紧固件设计与制造备忘录

紧固件设计与制造备忘录

紧固件作为基础件随汽车及机床等行业的发展也已得到迅速发展，无论从结构形式上、强度上、功能上都有了不同程度的发展，其中发展最快的还要数高强度车用专用件，在多年的制造实践中经常会看到部分客户的来图中，有一些结构、或有一些尺寸的标注方式，选材、强度的选取等都明显对应用不利或与标准不符，出现这些问题的根源大多数是：一、对标准不了解，二、对安装条件与原理不了解，三、对生产工艺过程不了解。其实他们并不知道，因为这些结构会给他们带来高额的代价，而且并不一定能有一个好的使用效果。借此宝地将这些奉献给大家，以期引起大家的注意，也希望有关人员在工作中尽可能使用标准或参照标准，这样既可以规范又可以减少差错，也可以提高工作效率。

一、选材

紧固件的材料有它的行业特点和标准规定，而许多从事紧固件设计不久、或对紧固件标准了解较少的人来说，往往会用以往的经验或是套用其它零件的设计经验来设计，如下图1-1（为了具备代表性，我将多种问题集中在一个例子中），它的技术要求是：性能10.9，材料为45钢。由下面图面上可以看出相应的不当之处，

1、头部倒角不是45°而是15°至30°；

2、根部不是退刀槽而是一个圆角（当然对于象GB27之类是例外的）；

3、六角头的对边宽度如果是18按未注公差的话将是对称公差，那样将出现人们所不愿看

到的搬手有可能无法使用；

4、六角头对角尺寸不是20.7，这个参数在GB3103.1（ISO4759）即“紧固件公差螺栓、

螺钉和螺母”，中有一个明确的规定，对于由切边（去除金属加工）生产的六角头的对角尺寸为对边尺寸的1.13倍,对于非切边生产的六角对角尺寸为对边尺寸的1.12倍（对于丰田、三菱等标准规定是1.11）倍，对于非专业人员来说对于这样的专业性较强的标准就知之甚少了；

5、对于选取10.9级这个性能等级错是没错的，有许多客户是整套使用设计院、研究所的

产品图，并不是说设计院、研究所的图纸就天衣无缝或就十全十美，对于有孛标准的图纸也常有见到。有个别客户要问这10.9怎么来的，要是同类产品类比来的，或者是想象这强度高些就要好一些。但是对于有许多使用场合并不需要这么高的强度要求，由图1-2可以看出随着强度的提高材料的屈服极限与强度极限越接近，屈服变形越来越不明显，根据大量资料显示屈服变形对于可以吸收一定冲击能量从而对避免螺栓的断裂有着重要作用。

客户产品图

A级标准产品

图 1-2

6、对于选材上来说若是选45钢那就会出现许多弊病，一是普通中碳结构钢在热处理中易产生变形及裂纹等缺陷，尤其是在头杆接合处更易产生开裂等问题，如果选用合金钢和ML （铆螺钢）钢就好多了，因为ML 钢中的非金属夹杂物较低，硫、磷、硅、锰等含量受到一定的限制，对于金属变形较为有利，并且不易生产金属开裂等缺陷。对于材料的含碳量及合金含量在我国的GB3098系列标准中根据具体的强度等级不同有相应的要求。

二、螺尾的过渡

一）存在问题：平时总会遇到这样一种现象情况，在客户的来图中存在螺尾部分无过渡的现象，有时也会因此而发生争议,如下图2-1，图2-2，2-3是这种产品的画法和标准画法。发生争议的原因是这样的，客户设计图纸的本意是想旋入机体的一端最大为12，而供应商按标准把它理解为有效螺纹长度，当产品按图生产完交付客户，客户反馈螺纹尺寸不对，按国标图纸中的螺纹长度尺寸为有效螺丝长度，其公差是可加长2P （即二倍的螺距）；因为有一端螺纹用户要旋入机体而且要旋紧，当旋入端装配后其上的其它装配件也装上，再拧上防松螺母、垫圈时，刚好将防松螺母的作用部分露在了外面而不起防松作用，客户反回头来说供应商没按图生产，他们强调我们的螺纹就12长不许有过渡，其实出现这种问题的原因都是对国标不了解造成的，对于普通车削加工螺纹的收尾处一般有越程槽或退刀槽，而对于滚压螺纹的收尾在GB3《螺纹收尾、螺尾退刀槽、倒角尺寸》，GB5276《紧固件 螺栓、螺钉、螺柱及螺母尺寸代号和标注》中规定的非常清楚；图2-4是一部分GB3里的规定。

当然也有一些较为有效的方法，那就是直接参照国标，象双头螺柱可以参照GB898，GB899，对于象图2-3那样的全螺纹可以参照GB5783，半螺纹的可以参照GB5782等等。

G M 8

M 8-6h

G M 8

M 8-6h

原图画法标准画法

图2-2

图2-3

图2-4

二）产生实际：对于大批大量的紧固件生产到底是怎么一个工艺呢，对出这种图纸的设计者来说他并不十分清楚，紧固件的螺纹坯径是冷缩径加工出来的，这是少无切削加工生产工艺中的一种，图2-5是这种工艺过程中的一个局部，从图中可以看到在缩杆模的口部有一个喇叭形口（这个喇叭口是工艺所必需的），就是这个口使进入其中的金属截面发生压缩，加工到一定长度后材料反向退出，那么在小直径和大直径之间留下一个过渡带，这也是国标规定的道理之所在。如果不想要这个过渡带那只能是用机加工的办法把它车掉，但是即便是没有过渡带滚丝也无法滚到台下“0”距离的地方，图2-6是滚丝和搓丝工作示意图。在滚丝轮和搓丝扳的边缘都会有一个倒角，这个倒角是一个30 *2.5P （两个半螺距）的斜角，它能有效地保护螺纹加工工具，如果没有这个角滚丝轮或搓丝板的边缘就会在使用初期较短时间里破掉，而且逐步地往里面发展，这是加工者所不愿看到的现象。

图2-5

搓丝原理

图2-6

三、“45钢”的情结

（一）社会影响与潜移默化

在成人中有相当多的人如果他们要涉及到加工机械类零件或经营或使用到钢材时，如果你问及这是什么钢材牌号时，可以说大多数人会一样告诉你“45钢”。在他们的大脑思维中只有“45钢”这个概念，也许他们认为：第一、说这几字个不会有太大的错误，第二、别人不会认为我不懂行的，第三、“45钢”是比较好的材料吧。 （二）、网上的对话

有一个人问到：“我用45钢红打的螺栓性能能达到几级，热处理后能够8.8级吗？”

我的回答是：你用45钢做多大规格的螺栓，你怎么加热时仅加热头部呢还是杆部也加热，而一般只加热头部的加工对于杆部的性能并没有多大的影响，如果是整体加热成形后用余热淬火那是另一回事了，这个跟终锻的温度（成形完了后的具体温度）是有一定关系的。至于45钢热处理后能否达到8.8级也跟规格有关系，如果说产品是M42的话6.8都不一定能达到，这是因为这个直径时的芯部硬度达不到标准要求，但对于小规格的产品用45钢进行热处理时可要相当小心了，它的易变形和开裂可往往使人始料末及。 （三）图纸上的45钢垫圈