1、背景
紧固件涂防松胶广泛应用在汽车、电子行业,是防松的一种方式,其在成品紧固件里的成本占比是较高的,那么它能起多大的防松能力?哪些因素会降低涂胶的防松性能,该如何应对和评估呢?
2、基本介绍
今天,我们主要介绍微胶囊粘附层防松胶的技术要求和性能。其防松的原理是在拧入螺钉后,经过一段时间发生化学反应并进行固化,固化后的胶起到螺栓的防松效果。
按照标准要求其涂覆后的螺栓的状态如下图所示:
其中lb是胶水涂覆的长度,a是涂胶区域至螺纹尾部距离,a的距离通常是2-3颗牙,d是螺栓大径,p是螺距,lb+a的尺寸为1.5d±2p,以下为标注方法:
螺栓尺寸为M12*80,8.8级,无摩擦系数要求。
螺栓尺寸为M12*80,8.8级,有摩擦系数要求,涂胶部分摩擦系数要求为0.10-0.16,lb为30mm,a为10mm。
螺栓尺寸为M12*80,8.8级,有摩擦系数要求,涂胶部分摩擦系数要求为0.10-0.16,lb为30mm,a为10mm,需要进行150℃的高温涂胶性能测试。
3、涂胶对防松性能的提升比例
以M10的螺纹为例,支撑面的有效等效直径约14.2mm,先将螺栓拧至扭矩MA。停顿一段时间后,往拧松的方向测试松动扭矩为MLB,通过计算MLB/MA的数值,可判断什么状态的螺栓防松性能更佳。具体的比例如下表所示,摩擦系数越大,螺距越小,MLB/MA的数值越高,即防松性能越好。以粗牙和μ=0.15为例(该状态为螺栓常用状态),MLB/MA的比例为0.77左右。
那么,涂胶后的松动扭矩相比于与涂胶前,到底能提升多少呢?从DIN267-27可以了解到,MLB/MA>0.9,即松动的扭矩不低于拧紧扭矩的90%,相比于摩擦系数为0.15的M10螺栓,MLB/MA提升了13%以上。
4、降低紧固件涂胶的防松性能的影响因素
那么哪些因素会降低紧固件涂胶的防松性能呢?
高温
对于应用在高温位置的紧固件,如需要涂胶防松,会在图纸上标注涂胶测试的温度,如上图标注的150℃。由于微胶囊粘附层防松胶在高温下性能会下降,导致部分涂胶试验无法满足下式要求:
MLB/MA>0.9 公式1
这里需要说明的是,根据螺丝君的经验,有预紧力状态的涂胶性能试验比无预紧力状态的涂胶性能试验难度更高,本节只讨论有预紧力的扭矩试验。
高温状态不满足公式1,是不是意味着涂胶没有防松效果呢?标准中的附录给出了测试方案。
为了区分,未涂胶状态的零件松动扭矩称为ML,涂胶状态的件松动扭矩称为MLB。首先确定涂胶的测试温度,例如150℃,将未涂胶的螺栓按照螺纹尺寸和等级确定拧紧扭矩MA(参考上表),放置24h后,再放置150℃的烘箱中3小时,烘烤完成后,在较短时间内测试螺栓的松动扭矩ML,并计算ML/MA。
再对已涂胶的螺栓按照螺纹尺寸和等级确定拧紧扭矩MA(参考上表),放置24h后,再放置150℃烘箱中3小时,烘烤完成后,在较短时间内测试螺栓的松动扭矩MLB,并计算MLB/MA。
如下图所示,当MLB/MA的数值高于ML/MA时,则说明螺栓涂胶后对连接副具有防松功能。标准推荐,MLB/MA高于ML/MA的经验值为10-20%。
表面润滑
按照上图,当摩擦系数降低时,MLB/MA的比值就会降低。而导致比值降低的原因为螺栓表面润滑后,微胶囊粘附层防松胶的附着力就会降低,这会降低固化后胶水的粘接强度,进而降低了松动扭矩数值。
为了解决该问题,目前行业里通常对未进行润滑处理或表涂的紧固件在完成电镀和底涂后,先进行涂胶处理,再进行润滑或表涂处理。这样既保证了防松胶的附着力,也可以有效地控制紧固件的头部和螺纹摩擦系数。但会增加紧固件的成本。
涂胶长度短
按照标准的推荐,涂胶长度不低于0.8d。当涂胶长度降低时,防松胶的有效粘接螺纹颗数就会减少,这会导致松动扭矩达不到标准要求。
涂胶长度短往往是由于结构问题(如螺母为薄形螺母、螺纹倒角过大等因素),导致有效啮合螺纹颗数低于正常螺纹连接的颗数。
对于以上问题,螺丝君建议,一方面避免短螺纹啮合长度的设计,另一方面,可以将该防松胶涂覆在和原件相同的表面处理,但涂胶长度更长的螺栓上,只要在螺栓上测试的MLB/MA的比值达到标准要求,则也说明该防松胶性能达标。
5、经验与总结
(1)涂覆微胶囊粘附层防松胶可以有效提升螺纹连接的防松性能,以M10粗牙螺纹为例,当摩擦系数为0.15时,涂胶后的螺栓松动扭矩/拧紧扭矩提升了13%以上。
(2)涂胶后的零件应用在高温位置、防松胶涂覆在已经润滑的紧固件上、涂胶长度较短等会降低紧固件涂胶的防松性能。本文中的第4节给出了详细的优化措施和评价方法,以应对在这些特殊情况的紧固件涂胶。
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