無尾螺套的應用研究

梁 潔，武金鋒

（中國空空導彈研究院，河南洛陽 471009）

0 引言

鋼絲螺套是一種內螺紋緊固件，鑲嵌在鋁材上，可形成高強度、耐磨損、具有互換性的標準內螺紋。鋼絲螺套一般分為有尾鋼絲螺套（即有安裝柄的鋼絲螺套）和無尾鋼絲螺套，有尾鋼絲螺套又分為有折斷槽和無折斷槽2 種。

基于市場應用成熟度及價格等因素，某產品的裝配生產中大量使用了有尾鋼絲螺套，使用數量多達500 多個，其中僅2×0.4 規格的就有300 多個。然而，由于某些位置結構限制，鋼絲螺套不能保留安裝柄，否則將影響產品的后續裝配。但是，有折斷槽的有尾鋼絲螺套裝配后去尾時造成鋼絲螺套損壞是有尾螺套的主要故障模式之一，且盲孔去尾耗時長，大量的、低效率的基礎裝配影響現場產品交付。同時，由于鋼絲螺套裝配故障原因導致的鋼絲螺套多次拆裝容易對鋁基體的內螺紋形成損傷，降低了后續鋼絲螺套的安裝可靠性甚至造成零件基體報廢。因此，提高鋼絲螺套的裝配效率及合格率就成為生產中亟需解決的問題。

1 影響鋼絲螺套裝配的因素分析

經過分析，在生產中影響裝配合格率的主要原因有4 個：①盲孔去尾較難，特別是防銹鋁零件（基體較軟）盲孔位置的螺套安裝。有尾鋼絲螺套裝配后，在去除尾柄時，由于鋼絲螺套裝配基體太軟，盲孔尾柄去除時易鑲嵌在盲孔基體上不易取出；②鋼絲螺套底孔的合格率對鋼絲螺套的裝配合格率有較大影響（ST孔口的倒角、底孔螺紋的合格率均為影響因素）；③裝配工具對鋼絲螺套裝配合格率也有較大影響；④人員操作技能在裝配中影響較大。

2 探索解決方案

2.1 有尾螺套的提高

措施有：①加強培訓，增加操作者之間經驗交流；②調研新型安裝工具的可行性；③收集不同的基體材料鋼絲螺套裝配合格率數據，分析基體材料對安裝合格率的影響，分析螺紋底孔、鋼絲螺套尺寸的標準要求；④分析、比對現有裝配方法和相關標準要求，完善工藝操作；⑤對2 種合格率最低的產品進行定人員裝配。

經過改進，有尾螺套的合格率已經提升到85%以上，但其安裝效率低仍為整個產品裝配的瓶頸，同時，有尾鋼絲螺套較難實現自動去尾，不利于自動化批量生產的實現。

2.2 無尾螺套的選用

無尾螺套是一種沒有安裝柄的鋼絲螺套，在鋼絲螺套的兩端均有1 個類似魚鉤狀的卡槽（圖1）。可考慮選用無尾螺套進行裝配使用。

優點：在安裝無尾螺套時，使用專用的安裝工具，無需區分螺套的方向，可雙向安裝，提高了工作效率。并且由于無尾螺套沒有安裝柄，從而省掉了去除安裝柄的步驟，進一步提高工作效率，并且完全避免了由于安裝柄去除所引起的各種問題。另外，無尾螺套安裝工具齊全，有手動、氣動、電動工具及批量安裝的配套工具支架，適用于批量生產。

缺點：其所生產的長度由于其自身的特點所決定，長度是固定的，不能隨意改變。無尾螺套是鋼絲螺套家族中的新生事物，生產廠家大部分為國外進口，在國內市場占有率及應用成熟度沒有有尾螺套廣泛。另外，從成本角度考慮，無尾螺套比有尾螺套價格高。

圖1 無尾螺套外形

3 無尾螺套性能驗證

為驗證無尾鋼絲螺套在產品上的應用及是否滿足裝配強度的性能要求，同時對比其裝配連接強度與有尾鋼絲螺套的差異，依據緊固件試驗方法（GJB 715—2008）中規定的物理性能試驗要求、力學性能試驗要求及產品裝配的實際連接情況，選取與產品比較契合的3 種試驗（裝配外形檢查、振動沖擊試驗和抗拉強度試驗）進行驗證。

3.1 裝配后外形檢查

由于無尾螺套自由外徑較有尾螺套自由外徑小，因此對無尾螺套和有尾螺套裝配后的外形進行檢查比對。

在同樣的螺紋孔裝配完成2種螺套后，在X 光機下檢查2 種螺套的外徑情況（圖2）：無尾螺套裝配前有螺距存在，裝配后螺距變小，螺套處于壓縮狀態，外徑略有變大趨勢；有尾螺套裝配前無螺距存在，裝配后螺距變大，鋼絲螺套處于拉伸狀態，外徑略有縮小趨勢。兩者裝配后的外徑基本無差別。

表1 螺套自由外徑差異 mm

圖2 裝配螺釘后對比

3.2 振動試驗

將無尾螺套和有尾螺套分別裝配在工藝件上，螺釘上涂厭氧膠，用20 N·cm 的力矩擰緊，固化24 h 后在同種設備、同等量級、和相同時間下，按產品生產要求進行振動、沖擊試驗。

完成所有振動、沖擊試驗后，有尾螺套和無尾螺套上裝配的所有螺釘均無松動，滿足產品應用。

3.3 抗拉強度試驗

共加工12 個試驗件（試驗件1 和試驗件2 各6 個），試驗件1為ST（Screw Thread，螺套專用絲錐）底孔試驗件，共24 個ST 底孔。其中，12 個ST 孔裝配有尾鋼絲螺套ST2×0.4×8，12 個ST 孔裝配無尾螺套M2×0.4×4D，實驗件2 為通孔樣件，上面加工Ф2 mm通孔，用螺釘M2×10 mm 通過試驗件1 通孔和試驗件2 裝配有鋼絲螺套的螺孔將2 個樣件固定，然后在拉伸機上進行拉伸（圖3）。

（1）試驗結果：①無尾螺套共裝配12 個（6 個通孔，6 個盲孔），拉伸過程中1 個盲孔無尾螺套被拉出（螺釘未斷），其余螺釘被拉斷；②有尾鋼絲螺套共裝配12 個（6 個 通 孔，6 個 盲孔），拉伸過程中2 個通孔和4 個盲孔共6個鋼絲螺套被拉出（螺釘未斷），其余6個螺釘被拉斷。

（2）抗拉試驗結論：螺釘與無尾螺套的連接強度較有尾螺套的連接強度略高。

圖3 抗拉強度試驗受力分析

4 結論

裝配試驗過程中，無尾螺套的裝配強度不低于有尾螺套，且操作簡便、不需去尾，裝配合格率達95%以上，相對需去尾的有尾螺套比，安裝時間也大大減小。經過對比分析，無尾螺套的安裝對人員技能、去尾難度的不良影響大大減小，更適用于產品批量自動生產。