美制緊固件國(guó)產(chǎn)化技術(shù)攻關(guān)淺談

摘要：機(jī)械連接緊固件是機(jī)械設(shè)備必須使用的器件，無(wú)論是縱向的研究以提升其性能和橫向的商業(yè)推廣與發(fā)展都具備良好的前景，所以為了我國(guó)的緊固件的發(fā)展必須對(duì)其制定相關(guān)的發(fā)展體系，進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)攻關(guān)。本文首先介紹了緊固件的概念以及主要工程標(biāo)準(zhǔn)，然后結(jié)合我國(guó)緊固件發(fā)展?fàn)顟B(tài)提出了緊固件的主要發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：緊固件；機(jī)械性能；材料

改革開(kāi)放之后我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，我國(guó)大力發(fā)展高端制造業(yè)，在前段時(shí)間我國(guó)還提出了中國(guó)制造2025這一概念，也就說(shuō)明我國(guó)正在追求中高端的機(jī)械化產(chǎn)品，正在努力朝著世界制造強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。對(duì)于各大機(jī)械產(chǎn)品，產(chǎn)品的連接件非常重要，從產(chǎn)品的零件到產(chǎn)品需要進(jìn)行連接和裝配，最后產(chǎn)品在運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性和可靠性也和連接件有著很大的關(guān)系，但是目前國(guó)產(chǎn)的連接件存在一些問(wèn)題，阻礙了我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展，其中第一點(diǎn)是我國(guó)生產(chǎn)機(jī)械連接緊固件的材料跟不上步伐，很多材料的一些力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)都還不能滿足要求，所以市面上都還是以低端產(chǎn)品居多，高強(qiáng)度的產(chǎn)品一直是依賴進(jìn)口。第二點(diǎn)是因?yàn)槲覈?guó)對(duì)于機(jī)械制造相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)還不是太足，對(duì)于高端產(chǎn)品的制造還缺乏技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。

一、緊固件制造概述

對(duì)于機(jī)械連接緊固件的制造，為了互相之間的貿(mào)易和交易，一般都是具有一定的標(biāo)準(zhǔn)和體系，方便出口的貿(mào)易活動(dòng)，也同樣能夠滿足通用性，即多臺(tái)不同種類的設(shè)備都能夠使用一種或者多種緊固件。目前國(guó)際上已經(jīng)隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展而誕生了兩套不同的標(biāo)準(zhǔn)，第一是米制標(biāo)準(zhǔn)，這套標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際上最通用的標(biāo)準(zhǔn)，以國(guó)際ISO標(biāo)準(zhǔn)、歐共體EN標(biāo)準(zhǔn)和德國(guó)DIN這三套標(biāo)準(zhǔn)為主。另一套標(biāo)準(zhǔn)是英制標(biāo)準(zhǔn)，這套標(biāo)準(zhǔn)是以美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)ASTM、汽車工程師協(xié)會(huì)SAE標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)緊固件技術(shù)協(xié)會(huì)IFI標(biāo)準(zhǔn)為主。在我國(guó)，凡是涉及到緊固件的進(jìn)出口貿(mào)易的均是以這兩套標(biāo)準(zhǔn)為主，本篇文章討論的是關(guān)于美制緊固件的機(jī)械性能相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

二、美制外螺紋緊固件機(jī)械性能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)介紹

美制外螺紋緊固件的機(jī)械性能最主要的是抗拉強(qiáng)度，其次是硬度和塑性強(qiáng)度等標(biāo)準(zhǔn)，這些指標(biāo)一般按照粗糙程度都會(huì)分為低、中、高以及特殊的等級(jí)，具體如下：

對(duì)于低等級(jí)的緊固件，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其抗拉強(qiáng)度必須超過(guò)413N/mm2，生產(chǎn)材料為低碳鋼，如45#鋼，而且不用經(jīng)過(guò)任何熱處理加工；

對(duì)于中等級(jí)的緊固件，一般抗拉強(qiáng)度的最小值達(dá)到了826N/mm2，中強(qiáng)度等級(jí)的緊固件的制造材料為中碳鋼，需要在制作完成之后經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚硖岣咂淞W(xué)性能；

對(duì)于高等級(jí)的鋼，其最小的抗拉強(qiáng)度超過(guò)1000N/mm2，具體數(shù)值由于不同的應(yīng)用場(chǎng)合而不一樣，制作它的材料為合金鋼，制作完成之后還需要進(jìn)行熱處理。

對(duì)于特殊等級(jí)的螺紋緊固件，比如應(yīng)用場(chǎng)合比較惡劣的環(huán)境，如潛水艇、南極考察設(shè)備等需要的緊固件必須能夠耐腐蝕和耐低溫，所以對(duì)于這一類緊固件有著更高的力學(xué)性能要求。

以上是進(jìn)行的非常粗略的劃分，真正的美制緊固件的強(qiáng)度等級(jí)的劃分有100多個(gè)不同的等級(jí)，每個(gè)等級(jí)的機(jī)械性能指標(biāo)，如抗拉強(qiáng)度、抗高溫性能、抗腐蝕性能等都是有固定的區(qū)間值，也有適用的場(chǎng)合等信息，不過(guò)在這一百多種標(biāo)準(zhǔn)中，真正能夠作為常用的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行日常生產(chǎn)的設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)目前不多，只有為數(shù)少數(shù)的幾種，下面對(duì)常用的進(jìn)行介紹。

1.ASTMA307-2004《碳鋼外螺紋標(biāo)準(zhǔn)緊固件》

①機(jī)械性能等級(jí)

該標(biāo)準(zhǔn)原先對(duì)于機(jī)械性能等級(jí)有兩個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)，在2004年進(jìn)行修訂之后新增了一個(gè)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。

第一級(jí)適用于最一般的產(chǎn)品的所用場(chǎng)合，抗拉強(qiáng)度值區(qū)間為412～699N/mm2，伸長(zhǎng)率值不低于0.18，硬度值（分別以布氏硬度和洛氏硬度為準(zhǔn)）區(qū)間為121～241和69～100。第二級(jí)適用于管道等產(chǎn)品的場(chǎng)合，抗拉強(qiáng)度值低于412N/mm2，伸長(zhǎng)率值不低于0.18，硬度值（分別以布氏硬度和洛氏硬度為準(zhǔn)）區(qū)間為121～212和69～95。第三級(jí)，也就是新增加的一個(gè)等級(jí)適用于使用無(wú)頭螺栓、彎鉤螺栓和地腳螺栓的場(chǎng)合，抗拉強(qiáng)度值區(qū)間為399～551N/mm2，伸長(zhǎng)率值不低于0.23，硬度值無(wú)特殊要求。

由以上參數(shù)可以看出原先標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)級(jí)別要求比較低，但是新增的標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別要求比較高，也就間接說(shuō)明了制造業(yè)是在不斷進(jìn)步，對(duì)于材料等要求也就越來(lái)越高，對(duì)于高端產(chǎn)品的需求也就越來(lái)越大。

通過(guò)對(duì)前兩個(gè)級(jí)別的材料進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其元素含量值分別是碳max：0.33；錳max：0.93；磷max：0.041；硫（適用A）max：---；硫（適用B）max：0.051，所以前兩個(gè)級(jí)別的螺栓緊固件是不能采用低碳鋼進(jìn)行生產(chǎn)的。

2.SAEJ429-1999《外螺紋緊固件機(jī)械性能和材料》

該標(biāo)準(zhǔn)原先具有十個(gè)等級(jí)，但是在2003年進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)修改之后從原來(lái)的十個(gè)等級(jí)降為了9個(gè)等級(jí)，刪除了一個(gè)等級(jí)，其中第1等級(jí)是最差的等級(jí)，第9等級(jí)是最強(qiáng)的等級(jí)，該等級(jí)主要是針對(duì)不同緊固件互相組合搭配進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的裝配的時(shí)候的性能，與單一強(qiáng)度無(wú)關(guān)。

3.ASTMA193/A193M-2001《高溫下的合金鋼和不銹鋼螺栓材料》

該標(biāo)準(zhǔn)主要是針對(duì)高溫環(huán)境的緊固件的使用條件，如一些高溫高壓容器的螺栓連接等場(chǎng)合。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的機(jī)械性能等級(jí)共36種，不同的等級(jí)選擇的材料不一樣，有的還需要耐腐蝕等要求，其中材料主要有耐腐蝕合金鋼材料或鐵素體、奧氏體和馬氏體不銹鋼材料。

三、美制緊固件國(guó)產(chǎn)化技術(shù)攻關(guān)

我國(guó)的緊固件對(duì)比國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)還存在很大的要求，除了質(zhì)量之外，還在環(huán)保和生產(chǎn)時(shí)候的能耗等方面存在差距，為了生產(chǎn)出高端高品質(zhì)的緊固件，我國(guó)必須進(jìn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的制定，并且進(jìn)行技術(shù)方面的攻關(guān)。

我國(guó)制定的近期的發(fā)展目標(biāo)是確保質(zhì)量、發(fā)展品牌、加快技術(shù)創(chuàng)新和制造與工業(yè)4.0相結(jié)合。我國(guó)目前在高鐵、航空、建筑等領(lǐng)域的技術(shù)飛快發(fā)展，也就產(chǎn)生了很大的緊固件需求量，而且在這些方面的需求均是高品質(zhì)需求，2016年，我國(guó)就將這些需求化作了目標(biāo)，致力將這方面的需求由進(jìn)口轉(zhuǎn)換為國(guó)產(chǎn)化，所以未來(lái)我國(guó)在緊固件方面的發(fā)展必須能夠在質(zhì)量這方面進(jìn)行攻關(guān)，努力減少進(jìn)口高品質(zhì)緊固件所帶來(lái)的成本，國(guó)內(nèi)的一些低品質(zhì)緊固件將面臨淘汰。

今后我國(guó)的緊固件的發(fā)展主要是以下3個(gè)方面的趨勢(shì)。

1.實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+機(jī)器人+工業(yè)4.0的初級(jí)生產(chǎn)體系的描述

目前在生產(chǎn)緊固件方面很多場(chǎng)合都還是工人在用手進(jìn)行操作，工業(yè)4.0的概念提出之后國(guó)內(nèi)真正實(shí)現(xiàn)智能制造的企業(yè)只有一些大企業(yè)，對(duì)于中型企業(yè)還是沒(méi)能完善，所以，結(jié)合機(jī)器人與智能裝備來(lái)生產(chǎn)緊固件，解放勞動(dòng)力，提高安全系數(shù)是一個(gè)必然趨勢(shì)。

2.加工工藝數(shù)據(jù)的采集和管控

智能制造中會(huì)產(chǎn)生一些系統(tǒng)自主生成的加工制造過(guò)程中的參數(shù)和數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都必須能夠保存下來(lái)便于后期生產(chǎn)時(shí)候的參考，而且也是企業(yè)分析各方面特性的一個(gè)必須文件。

3.關(guān)于信息的傳輸

在進(jìn)行智能制造過(guò)程中需要有大量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，信息的傳輸也成為了發(fā)展趨勢(shì)之一。

四、結(jié)語(yǔ)

從世界格局來(lái)看，我國(guó)是緊固件生產(chǎn)第一大國(guó)，企業(yè)不斷快速發(fā)展與壯大，緊固件行業(yè)無(wú)論是橫向規(guī)模發(fā)展還是縱向技術(shù)升級(jí)都具有廣闊的發(fā)展空間，緊固件的發(fā)展和振興之路任重道遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：李明，出生年月：19841208，性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：湖南長(zhǎng)沙，當(dāng)前職務(wù)：工藝技術(shù)部主任，當(dāng)前職稱：助理工程師，學(xué)歷：本科.