屈服点法拧紧和过屈服，哪个更好？

SunFMEA

1、拧紧方法的对比

屈服点法拧紧一般通过斜率控制，控制原理与螺栓材料的屈服特性有关。采用屈服点法对螺栓拧紧进行控制时，最初阶段拧紧扭矩转角曲线的斜率不断增大。

螺栓进入弹性区后，拧紧扭矩转角曲线的斜率基本为定值。螺栓进入塑性区后，拧紧扭矩与转角不再成线性比例关系，曲线斜率逐渐减小。当斜率减小到最大斜率的1/2-1/3时，判定螺栓达到屈服点，斜率变化见图1。

                               
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图1 屈服点法斜率变化

在螺栓达到屈服点后，通过监测斜率的变化来控制拧紧工具并停止拧紧操作。采用屈服点法对螺栓拧紧进行控制的过程中，拧紧扭矩、转角与拧紧扭矩转角斜率的关系如图2所示。总结下来就一句话，屈服点法通过持续检测斜率的变化率，来探测拧紧屈服点。

                               
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图2

过屈服拧紧一般是角度法，通过拧紧一定门槛扭矩+角度达到工艺扭矩，例如50Nm+180°最后的工艺点一般会落在屈服点以后，如图3所示，但一般过屈服点角度不会太大，毕竟螺栓过屈服后，夹紧力基本不变或微微增加，而此时螺栓的利用率也已经达到最高。

                               
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图3

2、屈服点法和过屈服点如何选择

首先，两者对螺栓的利用率都达到了100%，但两者夹紧力的精度还是屈服点法更高，该方法夹紧力受摩擦系数影响更小，此外该方法在保证螺栓高利用率的同时，基本不会出现断裂失效，此时的螺栓在屈服点，到断裂点仍有足够的安全余量。

而过屈服点的角度法，批量拧紧中，过屈服点的角度也不相同，这就有可能出现螺栓过拧的问题，尤其在短螺栓中，其从屈服点至断裂点角度本来就很小，此时，螺栓拧至工艺点后，容易出现螺栓紧缩甚至断裂失效的问题。

此外，对于一些重要的需要螺栓屈服或屈服后拧紧，同时维修时需要拆卸的位置，屈服点法拧紧的塑性变形仅0.2%，螺栓基本可以重复使用。

而对于过屈服点法拧紧，其过屈服的角度如果较大，例如达到100°，螺栓基本是不能再重复使用的。

既然，屈服点优势明显，对螺栓的利用也是恰到好处，那该方法有没有广泛使用呢？调研发现，目前该方法使用位置很少，以汽车为例，目前仅发动机个别重要在使用。该拧紧方法控制成本很高，且拧紧不合格率居高不下，无法满足如汽车生产等快节拍要求。具体缺点如下：

如下图，箭头所指曲线，如果拧紧过程中曲线的斜率一直处于下降，机器如何判断拧紧点的斜率变为原直线斜率的1/2呢？如果采用定斜率，当对手件的刚性发生变化时，屈服点的位置则会判断错误。

                               
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图4

再如图4所示，如果拧紧过程中对手件有间隙，那么系统则会判定A为屈服点。而实际上A到真正的屈服点相差甚远，夹紧力远远不足。

通过以上分析，屈服点的控制逻辑很好。当对紧固件和对手件的稳定性要求很高，同时对拧紧的系统的要求也很高。

所以，对于大批量生产的汽车的节拍是个很大的挑战，同时拧紧系统的价格也是高于角度法的，因此无法大量使用该方法。

                               
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图5

角度法在在螺栓利用的恰到好处方面是有欠缺，但拧紧实际是拉应力和扭应力的组合应力。只要螺栓不是过短，其从屈服点至断裂点的角度还是很大的。

如图5所示，该螺栓从屈服点至断裂点有近1000°，螺栓的安全余量足够，只要合理的设计拧紧角度，是可以避免过屈服拧紧的不足。

目前，该拧紧方法，是广泛应用在汽车的总装车间的。

                               
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图6

3、总结

（1）屈服点法的拧紧可以充分的利用螺栓实现夹紧，同时螺栓不会过载，且夹紧力精度高，但由于对螺栓、对手件、拧紧设备和系统要求较高，目前仅在个别位置上使用。

（2）过屈服的角度法拧紧在螺栓的利用上不如屈服点法恰到好处，但因其使用方便，适合大批量生产，且通过合理的角度设计可避免其劣势，目前广泛应用在汽车拧紧领域。