浅析连接器螺钉的加工及控制要求

浅析连接器螺钉的加工及控制要求

冯发运

贵州航天电器股份有限公司 贵州贵阳 550009

摘要：本文重点阐述了螺钉类零件在加工过程中断裂的原因分析及解决措施。 

主题词：螺钉断裂 解决措施

1. 引言

连接器螺钉作为连接器的附件之一，是连接产品间的重要一环，连接的紧固与否，直接影响产品的性能。由于连接器本身对外形有要求，因此大部分螺钉具有结构紧凑、尺寸精度高的要求，在加工中，如果不对某些关键尺寸严格控制，将造成在螺钉加工过程中断裂或将潜在的质量隐患带入装配中，导致产品失效。为了避免上述可能发生的质量问题，本文对螺钉的加工中碰到的断裂问题进行理论的分析，并提出可行的解决措施。　　　　　　　　　　　

2. 原因分析及工艺措施

部分螺钉由于螺纹底孔距端面较近，在加工螺纹底孔时，如果底孔深度尺寸超差，加工深了，可能在加工螺纹时或在产品装配过程中导致螺钉断裂。现以内外螺纹规格为M2-6H/6h，材料为不锈钢丝来分析断裂的原因及采取的工艺措施。螺钉见图1。

图1

现通过理论计算螺钉的钻孔时的切削力矩、攻丝或套螺纹的切削力矩以及螺钉在装配过程中的拧断力矩或安装力矩来分析螺钉存在潜在断裂质量隐患的原因。

2.1力矩计算

钻孔切削力的计算公式：

F=309×f^0.8×Kp …………………………. (1)

F-轴向切削力；

D-钻头直径（mm）;

f-每转进给量（mm）

Kp-修正系数，查表

钻削力矩M

M=0.21×D^2×f^0.8×Kp

M-钻削力矩（N·m）

D-钻头直径（mm）

f-每转进给量（mm）

Kp-修正系数，查表

Kp=（抗拉强度/736）^0.8

不锈钢的Kp=（1100/736）^0.8=1.379

M2螺纹底孔的钻削力矩=0.21×1.65×1.65×0.1^0.8×1.379=0.125（N·m）

2.2攻丝所需切削力矩计算

切削攻丝所需切削力矩计算公式：

MD=A×ks×d1/1000[N·m] …………………………. (2)

挤压丝锥攻丝所需切削力矩计算公式：

MD=1.5×A×ks×d1/1000 [N·m]

1. 切屑截面积，A=0.25×P^2[mm2]

P-螺距

d1-丝锥大径[mm]

ks-材料比切力[N/mm2]

比切力是个重要的参数，它反映了材料的切削难易程度，直观上有点类似于抗拉强度。根据材料的不同,ks大体上可按如下选择：

抗拉强度<1100 n>²的不锈钢，ks=3600N/ mm²

切削丝锥加工：

M2切削丝锥攻丝的切削力矩

MD==0.25×0.4×0.4×3600×2/1000=0.288(N·m)

M2挤压丝锥攻丝的切削力矩

MD==1.5×0.25×0.4×0.4×3600×2/1000=0.432(N·m)

2.3拧断力矩计算

安装螺钉均采用不锈钢丝自制，其拧断力矩为可根据GB 3098.13-1996《紧固件机械性能螺栓与螺钉的扭矩试验和破坏扭矩公称直径1～10mm》中的公式(1)进行计算：

……………………………………….…………………. (3)

式中，

-抗拉强度

-外螺纹小径最小值

=螺纹大径-0.48×P=1.91-2×0.48×0.4=1.526

=π/16×(1.526mm)³=0.697 mm³

M2的底孔段拧断力矩计算公式：

=π（D^4-d^4）/(32×D)

M2的底孔段拧断力矩(极限最小状态)计算：

=π（1.91^4-1.68^4）/(32×1.91)=0.275 mm³

=0.6×1100N/mm²×0.275mm³=181.5N·mm=0.182N·m

M2的底孔段拧断力矩(极限最大状态)计算：

=π（2^4-1.57^4）/(32×2)=0.487 mm³

=0.6×1100N/mm²×0.487mm³=321.42N·mm=0.321N·m

M2的底孔段拧断力矩范围：0.182N·m～0.321N·m

根据以上计算可得：

M2钻削力矩：0.125 N·m

M2攻丝力矩：0.288 N·m

M2底孔拧断力矩：0.182N·m～0.321N·m

M2的安装力矩：（0.35～0.4）N·m(设计提供,用于插头/插座与产品连接紧固)

M2的锁紧力矩：（0.25～0.3）N·m(设计提供，用于插头与插座连接紧固)

由上可知：

钻削力矩小于拧断力矩，零件在加工时无断裂的可能

攻丝力矩介于拧断力矩之间，零件在攻丝时有可能导致零件断裂

安装力矩大于拧断力矩，螺钉在安装时会断裂

锁紧力矩介于拧断力矩之间，螺钉在锁紧时可能会断裂。

2.4 工艺措施

由于不知道螺钉在用户处的安装情况，因此为了避免螺钉断裂的质量隐患，在工艺编制时应将螺纹底孔的深度作为关键尺寸控制，保证螺纹底孔的深度尺寸不能深，以及明确加工方式。工艺优化如下。

1. 将螺纹底孔深度尺寸加*，作为关键尺寸控制。

2. 增加螺纹底孔的检测要求。即“以螺纹底孔的光面塞规的通规和游标卡尺进行检测，保证尺寸合格”；

3. 螺钉内螺纹加工不允许采用挤牙方式。

通过以上工艺优化后，基本消除了螺钉断裂的质量隐患。

3. 结论

通过对连接器螺钉类零件的在加工过程中螺钉断裂的原因等进行全面的分析，并对可能发生的质量隐患采取了相应的预防措施，希望设计、工艺、质量相关人员引起重视，从设计、工艺两深入的要求来优化连接器螺钉类零件的加工及控制要求。

参考文献：

［1］ 金属切削加工知识及应用 刘华明 2003 科学普及出版社

［2］ 机械制造工艺学 王先逵 2001 清华大学出版社