1、緊固件螺紋
緊固件螺紋按計量單位和發明國,可分為三種:米制螺紋、美制螺紋、英制螺紋。三種螺紋的主要差異見表1。
表1 米制、美制和英制螺紋的主要差異
2、螺紋基本齒型
螺紋的基本齒型見圖1、2、3所示:
圖1 米制螺紋齒型60°角
圖2 美制UN螺紋齒型60°角
圖3 英制BS螺紋齒型55°角
3、螺紋的配合和差異
三種螺紋的配合和差異見表2所示:
表2 螺紋配合差異
*中等配合是商品緊固件使用的螺紋配合。
4、螺紋檢驗的爭議
由於螺紋檢測領域存在許多檢驗誤區和方法的不統一性,在螺紋驗收合格性的判定時存在較多的質量爭議,在生產過程中也經常發生對同一緊固件螺紋檢驗使用新舊螺紋量規的「打架」 現象。一直以來,螺紋各要素的檢驗和測量,包括作用在螺紋量規上用多大的力,以及判定螺紋的合格性等,爭議是比較大的,各國標準規定得也不太明確。
為從根本上扭轉這種局面,美國在螺紋檢測方面進行了大量技術研究,在完善了緊固件螺紋檢測體系標準和螺紋量規測量的不確定度的基礎上,發布了ASME B1.2-1983 ( R2007 )305/ 1102《統一英寸制螺紋的量規和測量》、ASME B1.3-2007 (2012R)《用於英寸制和公制螺紋(UN、UNR、UNJ、M和MJ)合格性的螺紋測量方法》和IF1-166-2007《損傷螺紋的驗收規程》3個標準,明確了相關的技術要求和規則,這是國際上較先進和完善的一套螺紋量規和螺紋檢驗方法標準。
圖4 螺紋檢驗
5、螺紋檢驗的目的
工程和工業應用上,緊固件螺紋配合均存在兩個主要問題:①內、外螺紋能否順利裝配?即互換性或適配性問題。②裝配後的螺紋能否承受一定負荷?即機械強度問題。如果緊固件的內、外螺紋不能配合,就不能組裝零件;如果裝配後的螺紋不能承受-定負荷,或組裝後早期就毀壞,就失去螺紋緊固的作用。所以螺紋的精度也確定了螺紋能否承載規定的強度。
6、緊固件表面塗鍍層與螺紋檢驗
在螺紋緊固件中,鍍層得到了廣泛的應用。鍍層主要分為薄鍍層和厚鍍層兩種。薄鍍層一般是指電鍍和非電解
鋅片塗層(達克羅)等;厚鍍層主要是指熱鍍鋅和機械鍍鋅等。二者對緊固件螺紋尺寸的影響是不同的,檢驗方法也有所不同。
由於電鍍鋅在緊固件螺紋表面有一層薄薄的鍍層,同時受電鍍過程中「屏蔽效應」的影響,內螺紋孔內的鍍層比較薄,而且螺紋中間比兩端鍍層薄;外螺紋螺栓頭部和螺栓末端的鍍層比中間厚。由此鍍層的不規則性影響螺紋的幹涉與配合,同時由於鍍層厚度在螺紋.上對中徑當量的影響是成4A倍的關係,所以不同鍍層厚度對中徑的影響要進行適當的調整。由於g或A級螺紋已預留一定的間隙,一般鍍層厚度(5~8μm)的螺紋,不用預先調整螺紋尺寸,對更厚的鍍層則要進行適當的調整。
圖5 電鍍鋅螺紋驗收和量規
7、緊固件產品尺寸和幾何精度檢驗
對緊固件產品的通用要求主要有:
(1)緊固件有完整的表面,稜角邊不得有毛刺。通常,並不要求去除工藝小毛刺,螺栓支承面的小毛刺不高幹墊圈面,超出支承面是不允許的。
(2)緊固件的表面不允許生鏽,不能有明顯的傷痕、開裂、發紋和掉邊等缺陷。
(3)緊固件不經任何表面處理的要有一層薄油,外觀表面不允許有黃鏽斑跡。
(4)力學性能標準米制按IS0898-1、美制按ASTM和SAE的相應標準執行。
(5)緊固件幾何尺寸符合標準要求。螺紋精度米制6g級、美制2A級。
(6) 10.9級以下外螺紋緊固件表面缺陷按GB/T 5267.1- 2002《表面缺陷標準》執行。12.9級外螺紋緊固件表面缺陷按GB/T 5267.3-2008《表面缺陷標準》執行。
(7)表面缺陷一般用肉眼就能從外觀上識別出來,有些缺陷並不會對性能產生影響,但會給使用者帶來一定的心理影響,降低對產品的信任度。
實際上,在貿易中對表面缺陷的判定並不是按標準作為檢驗依據,而是按貿易習慣、客戶的要求和經驗來判定
的,還要確認表面缺陷對工程使用中可能會帶來的影響程度。由於不同的客戶、不同的訂單要求的標準是不一
致的,所以在出口貿易中,表面缺陷的判定要根據不同的貿易對象、不同的標準要求,按實際情況酌情掌握。
根據材料開裂的程度,分清開裂對產品影響的程度。按ISO 3269-2000標準來區分是否會造成使用功能性影響,如不影響或不會造成功能性損害則不應提出拒收。美國ASME
B18.18-2011《緊固件檢驗和質量保證》標準中規定在提交的貨品中不合格缺陷在不影響產品功能,允許買方協商處理,如進行全檢或加倍樣品檢驗數量。
圖6 BRANKAMP、SK系統儀器操
(8)模具保護
如果設備和其他的加工步驟中造成模具損傷,則會大大影響到最終效益。BRANKAMP、SK系統能夠提供最有效的保護,避免昂貴的模具受到損壞,從而降低成本和延長模具壽命。
(9)過程監測
BRANKAMP、SK監測系統除持續地控制生產外,還對整個加工過程提供監視。BRANKAMP、SK系統配有大顯示屏幕,能夠時刻觀察加工過程。其特有的精確數據處理能發現微小的誤差,能夠使機械設備更好地工作,提高模具的使用率和壽命。
(10)品質提升
高品質讓產品具有競爭力,高品質也是搶佔未來市場的決定性因素。為保證恆久的產品品質,需要升級設備。BRANKAMP、SK系統是保證恆久品質控制的理想設備,該系統可以避免產生次品並自動地篩選不合格品。
(11)優化使用
BRANKAMP、SK系統提供安全.上的需求,能使工廠在休息時間繼續運轉,甚至於在無人值班的生產線上,把設備利用率提升到100%,也能應用彈性工時做人力安排。
8、緊固件的力學性能試驗
(1)緊固件的力學性能體系和標準緊固件力學性能標準是產品的基礎技術標準,世界各國對緊固件力學性能規定了十分詳細的技術條款和可操作的試驗方法,已形成十分完善的、系列化的標準體系。
國際上,碳鋼和合金鋼緊固件的力學性能標準,有米制和英制兩套標準體系。
米制碳鋼和合金鋼緊固件的力學性能標準體系是以ISO國際標準和EN歐共體標準為主,已等效或等同採用了ISO 898-1/-2《緊 固件力學性能》(GB/T 3098.1、GB/T 3098.2)國際系列標準。鋼結構緊固件的力學性能標準以歐盟EN14399-1/-2標準為主。
美制緊固件力學性能標準是英制力學性能標準的總代表,以ASTM美國材料試驗協會和SAE機動車工程師協會的標準頒布,與ISO、DIN標準完全不一樣、不能等同互換,而且各協會間標準的內容相對獨立、自成體系,又相互包容,內容十分豐富和完善。
ASTM、SAE、ASME可視作為美國準國家標準。
(2)緊固件力學性能試驗
包括力學性能試驗和功能性試驗兩個項目。
螺栓的力學性能試驗方法標準:緊固件的力學性能試驗在各國標準中都規定得十分詳細,試驗方法和程序操作性強、規範清晰。米制標準採用ISO898-1:2013,美制標準採用ASTM F606 : 2014。
螺母的力學性能試驗方法標準:米制標準採用ISO 898-2 : 2012,美制標準採用ASTM F606 : 2014。
9、試驗儀器及設備
(1)力學性能檢測設備
緊固件的力學性能檢測設備見圖7所示:
圖7 緊固件的力學性能檢測設備
性能範圍: 0.5級精度,0.98N ~ 600kN
(2)硬度檢測設備
常用硬度機見圖8所示。
圖8 常用硬度機
洛氏硬度計:表面洛氏HRT, HRN洛氏硬度HRA,HRB, HRC
布氏硬度計:載荷187.5~ 3000kg,壓頭直徑2.5mm, 5mm, 10mm
維氏硬度計: HV0.015~ HV50。
(3)擺錘衝擊實驗設備
金屬材料擺錘衝擊試驗設備見圖9所示。
圖9 金屬材料擺錘衝擊試驗設備
*VV型缺口,U型缺口衝擊能量
(4)金相顯微鏡
圖11所示為金相顯微鏡。
*Carl ZEISS: 25X-1000X明場,暗場,微分幹涉,偏振光。
範圍:用於觀察金屬材料金相組織、組織、晶粒度評級、塗鍍層厚度的測量等。
(5)直讀光譜儀
圖12 所示為直讀光譜儀。
圖12 直讀光譜儀
*SPECTRO MAXx:測試基體Fe/Cu/Al/Mg/Co/Zn/Sn/Ni/Ti。
用於固體、未知金屬材料成分鑑定和金屬材料材質分析,測量最小值為0.001%,試樣尺寸要求φ6 mm。
緊固件組合件的功能特性檢驗標準規定了預載荷高強度栓接結構連接副(以下簡稱栓接連接副)預載荷適應性,以確保在金屬結構中栓接連接副的預載荷適應性。預載荷適應性試驗規定了校核栓接連接副特性的方法,以保證按有關規定的擰緊方法達到要求的預載荷及足夠的安全係數,以防止超擰或斷裂。
緊固件組合件的功能性試驗有兩個標準: EN 14399-2 : 2015、ASTMF3125 : 2015。
10.緊固件表面處理檢驗
緊固件表面處理種類主要有:不處理、上油、發黑、熱鍍鋅、電鍍鋅、達克羅、磷化處理和磷化皂化處理等。
緊固件表面處理檢驗主要檢查:外觀、電鍍層光亮度、鍍層厚度、螺絲尺寸、塗層腐蝕強度、防腐鹽霧試驗、防氫脆試驗、摩擦因數和扭矩係數等。