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國(guó)內(nèi)外鋼絲螺套用內(nèi)螺紋執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的探究
2022-12-30
?鋼絲螺套是一種新型的內(nèi)螺紋緊固件品種，是 用高精度、高強(qiáng)度菱形截面的不銹鋼絲加工成彈簧 狀的內(nèi)外螺紋同心體。它的用途完全不同于圓柱螺 旋彈簧。使用時(shí)，用專用底孔絲錐在基體上加工出 螺紋底孔，再將鋼絲螺套安裝在底孔中，形成與普通 螺紋尺寸完全相同的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)螺紋，可與標(biāo)準(zhǔn)的外螺 紋制件旋合［1］。這是一種較新的螺紋連接技術(shù)。使用鋼絲螺套可以保護(hù)基體不受損傷，延長(zhǎng)拆裝基 體使用壽命; 使螺紋增大受力面積，螺紋型面受力均 勻，從而大幅提高螺紋連接強(qiáng)度［2］。但是與公制螺 紋不同，鋼絲螺套用內(nèi)螺紋的加工及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)缺乏 統(tǒng)一性，在加工及檢測(cè)中出現(xiàn)異常的頻率也遠(yuǎn)高于 普通公制螺紋。本文從國(guó)內(nèi)外鋼絲螺套用內(nèi)螺紋和 螺紋塞規(guī)的制造標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，研究鋼絲螺套用內(nèi)螺紋 的標(biāo)準(zhǔn)體系異同，探究保證螺套加工及檢測(cè)精確的 手段。
1 問題的提出?
????原航空部 20 世紀(jì) 80 年代已初步制定 HB 5513 ～ 5516 － 80 標(biāo) 準(zhǔn)，到 1986 年已形成國(guó)軍標(biāo) GJB 119． 1 ～ 119． 4 － 86《普通型鋼絲螺套》，為航空、航 天共同采用［1］。在 20 世紀(jì) 90 年代形成 GB /T( 國(guó) 標(biāo)) 鋼絲螺套相關(guān)標(biāo)準(zhǔn); 國(guó)外也有德國(guó)日本等多種 鋼絲螺套的標(biāo)準(zhǔn)，它們都有各自的鋼絲螺套用內(nèi)螺 紋的加工及檢測(cè)規(guī)范。但是他們的螺紋規(guī)格、標(biāo)注 方式是否一致，還需要深入的研究。例如在生產(chǎn)過 程中，圖紙要求的 ST 螺紋( 國(guó)軍標(biāo)) ，在選用進(jìn)口絲 錐時(shí)卻無法對(duì)照到 ST 的標(biāo)準(zhǔn)，而是會(huì)選用 EG 標(biāo)識(shí) ( DIN) 的絲錐，這樣加工出的螺紋是否符合 GJB 的要求。此外，在鋼絲螺套用內(nèi)螺紋的檢測(cè)上，也有相 同的標(biāo)準(zhǔn)等效性不明確的情況。比如，標(biāo)注為 EG 的螺紋能否使用 ST 螺紋塞規(guī)進(jìn)行檢測(cè)，或者，其他 進(jìn)口的不同標(biāo)識(shí)的螺紋塞規(guī)能否應(yīng)用在國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo) 準(zhǔn)的鋼絲螺套用內(nèi)螺紋的檢測(cè)上，如圖 1 所示。在 加工絲錐的選用上，同一標(biāo)稱直徑的進(jìn)口 EG 規(guī)格 的絲錐與國(guó)產(chǎn) ST 規(guī)格的絲錐是否可以互換，如圖 2 所示。
要回答這些問題，必須從國(guó)內(nèi)外多個(gè)鋼絲螺套 的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，特別關(guān)注鋼絲螺套用內(nèi)螺紋的相 關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和尺寸要求，通過對(duì)比分析找到幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 之間的異同。
2 各標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)照?
????鋼絲螺套用內(nèi)螺紋，主要有以下幾個(gè)規(guī)范性標(biāo) 準(zhǔn)。( 1) GJB 119． 3A － 2001( 下文簡(jiǎn)稱 GJB 標(biāo)) 《安 裝鋼絲螺套用內(nèi)螺紋》螺紋的標(biāo)注方式為“ST* ”， 其中“* ”代表其公稱直徑。( 例如 ST8 就表示加工 完該螺紋并安裝螺套后螺紋規(guī)格為 M8。其他標(biāo)準(zhǔn)與此相同) ; ( 2) GB /T 24425． 5 － 2009 ( 下文簡(jiǎn)稱 GB 標(biāo)) 《鋼絲螺套用內(nèi)螺紋》，標(biāo) 注 方 式 為“LM * ”; ( 3) DIN 8140 － 3 － 1993 ( 下文簡(jiǎn)稱 DIN 標(biāo)) 《ISO 米制螺紋用鋼絲螺套 第 3 部分: 螺紋塞規(guī)》， 標(biāo)注方式為“EG M* ”; ( 4) HB 5515 － 1996( 下文 簡(jiǎn)稱 HB 標(biāo)) 《安裝鋼絲螺套用內(nèi)螺紋》，標(biāo)注方式 為“SM* ”。通過查詢比對(duì)這幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間的具體 數(shù)據(jù)，記錄下各標(biāo)準(zhǔn)中的螺紋規(guī)格和公差帶的分布 情況，可以清楚地分析出各標(biāo)準(zhǔn)下鋼絲螺套用內(nèi)螺 紋的區(qū)別。
2． 1 各標(biāo)準(zhǔn)在螺紋規(guī)格種類上的區(qū)別?
????4 種標(biāo)準(zhǔn)在鋼絲螺套用內(nèi)螺紋的規(guī)格提供上是 有所區(qū)別的。DIN 標(biāo)的尺寸范圍跨度更廣，從公稱 直徑 2 ～ 52 mm 都有相應(yīng)的規(guī)格，而無論 GB 標(biāo)還是 GJB 標(biāo)和 HB 標(biāo)只規(guī)定了公稱直徑 2 ～ 39 mm 的螺 紋的規(guī)格。公稱直徑 39 mm 以上僅有 DIN 標(biāo)有相 關(guān)的規(guī)格。此外，DIN 標(biāo)還有部分如 EG3． 5 × 0． 6、 EG9 × 1 等細(xì)牙螺紋規(guī)格是其獨(dú)有的。DIN 標(biāo)獨(dú)有 規(guī)格見表 1。
此外，12 × 1． 25、12 × 1、14 × 1． 25、18 × 2 這幾 種規(guī)格為 EG 標(biāo)和 LM 螺紋有，而 ST 螺紋和 SM 螺 紋沒有。因此可以看出，在公稱規(guī)格的覆蓋度上 DIN( EG 螺紋) 要強(qiáng)于其他標(biāo)準(zhǔn)。?2． 2 各標(biāo)準(zhǔn)在螺紋公差等級(jí)上的區(qū)別?????值得注意的是，鋼絲螺紋的螺紋公差標(biāo)注( 例 如“5H”或“6H”) 并非是完全按照 GB /T《普通螺紋 公差》或其等效標(biāo)準(zhǔn) ISO 965 － 1《一般用圖米制螺 紋 公差》的相關(guān)規(guī)定來執(zhí)行的。雖然鋼絲螺套用內(nèi) 螺紋公差等級(jí)與螺紋公差的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一致，但單獨(dú) 對(duì)比中徑的公差帶寬，其要求明顯要高于螺紋公差 的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。其原因是，鋼絲螺套用內(nèi)螺紋的公差 等級(jí)標(biāo)注指的是安裝鋼絲螺套后的內(nèi)螺紋公差。因 此該精度要求是由鋼絲螺套的制造精度和底孔內(nèi)螺 紋的制造精度共同決定的，兩者的制造誤差具有疊 加效應(yīng)。因此想要保證安裝后的精度，必須以更高 的精度控制螺套的截面形狀和鋼絲螺套內(nèi)螺紋的公 差范圍。?????此次研究中參考的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)所給出的公差范圍 不同。DIN 標(biāo)中( EG 螺紋) 僅給出了 6H 精度等級(jí) 的公差; 而 GJB 標(biāo)( ST 螺紋) 僅根據(jù)各規(guī)格給出了 一個(gè)推薦的公差適用等級(jí)( 5H 或 6H) ，其中粗牙均 僅給出 5H; GB 標(biāo)( LM 螺紋) 根據(jù)不同的規(guī)格都給 出了 5H、6H 兩種不同的公差等級(jí)的相關(guān)參數(shù); 而 HB 標(biāo) ( SM 螺 紋) 則對(duì)每個(gè)規(guī)格的 螺紋給出了 4H5H、5H、6H 3 種不同精度等級(jí)的相關(guān)參數(shù)，其中 4H5H 等級(jí)的相關(guān)參數(shù)要求在各標(biāo)準(zhǔn)中是要求最高 的。?2． 3 各標(biāo)準(zhǔn)在公差帶寬上的區(qū)別?????為了對(duì)比各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)下的鋼絲螺套用內(nèi)螺紋規(guī)格 是否等效，以規(guī)格覆蓋最全的 EG 螺紋為標(biāo)準(zhǔn)，選取 同一個(gè) 6H 公差等級(jí)的螺紋對(duì)比各個(gè)規(guī)格的螺紋的 大徑、中徑、小徑的基本尺寸偏差，以及公差帶帶寬 的偏差，得到了對(duì)比數(shù)據(jù)。由于表格數(shù)據(jù)過多，僅截 取了部分表格以便說明情況，見表 2。?????通過表 2 信息可以看出，在相同的公差等級(jí) 下，幾種不同標(biāo)準(zhǔn)的鋼絲螺套用內(nèi)螺紋的大徑、中 徑、小徑的基本尺寸完全相同，但是公差帶帶寬有 所不同。其中 EG 螺紋與 LM 螺紋可以完全等效， 而 ST 螺紋和 SM 螺紋的公差帶帶寬要大于同規(guī)格 的 EG 螺紋 24% ～ 37% 不等。在其他精度等級(jí)的公 差數(shù)據(jù)比對(duì)上也發(fā)現(xiàn)了相同的規(guī)律。即各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 鋼絲螺套用內(nèi)螺紋大徑、中徑、小徑的基本尺寸數(shù) 據(jù)都一致，但是同一個(gè)公差等級(jí)下公差帶的帶寬又是不同的。一般來說，EG 螺紋和 LM 螺紋的精度要 求要高于同等級(jí)的 ST 螺紋和 SM 螺紋。在設(shè)計(jì)選 型和工藝準(zhǔn)備中需要特別注意。
3 鋼絲螺套用內(nèi)螺紋標(biāo)準(zhǔn)加工及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)選用?
3． 1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的選用?????原則上鋼絲螺套用內(nèi)螺紋標(biāo)準(zhǔn)的選用要視加工 保證手段、生產(chǎn)資料準(zhǔn)備和產(chǎn)品的功能性工藝性等 方面的實(shí)際情況來考慮。僅對(duì)比幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間的區(qū) 別給出以下選用參考意見: ( 1) 公稱直徑超 39 mm 或國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中沒有的一些細(xì)牙尺寸螺紋可查 DIN ( EG 螺紋) ; ( 2) 精度要求極高，達(dá)到 4H 僅有 HB ( SM 螺紋) 可以參考; ( 3) 其他情況下優(yōu)先使用 GJB ( ST 螺紋) 或 GB( LM 螺紋) ，其使用范圍最廣，相關(guān) 的加工及檢測(cè)工具最易獲得。?3． 2 加工及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的選用?????原則上加工及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要與圖紙上的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 統(tǒng)一。但是考慮到一些特殊情況，生產(chǎn)資料準(zhǔn)備上 有困難時(shí)可以進(jìn)行不同標(biāo)準(zhǔn)間的等效替代。但是要 注意 EG 螺紋和 LM 螺紋由于公差帶帶寬小于同級(jí) 別的 ST 螺紋和 SM 螺紋。因此 EG 螺紋和 LM 螺紋 的絲錐、塞規(guī)可以向下兼容 ST 螺紋和 LM 螺紋的加 工及檢測(cè)工作，相當(dāng)于加嚴(yán)了標(biāo)準(zhǔn)。但是反之 ST 螺 紋和 SM 螺紋的絲錐和塞規(guī)無法等效使用于 EG 螺 紋和 LM 螺紋。