工业五金小课堂内螺纹紧固件的选型原则

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之前在讲客户需求识别时,讲到了紧固件的选型条件,分别是标准、等级、尺寸和镀层,因此在针对内螺纹紧固件的选型时,这四点也应该是我们首要考虑的一些方面。

内螺纹紧固件一般也可看做是螺母或螺帽,是最常用的紧固件之一,所以选型正确的重要性不可小觑。

在实际应用中,如果螺母选型错误,紧固连接会有三种失效形式:

当螺纹旋合长度足够,螺栓螺母材料强度足够时,螺栓会发生断裂;

当螺纹旋合长度较短,螺母材料强度较高时,螺纹连接会发生外螺纹滑牙;

当螺纹旋合长度较短,螺母材料强度较低时,螺纹连接会发生内螺纹滑牙。

由此可以看出错误的螺母选型将加快紧固连接的失效速度,减少螺母和螺栓的使用寿命。

由于螺栓和螺母在安装拧紧后的扭-拉复合作用下,其极限夹紧力的公式如下:

因此可以看出对于螺母的选型,主要考虑因素是:性能等级、硬度、高度、螺纹、公差、对边宽度、倒角高度、螺距等。

再结合工程应用特点,可以提出螺母的通用选型原则围绕材质、标准、性能等级和规格以及表面处理这四项进行。

首先要确定螺母的材质,内螺纹紧固件常见的材质通常为碳钢、不锈钢以及一些有色金属,不同材质的螺母所能适应的应用环境不同,例如:碳钢螺母不能长时间处于潮湿、酸性、碱性、高温以及腐蚀环境下,但不锈钢螺母对这些环境却适应良好,所以在选型时可以先根据螺母的使用环境来决定其材质,缩小选型的范围。

碳钢螺母不能再酸碱盐腐蚀等极端环境下长期使用,所以需要对其进行表面处理来提升防腐性能,常用使用温度在-50℃~℃之间,根据含碳量,常用碳钢螺母可以分为低碳钢、中碳钢和合金钢三种,其中中碳钢和合金钢都可通过热处理来改变材料的硬度。

不锈钢螺母可以在蒸气、酸碱盐溶液以及其他极端恶劣的使用环境下正常使用,常用于薄型六角螺母和1型六角螺母的材质。

常见有色金属螺母可分为铜类和铝类这两种,铜类由于导电性良好,通常用于电工和电子行业;铝类由于材质轻,常用于航空航天以及汽车行业。

螺母选型除了需要确定材质,其次就是螺母的标准,在确定螺母的标准之前,我们先要确定标准是国家标准还是国外标准又或者是行业标准,通常我们更多会使用国标,所以以下也用国标作为说明:

碳钢螺母的标准与等级关系如表1所示,不锈钢螺母的标准与等级如表2所示。

螺母选型时还需要注意的是螺母的性能等级和规格。

对于碳钢螺母,碳钢的标准是为GB/T.2(ISO-2),其常用强度等级与螺栓等级之间关系如表1所示;

不锈钢的标准为GB/T.15(ISO.2),常用强度等级与螺栓等级之间关系如表2所示;

有色金属的标准为GB/T.10,常用强度等级和螺栓等级之间关系如表3、4所示,其中表3是指国家标准中涉及有色金属螺母标准与性能等级关系,通过表3结合实际使用的受力要求,可以确定其具体性能等级和规格,等级和规格确定后可以继续确定其具体材质牌号,相应性能等级与材质之间的关系就是表4;

还有其他材质的螺母可以根据螺母设计指南,结合工作部位的受力要求,选用合适的等级和规格并确认材质牌号。如在高温和低温条件下使用的紧固件、镍合金钢类紧固件,根据材质的种类其保证应力参照相应标准,碳钢和合金钢类参照GB/T.2,不锈钢类参照GB/T.15,有色金属类参照GB/T.10等。

在计算螺母性能载荷后,我们还要注意在拧紧过程中,螺栓的断裂载荷会降低15%~20%。

此外,螺栓和螺母在相互配合使用时,较高等级的螺母可以代替较低等级的螺母。标准螺母和高螺母可以根据表5来与外螺纹紧固件相互搭配使用。

最后就是表面处理,碳钢由于自身没有防腐能力,全靠表面处理提升防腐性能,所以它们的表面处理种类非常丰富,相关内容如表6所示;而不锈钢相比之下就简单多了,常用的就是表面抛光处理后钝化即可增强防腐性能(GB/T.4)。

以上这些就是关于螺母标准件的选型原则,但对于非标准件也同样适用,先选择材质,再根据性能确定标准等,最后决定表面处理。




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