對(duì)螺套應(yīng)用及安裝可靠性的研究

焦延娟

摘 要：螺套是一種新型內(nèi)螺紋緊固件，是目前最有效、最快捷、最經(jīng)濟(jì)的內(nèi)螺紋增強(qiáng)、修復(fù)技術(shù)。不同拉伸強(qiáng)度和硬度的母材是決定自攻螺套的拔出強(qiáng)度、拔出扭矩的最重要因素，控制自攻螺套鑲嵌底孔的大小可以提高其可靠性。

關(guān)鍵詞 ：自攻螺套；可靠性；鑲嵌底孔

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.229

1 引言

螺套（Wire Thread Insert），是一種新型內(nèi)螺紋緊固件，是目前最有效、最快捷、最經(jīng)濟(jì)的內(nèi)螺紋增強(qiáng)、修復(fù)技術(shù)，其在發(fā)達(dá)國家已得到充分應(yīng)用與普及。

高速鐵路客車車體大多選用鋁合金型材制造，鋁合金材質(zhì)的應(yīng)用，將車輛的輕量化發(fā)揮到極致，但是材質(zhì)硬度的偏低，導(dǎo)致內(nèi)螺紋連接結(jié)構(gòu)的性能嚴(yán)重降低，螺套的使用，有效的解決了這一問題。

2 螺套簡介

螺套為高精度的內(nèi)、外螺紋同心體，外螺紋用于螺套與母材之間的緊固連接，內(nèi)螺紋供結(jié)構(gòu)需求的螺栓連接使用。螺套鑲嵌好后能形成一個(gè)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的高精度內(nèi)螺紋，其各項(xiàng)性能均優(yōu)于直接用絲錐攻絲形成的內(nèi)螺紋。

螺套安裝前通常需要對(duì)母材進(jìn)行鉆孔和攻絲，部分螺套僅需要鉆孔，母材上的內(nèi)螺紋在鑲嵌螺套時(shí)成型，這種螺套稱為自攻螺套。

自攻螺套帶有內(nèi)螺紋、外螺紋和切孔，內(nèi)螺紋可以根據(jù)客戶的需求按照任意標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，外螺紋因其特殊的牙型和材質(zhì)能夠滿足自攻螺紋的要求，切孔用于排出自攻螺紋過程中產(chǎn)生的碎屑。

3 螺套的應(yīng)用

將螺套鑲嵌入金屬或非金屬材料上形成高強(qiáng)度、耐磨損、具有互換性的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)螺紋。在鋁、銅、鈦、鎂合金、塑料、密度板等低強(qiáng)度工程材料上應(yīng)用可明顯提高強(qiáng)度和耐磨性；應(yīng)用在鋼件、不銹鋼、鑄鐵上，可提高螺釘?shù)哪陀眯?，防止由于各種振動(dòng)因其螺釘松動(dòng)脫落、疲勞斷裂及提高螺釘連接時(shí)的耐疲勞強(qiáng)度。

在出現(xiàn)螺紋加工錯(cuò)誤或?qū)σ褤p壞的內(nèi)螺紋孔修復(fù)時(shí)，使用螺套作為修復(fù)手段，可以不增加重量和體積，獲得經(jīng)濟(jì)地維修，拯救重要部件，快速地修復(fù)到原始狀態(tài)，并仍使用原規(guī)格螺釘，達(dá)到或超過原來的設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

利用螺套進(jìn)行國際標(biāo)準(zhǔn)、英制、統(tǒng)一螺紋等系列螺紋孔相互轉(zhuǎn)換，非常方便、快速、經(jīng)濟(jì)，適用于進(jìn)口和出口產(chǎn)品。

螺套連接的使用，能夠極大地減小外形尺寸，節(jié)省設(shè)計(jì)產(chǎn)品的材料并減輕重量。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，要得到相同的拔出強(qiáng)度，使用螺套連接，可以使用更小的螺栓，見圖1。

4 自攻螺套的可靠性研究

首先，自攻螺套安裝結(jié)構(gòu)的受力情況決定了其在工作過程中一直處于安全的趨勢中。自攻螺套安裝所需母材的厚度不能小于自攻螺套的長度，因此，可分為盲孔和通孔兩種形式。盲孔的深度通常比螺套略長，鉆孔的深度還和螺栓的長度有關(guān)。盲孔安裝的自攻螺套安全性較高，因?yàn)樽怨ヂ萏自阼偳哆^程中在母材中形成內(nèi)螺紋，自攻螺套的有效外螺紋能夠達(dá)到的最深處就是母材內(nèi)螺紋的最深處，與自攻螺套配合的螺栓的旋入方向與自攻螺套的旋入方向相同，所以，當(dāng)擰緊螺栓時(shí)，自攻螺套有向深處繼續(xù)自攻螺紋的趨勢，自攻螺套安裝更加牢固。同時(shí)，這并不影響與螺套長度等厚的母材使用自攻螺套，自攻螺套有效的具有自攻能力的外螺紋較螺套長度略短，這能夠保證在母材通孔的情況下，仍有部分余量的母材沒有內(nèi)螺紋，因此，與自攻螺套長度等厚的母材安裝的自攻螺套仍具有很高的安全性。

其次，不同拉伸強(qiáng)度和硬度的母材是決定自攻螺套的拔出強(qiáng)度、拔出扭矩的最重要因素，但是母材的這兩方面特質(zhì)通常被限制，無法改變，我們只能通過選用自攻螺套的規(guī)格和控制自攻螺套鑲嵌底孔的大小來提高其可靠性。而且，自攻螺套鑲嵌底孔的大小在操作過程中容易受到影響從而產(chǎn)生誤差，是需要密切關(guān)注的因素。

自攻螺套鑲嵌底孔的大小決定了螺套外螺紋嵌入母材部分的多少，在其他條件相同的情況下，相同規(guī)格的自攻螺套，外螺紋嵌入母材部分越大，其拔出強(qiáng)度、拔出扭矩越大，但是一旦底孔過小，安裝時(shí)可能需要潤滑，不便于安裝。通常底孔的大小根據(jù)外螺紋的尺寸，將外螺紋的牙型總高嵌入母材的部分控制在30%-70%。

為了測試底孔大小對(duì)自攻螺套安全性的影響情況，進(jìn)行了試驗(yàn)。

①選用M6的自攻螺套（外螺紋最大直徑φ10、推薦底孔大小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，底孔的公差均為（-0.1，0），每種底孔大小進(jìn)行5個(gè)樣本；②待自攻螺套鑲嵌完成后，分別擰入8.8級(jí)的M6六角頭螺栓，對(duì)螺栓施加扭矩；

③查看自攻螺套情況，并記錄破壞扭矩。結(jié)果顯示，除了φ9.8的底孔無法正常安裝自攻螺套外，其他大小底孔的自攻螺套均完好直至螺栓斷裂，螺栓的斷裂扭矩在18-20Nm之間。試驗(yàn)可以說明，在同種規(guī)格大小的前提下，自攻螺套與母材之間能夠承受的載荷大于與之配合的螺栓的屈服強(qiáng)度。

第三，自攻螺套鑲嵌時(shí)，垂直度是很重要的。當(dāng)?shù)卓最A(yù)鉆完成后，自攻螺套要與母材表面垂直旋入底孔，這樣做是為了保證母材能夠生成完整的、高質(zhì)量的內(nèi)螺紋。當(dāng)自攻螺套鑲嵌出現(xiàn)問題時(shí)，如傾斜、開裂等，可以通過擴(kuò)孔并鑲嵌修復(fù)用自攻螺套來保證后續(xù)工序緊固的要求。修復(fù)用自攻螺套與普通用自攻螺套不同之處在于其外徑大，壁厚寬，這樣可以保證該處自攻螺套的強(qiáng)度不發(fā)生改變，與其匹配的螺栓等緊固件均不需要改變。

5 結(jié)束語

綜上，自攻螺套是一種可靠性很高的連接方式。同時(shí)，螺套具備應(yīng)用廣泛、安裝易操作、便于修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我們機(jī)械行業(yè)更需要對(duì)各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行減重優(yōu)化、可靠性優(yōu)化、使用壽命優(yōu)化、可操作性優(yōu)化，螺套技術(shù)的優(yōu)越性將越來越顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]鋁合金車體螺套安裝工藝守則.中車長春軌道客車股份有限公司.

[2]金屬螺套技術(shù)文件-20. KerbKonus.