墊片,,傳統(tǒng)上用于在擰緊過(guò)程中保護(hù)接頭表面不受損壞,,并在螺栓頭和螺母下分配負(fù)載,,防止接觸面產(chǎn)生壓潰,。
近年來(lái),,墊片開(kāi)始被法蘭頭緊固件所取代,,今天,,我們跟大家一起討論這些原因,。
在討論原因之前,讓我們先了解一些背景知識(shí),。

▲ 圖 1
利用扭矩間接控制螺栓的夾緊力是目前最常用的控制緊固方法,。這是由于它的簡(jiǎn)單性和被大多數(shù)工程師所理解,。
將螺栓緊固到特定夾緊力所需的扭矩可以從標(biāo)準(zhǔn)表格中確定,或者通過(guò)使用扭矩與產(chǎn)生的夾緊力之間的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算,,還可以通過(guò)測(cè)試確定,。
眾所周知,作用于螺栓螺紋和螺栓頭下的摩擦消耗了大部分緊固扭矩,。對(duì)于一個(gè)自由旋轉(zhuǎn)的螺栓,,實(shí)際上只有大約15%的扭矩用于產(chǎn)生夾緊力,(如圖2),。

▲ 圖 2
法蘭螺栓(螺母)可以消除使用墊片所引起的缺陷,。
通常,標(biāo)準(zhǔn)墊片比使用它們的螺栓(螺母)硬度稍低,,在承受的高應(yīng)力下會(huì)發(fā)生塑性變形,。對(duì)于強(qiáng)度較高的緊固件,可能會(huì)導(dǎo)致墊片的壓潰,,從而導(dǎo)致夾緊力損失,。
圖3顯示了這樣一個(gè)墊片的示例。而法蘭螺栓(螺母)則不會(huì)受到這種影響,,因?yàn)橹蚊媾c緊固件保持一樣的整體硬度,。

▲ 圖 3
解決壓痕問(wèn)題,可以使用特殊的硬化墊片,,但這種墊片成本較高,。
研究表明,由于墊片中的間隙孔,,可能會(huì)發(fā)生偏心加載,,從而導(dǎo)致非常高的局部應(yīng)力。
為了避免螺栓頭下過(guò)渡圓弧產(chǎn)生干涉,,墊片需要有一個(gè)比較大的間隙孔,。這種間隙可能導(dǎo)致墊片擰緊時(shí)中心偏離螺栓軸線上,導(dǎo)致局部負(fù)荷集中,,增加壓痕和接頭損傷的風(fēng)險(xiǎn),。這種情況如圖所示4。

▲ 圖 4
另一個(gè)影響是墊片的跟轉(zhuǎn),。有時(shí)當(dāng)螺栓被擰緊時(shí),,墊片開(kāi)始在接頭表面旋轉(zhuǎn)。也就是說(shuō),,螺母和墊片作為一個(gè)整體旋轉(zhuǎn),。其效果如圖5所示。施加的扭矩和螺栓夾緊力之間的關(guān)系發(fā)生了改變,。對(duì)于給定的施加扭矩,,這可能導(dǎo)致螺栓夾緊力的顯著損失,。
除非在擰緊過(guò)程中進(jìn)行仔細(xì)觀察,否則無(wú)法判斷是否發(fā)生了這種效應(yīng),。

▲ 圖 5
使用墊片的最后一個(gè)影響是增加了表面的嵌入,。在顯微鏡下看,看似平坦的表面根本不是平坦的,。鍍鋅墊片表面的照片如圖6所示,。當(dāng)這個(gè)表面與另一個(gè)表面接觸時(shí),只有表面的頂部接觸,。

▲ 圖 6
嵌入是發(fā)生在螺栓面下,、接頭面和螺紋的局部塑性變形,是表面粗糙度塑性變平的結(jié)果,。在某種程度上,,當(dāng)兩個(gè)表面接觸并加載時(shí),這種情況就會(huì)發(fā)生,。當(dāng)接頭中的零件第一次接觸壓緊時(shí),,大部分嵌入損失發(fā)生,。
對(duì)于每個(gè)金屬與金屬表面,,損失量通常在0.002至0.006mm之間,,在涂過(guò)漆的表面上,這種效果會(huì)更明顯,。
使用墊片會(huì)增加接頭內(nèi)的接觸面數(shù)量,。由于每個(gè)面都將承受嵌入損失,,使用墊片會(huì)加劇這種影響,,從而導(dǎo)致的螺栓夾緊力的損失。
尤其在在使用夾緊長(zhǎng)度相對(duì)較短的接頭上,,這種額外的嵌入效果會(huì)特別明顯,,夾緊力降低高達(dá)50%是很正常的。
綜上所述,,可以解釋為什么法蘭螺栓(螺母)比帶墊片螺栓(螺母)的設(shè)計(jì)更可取,。可行的做法是可用法蘭緊固件替換相同的規(guī)格的帶墊片緊固件,,需要注意的是,,原來(lái)的安裝扭矩需要通過(guò)計(jì)算或測(cè)試進(jìn)行調(diào)整。