某鑄件螺孔缺陷的一種分析計(jì)算方法

李 驥，陳振江，趙悅光，彭 倩

（陜西柴油機(jī)重工有限公司 鑄造事業(yè)部，陜西興平 713100）

1 螺孔缺陷介紹

某關(guān)重鑄件加工完成后端面M24-54/69 螺孔，發(fā)現(xiàn)其中2 個(gè)螺孔內(nèi)存在縮松缺陷，1 號(hào)缺陷位于螺紋第6～15 牙，1/6 圓周上出現(xiàn)縮松；2 號(hào)缺陷位于螺紋第12～13 牙，1/4 圓周上出現(xiàn)縮松，如圖1 所示。

圖1 螺孔缺陷照片

2 螺紋受力分析計(jì)算

由于螺栓和螺母的剛度性質(zhì)不同，即使制造和裝配都很精確，各圈螺紋牙上的受力也是不同的。當(dāng)聯(lián)接受載時(shí)，螺栓受拉伸，外螺紋的螺距增大；而螺母受壓縮，內(nèi)螺紋的螺距減小，由下圖可知，螺紋螺距的變化差以旋合的第一圈處為最大，以后各圈遞減。約有1/3 的載荷集中在第一圈上，第八圈以后幾乎不受載荷。旋合圈數(shù)越多，載荷分布不均程度越顯著，前六圈承受95%以上的力[1]，如圖2 所示。

圖2 螺紋受力圖

螺紋連接的擰緊力矩T 按照擰緊力矩公式[2]可計(jì)算得出螺紋需要承受的預(yù)緊力：

式中，T 為擰緊力矩（N·m）；d 為螺紋公稱(chēng)直徑（mm）；F0為預(yù)緊力（N）；K 為擰緊力矩系數(shù)，取0.18～0.21。

由公式T=KF0d 可得F0=T/Kd，自由端面M24 螺紋緊固力矩為750N·m，如圖3。

圖3 螺紋緊固力矩

通過(guò)式2、3 可計(jì)算出鑄件實(shí)際可以承受的預(yù)緊力：

式中，σS為螺紋的屈服強(qiáng)度（MPa）;AS為螺紋公稱(chēng)應(yīng)力截面積（mm2）；d1為外螺紋小徑（mm），M24 螺紋小徑20.752mm；d2為外螺紋中徑（mm），M24 螺紋中徑22.051mm；d3為螺紋的計(jì)算直徑，d3=d1-H/6mm。

式中，H 為螺紋原始三角高度（mm）;P 為螺紋螺距（mm）。

根據(jù)上述公式可計(jì)算出：

鑄件實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度為293MPa。

鑄件M24 螺紋可承受的預(yù)緊力F0大于實(shí)際的預(yù)緊力：216775N＞156250N。

M24 螺紋前六扣可承受的預(yù)緊力為:216775N×95%=205936N，因某關(guān)重鑄件M24 螺紋前六扣可承受的預(yù)緊力遠(yuǎn)大于實(shí)際整個(gè)螺紋的預(yù)緊力（205936N＞156250N），所以螺紋前六扣可承受的預(yù)緊力滿(mǎn)足使用要求。

3 螺紋缺陷對(duì)螺孔的影響計(jì)算

1 號(hào)螺紋缺陷位于12～13 牙，1/6 圓周上，根據(jù)上述理論可計(jì)算缺陷對(duì)螺紋受力影響為：（螺紋實(shí)際預(yù)緊力×5%÷前6 圈外的螺紋圈數(shù)×缺陷所占圈數(shù)×缺陷占螺紋比例）156250×5%÷12×2×1/6=217.01（N），缺陷螺紋受力對(duì)整體螺孔的影響約為217.01÷156250×100%=0.139%，可以忽略不計(jì)。

2 號(hào)螺紋缺陷位于6～15 牙，1/4 圓周上，根據(jù)上述理論可計(jì)算缺陷對(duì)螺紋受力影響為：（螺紋實(shí)際預(yù)緊力×5%÷前6 圈外的螺紋圈數(shù)×缺陷所占圈數(shù)×缺陷占螺紋比例）156250×5%÷12×9×1/4=1464.8N，缺陷螺紋受力對(duì)整體螺孔的影響約為1464.8÷156250×100%=0.938%。

4 缺陷處理方案

通過(guò)上述分析計(jì)算，得出螺紋缺陷對(duì)螺孔的影響不足1%，該關(guān)重鑄件端面兩螺孔缺陷不做任何處理，不影響正常使用。

該鑄件螺孔缺陷分析計(jì)算方法可引用在其他鑄件的螺孔缺陷處理上，該方法可為后續(xù)鑄件螺孔內(nèi)出現(xiàn)缺陷提供計(jì)算分析方法和處理經(jīng)驗(yàn)參考。