某铸件螺孔缺陷的一种分析计算方法

2021-08-06陈振江赵悦光

中国铸造装备与技术 2021年4期

关键词：螺孔外螺纹圈数

李骥，陈振江，赵悦光，彭倩

（陕西柴油机重工有限公司铸造事业部，陕西兴平 713100）

1 螺孔缺陷介绍

某关重铸件加工完成后端面M24-54/69 螺孔，发现其中2 个螺孔内存在缩松缺陷，1 号缺陷位于螺纹第6～15 牙，1/6 圆周上出现缩松；2 号缺陷位于螺纹第12～13 牙，1/4 圆周上出现缩松，如图1 所示。

图1 螺孔缺陷照片

2 螺纹受力分析计算

由于螺栓和螺母的刚度性质不同，即使制造和装配都很精确，各圈螺纹牙上的受力也是不同的。当联接受载时，螺栓受拉伸，外螺纹的螺距增大；而螺母受压缩，内螺纹的螺距减小，由下图可知，螺纹螺距的变化差以旋合的第一圈处为最大，以后各圈递减。约有1/3 的载荷集中在第一圈上，第八圈以后几乎不受载荷。旋合圈数越多，载荷分布不均程度越显著，前六圈承受95%以上的力[1]，如图2 所示。

图2 螺纹受力图

螺纹连接的拧紧力矩T 按照拧紧力矩公式[2]可计算得出螺纹需要承受的预紧力：

式中，T 为拧紧力矩（N·m）；d 为螺纹公称直径（mm）；F0为预紧力（N）；K 为拧紧力矩系数，取0.18～0.21。

由公式T=KF0d 可得F0=T/Kd，自由端面M24 螺纹紧固力矩为750N·m，如图3。

图3 螺纹紧固力矩

通过式2、3 可计算出铸件实际可以承受的预紧力：

式中，σS为螺纹的屈服强度（MPa）;AS为螺纹公称应力截面积（mm2）；d1为外螺纹小径（mm），M24 螺纹小径20.752mm；d2为外螺纹中径（mm），M24 螺纹中径22.051mm；d3为螺纹的计算直径，d3=d1-H/6mm。

式中，H 为螺纹原始三角高度（mm）;P 为螺纹螺距（mm）。

根据上述公式可计算出：

铸件实测屈服强度为293MPa。

铸件M24 螺纹可承受的预紧力F0大于实际的预紧力：216775N＞156250N。

M24 螺纹前六扣可承受的预紧力为:216775N×95%=205936N，因某关重铸件M24 螺纹前六扣可承受的预紧力远大于实际整个螺纹的预紧力（205936N＞156250N），所以螺纹前六扣可承受的预紧力满足使用要求。

3 螺纹缺陷对螺孔的影响计算

1 号螺纹缺陷位于12～13 牙，1/6 圆周上，根据上述理论可计算缺陷对螺纹受力影响为：（螺纹实际预紧力×5%÷前6 圈外的螺纹圈数×缺陷所占圈数×缺陷占螺纹比例）156250×5%÷12×2×1/6=217.01（N），缺陷螺纹受力对整体螺孔的影响约为217.01÷156250×100%=0.139%，可以忽略不计。

2 号螺纹缺陷位于6～15 牙，1/4 圆周上，根据上述理论可计算缺陷对螺纹受力影响为：（螺纹实际预紧力×5%÷前6 圈外的螺纹圈数×缺陷所占圈数×缺陷占螺纹比例）156250×5%÷12×9×1/4=1464.8N，缺陷螺纹受力对整体螺孔的影响约为1464.8÷156250×100%=0.938%。