摩擦系数是紧固件的一项重要参数，对螺纹连接轴力和扭矩的稳定性至关重要。各主机厂对紧固件的摩擦系数都给了具体的数值定义，如下图所示。

总的来看，德系车的摩擦系数数值要求较小，最低要求为0.08；日系车的摩擦系数数值要求较大，最高要求达0.3以上。除了摩擦系数的绝对数值不同，摩擦系数的测试方法也有所差异，例如螺纹摩擦系数会受选用对手件的影响，而头部摩擦系数会受选用垫片的影响，那么，该如何选择垫片以及对应的测试方法是什么呢？

1、摩擦系数测试原理

摩擦系数的数值是计算数值，数值是通过螺栓拧紧后的测量的扭矩、轴力和几何参数计算获得。

参数含义：

μtot：总摩擦系数，

μth：螺纹摩擦系数，

μb：头部摩擦系数，

T：总扭矩，

Tth：螺纹扭矩，

Tb：头部扭矩，

P：螺距，

d2：螺纹中径，

Db：头部摩擦直径，

F：轴力

摩擦系数测试过程中会测量3个参数，T：总扭矩、Tth：螺纹扭矩、F：轴力，总扭矩减去螺纹扭矩即Tb：头部扭矩，Db：头部摩擦直径需要根据实际零件摩擦状态实测。

总摩擦系数计算公式：

公式1

螺纹摩擦系数计算公式：

公式2

头部摩擦系数公式：

公式3

由公式2可知，螺纹摩擦系数测试采用的对手件不同，其Tth：螺纹扭矩就会不同，即使是相同的被测试紧固件，计算出的螺纹摩擦系数也是不同的。

由公式3可知，头部摩擦系数测试采用的垫片不同，其Tb：头部扭矩就会不同，即使是相同的被测试紧固件，计算出的头部摩擦系数也是不同的。

因为螺纹摩擦系数和头部摩擦系数不同，也会导致μtot：总摩擦系数不同。

2、摩擦系数测试对手件

测试螺栓摩擦系数使用的对手件称为标准螺母，测试螺母摩擦系数使用的对手件称为标准螺栓。目前ISO要求使用的对手件有两种选择，一种是无表面处理且脱脂除油的标准件，另一种是电镀，并脱脂。

而VW要求的表面为电镀锌无润滑处理。

而目前较多主机厂要求一般为电镀锌、无润滑的表面处理。

3、摩擦系数测试垫片

根据实际被连接件的状态，目前摩擦系数测试垫片共三类，即钢垫片、油漆板垫片和铝合金垫片。

标准ISO要求采用的垫片为钢垫片，分为两种:

一种是HH型（高硬度）垫片，

另一种是HL型（低硬度）垫片。

HH型（高硬度）垫片硬度范围为50-60HRC，表面粗糙度为Ra0.2-0.8。HL型（低硬度）垫片硬度范围为-HV，厚度≤3mm时的最大粗糙度为Ra1.6，厚度3-6mm时的最大粗糙度为Ra3.2。

目前采用钢垫片测试摩擦系数的应用最广泛，成本低，垫片测试后打磨可再使用，测试测试方法和程序也较简单。

采用油漆板垫片应用较广泛的参考标准为VW，油漆板为钢制，非合金热轧带钢，最高硬度HV，厚度为(2±0.2)mm，油漆的厚度为22±5μm。

采用铝合金板垫片应用较广泛的参考标准为VW，铝合金材料型号为AlSiMgMn，厚度：≥5mm，硬度：±20HB，表面铣削：研磨和精加工，表面粗糙度Rz=15±5μm，用过的垫片允许再次铣削使用。

相比于钢垫片，油漆板垫片和铝合金板垫片的成本较高，油漆板垫片通常只能一次，铝合金垫片再次使用也需要重新加工。目前采用这两种垫片来控制摩擦系数主机厂也越来越多，其主要目的是为了让摩擦系数的测试状态和实际连接件的状态保持一致，实际零件的拧紧轴力也能得到保证。

4、测试方法

钢垫片

ISO对钢垫片上摩擦系数测试方法相对简单。对于M3-M16的紧固件，拧紧转速为10-40rpm；对于M16-M39的紧固件，拧紧转速为5-15rpm；拧紧的轴力为75%保证载荷，摩擦系数的评价点也是75%的保证载荷。

而VW的测试方法相对复杂，本文主要介绍常用的扭矩法。

油漆板垫片

（1）高转速（rpm）拧紧至预紧扭矩（见下表），旋入角度≥°

（2）停顿1-2s（用于转速切换）

（3）低转速（20rpm）拧紧至终紧扭矩（见下表）

（4）停顿1-2s（用于正反转切换）

（5）低转速（20rpm），松退至起始点，需停留10~15s左右。

（6）重复4次1-5程序步骤，完成测试

油漆板上共测试5次，要求5次的摩擦系数均在标准值范围，摩擦系数的评价点为75%的保证载荷。

铝合金垫片

（1）高转速（rpm）拧紧至预紧扭矩1（见上表）,旋入角度≥°

（2）停顿1-2s（用于转速切换）

（3）低转速（20rpm）拧紧至预紧扭矩2（见上表）

（4）低转速（20rpm）旋转90°，对于1×d至4×d的夹紧长度，达到预紧扭矩2后的标准进一步旋转角度为90°。对于较小的夹紧长度，它会进一步旋转45°，而较大的夹紧长度会进一步旋转°。如果明显超过或未达到扭矩屈服范围，则以45°为增量调整进一步的旋转角度，直至明显超过超弹性区域。

（5）停顿1-2s（用于正反转切换）

（6）低转速（20rpm），松退至起始点，需停留10~15s左右。

（7）重复一次1-6程序步骤，完成测试。

铝合金垫片上共测试2次，要求2次的摩擦系数均在标准值范围，摩擦系数的评价点为75%的保证载荷。

VW摩擦系数测试方法，即要求紧固件在铝合金垫片上测试2次和油漆板垫片上测试5次，总的摩擦系数、螺纹摩擦系数和头部摩擦系数均要求在设定标准值的范围，是不是觉得要求有点高，小编认为，在实际应用时，可结合螺栓实际的接触面的情况。例如实际接触面是铝合金，那么就采用铝合金垫片来控制头部摩擦系数；实际接触面是电泳漆，那么就采用油漆板垫片来控制头部摩擦系数；同时适当降低拧紧次数的要求，毕竟在这个降本增效、行业竞争加剧的时期，过高的质量要去只会带来紧固件成本的上升。

螺丝君经验与总结

（1）摩擦系数是一个非直接测量的计算数值，其数值也是一个相对量，相同紧固件，测试用的对手件差异会带来螺纹摩擦系数不同，测试用的垫片不同会带来头部摩擦系数不同。

（2）紧固件摩擦系数测试垫片有钢垫片、铝合金垫片和油漆板垫片且在不同垫片上测试方法和测试次数要求也各有不同。小编建议，采用何种垫片测试可以结合紧固件实际接触面情况来定，测试次数可根据使用情况适当减少。这样在满足质量要求的同时，不至于带来过高的紧固件工艺成本。