厭氧膠耐扭轉(zhuǎn)疲勞性能的研究

楊曉娜

（北京天山新材料技術(shù)有限公司，北京100041）

在汽車或者工程機(jī)械行業(yè)中，螺栓在使用中會(huì)遇到以下幾個(gè)主要問(wèn)題：①螺紋升角的存在造成螺栓的松開力矩比上緊力矩小20%～30%；②螺栓在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由于震動(dòng)會(huì)使螺栓支承面與端面之間、螺紋嚙合部位之間產(chǎn)生微動(dòng)磨損而松動(dòng)；③螺紋嚙合部位存在空隙，容易導(dǎo)致松動(dòng)與滲漏，一些機(jī)械的防松手段不能從根本上解決問(wèn)題。用厭氧膠粘接螺栓來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的焊接、鉚接等機(jī)械連接方式越來(lái)越受到人們的重視，這樣既可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化生產(chǎn)工序、提高效率并減少能耗，又可以防銹、防松、美觀舒適以及安全可靠，尤其是防松螺栓使用厭氧膠越來(lái)越被人們所認(rèn)可，所以不僅在汽車行業(yè)，在鐵路、橋梁、風(fēng)電和航空等諸多行業(yè)也都有重要應(yīng)用[1～4]。

然而在使用厭氧型螺紋鎖固膠之后，螺栓依然會(huì)受到各種工況的干擾，比如受到震動(dòng)，螺紋嚙合部位會(huì)產(chǎn)生微動(dòng)磨損而慢慢松動(dòng)，這在汽車或者工程機(jī)械用螺栓中是經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象。為了確定不同品種厭氧型螺紋鎖固膠的耐扭轉(zhuǎn)疲勞性能，本研究采用扭轉(zhuǎn)疲勞機(jī)作為測(cè)試儀器，以天山公司厭氧膠產(chǎn)品為例，在固化相同時(shí)間的條件下，給予螺栓一定的扭轉(zhuǎn)頻率、扭轉(zhuǎn)力和扭轉(zhuǎn)角度，讓其持續(xù)不斷受到扭轉(zhuǎn)力的沖擊，從而判斷哪種產(chǎn)品所受的扭轉(zhuǎn)力相對(duì)最大，在該扭轉(zhuǎn)力下耐疲勞的次數(shù)又是相對(duì)最多的，繼而判斷哪種產(chǎn)品的耐扭轉(zhuǎn)疲勞是相對(duì)最好的。

所謂疲勞指的是在不斷循環(huán)交變的應(yīng)力作用下，接頭強(qiáng)度不斷下降以致遭到破壞的現(xiàn)象。在指定的疲勞應(yīng)力條件下，造成接頭破壞的交變應(yīng)力循環(huán)次數(shù)稱為疲勞壽命。目前關(guān)于疲勞性研究的標(biāo)準(zhǔn)有2個(gè)：①GB/T 27595—2011《膠粘劑結(jié)構(gòu)膠粘劑拉伸剪切疲勞性能的試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)，這是在標(biāo)準(zhǔn)條件下，用標(biāo)準(zhǔn)試樣通過(guò)加載剪切應(yīng)力來(lái)評(píng)價(jià)膠粘劑拉伸剪切疲勞強(qiáng)度的試驗(yàn)方法；②GB/T 10431—2008《緊固件橫向振動(dòng)試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測(cè)定緊固件防松性能的橫向振動(dòng)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理方法。對(duì)于緊固件受到扭轉(zhuǎn)力之后的防松性能目前還沒(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，本實(shí)驗(yàn)對(duì)此進(jìn)行了試驗(yàn)摸索。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要材料

螺紋鎖固膠：可賽新?1243（TS1243，藍(lán)色，黏度為2 800 mPa·s，觸變性并可拆卸）、可賽新?1262（TS1262，紅色，黏度為2 000 mPa·s，觸變性并可防松）、可賽新?1271（TS1271，紅 色 ， 黏 度 為550 mPa·s，防松型），北京天山新材料技術(shù)有限公司。

螺栓規(guī)格：M10×30碳鋼本色螺栓與螺母，4.8級(jí)強(qiáng)度

1.2 儀器與設(shè)備

300 N·m扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)機(jī)（如圖1所示），Taiwan Pinbao Testing Instruments Co.LTD.。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

在低于產(chǎn)品破壞扭矩的條件下，設(shè)定一個(gè)扭矩（比如從破壞扭矩的80%開始），設(shè)定一定的旋轉(zhuǎn)頻率（轉(zhuǎn)速）和轉(zhuǎn)動(dòng)方向（正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)），然后記錄在此條件下的疲勞次數(shù)，直到破壞為止。

一般情況下，扭轉(zhuǎn)疲勞扭矩越大，同時(shí)在此扭矩下的交變循環(huán)次數(shù)越多，表示該產(chǎn)品的耐疲勞性越好。目前測(cè)試需要在疲勞扭矩下達(dá)到250萬(wàn)次（30 d左右）以上才算合格。

例如：TS1243，破壞扭矩15 N·m，可以先從80%扭矩即12 N·m開始設(shè)定，轉(zhuǎn)速設(shè)定為1 r/min，轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)檎D(zhuǎn)，測(cè)試到破壞為止時(shí)的振動(dòng)次數(shù)。

圖1 扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)機(jī)Fig.1 Torsional fatigue test machine

1.4 性能測(cè)試

（1）拉伸剪切疲勞性能：按照GB/T 27595—2011《膠粘劑結(jié)構(gòu)膠粘劑拉伸剪切疲勞性能的試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)，采用扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試（最大扭矩為300 N·m）。

（2）橫向振動(dòng)：按照GB/T 10431—2008《緊固件橫向振動(dòng)試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)，采用振動(dòng)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 TS1243測(cè)試結(jié)果

表1為TS1243的測(cè)試結(jié)果。

表1 TS1243的測(cè)試結(jié)果Tab.1 Test results of TS1243 adhesive

圖2為疲勞性能與強(qiáng)度之間的關(guān)系。

圖2 TS1243的模擬疲勞曲線圖Fig.2 Simulated fatigue curve of TS1243 adhesive

由圖2可知：隨著強(qiáng)度的增加，疲勞次數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這與實(shí)際使用情況相吻合，即如果受到的外力越大，厭氧膠的耐受力就會(huì)越小，螺栓也就越容易松動(dòng)。圖3、圖4與圖2的結(jié)果相類似。

2.2 TS1262測(cè)試結(jié)果

表2為TS1262的 測(cè) 試 結(jié) 果 。 圖3為TS1262的模擬疲勞曲線圖。

表2 TS1262的測(cè)試結(jié)果Tab.2 Test results of TS1262 adhesive

圖3 TS1262的模擬疲勞曲線圖Fig.3 Simulated fatigue curve of TS1262 adhesive

2.3 TS1271的測(cè)試結(jié)果

表3為TS1271的測(cè)試結(jié)果。圖4為TS1271的模擬疲勞曲線圖。

表3 TS1271的測(cè)試結(jié)果Tab.3 Test results of TS1271 adhesive

圖4 TS1271的模擬疲勞曲線圖Fig.4 Simulated fatigue curve of TS1271 adhesive

從以上測(cè)試結(jié)果可以看出，產(chǎn)品的強(qiáng)度越高，所能耐受的相對(duì)最大扭轉(zhuǎn)疲勞力就越大，每種產(chǎn)品都有一個(gè)相對(duì)最大的耐受極限，超過(guò)耐受極限，膠層即受到破壞，不能再承受該力下的振動(dòng)。

3款產(chǎn)品的最大耐受扭力如表4所示。

表4 幾種產(chǎn)品的耐受力對(duì)比Tab.4 Tolerance comparison of several kinds of products

3 結(jié)論

一般來(lái)說(shuō)，厭氧膠所能承受的相對(duì)最大疲勞扭矩跟膠本身的性能和種類有直接的關(guān)系，比如可拆卸型產(chǎn)品的耐扭轉(zhuǎn)疲勞性能就比較弱，而防松型的產(chǎn)品就比較強(qiáng)，在防松型產(chǎn)品中，強(qiáng)度越高，所能承受的相對(duì)最大疲勞扭矩就越大。因此，客戶在選擇產(chǎn)品時(shí)要根據(jù)自己的工況，選擇防松型還是可拆卸型，在防松型產(chǎn)品中再根據(jù)所受到的振動(dòng)力大小選擇合適的產(chǎn)品。當(dāng)然，該研究只是疲勞性能的一種測(cè)試方法，研究的數(shù)據(jù)和方面有限，僅作為客戶用膠的一個(gè)參考。

參考文獻(xiàn)

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