数控车床刀架预紧刀过大(螺栓松动原因分析和解决方案)

Posted 2023-05-27

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数控车床刀架预紧刀过大(螺栓松动原因分析和解决方案)

螺纹连接因其具有成本低廉、结构简单、拆装方便、联接可靠等特点，被公司广泛应用于产品零部件的联接与固定。

一个松动的螺栓可能导致零部件发生松脱异响、脱落损坏等情况，乃至发生危及人身安全的，甚至可能会使整个生产工厂陷入停顿，并使公司损失惨重。

那么，螺栓松动的主要原因是什么？

今天，螺丝君，以此开展原因调查及验证分析工作，并总结相应的防松措施。

原因分析

1. 螺栓问题

假若螺栓材料强度低于标准，在拧紧过程中随着螺栓预紧力不断加大，接合组件之间的夹紧力也随之增大，此过程螺栓发生弹性变形；当达到屈服点后螺栓开始塑性变形，而随着预紧力继续增大，夹紧力增量变小甚至不变，然后逐渐变小，从而发生松脱。

假若螺栓螺距不合理，虽然能满足自锁、防松等要求，但由于接合组件要求的预紧力过大，所选螺栓在超出限值的预紧力作用下，螺牙损坏（或螺孔损坏），从而发生松脱。

假若选用螺栓型号偏小或螺栓等级过低，工作状态下螺栓无法抵消接合组件之间的轴向拉伸力与径向剪切力的作用，作用力反复循环最终使螺栓疲劳，发生塑性变形，预紧力减小，从而发生松脱。

螺纹规格尺寸也影响螺栓所获得的预紧力大小，螺纹过大时与螺纹孔配合过紧，同样扭矩的情况下预紧力偏小，加紧效果偏低；螺纹过小时与螺纹孔配合过大，螺纹副中的螺牙接触面积偏小，同样预紧力下螺牙受力过大，受接合组件作用力后可能导致螺牙崩坏，从而发生松脱。

2. 设计问题

螺栓在拧紧过程中所能达到的预紧力直接决定了两个连接零件之间夹紧力，预紧力不足势必会导致连接螺栓出现松动并最终造成连接零部件的松动螺纹配合力学分析表明，在静载条件下，一般螺纹满足自锁条件，不会松脱，但实际上变载荷、振动、冲击是造成螺栓松动的主要因素；设计者未充分考虑实际工况这一要素，容易出现设计要求无法达到使用要求的情况，从而引起螺栓松动。

两个连接件连接时螺纹孔或者安装螺栓孔尺寸尤为重要，螺纹孔的螺纹规格尺寸直接影响螺栓所获得的预紧力大小。若螺纹孔过大或过小，则螺栓获得的预紧力无法达到要求。

若安装螺栓孔尺寸偏大，则被连接件的表面在与螺栓或螺母支承面接触处会产生塑性的环状压陷，严重的压陷会使螺栓获得预紧力减小或丧失预紧力，从而导致螺母或螺栓的松动。

螺纹接触界面通常是凹凸不平的，预紧力加载以后，内外螺纹不可能完全接触，内(外) 螺纹上的微凸体可能会嵌入到外(内)螺纹的凹形区。

在周期性外力的作用下，内外螺纹将发生往复的微滑移运动，导致粘着物脱落，预紧力损失，称之为微动磨损损失。

在拧紧后螺栓预紧力作用下就会产生凸点压溃，永久塑性变形，从而螺栓的夹紧长度会降低，最终导致螺栓的预紧力下降。

3. 工具问题

工具失效是引起螺栓松动的主要原因之一。气动扳手是公司配备的预紧螺栓的常用工具，经调查，引起气动扳手失效的原因主要有，一是员工未正常使用工具，导致异常磨损，比如螺栓拧紧到位

后仍保持气动扳手的连续冲击；二是配套设备未正确使用或已失效，工具长时间处于非保养环境，比如不经过气动三联件直接把气动扳手接到压缩空气管路。

工具配置不合理也是引起螺栓松动的原因之一。公司使用大量程扭矩扳手装配低扭矩的螺栓，由于每刻度对应的力矩值过大，无法把握精准的力矩，可能出现螺栓拧紧力矩不足的情况，从而引起螺栓松脱。

4. 操作者问题

操作者不良的作业习惯是引发螺栓松动的直接原因之一。经调查，操作者不良的作业习惯是多方面的，

一是螺栓拧紧到位后仍保持气动扳手的连续冲击，导致接合组件的支承面被破坏（也可能是使平垫变形、弹垫失效）；
二是操作者偷工减料，不按设计要求使用力矩扳手，或者不按要求涂抹螺纹紧固胶，或者不按要求的顺序拧紧螺栓；
三是操作者图装配方便私自改用其他种类的螺栓。

5. 加工缺陷等问题

螺栓安装孔孔口倒角过大，从而引发安装孔尺寸过大时可能出现的状况。此外，接合组件表面凹凸不平，使得螺栓与接合组件之间不完全贴合，无法发挥足够的摩擦力；当螺栓与接合组件之间发生相对滑移，结合面将出现磨损，最终导致预紧力减小，从而引起螺栓松动。

防松措施

1. 设计过程

充分考虑螺栓安装位置的工况要求，考虑接合组件的重量、承受载荷、安全标准等因素，选择合适规格的螺栓，并准确的分析和计算预紧力大小，预留足够的作业空间，确保螺栓连接安全可靠。

采用防松设计。结合公司实际，可选用以下防松设计：采用弹性垫圈的锁紧方式；采用双螺母的锁紧方式；采用非金属嵌件锁紧螺母的锁定方式；采用开槽螺母配开口销的机械锁紧方式；采用涂抹螺纹紧固胶的锁紧方式。

避免接合组件支承面变形松动的情况，可采用选择合适的通孔（螺孔）、配套合适的垫片组合、选用法兰面螺栓、优化接合组件材料等方法。

使用“螺栓+ 螺母”的固定方式时，优先考虑将其中之一焊接到接合组件上。

明确装配要求，配置合适的工具工装，以保证生产的一致性，杜绝工人凭感觉及经验来判断作业效果。

具体要求如下：

8.8 级螺栓用气动扳手拧紧；
当气动扳手棘轮出现打滑声音1 ～ 2 秒，必须马上松开工作按钮；
根据8.8 级螺栓的推荐力矩表，选择合适的气动扳手档位；
10.9 级、12.9 级及有特殊要求的螺栓，用扭矩扳手按标定力矩拧紧；
扭矩转动方向所在平面应与螺栓轴向垂直；
涂抹螺纹紧固胶；
按标定的装配顺序作业；
装配后结合面周边有缝隙属于不合格现象。

2. 生产过程

有外观缺陷的材料，禁止使用在关键的零部件上。

加工过程按螺孔精度要求选择正确的丝锥，并及时更换磨损严重的丝锥，杜绝加工缺陷，保证螺孔质量。

焊接、涂装过程注意屏蔽螺孔，以防螺纹被损坏、被污染，影响最终装配效果。

严格执行设计要求，按规定正确使用工具工装，杜绝工人凭感觉及经验来判断作业效果。

装配前检查螺纹是否完好无损，装配后检查结合面周边是否有缝隙。

新员工上岗前,务必熟练掌握装配的基础技能。

总结

螺纹紧固件在日常生活中普遍存在，为了防此结构出现松、脱、掉等联接失效问题，导致的安全生产事故时常发生。

抑制松动

第一步首先则是选择使用高强度、高韧性的材料和高精度的加工技术，避免材料在早期就出现自松动的现象，
第二步是摩擦防松。

这是应用最广的一种防松方式，这种方式在螺纹副之间产生一不随外力变化的正压力，以产生一可以阻止螺纹副相对转动的摩擦力。

但复杂工况下的螺栓防松是需要综合考量多方面因素的，螺栓防松措施不是单一的，可能是多种方法的联合，只有找准螺栓松动的根本原因，才能因地制宜选择合适的防松方法。

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