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          國內外鋼絲螺套用內螺紋執行標準的探究

          2022-12-01

          ?鋼絲螺套是一種新型的內螺紋緊固件品種,是 用高精度、高強度菱形截面的不銹鋼絲加工成彈簧 狀的內外螺紋同心體。它的用途完全不同于圓柱螺 旋彈簧。使用時,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準內螺紋,可與標準的外螺 紋制件旋合[1]。這是一種較新的螺紋連接技術。使用鋼絲螺套可以保護基體不受損傷,延長拆裝基 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度[2]。但是與公制螺 紋不同,鋼絲螺套用內螺紋的加工及檢測標準缺乏 統一性,在加工及檢測中出現異常的頻率也遠高于 普通公制螺紋。本文從國內外鋼絲螺套用內螺紋和 螺紋塞規的制造標準出發,研究鋼絲螺套用內螺紋 的標準體系異同,探究保證螺套加工及檢測精確的 手段。

          1 問題的提出?

          ????原航空部 20 世紀 80 年代已初步制定 HB 5513 ~ 5516 - 80 標 準,到 1986 年已形成國軍標 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 90 年代形成 GB /T( 國 標) 鋼絲螺套相關標準; 國外也有德國日本等多種 鋼絲螺套的標準,它們都有各自的鋼絲螺套用內螺 紋的加工及檢測規范。但是他們的螺紋規格、標注 方式是否一致,還需要深入的研究。例如在生產過 程中,圖紙要求的 ST 螺紋( 國軍標) ,在選用進口絲 錐時卻無法對照到 ST 的標準,而是會選用 EG 標識 ( DIN) 的絲錐,這樣加工出的螺紋是否符合 GJB 的要求。此外,在鋼絲螺套用內螺紋的檢測上,也有相 同的標準等效性不明確的情況。比如,標注為 EG 的螺紋能否使用 ST 螺紋塞規進行檢測,或者,其他 進口的不同標識的螺紋塞規能否應用在國內相關標 準的鋼絲螺套用內螺紋的檢測上,如圖 1 所示。在 加工絲錐的選用上,同一標稱直徑的進口 EG 規格 的絲錐與國產 ST 規格的絲錐是否可以互換,如圖 2 所示。

          要回答這些問題,必須從國內外多個鋼絲螺套 的相關標準出發,特別關注鋼絲螺套用內螺紋的相 關標準和尺寸要求,通過對比分析找到幾個標準的 之間的異同。

          2 各標準的對照?

          ????鋼絲螺套用內螺紋,主要有以下幾個規范性標 準。( 1) GJB 119. 3A - 2001( 下文簡稱 GJB 標) 《安 裝鋼絲螺套用內螺紋》螺紋的標注方式為“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格為 M8。其他標準與此相同) ; ( 2) GB /T 24425. 5 - 2009 ( 下文簡稱 GB 標) 《鋼絲螺套用內螺紋》,標 注 方 式 為“LM * ”; ( 3) DIN 8140 - 3 - 1993 ( 下文簡稱 DIN 標) 《ISO 米制螺紋用鋼絲螺套 第 3 部分: 螺紋塞規》, 標注方式為“EG M* ”; ( 4) HB 5515 - 1996( 下文 簡稱 HB 標) 《安裝鋼絲螺套用內螺紋》,標注方式 為“SM* ”。通過查詢比對這幾個標準之間的具體 數據,記錄下各標準中的螺紋規格和公差帶的分布 情況,可以清楚地分析出各標準下鋼絲螺套用內螺 紋的區別。

          2. 1 各標準在螺紋規格種類上的區別?

          ????4 種標準在鋼絲螺套用內螺紋的規格提供上是 有所區別的。DIN 標的尺寸范圍跨度更廣,從公稱 直徑 2 ~ 52 mm 都有相應的規格,而無論 GB 標還是 GJB 標和 HB 標只規定了公稱直徑 2 ~ 39 mm 的螺 紋的規格。公稱直徑 39 mm 以上僅有 DIN 標有相 關的規格。此外,DIN 標還有部分如 EG3. 5 × 0. 6、 EG9 × 1 等細牙螺紋規格是其獨有的。DIN 標獨有 規格見表 1。

          此外,12 × 1. 25、12 × 1、14 × 1. 25、18 × 2 這幾 種規格為 EG 標和 LM 螺紋有,而 ST 螺紋和 SM 螺 紋沒有。因此可以看出,在公稱規格的覆蓋度上 DIN( EG 螺紋) 要強于其他標準。?2. 2 各標準在螺紋公差等級上的區別?????值得注意的是,鋼絲螺紋的螺紋公差標注( 例 如“5H”或“6H”) 并非是完全按照 GB /T《普通螺紋 公差》或其等效標準 ISO 965 - 1《一般用圖米制螺 紋 公差》的相關規定來執行的。雖然鋼絲螺套用內 螺紋公差等級與螺紋公差的標準規定一致,但單獨 對比中徑的公差帶寬,其要求明顯要高于螺紋公差 的標準規定。其原因是,鋼絲螺套用內螺紋的公差 等級標注指的是安裝鋼絲螺套后的內螺紋公差。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。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螺紋的公 差范圍。?????此次研究中參考的幾個標準所給出的公差范圍 不同。DIN 標中( EG 螺紋) 僅給出了 6H 精度等級 的公差; 而 GJB 標( ST 螺紋) 僅根據各規格給出了 一個推薦的公差適用等級( 5H 或 6H) ,其中粗牙均 僅給出 5H; GB 標( LM 螺紋) 根據不同的規格都給 出了 5H、6H 兩種不同的公差等級的相關參數; 而 HB 標 ( SM 螺 紋) 則對每個規格的 螺紋給出了 4H5H、5H、6H 3 種不同精度等級的相關參數,其中 4H5H 等級的相關參數要求在各標準中是要求最高 的。?2. 3 各標準在公差帶寬上的區別?????為了對比各個標準下的鋼絲螺套用內螺紋規格 是否等效,以規格覆蓋最全的 EG 螺紋為標準,選取 同一個 6H 公差等級的螺紋對比各個規格的螺紋的 大徑、中徑、小徑的基本尺寸偏差,以及公差帶帶寬 的偏差,得到了對比數據。由于表格數據過多,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 下,幾種不同標準的鋼絲螺套用內螺紋的大徑、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格 的 EG 螺紋 24% ~ 37% 不等。在其他精度等級的公 差數據比對上也發現了相同的規律。即各個標準的 鋼絲螺套用內螺紋大徑、中徑、小徑的基本尺寸數 據都一致,但是同一個公差等級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 求要高于同等級的 ST 螺紋和 SM 螺紋。在設計選 型和工藝準備中需要特別注意。

          3 鋼絲螺套用內螺紋標準加工及檢測標準選用?

          3. 1 設計標準的選用?????原則上鋼絲螺套用內螺紋標準的選用要視加工 保證手段、生產資料準備和產品的功能性工藝性等 方面的實際情況來考慮。僅對比幾個標準之間的區 別給出以下選用參考意見: ( 1) 公稱直徑超 39 mm 或國內標準中沒有的一些細牙尺寸螺紋可查 DIN ( EG 螺紋) ; ( 2) 精度要求極高,達到 4H 僅有 HB ( SM 螺紋) 可以參考; ( 3) 其他情況下優先使用 GJB ( ST 螺紋) 或 GB( LM 螺紋) ,其使用范圍最廣,相關 的加工及檢測工具最易獲得。?3. 2 加工及檢測標準的選用?????原則上加工及檢測標準要與圖紙上的設計標準 統一。但是考慮到一些特殊情況,生產資料準備上 有困難時可以進行不同標準間的等效替代。但是要 注意 EG 螺紋和 LM 螺紋由于公差帶帶寬小于同級 別的 ST 螺紋和 SM 螺紋。因此 EG 螺紋和 LM 螺紋 的絲錐、塞規可以向下兼容 ST 螺紋和 LM 螺紋的加 工及檢測工作,相當于加嚴了標準。但是反之 ST 螺 紋和 SM 螺紋的絲錐和塞規無法等效使用于 EG 螺 紋和 LM 螺紋。

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