摘 要:對(duì)汽車(chē)總裝線上裝配螺栓的過(guò)程中被撕裂的夾片螺母進(jìn)行了理化檢驗(yàn)和失效原因分 析.結(jié)果表明:夾片螺母是由于受到了較大的外力而發(fā)生一次性過(guò)載撕裂;還原并分析裝配現(xiàn)場(chǎng)發(fā) 現(xiàn),夾片螺母及與其相連的兩個(gè)鈑金件之間的相對(duì)位置出現(xiàn)了錯(cuò)配,從而導(dǎo)致裝配時(shí)因未對(duì)正而發(fā) 生夾片螺母過(guò)載撕裂失效. 

關(guān)鍵詞:夾片螺母;現(xiàn)場(chǎng)裝配;過(guò)載撕裂;位置匹配 

中圖分類號(hào):TH１３１．３;U４６３．３３４ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):１００１Ｇ４０１２(２０１８)１０Ｇ０７７２Ｇ０３

夾片螺母又稱為簧片螺母或快速螺母(Speed Nut),通常安裝在鈑金件或塑料件上,與螺栓相配 合,來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)零件之間的連接.夾片螺母通常有 兩種:第一種為一體式,螺紋部分由基材板沖壓出 來(lái),再通過(guò)后續(xù)攻絲而成,如圖１a)所示;第二種類 型是組合式,由夾片(Clip)和獨(dú)立的螺母(Nut)兩部 分組成,如圖１b)所示.

夾片螺母連接的兩個(gè)鈑金件上均有預(yù)留孔.安裝 時(shí),首先將夾片螺母插入到其中一個(gè)鈑金件上,然后通 過(guò)螺栓穿過(guò)兩個(gè)零件的預(yù)留孔,擰入到夾片螺母中來(lái) 實(shí)現(xiàn)固定.夾片螺母的鎖緊工藝原理如圖２所示.

基于夾片螺母的這種連接方式,避免了傳統(tǒng)的 焊接等連接方式,可以節(jié)約成本,同時(shí)大大地提升了 裝配效率,在車(chē)身上有著廣泛的應(yīng)用[１].在此類零 件的實(shí)際應(yīng)用中,通常有以下原因可能會(huì)導(dǎo)致失效: 所用材料強(qiáng)度等級(jí)不夠;熱處理工藝不合格,導(dǎo)致零件表面產(chǎn)生裂紋等系列缺陷;長(zhǎng)期載荷導(dǎo)致疲勞斷 裂;表面處理工藝不當(dāng)導(dǎo)致氫脆;等等[２Ｇ７].某汽車(chē) 總裝線上在裝配螺栓的過(guò)程中發(fā)生了多起失效案 例,該裝配線上使用的夾片螺母屬于第二種類型. 安裝螺栓時(shí),發(fā)現(xiàn)夾片被撕裂的現(xiàn)象,如圖３所示. 筆者從材料和現(xiàn)場(chǎng)裝配兩方面分析了夾片螺母失效 的原因,同時(shí)提出了相應(yīng)的改進(jìn)建議并進(jìn)行驗(yàn)證.

１ 理化檢驗(yàn) 

１．１ 材料性能分析 

采用經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)塊校正的 Welson萬(wàn)能硬度計(jì)測(cè)試 夾片的硬度.采用 Zeiss顯微鏡進(jìn)行金相分析.表 １和圖４分別是夾片的硬度和顯微組織分析結(jié)果, 可見(jiàn)失效夾片的硬度和顯微組織均滿足相關(guān)技術(shù)要 求,且都與正常零件的接近.因此,可以排除材料和 熱處理工藝方面的原因.

１．２ 斷口掃描電鏡分析 

利用Zeiss掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)失效夾片 進(jìn)行斷口分析.圖５顯示,失效夾片斷口處無(wú)明顯 缺陷,斷口形貌為韌窩,呈現(xiàn)明顯的韌性斷裂特征. 同時(shí),在裂紋源處未發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)等缺陷.此外,該零件 為新件,排除后續(xù)使用的因素造成斷裂的可能性. 綜合上述分析,推斷夾片是因?yàn)槭艿搅诉^(guò)大的外力 (即過(guò)載,外力超過(guò)了零件可承受載荷的極限)而導(dǎo) 致的一次性斷裂,即一次性過(guò)載斷裂.

２ 綜合分析 

２．１ 同批次未安裝零件的解剖分析 

為了對(duì)比分析,拆卸了同批次未安裝的零件.觀察發(fā)現(xiàn),同批次未發(fā)生斷裂的夾片直角處沒(méi)有原 始裂紋,見(jiàn)圖６.由此可以判定,夾片是在總裝線上 裝配螺栓的過(guò)程中發(fā)生斷裂的.

２．２ 工藝過(guò)程檢查 

現(xiàn)場(chǎng)裝配圖如圖７所示.首先將夾片插在圖７ 中的鈑金件１當(dāng)中;然后螺栓穿過(guò)鈑金件２和鈑金件１,擰入到夾片螺母中實(shí)現(xiàn)連接.

由圖８可以看到,鈑金件１有明顯的拉傷痕跡. 說(shuō)明在裝配過(guò)程中受到了較大的外力.綜上,對(duì)當(dāng) 時(shí)的安裝情況進(jìn)行了還原:螺栓與螺母未能對(duì)準(zhǔn),工 人在安裝螺栓的時(shí)候也未進(jìn)行調(diào)整,而是繼續(xù)暴力 安裝螺栓,使夾片受到了較大的剪切力,直至最終夾 片被過(guò)載撕裂. 

導(dǎo)致這一情況的原因可能有兩點(diǎn):①夾片螺母以及鈑金件１和鈑金件２尺寸存在問(wèn)題;②夾片螺 母與鈑金件之間的相對(duì)位置出現(xiàn)偏差,從而導(dǎo)致安 裝螺栓時(shí)未對(duì)準(zhǔn).鈑金件１和鈑金件２以及夾片螺 母的尺寸測(cè)量結(jié)果顯示,尺寸均合格,且與正常批次 零件的測(cè)量結(jié)果相近.因此可以推斷,夾片螺母與 鈑金件１的相對(duì)位置與正常值之間出現(xiàn)偏差,導(dǎo)致 安裝螺栓時(shí)螺栓未能對(duì)準(zhǔn)夾片螺母,從而應(yīng)力過(guò)大 引起斷裂. 

３ 結(jié)論及建議 

夾片螺母是因?yàn)槭艿搅溯^大的外力而發(fā)生過(guò)載 撕裂.夾片螺母被撕裂主要是由于夾片螺母以及另 外兩個(gè)鈑金件之間的位置匹配出現(xiàn)了問(wèn)題,從而導(dǎo) 致裝配時(shí)應(yīng)力過(guò)大引起夾片螺母發(fā)生了過(guò)載撕裂 失效.

作為短期措施,調(diào)整了夾片螺母的位置,將其向 車(chē)頭方向移動(dòng)了一段距離,之后的裝配過(guò)程未再發(fā) 生類似失效情況.

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