不銹鋼螺釘卡死現象工藝分析與預防方法

郭遠波，毛久兵，許夢婷，李 堯

(中國電子科技集團有限公司第三十研究所，四川 成都 611730)

不銹鋼螺釘因其不易生銹、耐腐蝕、結構簡單、裝卸方便，且已經標準化，在電子裝備中廣泛應用。為了不污染電子裝備，不銹鋼螺釘在裝配過程中未使用潤滑劑，因此，不銹鋼螺釘在裝配或拆卸過程中容易發生卡死現象[1-6]?？ㄋ廊菀自斐刹讳P鋼螺釘裝配或拆卸困難，甚至造成螺釘斷裂，需要采用切割、鉆削等破壞性手段將螺釘取出，并嵌入鋼絲螺套[7]，這將對電子裝備的生產和質量造成嚴重影響，因此，急需對不銹鋼螺釘卡死現象的影響因素展開分析，并提出預防措施。

不銹鋼螺釘卡死機理是因為不銹鋼螺釘牙紋表面的氧化膜在螺釘裝配預緊過程中發生破壞，使得螺紋間發生阻塞或剪切，進而發生沾黏現象，隨著螺釘鎖緊，受力增大，最終導致不銹鋼螺釘彎曲卡死，尤其是不銹鋼緊固件之間更容易造成卡死甚至斷裂現象[8-9](見圖1)。本文將從不銹鋼螺釘裝配和拆卸過程涉及到的人、機、料、法、環、測等環節分析不銹鋼螺釘卡死因素，并提出預防措施。

1 原因分析

為了分析造成不銹鋼螺釘在裝配和拆卸過程中出現卡死甚至斷裂現象的原因，確定了不銹鋼螺釘裝配和拆卸過程中人、機、料、法、環、測中可能造成不銹鋼螺釘卡死的14個因素，并繪制了因果分析圖(見圖2)。

通過對14個因素進行現場調研、分析，螺釘性能及裝配或拆卸參數(如螺釘擰緊力矩值和拆卸力矩值、螺釘預緊裝配角度、電動工具速度)均可能是造成螺釘卡死甚至斷裂的主要因素，后期還需要通過試驗來進一步驗證。

1.1 螺釘性能檢測

隨機選擇裝配或拆卸過程中卡死率較高的M3×8型號的不銹鋼十字槽盤頭螺釘進行化學成分、力學性能(如抗拉強度和破壞力矩)檢測與分析(見表1和表2)，判定其是否滿足GB/T 9074.4規格要求。利用Agilent 5100光譜儀和T-HCS500A高頻紅外碳硫分析儀進行化學成分檢測。從送樣的不銹鋼螺釘中分別選擇4個螺釘測量其破壞力矩和抗拉強度。根據國標GB/T 3098.6—2014《緊固件機械性能 不銹鋼螺栓、螺釘和螺柱》第5章節和第6章節進行判定，化學成分和力學性能均符合標準要求[10-11]。

表1 M3×8不銹鋼螺釘化學成分檢測結果

表2 M3×8不銹鋼螺釘力學性能檢測結果

1.2 螺釘裝配或拆卸參數

為了確認螺釘裝配或拆卸參數對不銹鋼螺釘卡死或斷裂的影響，設計了驗證試驗。試驗方案如下：在6 mm厚的不銹鋼板材上加工M3的螺紋通孔，裝配力矩值分別選擇8.0和10.0 kgf·cm，裝配角度分別為非90°(小角度傾斜)和90°；裝配速度分別為高速檔和低速檔；拆卸方案均為90°拆卸，針對不同力矩值和速度分為3種：高速拆卸、低速拆卸和低速大力矩松動后停頓再拆卸。高速和低速拆卸力矩刻度值與裝配力矩刻度值一致，低速大力矩值為12 kgf·cm(見表3)。M3×8不銹鋼螺釘非90°裝配如圖3所示。

表3 不銹鋼螺釘裝配/拆卸參數表

表4為不銹鋼螺釘第一次預緊裝配和拆卸的數據統計結果，通過數據統計發現，螺釘在非90°裝配中，均會出現卡死現象。當裝配力矩值為8.0 kgf·cm時，高速檔裝配的卡死率為5%，低速檔卡死率為1.7%，高速檔的卡死率高于低速檔的卡死率；當裝配力矩值為10.0 kgf·cm時，高速檔裝配的卡死率為3.3%，低速檔卡死率為6.7%，低速檔的卡死率高于高速檔的卡死率。對完成裝配的不銹鋼螺釘按照表3進行拆卸，均未出現卡死現象。同時，參照表3的不銹鋼螺釘的裝配/拆卸參數，在90°裝配角度時，均未出現不銹鋼螺釘卡死現象。在不銹鋼板材上又進行了多次的非90°預緊裝配和拆卸的試驗，發現在預緊裝配和拆卸過程中均會出現卡死現象，且卡死率隨著裝配次數增加而增加。

表4 不銹鋼板材非90°裝配與90°拆卸卡死率

參照表3在不銹鋼板材上進行多次的90°預緊裝配和拆卸時，均未出現不銹鋼螺釘卡死現象。因此，認為不銹鋼螺釘卡死原因為在裝配時，螺釘與螺紋孔不垂直，螺紋之間受力不均，產生了相互的擠壓力，并破壞了表面的氧化層，產生黏著磨損，從而造成不銹鋼螺釘的卡死。

為了避免操作人員因為疲勞原因造成非正常裝配動作，尤其是非90°預緊裝配，可采用螺釘裝配工裝來保證螺釘預緊裝配過程中的垂直度(見圖4)。

2 預防方法

不銹鋼螺釘卡死甚至斷裂現象，雖屬于小概率事件，但可對電子裝備的生產造成嚴重影響。本文根據不銹鋼螺釘卡死機理及試驗結果，針對電子裝備的不銹鋼螺釘裝配卡死現象提出的預防措施如下。

1)控制裝配角度。從上述試驗可知，不銹鋼螺釘非90°裝配是造成螺釘卡死的主要原因。操作人員每天從事大量的螺釘裝配任務，難免存在精力有限，注意力不集中，造成螺釘傾斜裝配情況?？衫寐葆敶怪毖b配工裝來保證螺釘裝配角度，杜絕人員非合格裝配動作。

2)控制裝配速度。降低預緊和拆卸速度，可降低螺紋牙間的溫度，從而減輕黏著磨損，降低不銹鋼螺釘裝配發生卡死的幾率。目前，電動裝配工具多為恒定轉速(高速或低速)，利用裝配速度可分段控制裝配工具，合理控制裝配速度，并保證裝配效率。

3)螺紋表面質量檢驗和管控。若螺紋表面有異物或牙型粗糙，會增加摩擦力，同樣會造成螺釘的卡死。應做好螺紋孔清洗工作，保證螺紋牙型間潔凈無金屬屑末；螺孔加工工具應進行定期校準，不滿足要求應進行報廢，保證螺紋表面質量。

3 結語

不銹鋼螺釘在電子設備中應用廣泛，本文從螺釘卡死現象出發，綜合分析了造成螺釘卡死現象的原因，發現非90°裝配造成了螺紋之間受力不均，產生擠壓力，破壞了表面的氧化層，產生黏著磨損，從而造成不銹鋼螺釘的卡死。為了避免不銹鋼螺釘卡死問題，應積極采取預防措施，降低螺釘的卡死率，保證電子設備的正常生產與交付。