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1、弹簧垫圈涨圈原因再探航天紧固件标委会丁开禄孙小炎文摘针对《航天标准化》2000年第5期刊登的《弹簧垫圈涨圈原因初探》的理论研究结果,从试验的角度对此结果进行验证,给出试验数据,并加以分析,指出原理论研究结果不正确之处,分析出实际影响弹簧垫圈涨圈的因素。关键词弹簧垫圈质量分析变形1999年,八院149厂、○六七基地7103厂在安装不锈钢弹簧垫圈时,先后发现了弹簧垫圈开口值m增大超差现象,也就是弹簧垫圈的直径变大、向外膨胀。这种“涨圈”现象,使弹簧垫圈的使用效果完全消失。为了找出产生涨圈的原因,我们查阅了有关弹簧垫圈的国内外标准资料,通过对
2、国内外弹簧垫圈标准的分析,对弹簧垫圈的涨圈原因作出了初步分析,认为涨圈现象主要与截面形状有关;通过受力分析,认为产生涨圈的主要原因是弹簧垫圈截面形状“内薄外厚”所致,并将这一尚未经试验验证的看法以《弹簧垫圈涨圈原因初探》(简称“初探”)为题发表于《航天标准化》2000年第5期。为了验证这一结论,2000年,我们组织了七○八所、一院一部、八院149厂和○六七基地7103厂分头进行了试验。试验结果表明,涨圈与螺母的支承面有关,而与弹簧垫圈的截面形状关系很小。试验结果使我们对涨圈原因又有了新的认识,认为产生涨圈的主要原因是螺母支承面太小。本文
3、将对试验情况和结论作一简单介绍。一试样选择及试验结果ф10和ф12,材料为1Cr18Ni9Ti。所选用试样的尺寸特点:在厚度公差符合QJ296312的情况下,将截面形状由原来的“内薄外厚”改为“内厚外薄”,其中ф10的有2°、215°和3°共3种斜角,ф12的只有215°斜角。试验结果汇总见表1,表1中所指截面形状的斜角是指与截面形状有关的工装的角度,“外厚内薄”的弹簧垫圈是1996年鉴定会上用的样品。从表1可以看出,螺母大小对涨圈的影响非常明显。凡使用M12标准螺母(对边宽度为19mm)和M10标准螺母(对边宽度为17mm)进行试验的
4、无一发生涨圈;凡使用M12小六角螺母(对边宽度为17mm),都出现有涨圈,第5组20件中有2件出现涨圈,占10%;第15组20件中有7件出现涨圈,占35%。截面形状对涨圈的影响不大,第1～3组中m值的大小与截面的3种角度没有直接关系,随机性很强,没有形成规律。二涨圈原因分析从试验结果看,产生涨圈的主要原因是使用的螺母太小,这里所说的小螺母,是符合一院企业标准的小六角螺母。对于M12的小六角螺母,对边宽度(S)为17mm。按照有关标准规定,该螺母试样选用上海弹簧垫圈厂按照QJ296312-98标准制造的弹簧垫圈,规格为双面均有30°的倒角
5、,倒角直径约等于0195S,并且为近似尺寸,出厂时不进行检验。该倒角的实际加工方法是机械加工(车制),这就造成了该尺寸的实际变化范围相当大。随机抽取20件的实测值在1513mm～1615mm之间,相差竟达112mm。表1不锈钢弹簧垫圈涨圈试验结果1225注:3表示试验条件完全符合实际生产情况。为证实螺母大小与涨圈是否有关,选用QJ296312中规定的最大内径为1219mm、厚度311mm、棱边圆角半径01775的弹簧垫圈,将M12的标准六角螺母和小六角螺母尺寸列于表2,大径杆螺栓(与全螺纹螺互位置尺寸及计算结果列于表3。不难理解,当螺母
6、倒角圆距螺纹中心线之间的距离(L1)小于垫圈倒角圆距螺纹轴线之间的距离(L2)时(此时相当于螺母的倒角面插进垫圈的内孔),垫圈即受到组别试验单位试样配用零件施加力矩Nm现象试验规格截面形状特点数量螺母平垫圈1149厂ф122°20标准六角标准型实际生产用的力矩①m值均合格②m值的大小与截面角度无明显关系2215°2033°204ф10215°2057103厂ф12215°20小六角无垫圈6032件出现涨圈,其原因与螺母倒角有关6一院一部ф102°10标准六角标准型30全部合格,无涨圈现象73°108外厚内薄109ф12215°10501
7、0外厚内薄1011七○八所ф102°20标准六角标准型40～45全部合格,无涨圈现象12ф103°2013ф10外厚内薄1014ф116标准六角标准型70～80全部合格1520小六角7件出现涨圈16ф12外厚内薄5标准六角70～80全部合格175小六角合格,但m值比使用标准六角螺母的大从表3可以看出,当使用小螺母加中径L2,从而引起一部分弹簧垫圈出现涨圈。当使用标准六角螺母时,情况就不一样了。不管螺栓是大径杆还是中径杆,L1都远杆螺栓时,因为L1(7195mm)小于L2(8125mm),出现涨圈的可能性很大;当使用小螺母加大径杆螺栓时,
8、L1(7195mm)远大于L2,即使螺母倒角加工过大,大可能造成L1小于L2的情况。也不虽然比L2(7186mm)大,但相差甚微,L1表2螺母的极限尺寸mm表3螺栓及安装并施加力矩后的极限位置尺寸mm当然,
