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哪些零件缺陷,可能会导致螺纹滑牙?

在螺纹连接中,滑牙是一种常见的是失效形式,当螺纹的抗剪切能力较弱且载荷较大时,易出现螺纹滑牙。装配过程中的滑牙通常可以通过装配曲线进行识别,如下图所示,某连接副为扭矩法拧紧,正常的曲线为扭矩随角度线性上升,而当螺纹出现滑牙时,曲线的上升斜率明显降低,这类滑牙比较容易识别。另一类是装配时未出现滑牙,拧紧曲线正常,当零件在使用时,在外载荷作用下,出现了滑牙,这类滑牙较难以识别。

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在螺纹连接中,有一条重要的设计准则:螺纹连接过载拧紧时,失效模式应为螺栓断裂,且断裂在自由螺纹区或光杆区。这也就是说内外螺纹承载能力应高于螺栓自由螺纹或光杆区的承载能力。螺栓的断裂往往时突然的,容易被察觉;而螺纹滑牙往往是隐蔽的,不容易被察觉。


那么螺纹出现滑牙失效时,可以从零件的哪些角度进行分析呢?

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01 零件缺陷

1.1 螺纹牙形、尺寸、磕碰

螺纹牙形和是否有缺陷是影响螺纹强度的重要因素。如下图所示,因为螺牙成型过程不佳,导致螺牙出现“双峰”,“双峰”会降低螺纹的啮合面积,进而导致螺牙承载能力降低,载荷较大时,易出现滑牙。当螺纹出现滑牙时,通过金相和标准牙形进行对比和测量,确认是否是牙形缺陷导致的失效。

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此外,当螺纹的尺寸偏小时,也会降低螺牙承载能力,通过通止规可以检测螺纹的尺寸是否满足要求。


对于一些包装方式不佳的螺纹,零件运输过程中,会发生磕碰,当磕碰伤较大时,会导致螺纹无法正常啮合,强制拧紧时,易出现螺纹损坏或滑牙。

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1.2 螺纹脱碳、热处理不佳

通常把紧固件螺纹表面碳的损耗成为脱碳。脱碳分为全脱碳、不完全脱碳。


全脱碳是碳全部损耗,在金相检查中只能看到铁素体组织的脱碳。


不完全脱碳是由于碳的损耗已使回火后金相组织轻度变色,且硬度明显地比相邻基体硬度低的脱碳。螺纹脱碳的图片如下图所示。

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紧固件表面硬度如果比它的芯部硬度低30个HV(维氏硬度值)就认为零件已经脱碳。表面是否脱碳可用来控制紧固件热处理工艺质量,本身并不反映紧固件的强度性能,8.8级及其以上经热处理的紧固件才需要检查该指标。


脱碳会降低螺纹的强度,在拧紧装配产生轴力或外载荷作用下,会导致螺牙强度不足,导致螺纹出现滑牙。


根据标准的技术要求,允许一定程度的脱碳,但对半脱碳层和全脱碳层的高度有明确要求,例如对于8.8级螺栓,未脱碳层高度超过1/2螺纹高度,全脱碳层高度小于0.015mm;对于10.9级螺栓,未脱碳层高度超过2/3螺纹高度,全脱碳层高度小于0.015mm。


1.3 螺纹连接中有异物


螺栓和螺母的配合为间隙配合,当通止规都能通过时,螺纹是可以较轻松旋入的。但往往由于过程异常因素,如螺栓和螺母经过电泳时,会在螺纹上残留油漆或焊渣,螺纹在旋入时受阻,拧紧枪强制旋入会挤压并破坏螺纹,减低螺纹承载能力,最终导致滑牙,因此,为了避免滑牙,可以采用密封盖或胶水,保护螺纹,避免油漆和焊渣的黏附。

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1.4 螺栓螺纹尾部导向不合理


螺栓螺纹尾部导向是直接影响螺栓螺母能否正常啮合的重要结构,应用最多的尾部形状是平端,如下图所示,但往往平端的尾部结构容易在螺纹开始啮合时,螺栓出现倾斜,尤其在自动拧紧工位,螺栓拧紧倾斜会导致螺纹螺牙受力异常,造成滑牙。因此设计上,可以适当增加螺纹尾部倒角。

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当以上优化还不能解决螺纹倾斜和滑牙,可以变更尾部形状,如下图所示,设计成锥面导向端,可以有效避免螺栓开始拧紧时倾斜,该结构尤其适合在被加紧件厚度大、螺栓长,或者盲装等需要导向的场合,比如:底盘的副车架、摆臂或钢板连接到车身,发动机悬架到车架等连接点。

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1.5 螺纹啮合长度


啮合长度是影响螺纹承载能力的重要参数,为保证连接的可靠性和螺纹不出现滑牙,设计上对螺纹孔的啮合长度都有一定的要求。螺纹滑牙往往更容易发生在轻金属内螺纹连接上,下图是不同等级螺栓(8.8级、10.9级、12.9级),螺纹的最小啮合长度和内螺纹剪切强度的关系。内螺纹材料剪切强度越高,所需的啮合长度越短;螺栓强度等级越低,所需的啮合长度越短。各位朋友们可以根据下图,查阅所需连接副的最小啮合长度。

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今天的话题,就分享到这里,不当之处,欢迎批评指正。

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