對螺套應(yīng)用及安裝可靠性的研究

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)濟的內(nèi)螺紋增強、修復(fù)技術(shù)。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)濟的內(nèi)螺紋增強、修復(fù)技術(shù)，其在發(fā)達國家已得到充分應(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符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的高精度內(nèi)螺紋，其各項性能均優(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母材進行鉆孔和攻絲，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、密度板等低強度工程材料上應(yīng)用可明顯提高強度和耐磨性；應(yīng)用在鋼件、不銹鋼、鑄鐵上，可提高螺釘?shù)哪陀眯?，防止由于各種振動因其螺釘松動脫落、疲勞斷裂及提高螺釘連接時的耐疲勞強度。

在出現(xiàn)螺紋加工錯誤或?qū)σ褤p壞的內(nèi)螺紋孔修復(fù)時，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，達到或超過原來的設(shè)計技術(shù)要求。

利用螺套進行國際標(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，適用于進口和出口產(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)計產(chǎn)品的材料并減輕重量。經(jīng)過試驗驗證，要得到相同的拔出強度，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，因為自攻螺套在鑲嵌過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，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，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，不同拉伸強度和硬度的母材是決定自攻螺套的拔出強度、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，其拔出強度、拔出扭矩越大，但是一旦底孔過小，安裝時可能需要潤滑，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自攻螺套安全性的影響情況，進行了試驗。

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），每種底孔大小進行5個樣本；②待自攻螺套鑲嵌完成后，分別擰入8.8級的M6六角頭螺栓，對螺栓施加扭矩；

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度。

第三，自攻螺套鑲嵌時，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，如傾斜、開裂等，可以通過擴孔并鑲嵌修復(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，螺套具備應(yīng)用廣泛、安裝易操作、便于修復(fù)的優(yōu)點。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，我們機械行業(yè)更需要對各種結(jié)構(gòu)進行減重優(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：

[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.