響螺紋連接可靠性的因素有材料、摩擦系數、緊固件加工方法等。隨著汽車緊固件國產化率進程的加快，汽車發動機上的一些關鍵緊固件逐步開始國產化，如缸蓋螺栓、軸承蓋螺栓等。我廠也從多年前開始開發生產此類螺栓，剛開始的時候在汽車裝配中螺栓經常發生松脫、斷裂問題。企業常規的螺栓性能測試可以測出螺栓的扭矩、抗拉強度，但同一螺栓，不同扭矩狀態產生的軸向力是多少? 影響軸向力有哪些因素? 怎樣防止螺栓松脫? 摩擦系數與緊固件使用性能之間的關系如何?這些問題我們大多數緊固件制造商并不十分清楚。
近些年來，隨著先進檢測設備的引入，我們逐漸了解到緊固件生產過程中，相關因素對摩擦系數的影響，從而影響緊固件裝配后的軸向力，使緊固件裝配后過松(扭矩明顯下降) 或過緊，造成螺栓松動或斷裂。為了解決這個問題，我廠引進了德國制造的摩擦系數試驗機( 軸力儀) 。
自從有了該試驗設備，我們像長了“眼睛”，可以真正看到自己產品性能質量的穩定性，能夠分析緊固件生產過程中相關因素對摩擦系數的影響，使我們對制造與裝配的配合關系有了更深的認識，配合客戶解決了一些裝配過程中松脫和斷裂的問題。
1 試驗方法
試驗用緊固件為VVT 正時齒輪螺栓M12×1.25——42，形狀尺寸如圖1 所示，材料為SCM435，強度為10T，試驗件硬度57——58 HＲC(不是產品原要求的硬度，為試驗而特殊設計的) 。
對試驗螺栓進行了4 種不同的表面處理，分別為鍍鋅不上油、鍍鋅上油、磷化上油、發黑( 氧化) 上油，其中前三種狀態上油均為ＲPA-8 干性防護油。并在德國制造的TesT 摩擦系數試驗機( 軸力儀205S.3.1100N.M)上測試摩擦系數。
2 試驗結果與分析
測試4 種表面處理狀態螺栓的扭矩與軸向力和總摩擦系數的關系，結果見圖2。
2)、相同零件，不同表面處理，摩擦系數相近，扭矩相同的，軸向力也相近。如表面磷化上油和表面鍍鋅上油的摩擦系數相近，其軸向力也相近。
3)、相同零件，不同表面處理，扭矩相同，摩擦系數越小，軸向力越大，即擰緊力越大。如表面磷化的摩擦系數最小，而軸向力最大。因摩擦系數不同，造成軸向力不同，即擰緊力不同。
4)、相同零件，不同表面處理，相同軸向力，摩擦系數越大，扭矩越大。如表面氧化摩擦系數最大，其扭矩也最大。
5)、相同零件，相同表面處理，涂油和不涂油狀態，所產生的力( 扭矩、軸向力) 是不同的。如表面鍍鋅上油和不上油狀態的扭矩和軸向力差異較大。
綜上分析，結合我廠緊固件常用表面處理( 包括達克羅、Cr+3電鍍、鋅鎳電鍍、鋅鋁涂層等) 在裝配、使用過程的情況，可以得出: 螺栓不同的摩擦系數，扭矩相同，軸向力不同，即摩擦系數越大，軸向力越小; 反之，摩擦系數越小，軸向力越大。這提醒我們緊固件制造商和使用者，相同的零件不同廠家生產，螺栓摩擦系數不同，相同的裝配扭矩，會產生不同的軸向力(即螺栓擰緊力) 。在裝配、使用過程中，可能做得精致(摩擦系數小) 的螺栓會斷裂、失效; 而做得粗糙(摩擦系數大) 的螺栓會(經過振動) 松動或松脫。裝配過程中，偶然因素，個別螺栓沾到油后裝配，因摩擦系數變小，可能會出現在裝配或使用時，螺栓斷裂現象; 也就是說螺栓摩擦系數對裝配性能產生很大的影響。
但是，影響螺栓摩擦系數的因素很多: 包括螺紋、支承面( 接觸面) 傾角、接觸面大小/毛刺( 沖壓的凹凸面) 、熱處理性能、表面處理狀態等。所以，生產過程中，制造商要確保生產過程的穩定，生產關鍵或高強度緊固件，要有摩擦系數試驗機等相關的檢測設備來驗證過程的穩定性和產品的一致性。避免不同批次螺栓摩擦系數較大離散，影響客戶裝配和使用，避免螺栓松脫或斷裂。
3 實際工程應用
2)、產品改進后各項試驗數據與CKD 件比較一致，墊片單面磨并涂0.11(港) 摩擦系數穩定劑的一組最接近;
3)、實際摩擦系數受產品的表面狀況和摩擦系數穩定劑綜合影響，但產品表面狀況起決定性作用;
4)、造成產品裝配后產生異響的原因主要是螺栓在90Nm 扭矩裝配條件下，產生的軸向預緊力不足。而相同裝配扭矩條件下，影響軸向預緊力的主因是產品摩擦系數的差異。
根據螺栓摩擦系數試驗數據分析結果得知需減小產品的摩擦系數以便增加軸向預緊力，為此采取了如下補救措施:
1)、對已生產出來的未組合墊片的半成品增加墊片單面磨，減小產品的摩擦系數(即擬改狀態2) ;
2)、后續整修模具(即修模改進后3) ，減少新生產產品的摩擦系數，增加軸向力。表3 是按客戶要求(墊片沖壓成形、單面倒角、定向穿墊) 改進的螺栓產品試驗數據，基本上達到了要求的技術指標。
產品改進前摩擦系數較大，相同的裝配扭矩下軸向預緊力過小，導致螺栓松脫產生異響; 改進模具和加工工藝( 內孔單面倒角、定向穿墊) 后，產品的摩擦系數降低了，相同的裝配扭矩下軸向預緊力增加到所要求的值。經裝配后的道路試驗驗證，我廠采取的改進措施是有效的，螺栓不再松脫產生異響。
4 結語
通過軸力儀摩擦系數試驗，讓我們知道了摩擦系數是如何影響螺栓副裝配和使用性能的，幫助我廠解決了許多生產過程和客戶裝配過程中螺栓副配合產生的工程問題。對于汽車緊固件制造商，要了解客戶的裝配和使用要求并考慮摩擦系數對螺栓性能的影響來做好生產過程的工藝策劃，才能提供客戶滿意的產品。
螺紋連接是汽車制造中使用最廣泛的連接方式，螺紋連接質量直接影響到汽車裝配質量和行駛可靠性。而影響螺紋連接可靠性的因素有材料、摩擦系數、緊固件加工方法等。隨著汽車緊固件國產化率進程的加快，汽車發動機上的一些關鍵緊固件逐步開始國產化，如缸蓋螺栓、軸承蓋螺栓等。我廠也從多年前開始開發生產此類螺栓，剛開始的時候在汽車裝配中螺栓經常發生松脫、斷裂問題。企業常規的螺栓性能測試可以測出螺栓的扭矩、抗拉強度，但同一螺栓，不同扭矩狀態產生的軸向力是多少? 影響軸向力有哪些因素? 怎樣防止螺栓松脫? 摩擦系數與緊固件使用性能之間的關系如何?這些問題我們大多數緊固件制造商并不十分清楚。
近些年來，隨著先進檢測設備的引入，我們逐漸了解到緊固件生產過程中，相關因素對摩擦系數的影響，從而影響緊固件裝配后的軸向力，使緊固件裝配后過松(扭矩明顯下降) 或過緊，造成螺栓松動或斷裂。為了解決這個問題，我廠引進了德國制造的摩擦系數試驗機( 軸力儀) 。
自從有了該試驗設備，我們像長了“眼睛”，可以真正看到自己產品性能質量的穩定性，能夠分析緊固件生產過程中相關因素對摩擦系數的影響，使我們對制造與裝配的配合關系有了更深的認識，配合客戶解決了一些裝配過程中松脫和斷裂的問題。
1 試驗方法
試驗用緊固件為VVT 正時齒輪螺栓M12×1.25——42，形狀尺寸如圖1 所示，材料為SCM435，強度為10T，試驗件硬度57——58 HＲC(不是產品原要求的硬度，為試驗而特殊設計的) 。
對試驗螺栓進行了4 種不同的表面處理，分別為鍍鋅不上油、鍍鋅上油、磷化上油、發黑( 氧化) 上油，其中前三種狀態上油均為ＲPA-8 干性防護油。并在德國制造的TesT 摩擦系數試驗機( 軸力儀205S.3.1100N.M)上測試摩擦系數。
2 試驗結果與分析
測試4 種表面處理狀態螺栓的扭矩與軸向力和總摩擦系數的關系，結果見圖2。
a) 磷化上油; ( b) 發黑( 氧化) 上油; ( c) 鍍鋅上油; ( d) 鍍鋅不上油
2)、相同零件，不同表面處理，摩擦系數相近，扭矩相同的，軸向力也相近。如表面磷化上油和表面鍍鋅上油的摩擦系數相近，其軸向力也相近。
3)、相同零件，不同表面處理，扭矩相同，摩擦系數越小，軸向力越大，即擰緊力越大。如表面磷化的摩擦系數最小，而軸向力最大。因摩擦系數不同，造成軸向力不同，即擰緊力不同。
4)、相同零件，不同表面處理，相同軸向力，摩擦系數越大，扭矩越大。如表面氧化摩擦系數最大，其扭矩也最大。
5)、相同零件，相同表面處理，涂油和不涂油狀態，所產生的力( 扭矩、軸向力) 是不同的。如表面鍍鋅上油和不上油狀態的扭矩和軸向力差異較大。
綜上分析，結合我廠緊固件常用表面處理( 包括達克羅、Cr+3電鍍、鋅鎳電鍍、鋅鋁涂層等) 在裝配、使用過程的情況，可以得出: 螺栓不同的摩擦系數，扭矩相同，軸向力不同，即摩擦系數越大，軸向力越小; 反之，摩擦系數越小，軸向力越大。這提醒我們緊固件制造商和使用者，相同的零件不同廠家生產，螺栓摩擦系數不同，相同的裝配扭矩，會產生不同的軸向力(即螺栓擰緊力) 。在裝配、使用過程中，可能做得精致(摩擦系數小) 的螺栓會斷裂、失效; 而做得粗糙(摩擦系數大) 的螺栓會(經過振動) 松動或松脫。裝配過程中，偶然因素，個別螺栓沾到油后裝配，因摩擦系數變小，可能會出現在裝配或使用時，螺栓斷裂現象; 也就是說螺栓摩擦系數對裝配性能產生很大的影響。
但是，影響螺栓摩擦系數的因素很多: 包括螺紋、支承面( 接觸面) 傾角、接觸面大小/毛刺( 沖壓的凹凸面) 、熱處理性能、表面處理狀態等。所以，生產過程中，制造商要確保生產過程的穩定，生產關鍵或高強度緊固件，要有摩擦系數試驗機等相關的檢測設備來驗證過程的穩定性和產品的一致性。避免不同批次螺栓摩擦系數較大離散，影響客戶裝配和使用，避免螺栓松脫或斷裂。
3 實際工程應用
下面是一個應用摩擦系數試驗解決實際工程問題的案例，我們給汽車廠供貨如圖3所示的六角頭與平墊組合螺栓( 材料SCM435，強度等級11T),裝配后路試過程中產生異響。用螺栓摩擦系數試驗機(軸力儀) 測試其工藝改進前后的摩擦系數如表2所示。
2)、產品改進后各項試驗數據與CKD 件比較一致，墊片單面磨并涂0.11(港) 摩擦系數穩定劑的一組最接近;
3)、實際摩擦系數受產品的表面狀況和摩擦系數穩定劑綜合影響，但產品表面狀況起決定性作用;
4)、造成產品裝配后產生異響的原因主要是螺栓在90Nm 扭矩裝配條件下，產生的軸向預緊力不足。而相同裝配扭矩條件下，影響軸向預緊力的主因是產品摩擦系數的差異。
根據螺栓摩擦系數試驗數據分析結果得知需減小產品的摩擦系數以便增加軸向預緊力，為此采取了如下補救措施:
1)、對已生產出來的未組合墊片的半成品增加墊片單面磨，減小產品的摩擦系數(即擬改狀態2) ;
2)、后續整修模具(即修模改進后3) ，減少新生產產品的摩擦系數，增加軸向力。表3 是按客戶要求(墊片沖壓成形、單面倒角、定向穿墊) 改進的螺栓產品試驗數據，基本上達到了要求的技術指標。
產品改進前摩擦系數較大，相同的裝配扭矩下軸向預緊力過小，導致螺栓松脫產生異響; 改進模具和加工工藝( 內孔單面倒角、定向穿墊) 后，產品的摩擦系數降低了，相同的裝配扭矩下軸向預緊力增加到所要求的值。經裝配后的道路試驗驗證，我廠采取的改進措施是有效的，螺栓不再松脫產生異響。
4 結語
通過軸力儀摩擦系數試驗，讓我們知道了摩擦系數是如何影響螺栓副裝配和使用性能的，幫助我廠解決了許多生產過程和客戶裝配過程中螺栓副配合產生的工程問題。對于汽車緊固件制造商，要了解客戶的裝配和使用要求并考慮摩擦系數對螺栓性能的影響來做好生產過程的工藝策劃，才能提供客戶滿意的產品。
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