晨正緊固件淺析車用緊固件工程機械用螺栓的發(fā)展動向

車用緊固件螺栓的強度級別：

JIS規(guī)定了3.6-12.9共10個螺栓強度級別，但推土機和挖掘機用螺栓的99%是10.9級和12.9級，極少量為9.8級及以下的螺栓。

一臺65t級推土機螺栓用量總計約6000個，其中12.9級占8.5%、10.9級占8.5%、9.8級及以下占1.1%。

一臺20t油壓挖掘機螺栓用量總計約2000個，其中12.9級占12.2%、10.9級占87%、9.8級及以下占0.8%。螺栓使用量的上述比例關系近10多年沒有變化。

原因是工程機械的工作環(huán)境是不規(guī)整的地面，并且經(jīng)受風吹雨淋。在這種大負荷和惡劣環(huán)境下，需要采用較高強度螺栓對部件進行高軸力緊固。

另一方面強度超過12.9級的螺栓價格較高，并且抗延遲斷裂性還有一定問題。因此螺栓用量比例多年沒有變化。

螺栓的尺寸和形狀

除了特殊螺栓，一般螺栓的公稱直徑有M4-M36共計15種，但大部分是M10-M20。螺栓公稱長度是12-95mm。推土機中共使用螺栓約250種，油壓挖掘機中共使用螺栓約130種。

使用的螺栓形狀大部分是六角螺栓，此外還有內(nèi)六角螺栓、凸緣螺栓、吊環(huán)螺栓等，沒有特殊形狀的螺栓。

過去，對螺栓和相應的墊片是分別管理的，后來開發(fā)出的組合螺栓是一種組合了墊片的凸緣螺栓，采用組合螺栓，可對螺栓和墊片按一個零件編號進行管理，減少了零件編號，并使墊片小型化，同時還可以防止墊片漏裝的問題。

但目前組合螺栓只有M14以下的細徑螺栓，期待組合螺栓規(guī)格的擴大。

螺栓的材質(zhì)和熱處理

JIS中對螺栓的材質(zhì)沒有具體規(guī)定，對碳素鋼只規(guī)定了含碳量的上下限，對高強度螺栓用的低合金鋼，只將B、Mn、Cr作為參考添加元素。

也就是說，只要力學性能符合標準規(guī)定，使用什么材質(zhì)都可以，因此工程機械用螺栓也因制造廠家的不同而不同。

強度在10.9及以上的螺栓都要進行淬火回火處理以達到要求的力學性能。常規(guī)工藝是，在大氣氣氛下將連續(xù)式加熱爐加熱的螺栓進行油淬，然后立即進行回火。

但對于12.9級的大直徑螺栓，由于加熱時間相對較長，要進行保護性氣氛加熱，防止羅紋牙和羅紋底部出現(xiàn)異常脫碳。這時需要特別注意的是不要因過于擔心脫碳，反而造成滲碳。

螺栓的表面處理

為防止螺栓的銹蝕和粘結(jié)，要對螺栓進行表面處理。在對螺栓進行鍍鋅時，過去曾使用6價鉻系鈍化處理液，但查明6價鉻對人體的有害影響后，就完全停止使用。

現(xiàn)在已經(jīng)全部使用無害的3價鉻系鈍化處理液，為強化防銹效果，螺栓的鍍層厚度大于JIS的規(guī)定。

提高推土機和挖掘機螺栓緊固效果的措施

由于螺栓的設備事故主要是螺栓的松弛和延遲斷裂。螺栓接觸面彈性衰減引起的非轉(zhuǎn)動松弛是螺栓松弛的一種形式，但主要松弛形式仍然是扭轉(zhuǎn)力不足引起的轉(zhuǎn)動松弛。

為防止轉(zhuǎn)動松弛，采用的方法是使用超高強度螺栓和更大扭轉(zhuǎn)力進行緊固。為此開發(fā)出強度超過JIS強度級別的超高強度螺栓。一般來說，螺栓的強度越高，延遲斷裂的危險性越大。

強度為12.9級的履帶螺栓的緊固方法是塑性轉(zhuǎn)動緊固法，首先用預扭矩進行緊固，然后再按照預定的轉(zhuǎn)動角度進一步扭轉(zhuǎn)螺母進行緊固。連接一片履帶要使用4個螺栓，用全自動螺母擰緊器同時對4個螺栓進行緊固。

目前正在研究通過增加螺母轉(zhuǎn)動角度和將液壓螺母擰緊器改為電動擰緊器等方法，提高更加穩(wěn)定的緊固力。

作為推土機和挖掘機移動裝置的履帶是與土石接觸承受劇烈摩擦的消耗部件，在使用過程中要多次被拆檢和更換。這時必須將履帶螺栓拆卸下來，由于履帶螺栓的頭部也受到磨損，所以常常發(fā)生扳手卡不住螺栓頭的情況。

特別是推土機移動頻繁，這種情況更是常常發(fā)生。為此，對推土機履帶螺栓頭部進行高頻淬火，提高其硬度。此外，超大型推土機履帶螺栓頭部比傳統(tǒng)螺栓頭部大5mm，以增加磨損裕量。

工程機械用螺栓的發(fā)展動向

如前所述，十多年來，工程機械用螺栓沒有明顯的變化。并且工程機械也幾乎不采用其他緊固方法代替螺栓連接。原因是螺栓緊固的可靠性很高，并且已經(jīng)緊固的螺栓也比較容易拆卸，即便于更換和維修。

因此，提高螺栓的性能和性價比，比試圖減少或取代螺栓的探索更有意義。

螺栓緊固后不松弛和容易拆卸是兩個相反的特性。為了提高這兩個特性，應不使螺栓生銹和粘結(jié)，為此多年來在提高羅紋精度、采用涂裝和表面處理技術(shù)以及改進緊固方法等方面開展了大量的工作。

在螺栓成本方面，材料費占的比例大，其次是加工費和熱處理費。因此，為實現(xiàn)更高的性價比，需提高螺栓用料的成材率。

為此，在小型螺栓制造中實現(xiàn)了螺栓頭部的無飛邊模鍛成型和羅紋的滾軋成型，期待將這些技術(shù)擴大應用到大型螺栓的制造。

在螺栓用鋼方面，工程機械用大規(guī)格高強度螺栓，因一直存在的延遲斷裂和淬透性問題，成為影響擴大使用的瓶頸。

在淬透性方面，用價格低廉效果又好的B替代高價合金元素，期待今后開發(fā)出低淬透性鋼加熱后也可以進行充分冷卻的熱處理技術(shù)和非調(diào)質(zhì)鋼高強度螺栓。

在抗延遲斷裂性方面，由于鋼鐵廠開發(fā)出超高強度螺栓用鋼，并且在技術(shù)上是可行的，但是價格仍然較高。

對于常規(guī)的12.9級螺栓來說，降低合金元素含量后，回火溫度就要下降，由此會增加延遲斷裂的危險性，所以期待著開發(fā)出低成本、高可靠性的新型超高強度螺栓用鋼。

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