美制紧固件国产化技术攻关浅谈

2018-11-21李明

科学与财富 2018年29期

摘要：机械连接紧固件是机械设备必须使用的器件，无论是纵向的研究以提升其性能和横向的商业推广与发展都具备良好的前景，所以为了我国的紧固件的发展必须对其制定相关的发展体系，进行相关的技术攻关。本文首先介绍了紧固件的概念以及主要工程标准，然后结合我国紧固件发展状态提出了紧固件的主要发展趋势。

关键词：紧固件；机械性能；材料

改革开放之后我国经济迅速发展，我国大力发展高端制造业，在前段时间我国还提出了中国制造2025这一概念，也就说明我国正在追求中高端的机械化产品，正在努力朝着世界制造强国迈进。对于各大机械产品，产品的连接件非常重要，从产品的零件到产品需要进行连接和装配，最后产品在运行过程中的稳定性和可靠性也和连接件有着很大的关系，但是目前国产的连接件存在一些问题，阻碍了我国机械制造业的进步和发展，其中第一点是我国生产机械连接紧固件的材料跟不上步伐，很多材料的一些力学性能和结构都还不能满足要求，所以市面上都还是以低端产品居多，高强度的产品一直是依赖进口。第二点是因为我国对于机械制造相关的经验还不是太足，对于高端产品的制造还缺乏技术和经验。

一、紧固件制造概述

对于机械连接紧固件的制造，为了互相之间的贸易和交易，一般都是具有一定的标准和体系，方便出口的贸易活动，也同样能够满足通用性，即多台不同种类的设备都能够使用一种或者多种紧固件。目前国际上已经随着机械制造业的发展而诞生了两套不同的标准，第一是米制标准，这套标准是国际上最通用的标准，以国际ISO标准、欧共体EN标准和德国DIN这三套标准为主。另一套标准是英制标准，这套标准是以美国材料试验协会ASTM、汽车工程师协会SAE标准和美国紧固件技术协会IFI标准为主。在我国，凡是涉及到紧固件的进出口贸易的均是以这两套标准为主，本篇文章讨论的是关于美制紧固件的机械性能相关的标准。

二、美制外螺纹紧固件机械性能等级标准介绍

美制外螺纹紧固件的机械性能最主要的是抗拉强度，其次是硬度和塑性强度等标准，这些指标一般按照粗糙程度都会分为低、中、高以及特殊的等级，具体如下：

对于低等级的紧固件，标准规定其抗拉强度必须超过413N/mm2，生产材料为低碳钢，如45#钢，而且不用经过任何热处理加工；

对于中等级的紧固件，一般抗拉强度的最小值达到了826N/mm2，中强度等级的紧固件的制造材料为中碳钢，需要在制作完成之后经过适当的热处理提高其力学性能；

对于高等级的钢，其最小的抗拉强度超过1000N/mm2，具体数值由于不同的应用场合而不一样，制作它的材料为合金钢，制作完成之后还需要进行热处理。

对于特殊等级的螺纹紧固件，比如应用场合比较恶劣的环境，如潜水艇、南极考察设备等需要的紧固件必须能够耐腐蚀和耐低温，所以对于这一类紧固件有着更高的力学性能要求。

以上是进行的非常粗略的划分，真正的美制紧固件的强度等级的划分有100多个不同的等级，每个等级的机械性能指标，如抗拉强度、抗高温性能、抗腐蚀性能等都是有固定的区间值，也有适用的场合等信息，不过在这一百多种标准中，真正能够作为常用的标准来进行日常生产的设计的标准目前不多，只有为数少数的几种，下面对常用的进行介绍。

1.ASTMA307-2004《碳钢外螺纹标准紧固件》

①机械性能等级

该标准原先对于机械性能等级有两个不同的标准，在2004年进行修订之后新增了一个强度标准。

第一级适用于最一般的产品的所用场合，抗拉强度值区间为412～699N/mm2，伸长率值不低于0.18，硬度值（分别以布氏硬度和洛氏硬度为准）区间为121～241和69～100。第二级适用于管道等产品的场合，抗拉强度值低于412N/mm2，伸长率值不低于0.18，硬度值（分别以布氏硬度和洛氏硬度为准）区间为121～212和69～95。第三级，也就是新增加的一个等级适用于使用无头螺栓、弯钩螺栓和地脚螺栓的场合，抗拉强度值区间为399～551N/mm2，伸长率值不低于0.23，硬度值无特殊要求。

由以上参数可以看出原先标准的两个级别要求比较低，但是新增的标准级别要求比较高，也就间接说明了制造业是在不断进步，对于材料等要求也就越来越高，对于高端产品的需求也就越来越大。

通过对前两个级别的材料进行分析，发现其元素含量值分别是碳max：0.33；锰max：0.93；磷max：0.041；硫（适用A）max：---；硫（适用B）max：0.051，所以前两个级别的螺栓紧固件是不能采用低碳钢进行生产的。

2.SAEJ429-1999《外螺纹紧固件机械性能和材料》

该标准原先具有十个等级，但是在2003年进行标准修改之后从原来的十个等级降为了9个等级，删除了一个等级，其中第1等级是最差的等级，第9等级是最强的等级，该等级主要是针对不同紧固件互相组合搭配进行机械设备的装配的时候的性能，与单一强度无关。

3.ASTMA193/A193M-2001《高温下的合金钢和不锈钢螺栓材料》

该标准主要是针对高温环境的紧固件的使用条件，如一些高温高压容器的螺栓连接等场合。

该标准规定的机械性能等级共36种，不同的等级选择的材料不一样，有的还需要耐腐蚀等要求，其中材料主要有耐腐蚀合金钢材料或铁素体、奥氏体和马氏体不锈钢材料。

三、美制紧固件国产化技术攻关

我国的紧固件对比国际标准还存在很大的要求，除了质量之外，还在环保和生产时候的能耗等方面存在差距，为了生产出高端高品质的紧固件，我国必须进行相关标准体系的制定，并且进行技术方面的攻关。

我国制定的近期的发展目标是确保质量、发展品牌、加快技术创新和制造与工业4.0相结合。我国目前在高铁、航空、建筑等领域的技术飞快发展，也就产生了很大的紧固件需求量，而且在这些方面的需求均是高品质需求，2016年，我国就将这些需求化作了目标，致力将这方面的需求由进口转换为国产化，所以未来我国在紧固件方面的发展必须能够在质量这方面进行攻关，努力减少进口高品质紧固件所带来的成本，国内的一些低品质紧固件将面临淘汰。

今后我国的紧固件的发展主要是以下3个方面的趋势。

1.实现互联网+机器人+工业4.0的初级生产体系的描述

目前在生产紧固件方面很多场合都还是工人在用手进行操作，工业4.0的概念提出之后国内真正实现智能制造的企业只有一些大企业，对于中型企业还是没能完善，所以，结合机器人与智能装备来生产紧固件，解放劳动力，提高安全系数是一个必然趋势。

2.加工工艺数据的采集和管控

智能制造中會产生一些系统自主生成的加工制造过程中的参数和数据，这些数据都必须能够保存下来便于后期生产时候的参考，而且也是企业分析各方面特性的一个必须文件。

3.关于信息的传输

在进行智能制造过程中需要有大量的数据产生，信息的传输也成为了发展趋势之一。

四、结语

从世界格局来看，我国是紧固件生产第一大国，企业不断快速发展与壮大，紧固件行业无论是横向规模发展还是纵向技术升级都具有广阔的发展空间，紧固件的发展和振兴之路任重道远。

参考文献：

[1]沈丽英.美制紧固件国产化技术攻关浅谈[J].科技与企业， 2012（12）：318-319.

[2]李坚，张金明.美国紧固件标准使用指南（连载二）[J].紧固件技术，2010（4）：25-29.