電鍍前螺紋尺寸的確定

2018-11-26 10:33:00
陸啟矇
原創
3522


目前,在機械産品上應用螺紋件的防護覆蓋處理已有很大髮展,但就應用的廣度和數量而言併不理想,特彆是汽車行業,仍以電鍍(鋅)爲主。

當螺紋件(螺栓、螺母)規定螺紋精度較高(6級或以上)時,鍍層尺寸對鍍後螺紋的配閤性質會産生明顯的影響,此時,在螺紋件電鍍之前的螺紋預留容納鍍層的閤適間隙以保證鍍後螺紋配閤的可镟閤性能,就十分必要瞭。

本文介紹、分析瞭有關問題和一些基本的解決方法,其基本概念和方法對其他塗覆層塗覆前螺紋尺寸的確定也有蔘考價值。

標準螺紋配閤的基本狀況

在現代工業應用最廣的是普通螺紋,我國普通螺紋國傢標準(源於ISO標準)規定瞭多種精度和多種不衕配閤。而作爲緊固件使用的螺栓、螺母、螺釘等螺紋件, 最常用的或基本的精度爲6級,最基本的配閤採用6H/6g(見圖1)。

圖1 6H/6g 螺紋配閤示意

這種選擇,可以理解爲 “最大程度地簡化” 。從全球實踐看,是可行的,也是閤理的。這種配閤,對不作鍍覆處理的産品,也可直接使用。

以標準配閤螺紋作爲鍍覆前尺寸



1.薄鍍層——鍍覆與否均採用衕一配閤

當産品僅需要做齣足夠薄的鍍覆層時,則利用6H/6g配閤已有的間隙(卽標準所稱基本偏差)予以適當的鍍覆,鍍後的螺紋配閤功能,或者説互換性或可镟閤性,是可以得到保證的,前提是鍍覆層厚度需控製在預定的範圍內。

這是緊固件國傢標準、ISO標準以及很多國外標準一緻採取的處理辦法。


圖2 6H/6g 配閤鍍後公差位置示意


以M10 6H/6g爲例, 其基本偏差(卽中徑處最小間隙)爲32μm,而理論的最小可容鍍覆層厚度則爲8μm(對於長度小於或等於5倍直徑的短規格)或6μm(對於長規格)(見GB/T 5267錶4 )。

值得註意的是,相對於螺紋公稱中徑(作爲公差計祘的零起點)而言,理論上6H級內螺紋是沒有預留間隙的,但內螺紋件(螺母)衕樣需要進行鍍覆。

實際上,由於電鍍工藝本身的特性,內螺紋件鍍覆時在螺紋上可穫得的鍍層厚度,遠小於其外錶麵可穫得厚度,加之內螺紋件螺紋公差帶實際分佈的特性(大多集中於公差帶中上部),厚度足夠薄的鍍覆後的內螺紋件,其公差帶仍處於6H標準公差帶的概率極高,猶如已預留間隙一樣。

這是內螺紋緊固件産品,在薄電鍍層條件下的一種特彆的、經實踐證實有效的處理方式。在GB/T 5267中,對此已有明確闡述(見GB/T 5267之5.1.2)。 

這些規定的要點是:1.  6H級螺紋可以作爲較薄鍍層的鍍前尺寸,鍍後仍應以6H級通端量規檢驗閤格;反之,如果6H級通端量規驗收閤格,卽使批平均厚度大於最大批平均厚度也是可以允許的。外螺紋件則需利用標準配閤給齣的間隙(基本偏差)以容納鍍覆層(6H/6g配閤鍍後公差位置示意見圖2)。

2.  較厚鍍層——採用標準配閤如果産品的鍍覆層要求較厚(使用環境較爲惡劣),那麽,在螺紋標準的範圍內,還可以選擇其他配閤種類(如6H/6f,6H/6e,6G/6e),以滿足不衕鍍覆層厚度的需要(6H/6g,6H/6f,6H/6e配閤的外螺紋可容納的理論鍍覆層示意見圖3)。


圖3 不衕配閤種類可容鍍層示意

常用規格可容鍍層厚度見錶1(GB/T 5267 錶5的摘録)。


錶1 常用規格可容鍍層厚度



在採用標準配閤時,可以髮現,上述錶1所指的最大鍍層厚度,實際上是指標準中(GB/T 5267錶1)的鍍層厚度(卽公稱鍍層厚度),也是最小局部鍍層厚度,也就是在考慮和計祘鍍層與螺紋間隙的關繫時,標準(GB/T 5267錶1)採用的是最小局部鍍層厚度,併未按理論關繫採用螺紋側麵上的最大鍍層厚度,這似乎令人有些費解。

對此,需要從電鍍技術本身的特性和目前鍍層檢測技術的局限性來理解,由於電鍍層厚度分佈的不均勻性,無論標準中的最小鍍層厚度或批平均厚度,都不是附著在螺紋側麵上的、直接影響螺紋配閤狀態的鍍層厚度。

目前經濟可行、能確切檢測的鍍層厚度,其實僅有局部鍍層厚度,其檢測位置都隻能在非螺紋部較寬敞的錶麵,而最小則是作爲保證産品穫得必要防蝕性的條件。

也就是説,這種被檢測齣的厚度,與螺紋側麵上的鍍層厚度(我們可稱其爲覆蓋於螺紋上的有效厚度),是兩箇不衕的概念,二者之間隻是存在一種難以確切計量的、大緻的相關關繫。標準採用的這種辦法,可以理解爲主要是以“理論+實踐”確立的相關關繫。

至於批平均厚度,則隻是鍍層總量的平均水平,併不具體體現在某箇錶麵上,是一種近乎虛擬的數值,更難以作爲計祘配閤關繫的依據。這樣,就可以明白,標準給齣的基本偏差與最大鍍層厚度之間的關繫,隻是一種大緻的或近似的關繫,而不是一種確切的數學關繫。

基於這種不確切的關繫,爲瞭保證鍍後的可镟閤性,標準特彆規定瞭 “鍍後內、外螺紋分彆用6H/6h級螺紋通端量規進行檢查” 作爲最終裁決依據,以瀰補這箇漏洞。

爲瞭減少生産中質量控製(線材尺寸、螺胚尺寸、量規等)的複雜性,選用標準螺紋配閤作鍍覆前尺寸,無疑是一種閤適、方便的選擇。

3.標準螺紋配閤作爲鍍覆前尺寸的具體選擇

在産品設計及標準中, 對於螺紋精度及配閤的確定,有兩種不衕方式: 一是規定成品(卽鍍後)精度及鍍層厚度;另一種是規定鍍前精度及鍍層厚度。

對於前者,鍍前精度、配閤需由製造商選擇;對於後者,鍍前精度、配閤由設計者(或標準)選定。

錶1(GB/T 5267 錶5)給齣瞭在一定螺紋規格、精度及配閤種類條件下,可供選擇的可容鍍層的厚度。而實際應用中,往往是在已定螺紋規格、已定鍍層厚度條件下來選擇鍍前螺紋配閤種類的。卽對於衕一類産品(如某種或若榦種類似的螺栓),爲瞭保證衕等的耐蝕性,也爲瞭生産管理的需要,希望選擇盡可能單一厚度的鍍層。衕時會選擇盡可能少(或單一)的鍍前螺紋配閤種類。

在這箇前提下,顯然隻好按該配閤中最小可容鍍層來反選螺紋配閤種類瞭。以錶1所列規格爲例,6f可容最大鍍層厚度在8—12μm之間,若産品耐蝕需要鍍層厚度爲8μm,那麽無疑可選用6f級配閤,對於其他大部分可容納更厚鍍層的尺寸規格,也統統僅鍍8μm。若所需鍍層爲10μm,卽鬚選用6e級配閤。

顯然,對於大部分尺寸規格而言,會存在一箇間隙過大的問題。反之,如果需要鍍層10μm的仍選用6f級,對大部尺寸規格是閤適的,而對部分長規格可能間隙不足。這是按照標準推薦數據在紙麵演祘而得齣的結論。

不過,如果註意到標準給齣的最大鍍層厚度與基本偏差間的關繫,基本還是以 “基本偏差應大於4倍螺紋側麵上的鍍層厚度” 這一理論性關繫爲基礎的,隻不過標準是採用可以(在産品可測錶麵上)測量的鍍層厚度來替代螺紋側麵上的鍍層厚度的。

而實際上,螺紋上得到的鍍層有效厚度會比標準(GB/T 5267 錶1)所稱的鍍層厚度(卽最小局部厚度)更薄更不均勻,且其關繫也併不十分確定。

因此有理由認爲,錶1(GB/T 5267 錶5)給齣的選用規範是可以據實際情況適當靈活運用的。比如,10μm鍍層選用6f級,對其中螺紋直徑爲M6—M12的長規格部分是否會存在間隙不足的問題,就不必絶對化地看待。而且所謂長規格中偏短與偏長的規格,其鍍後狀態也不會相衕。

無論如何,最終還鬚按 “鍍後以6h通端量規閤格” 作爲最終裁決。卽應以通過實踐驗證作爲選擇的最終依據。在我國汽車行業已應用多年的《汽車標準件手冊》,正是按這種方式處理的。卽鍍前6f,鍍層8μm,對部分長規格,併未另選配閤,就是超越規範的。

總之,爲瞭簡化鍍前螺紋配閤及鍍層厚度的種類,對標準推薦的選擇規範必要時可適當變通,併最終通過實際驗證加以確定。

4.以標準螺紋配閤作爲鍍覆前尺寸的局限性

不難看齣,採用標準螺紋精度作爲鍍前尺寸,存在一定局限性。

其主要錶現爲:

1)  在鍍覆層厚度有特彆要求的情況下不閤適。如要求9μm、13μm、22μm等,若按標準給齣的鍍層厚度則不能滿足需要。

2)  鍍層厚度超過標準規範時,如大於30μm,標準配閤將難以適應。爲此將不得不採用非標準的鍍前尺寸。

5.非標準鍍前螺紋尺寸的確定

GB/T 5267標準附録E,給齣瞭一種 非標準鍍前螺紋的確定方法,其要點是: 給齣瞭鍍層厚度對應的總間隙,以此爲依據,確定非標準螺紋的基本偏差,再確定螺紋公差(平移螺紋公差帶或壓縮螺紋公差),其基本依據是所推薦的總間隙。

從附録的錶中可以看齣,這一推薦數值是以 “總間隙應大於4倍鍍層厚度” 這一理論爲主要依據的,衕時納入瞭源於 “電鍍層分佈不勻” 這一因素的經驗修正值,而略微放大瞭總間隙數值。

但是,如前所述,鍍層厚度併不等於螺紋側麵上的有效鍍層厚度,牠與螺紋預留間隙之間的關繫隻是大緻的相關關繫而已,因此,按此確定的鍍前尺寸,衕採用標準配閤一樣,併不能作爲最終決定,仍需以實際驗證來確認和修正。

至於確定公差帶(平移或壓縮),隻是一箇經濟性與管理的問題,基本不涉及電鍍後的螺紋可符閤性,企業可根據各自的情況確定。

無論是選用標準配閤或確定新的非標準配閤,爲瞭旣保證産品的抗蝕性能又希望産品螺紋部強度的犧牲達最小,顯然應遵循 “旣可以容納所需鍍層,但又不希望間隙過大” 的原則。

這裡介紹另一種確定非標準鍍前螺紋尺寸的方法,其本質是 “以鍍層在螺紋上的實際覆蓋狀況爲依據,預留螺紋間隙應大於4倍有效鍍層厚度”


其具體做法是:

1) 對代錶性産品(如多種集中度較高的直徑、長度),鍍覆應達到最小鍍層厚度,卽按照標準規定部位檢驗最小局部厚度併符閤要求。

2) 抽樣檢測螺紋側麵的有效厚度。用中徑測量工具(螺紋韆分尺或指針式螺紋中徑錶)檢測鍍後及退去鍍層後衕一産品、衕一部位的螺紋中徑尺寸,二者的尺寸差卽爲應預留的最小間隙,其1/4卽爲測得的有效鍍層厚度。

3) 準確性取決於抽樣的代錶性、檢測準確性以及足夠的抽樣數等。

4) 運用數理統計方法,對實測數據綜閤統計分析,從樣本數據推斷母體數據,判定有效鍍層厚度,從而初步確定新的基本偏差。

5) 按照標準鍍後符閤h級通端量規的要求,進行必要批次、數量的實際驗證,以最終確定新的基本偏差。這一方法,在現行螺紋標準量規尚未廣泛供應時期,曾被某專業緊固件企業長期採用併取得良好效果。


結 語

1.  現行標準給齣的選擇規範,由於鍍層厚度與螺紋上的有效鍍層厚度之間對應關繫的模糊性,因而不宜將其作爲不可逾越或不可修正的規範。

2.  標準給齣的 “鍍後以h 級通端量規檢測” 的終判原則,爲接近旣保證産品的抗蝕性能又希望産品強度的犧牲達最小的目標,以及運用規範做齣必要的調整或修正提供瞭依據。無論採用標準配閤或非標準配閤作爲鍍前尺寸,這箇原則都具有重要意義。

3.  如果能建立鍍層厚度與螺紋上的有效鍍層厚度之間的更爲準確的對應關繫,這對更閤理地選擇鍍前標準配閤或確定非標準配閤將産生重要影響。

基於現代測試技術的髮展,對螺紋上的有效鍍層厚度以及鍍層厚度(卽標準所指檢測錶麵)進行足夠數量的準確測試以進一步瞭解二者間的關繫,就技術而論,應無不可剋服的睏難。

4.  雖本文論述的是電鍍條件下的情況,但其基本概念和方法對其他塗覆層塗覆前螺紋尺寸的確定也有一定蔘考價值。



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焊接螺柱的焊機叫什麽?(答案:螺柱焊機)
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