拧紧螺栓时产生的拧紧曲线，是分析和控制拧紧质量的关键工具。从今天起，螺丝君将通过一系列专栏文章，一起探索 螺栓拧紧曲线的秘密 。小伙伴可以关注螺丝君公众号，以进行系统化的学习，也欢迎大家在文后留言交流。
作为这一系列文章的开篇，我们将聚焦于螺栓拧紧过程的 预拧紧阶段 。通过分析扭矩与角度曲线，螺丝君将揭示常见的四种预拧紧曲线形态，并探讨如何利用这些形态特征来评估和提升螺栓连接的紧固质量。
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预拧紧阶段的重要性
预拧紧是螺栓连接的初始步骤，在这一阶段，螺栓或螺母首次接触到被固定的部件，但还未施加必要的夹紧力。此时，施加的扭矩主要是为了克服螺纹间的摩擦力和螺纹的形成或锁紧阻力。在这个阶段，我们能够初步评估拧紧的质量，为后续步骤奠定基础。
然而，通常在这个阶段，扭矩的变化相对于整个拧紧过程中的屈服扭矩来说相对较小，可能不太容易引起注意。螺丝君提醒， 即使在预拧紧阶段扭矩变化微小，也不可忽视其重要性。这些细微的扭矩变化蕴含着评估拧紧质量的有效信息，应给予足够的关注。
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预拧紧工况分析
通常，预拧紧阶段的拧紧曲线形态可以根据螺纹的成型特性、锁紧特性以及与被夹紧部件的相互作用，归纳为以下四种典型形态（全文以蓝色曲线标识预拧紧曲线）。
1、平坦的预拧紧曲线
曲线形态：曲线相对平坦，扭矩值较低。
原因解析：在这个阶段，螺栓或螺母开始拧紧，但还未对被夹紧部件施加必要的夹紧力。反应在扭矩-角度曲线上，就是扭矩值相对较低。这是因为此时主要克服的是螺纹间的摩擦力，而非显著的夹紧力。
对于不自锁的螺母或精加工的螺纹，预拧紧曲线趋于平坦，扭矩接近零，显示出在无显著夹紧力的情况下，较小的摩擦力是此时唯一的阻力。
以拧紧一个干净且预先加工有螺纹的孔为例，我们会看到扭矩-角度曲线在初始阶段相对平坦。这说明在拧紧初期，螺纹间的啮合尚未产生显著的夹紧力。
2、带平台期的预拧紧曲线
曲线形态：曲线存在一个显著的平台期。
原因解析：由于额外设计的防松措施，或者螺纹锁固剂的使用，这些措施在预拧紧时会产生较大的摩擦力。
带锁紧特性的螺母，如含尼龙嵌件或自锁螺纹的螺母，在预拧紧时会产生较大的摩擦力，这有助于提高螺栓连接的自锁性能。螺纹锁固剂通过填补螺纹间隙并在固化后形成强粘结，有效防止螺栓因振动或冲击而松动。然而，在预拧紧时，这种强粘结会产生较大的摩擦力。
虽然初期拧紧需要更大的扭矩来克服由锁紧特性引入的额外摩擦力，但这种设计最终提供了长期的稳定性和安全性。
3、锯齿形增加的预拧紧曲线
曲线形态：曲线呈锯齿形逐渐增加，直至预拧紧结束。
原因解析：当被夹紧的材料具备一定的塑性时，螺栓在拧紧过程中使材料发生塑性变形，形成匹配的螺纹形状。
有时候会遇到带螺纹成型的预拧紧工况：当被夹紧的材料具备一定的塑性时，螺栓在拧紧过程中会使材料发生塑性变形，从而在孔内形成匹配的螺纹形状；设计时可能会有意让螺纹孔的尺寸稍小于螺栓的外螺纹直径，以促使螺栓在拧紧时自行形成螺纹。
这种螺纹成型的设计方法不仅增加了螺栓与被夹紧材料之间的接触面积，提升了连接的强度和防松性，还特别适合软质或复合材料的连接。在紧急情况或现场装配中，这种设计选择同样适用。
在拧紧过程中，这种工况的预拧紧曲线会呈现逐渐增加的扭矩，直至螺纹完全形成，反映了材料在螺纹成型过程中的塑性流动变化和夹紧力的逐步建立。
4、带突破点的预拧紧曲线
曲线形态：存在扭矩显著下降，表现为突破点。
原因解析：螺栓已经完全切割穿过较软或较薄的材料，或者在达到特定拧紧角度后，开始在孔内形成有效的夹紧力。
在预拧紧阶段，扭矩的显著下降往往意味着螺栓已经完全切割贯穿较软或较薄的材料，或者在达到特定拧紧角度后，开始在孔内形成有效的夹紧力。
准确识别这一突破点对于确保螺栓连接的准确性至关重要。它不仅帮助我们避免了因误判而导致的欠拧或过拧，还能确保我们实施的拧紧策略是精确和优化的，从而保障连接的长期稳定性和性能。
在汽车制造等行业中，这种精确的质量控制尤为重要。例如，在汽车制造中，当螺栓拧入发动机盖的薄金属板时，扭矩-角度曲线上的突破点表明螺栓已经穿透金属板并开始形成夹紧力，这是一个关键的质量控制点。
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预拧紧阶段的拧紧策略
通过对上述四种预拧紧曲线形态的分析，我们可以得出一些有用的拧紧策略：
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平坦的预拧紧曲线
一般来源于清洁且已加工的螺纹，拧紧初期扭矩低，需注意不要过早进入螺纹成型阶段。
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带平台期的预拧紧曲线
需要克服额外的摩擦力，拧紧策略应考虑锁紧特性对扭矩的影响。
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锯齿形增加的预拧紧曲线
适用于螺纹孔尺寸略小于螺栓螺纹的情况，需控制拧紧速度以避免过拧。
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带突破点的预拧紧曲线
需识别扭矩下降点/屈服点，以确定紧固件是否已完全穿过被夹紧部件。
螺丝君经验与总结
L.S.ENGINEER Experience and Summary
螺丝君团队在螺栓连接方面积累了丰富的经验，通过深入分析预拧紧阶段的四种典型曲线形态，我们能够洞察螺栓拧紧过程的复杂性，并为制定科学拧紧策略提供依据。合理应用这些策略，可以显著提升螺栓连接的整体性能和安全性。
为了更深入地探索螺栓拧紧曲线，螺丝君将陆续推出更多关于拧紧全过程的曲线解析专栏文章。这些内容将帮助我们全面掌握螺栓紧固的科学方法，实现更精准、高效的螺栓连接管理。
此外，9月4-5-6日，螺丝君在花桥国际博览中心举办的“GAF2024全球紧固-连接-装配技术大会暨展览会”上，首次推出 '拧紧标准试验室（样板）展区' ，提供了一个全面学习拧紧曲线的平台。通过关注该展区，现场可以更深入地了解螺栓拧紧的相关知识，提升螺栓连接管理的科学性和有效性。这个展区也将在会后落地在螺丝君（创新）技术中心内，持续进行相关技术研发和培训。
今天的话题，就分享到这里，您有任何疑问或建议，或需要进群交流的老铁，可联系下方螺丝君：