在螺紋連接中,滑牙是一種常見的是失效形式,當螺紋的抗剪切能力較弱且載荷較大時,易出現(xiàn)螺紋滑牙。裝配過程中的滑牙通??梢酝ㄟ^裝配曲線進行識別,如下圖所示,某連接副為扭矩法擰緊,正常的曲線為扭矩隨角度線性上升,而當螺紋出現(xiàn)滑牙時,曲線的上升斜率明顯降低,這類滑牙比較容易識別。另一類是裝配時未出現(xiàn)滑牙,擰緊曲線正常,當零件在使用時,在外載荷作用下,出現(xiàn)了滑牙,這類滑牙較難以識別。
在螺紋連接中,有一條重要的設計準則:螺紋連接過載擰緊時,失效模式應為螺栓斷裂,且斷裂在自由螺紋區(qū)或光桿區(qū)。這也就是說內外螺紋承載能力應高于螺栓自由螺紋或光桿區(qū)的承載能力。螺栓的斷裂往往時突然的,容易被察覺;而螺紋滑牙往往是隱蔽的,不容易被察覺。
那么螺紋出現(xiàn)滑牙失效時,可以從零件的哪些角度進行分析呢?
螺紋牙形和是否有缺陷是影響螺紋強度的重要因素。如下圖所示,因為螺牙成型過程不佳,導致螺牙出現(xiàn)“雙峰”,“雙峰”會降低螺紋的嚙合面積,進而導致螺牙承載能力降低,載荷較大時,易出現(xiàn)滑牙。當螺紋出現(xiàn)滑牙時,通過金相和標準牙形進行對比和測量,確認是否是牙形缺陷導致的失效。
此外,當螺紋的尺寸偏小時,也會降低螺牙承載能力,通過通止規(guī)可以檢測螺紋的尺寸是否滿足要求。
對于一些包裝方式不佳的螺紋,零件運輸過程中,會發(fā)生磕碰,當磕碰傷較大時,會導致螺紋無法正常嚙合,強制擰緊時,易出現(xiàn)螺紋損壞或滑牙。
通常把緊固件螺紋表面碳的損耗成為脫碳。脫碳分為全脫碳、不完全脫碳。
全脫碳是碳全部損耗,在金相檢查中只能看到鐵素體組織的脫碳。
不完全脫碳是由于碳的損耗已使回火后金相組織輕度變色,且硬度明顯地比相鄰基體硬度低的脫碳。螺紋脫碳的圖片如下圖所示。
緊固件表面硬度如果比它的芯部硬度低30個HV(維氏硬度值)就認為零件已經(jīng)脫碳。表面是否脫碳可用來控制緊固件熱處理工藝質量,本身并不反映緊固件的強度性能,8.8級及其以上經(jīng)熱處理的緊固件才需要檢查該指標。
脫碳會降低螺紋的強度,在擰緊裝配產(chǎn)生軸力或外載荷作用下,會導致螺牙強度不足,導致螺紋出現(xiàn)滑牙。
根據(jù)標準的技術要求,允許一定程度的脫碳,但對半脫碳層和全脫碳層的高度有明確要求,例如對于8.8級螺栓,未脫碳層高度超過1/2螺紋高度,全脫碳層高度小于0.015mm;對于10.9級螺栓,未脫碳層高度超過2/3螺紋高度,全脫碳層高度小于0.015mm。
螺栓和螺母的配合為間隙配合,當通止規(guī)都能通過時,螺紋是可以較輕松旋入的。但往往由于過程異常因素,如螺栓和螺母經(jīng)過電泳時,會在螺紋上殘留油漆或焊渣,螺紋在旋入時受阻,擰緊槍強制旋入會擠壓并破壞螺紋,減低螺紋承載能力,最終導致滑牙,因此,為了避免滑牙,可以采用密封蓋或膠水,保護螺紋,避免油漆和焊渣的黏附。
螺栓螺紋尾部導向是直接影響螺栓螺母能否正常嚙合的重要結構,應用最多的尾部形狀是平端,如下圖所示,但往往平端的尾部結構容易在螺紋開始嚙合時,螺栓出現(xiàn)傾斜,尤其在自動擰緊工位,螺栓擰緊傾斜會導致螺紋螺牙受力異常,造成滑牙。因此設計上,可以適當增加螺紋尾部倒角。
當以上優(yōu)化還不能解決螺紋傾斜和滑牙,可以變更尾部形狀,如下圖所示,設計成錐面導向端,可以有效避免螺栓開始擰緊時傾斜,該結構尤其適合在被加緊件厚度大、螺栓長,或者盲裝等需要導向的場合,比如:底盤的副車架、擺臂或鋼板連接到車身,發(fā)動機懸架到車架等連接點。
嚙合長度是影響螺紋承載能力的重要參數(shù),為保證連接的可靠性和螺紋不出現(xiàn)滑牙,設計上對螺紋孔的嚙合長度都有一定的要求。螺紋滑牙往往更容易發(fā)生在輕金屬內螺紋連接上,下圖是不同等級螺栓(8.8級、10.9級、12.9級),螺紋的最小嚙合長度和內螺紋剪切強度的關系。內螺紋材料剪切強度越高,所需的嚙合長度越短;螺栓強度等級越低,所需的嚙合長度越短。各位朋友們可以根據(jù)下圖,查閱所需連接副的最小嚙合長度。
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