對（duì）螺套應用及安裝（zhuāng）可靠性的研究
2018-5-11 來源： 中車長（zhǎng）春軌道客車股份有限公司（sī） 作者：焦延娟
摘 要：螺套是一種（zhǒng）新型（xíng）內螺紋緊固件，是（shì）目前最有效、最快捷、最經濟的內螺紋增強、修複（fù）技術。不同拉伸強度和硬度的母材是（shì）決定自攻螺套的拔出強度、拔出（chū）扭矩的最重要（yào）因素，控製自攻螺套鑲嵌底孔的（de）大（dà）小可以提高其可靠性。
關鍵詞 ：自攻螺（luó）套；可靠性；鑲（xiāng）嵌底孔
1 、引（yǐn）言
螺套（Wire Thread Insert），是一種新型內（nèi）螺紋緊固件（jiàn），是目（mù）前最有效、最快（kuài）捷、最經濟的內螺紋增強、修複技術，其在（zài）發達國家已得到充分應用與普及。
高速（sù）鐵路客車車體（tǐ）大多選用鋁合金型材製造，鋁合金材質的（de）應用，將車輛的輕量化發揮到極致（zhì），但是材質硬度的偏低，導致內螺紋連接結構的性能嚴重降低，螺套（tào）的使用，有效的解決了這一問題。
2 、螺套（tào）簡介
螺套為高精度的內、外螺紋同心體，外螺紋用於螺套與母材之間的緊固連接，內螺紋供（gòng）結構（gòu）需求的（de）螺栓連接使用。螺（luó）套鑲嵌好後能形成一個符合（hé）相（xiàng）應標準的高精度內螺紋，其各項性能均（jun1）優於直接用絲錐攻（gōng）絲形成的內螺紋。
螺套（tào）安裝前通常需要對母材進行鑽孔和攻絲，部分螺套僅需要鑽（zuàn）孔，母（mǔ）材上的內螺紋在鑲嵌（qiàn）螺套時成型（xíng），這（zhè）種螺套稱為自攻螺（luó）套。
自攻螺套帶有（yǒu）內螺紋、外螺（luó）紋和切孔，內螺紋可以根據客戶的需求按照任意標（biāo）準執行，外螺紋因其特殊（shū）的（de）牙型和材質（zhì）能夠滿足自攻螺紋的要求，切孔（kǒng）用於排出自攻螺紋過程中產生的碎屑。
3、 螺套的應用
將螺套鑲嵌入金屬或非金屬材料上形成高強度、耐磨損、具有互換性的標準內螺紋。在鋁、銅、鈦（tài）、鎂合金、塑（sù）料、密度板等低強（qiáng）度工程材料上應用可明顯提高強度和耐磨性；應用（yòng）在鋼件、不鏽鋼、鑄鐵上，可提高螺釘的（de）耐用性，防止由於各種振動因其螺釘鬆動脫落、疲勞斷裂及提高螺釘連接時的耐（nài）疲勞強度。
在出現螺（luó）紋加工錯誤或對已損壞的內螺紋（wén）孔修複時，使（shǐ）用螺套作為（wéi）修（xiū）複（fù）手段，可以不增加重量和體積，獲得經濟地維修，拯救重要部件（jiàn），快速地修（xiū）複（fù）到原始狀態，並仍使用原規格螺釘，達到或超（chāo）過原來的設計技術（shù）要求。
利用螺套進行國際標準、英製、統一螺紋等係列螺紋孔相互（hù）轉換，非常方便、快速、經濟，適用於進口和出（chū）口產品。
螺套連接的使用（yòng），能夠極大地（dì）減小外（wài）形尺寸，節省設計產品的材料（liào）並減輕重（chóng）量。經過試驗驗證，要得到相同的（de）拔出強度，使用螺套連接，可以（yǐ）使用更（gèng）小的螺栓，見圖 1。
圖（tú） 1 相（xiàng）同拔出強度的螺栓對比（左：攻絲內螺紋；右：鑲嵌螺套）
4 、自攻（gōng）螺套的可靠性（xìng）研究
首先，自攻螺套安裝結構的受力情況決定了其在工作過程中一（yī）直處於安全的趨勢中。自攻螺套安裝所需母材的厚度不能小於自攻螺套的長度，因此，可分為盲孔和通孔兩種形式（shì）。盲孔的深度通常比螺套略長，鑽（zuàn）孔的深（shēn）度還和螺栓（shuān）的長度有關。盲孔安裝的自攻螺套（tào）安全性較高，因為自攻螺套在鑲嵌過程中在母材中形成內螺紋，自攻螺套的有效外螺紋能夠達到的最深處就是母（mǔ）材內螺（luó）紋的最深處，與自攻螺套配合（hé）的螺栓的旋入方（fāng）向與自攻螺套的旋入方向相同，所以，當擰緊螺栓時，自攻螺套有向深處繼續自攻（gōng）螺（luó）紋的趨勢，自攻螺套安（ān）裝更加牢固。同時，這並（bìng）不影響與螺套長度（dù）等（děng）厚的母材使用自攻螺（luó）套，自（zì）攻螺套有效（xiào）的具有自攻能力的外螺紋（wén）較螺套長度略短，這（zhè）能夠保證在母材通孔的情況下，仍有部分餘量（liàng）的母材沒有內螺紋，因此，與自攻螺套長度等（děng）厚的母材（cái）安裝的自攻螺套仍具（jù）有很高的安全性。
其次，不同拉伸強度和硬度的母材是決定自攻螺套的拔出強度、拔出扭矩（jǔ）的最重要因素（sù），但是母材的這兩方麵特質通常（cháng）被限製，無法改變（biàn），我們隻能通過選用自攻螺套的規（guī）格和控製自攻螺套鑲嵌底孔的大小（xiǎo）來提高其可靠性。而且，自（zì）攻螺（luó）套鑲嵌底孔的大小在操作（zuò）過（guò）程中容易受到影響從而產生誤差，是需要密切關注的因素。
自攻螺（luó）套鑲嵌底孔的大小決定了螺套外螺紋（wén）嵌入母材部分的多少，在其他條件（jiàn）相同的（de）情況下，相同規格的自攻螺套，外螺紋嵌入母材部分越大，其（qí）拔出強度、拔（bá）出扭矩越大，但（dàn）是一旦底孔（kǒng）過小，安裝時可能需要潤滑，不便於安裝。通常底孔的大小根據外螺紋的尺寸，將外螺紋的（de）牙型總高嵌入母材的部（bù）分控製在 30％ -70％。
為了測試底（dǐ）孔大小對自（zì）攻螺套安全性的影響情況（kuàng），進行了試驗。
①選用 M6 的自攻（gōng）螺套（tào）（外螺紋最大直徑（jìng） φ10、推薦（jiàn）底孔大小 φ9.5-9.6），分別鑲嵌在 φ9.2、φ9.3、φ9.4、φ9.5、φ9.6、φ9.7、φ9.8 的底孔上，底孔（kǒng）的公差均為（-0.1,0），每種底孔大小進行 5 個樣本（běn）；
②待自攻螺套鑲嵌完成後，分別擰入 8.8 級的 M6 六角頭螺（luó）栓，對螺栓（shuān）施加扭矩；
③查（chá）看（kàn）自攻螺套情況，並記錄破壞扭矩。結果顯（xiǎn）示，除了（le） φ9.8 的底孔無法正（zhèng）常安（ān）裝自（zì）攻螺（luó）套外，其（qí）他大小底孔（kǒng）的自攻螺套均完好直至螺栓斷裂，螺栓的斷裂扭矩在 18-20Nm 之（zhī）間。試驗可以說明，在同種規格大小的前提下，自攻螺套與母材之間能夠承受的載荷大於（yú）與之配合的螺栓的屈服強度。
第三，自攻螺套鑲嵌時（shí），垂直度是很重要（yào）的。當底孔預鑽（zuàn）完成後，自（zì）攻螺套要與母材表麵（miàn）垂直旋入底孔（kǒng），這樣（yàng）做是為了保證母材（cái）能（néng）夠生成（chéng）完整的、高（gāo）質量的內螺紋。當自攻（gōng）螺套鑲嵌出現問題時，如傾（qīng）斜、開裂（liè）等，可以通過擴孔並鑲嵌修複用自攻螺套（tào）來保證後續工序緊固的要求。修複用自（zì）攻螺套與普（pǔ）通用自攻螺套不同之處在於其外徑大，壁厚寬，這樣可以保證該處自攻螺套的強度不發生改變，與其匹配的螺栓等緊固件均不需要改變。
5 、結束語
綜上，自攻螺套是一種可（kě）靠性很高的連接方式。同時，螺套具備應用廣（guǎng）泛、安裝易操作、便於修（xiū）複的優點。隨著（zhe）我國經（jīng）濟的發展，我們機械行業更需要對各種結構進行（háng）減重優化、可靠性優化、使用壽（shòu）命（mìng）優化、可操（cāo）作性優化，螺套技術的優越性將越來越顯著。
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