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听德国紧固专家一席话,螺栓这样设计卖得好

专访:德国AFS先进连接技术研究所总经理 Hendrik Hubbertz先生

来源:华人螺丝网 编辑:张小芒 浏览次数:6045 发布日期:2018-08-17

听德国紧固专家一席话,螺栓这样设计卖得好

   2018年8月1日—2日,由德国Zwick/Roell集团,德国AFS先进连接技术研究所、德国Schatz拧紧技术学院、上海兹韦克仪器科技有限公司连接技术学院联合举办的连接技术系列研讨班成功开班。

  研讨班现场吸引了众多行业人士参与,华人螺丝网有幸采访德国AFS先进连接技术研究所总经理Hendrik Hubbertz先生,关于螺栓连接的设计及应用,Hendrik先生作了精彩分享。

技术研究所总经理Hendrik Hubbertz先生

  华螺网:请问AFS是个什么机构?提供哪些服务?

  Hendrik Hubbertz:德国AFS先进紧固技术研究(简称”AFS”)所位于德国中西部地区, 是德国众多紧固件制造厂所在地。依托德国锡根大学机械学院附属MVP 研究院强大的技术实力,AFS为全球客户提供紧固设计、开发、优化的专业技术支持和服务。可以针对底盘、发动机、内饰件、涡轮增压、铝、镁和碳纤维复合材料零件提供完整的紧固件设计开发。

  AFS汇聚了在紧固连接技术设计、仿真、计算、试验测试各方面的专家,确保可以在传统工业技术上提供强有力的支持。

  AFS拥有大学和SFA(德国螺栓协会)深厚的专业学术研究背景(德国紧固件协会的“出色的紧固件工程教育”培训基地),熟悉非标紧固件制造、物流、成本控制等客户的真实需求。

  华螺网:请问开办技术培训班的初衷是什么?取得了哪些成效?

  Hendrik Hubbertz:2018年3月,AFS首次来到中国,就紧固件正向开发与验证举行研讨班,受到广大学员的一致好评。不少学员提出,希望能就螺栓的设计及开发流程进行更系统、更全面的学习。

  因此AFS决定将德国螺栓协会的知识培训体系全面引入到中国,通过基础、提高(中级)、专家班3个阶梯课程,帮助我国螺栓紧固从业技术人员逐步掌握、领会、使用好VDI2230指导准则。

  华螺网:德国的技术培训体系在引入中国的过程中遇到了哪些困难点?又是如何解决的?我们想达到怎样的程度?

  Hendrik Hubbertz:在引入中国的过程中,语言是一个很大的问题,且这个问题会长期存在。由于中文与德语的文化差异较大,因此AFS的讲师在授课过程中,需要配备一个中文翻译;不仅如此,所授课的PPT讲义每一页都将翻译成中英两个版本,以方便学员的沟通交流。

  此外,由AFS开发的Screw Designer基础版已免费供大家使用。目前这个基础版可以快速计算校核、扭矩、预紧力、安全系数、滑移以及预紧力松弛、负载等。AFS正在着手将此软件实现商业化,例如发布网页版、在谷歌Store上投放,用户可自行下载,并且AFS也会针对不同用户的使用水平推出不同模块的版本。

  华螺网:长久以来,紧固件行业人才匮乏现象一直存在,专业的技术性人才更是稀缺,德国在紧固件人才培养方面是如何做的?

  Hendrik Hubbertz:可以从两方面说:第一,学校本身对紧固件的培训比较重视,几乎所有的大学生都要进行专业课程学习。长久以往,学生也形成了一种学习紧固连接的意识。

  在德国,本科生大约有4.5个小时的课时,专门学习螺纹连接设计及计算等方面的课程。

  第二,学生从业之后,将被安排到德国螺栓协会的培训基地进行更深入的深造;此外,协会也会组织专业的研讨会与培训,巩固学生所学知识,加强实操能力,提升紧固连接从业人员的专业技能。

  华螺网:能否谈谈AFS和德国ZWICK 中国的合作情况?

  Hendrik Hubbertz:AFS与Zwick中国是战略合作伙伴,AFS在华的业务由Zwick中国负责。今年起,我们双方已开展了几次培训,Zwick在中国具备广泛的客户资源和强大的技术服务能力,我们双方在紧固连接设计和培训方面一定会取得成功。

  这次我也有机会受邀参观了由Zwick中国设计规划的华测连接技术实验室, 整个实验室的能力、规划令人震撼,很高兴中国的第三方机构能有这样的力度关注我们紧固件行业,并投入资源和人力为整个业界提供常规紧固件检测之外的螺栓应用、装配工艺设计,以及失效分析的服务能力。这为我们德国AFS将来在中国推广紧固件的正向设计开发,提供了强有力的实验验证手段。

  我们德国AFS 希望今后能有机会能和中国更多的优秀本土企业合作,将包括德国工业4.0等的先进技术和中国2025 制造相结合。

Zwick 上海

  此外,AFS、Zwick中国以及华人螺丝网正在安排10月份的德国测试设备展及德国知名螺栓制造企业——AFS的考察参观。希望通过这类活动,让中国的紧固件制造企业了解德国先进的设备技术、生产技术和设计技术,让中国的紧固件制造企业得到提升。

  华螺网:众所周知,德国作为世界工业强国,标准体系更是达到领先水平。目前,德国标准紧固件达到了怎样的程度(作了哪些修改)?已经颁布的有哪些,对紧固件行业有什么指导意义?

  Hendrik Hubbertz:目前国际上有不同的标准,例如ISO、ASME等。其实德国的紧固件产品大多是从国外采购,德国一些企业也会按图加工,甚至有些紧固件产品是客户订制化的。例如在汽车行业,宝马、奔驰、大众等企业的紧固件产品均有自己内部的标准体系,以实现自我保护,加强知识产权的保护力度。

  华螺网:在德国的紧固件用量较大的产业,如汽车产业,对紧固件的应用提出了哪些要求?使用了哪些新材料,对紧固件转配上的要求有了哪些改变?在轨道交通和航空方面,对紧固件的要求又有哪些?

  Hendrik Hubbertz:随着汽车行业的市场需求日益增大,对紧固件产品的应用也提出了越来越高的要求。例如发动机越来越小型化,但是输出功率也越来越高,对材料的应力要求也越来越高。如此的话,就会形成一个结果:一旦紧固连接失效,会产生很严重的后果,这对紧固连接来说是一个很大的挑战;同时也说明普通紧固件在这种环境下不能运用,所以需要重新进行设计。

  因此,新发动机的设计就需要综合考虑一些应用环境及条件。如果它的功率等各方面一旦增高,环境温度也肯定变高,现在都有涡轮增压这一要求,环境温度也会变化,以前是一两百度,现在是五六百甚至八九百摄氏度,那么这种环境变化就非常大,这样就要求螺栓在高温环境下保持较好的性能。

  另外,轻量化的材料,强度比较低,但是轻量化材料因为种类比较多,它的热膨胀系数也会有比较大的差异,而且轻量化材料还会出现松弛的现象。像碳纤维、锌、铝等材料在受力条件下都会有松弛的倾向,且轻量化的材料对温度也是比较敏感的。

  有个案例是采用轻量化材料的汽车变速箱的某些部位轻量化材料没有选择高强度钢制螺栓,而是采用的铝制螺栓来代替。

  在汽车、航空、轨道交通方面,由于自松风险较高,还有滑移的效应。例如,火车要长时间行驶,年限比较长,可能好几十年,那么就要求好的防松性能和耐腐蚀性能。

  目前,航空领域大量采用钛合金、铝合金等材料。由于钛合金螺栓比较轻、强度比较高、成本也较高。航空紧固件不能有任何材料缺陷,表面质量也要好,而且要采用NDT。

  华螺网:中国作为世界陶瓷的发源地,它的硬度、耐磨、绝缘、轻量化等方面的性能非常优异,您对于陶瓷紧固件在未来的发展有什么看法?也请您谈一谈碳纤维及其他复合材料紧固件在德国的应用?

  Hendrik Hubbertz:陶瓷材料是比较脆弱的。一般来说螺栓都是高负载,安全系数也是非常高的;其次不能发生即时断裂现象。这两个基本点是陶瓷螺栓是无法满足的。除非被连接件是一种软性的材料,比如在医学上,被联接件是骨头,这种情况下可以适用。

  另外,如果要采用碳纤维紧固件,我们要重点考虑一个腐蚀性问题,因为它与不同金属材料会产生高电位差。例如,用一个碳纤维螺母连接一个钢制螺栓,那两者之间的电位差就比较大,易发生电位腐蚀。

  据了解,目前在德国,宝马跑车有使用碳纤维螺栓,但数量非常少,因此企业也没有进行大批量生产,并且还需要考虑到碳纤维螺栓的回收复用问题。总体而言,铝合金和高强度的钢材还是当前比较传统、可靠的螺栓材料。

  紧固件激光喷二维码是个非常有意思的话题,这样可以增加产品的可追溯性,甚至可以追溯到生产流程的各个环节,一旦产品出现问题,可很快追溯到那个环节,从而识别整批的产品是否有问题,再进行排除。

  如果运用到航空航天领域,或是对安全系数要求较高的领域,例如:一些化工厂可能需要对螺栓周期性复检,进行拧紧。在拧紧的螺栓上,也可采用二维码的形式,这样每次松弛和拧紧的历史也比较清楚,并有据可查,降低螺栓的使用风险。

  华螺网:德国提出了工业4.0,中国提出了中国制造2025,这些都是工业智能化的观念。在紧固件的制造流通安装环节,我们如何做到紧固件的智能制造?

  Hendrik Hubbertz:不管是德国工业4.0还是中国制造2025,都是把整个工业链串联起来。紧固件制造、整个工业制造流程,以及如何智能制造,这是一个大课题。

  但是在德国,如果客户需要紧固连接,客户需要找到供应商(紧固件企业)设计,紧固螺栓、螺母均需要满足客户的需求。

  目前的现状是客户主动要把这个事情推给供应商,倒逼制造厂家提升自己的设计能力。当然,产品的设计费用也包含在产品的价格中,这意味着供应商不仅仅是提供产品,而是提供一种解决方案,尤其是一些高端紧固件更是如此。当然,如果设计不合格,也是需要承担风险的。在理念上,这也是德国比国内先进的地方。

  华螺网:目前,有限元分析大量被应用于设计中,请问在紧固件设计领域,有限元分析能提供哪些支持,达到什么水平?

  Hendrik Hubbertz:有限元分析实际上是建立模型,它能够把紧固连接以及周边的参数做进去,从而对整个组件进行加载分析。在这个模型中,加入力和热的载荷,从而能够直观观察每个螺栓组件的受力、变形等等一些情况。

  如果设计过程中,出现一些严重问题,可以采用有限元分析。通过有限元分析,找出它失效的根本原因;而且有限元模拟非常直观,比做实验更直观。当然,有限元的前景也是十分看好的。

  9至10月份,我们将邀请一名德国专家来进行一次有限元模拟的培训,到时会作详细的说明。

 

 

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