铝合金门窗螺丝孔滑牙怎么处理

Tom 2024年12月11日 11:36 0

文章目录：

1、「粉丝Q&A」如何快速确定螺纹不滑牙的拧紧扭矩？2、装配过程中，滑牙了，怎么办？3、螺纹为什么会滑牙？该怎么办？

「粉丝Q&A」如何快速确定螺纹不滑牙的拧紧扭矩？

问题描述

最近，螺丝君收到一位小伙伴的问题，感觉比较有代表意义。

今天，就针对这种不管外载荷的问题导致螺栓的松动，需要进行哪些分析？这个时候如何制定拧紧扭矩？一起来展开分析和讨论。

螺丝君平台，目前汇聚了近50,000+紧固连接装配社群，每周都会收到很多技术咨询，后续，将定期整理粉丝的代表性或者典型的问题，在平台上发布，与众交流。

1 分析思路

预紧力衰减，总体分析思维导图如下：

在没有外载荷作用下螺栓出现松动，主要考虑在螺栓连接装配后出现的松动，这个时候往往是因为设计问题或零部件的质量问题，出现的松动，此时，如果检测静态扭矩MNA1，螺栓连接的扭矩往往会出现很大的衰减，也就是所谓的非旋转松动。

如果收到外载荷以后，螺栓出现了松动，此时，很大的可能性是螺栓受到外载荷以后，螺栓预紧力产生的摩擦力不足够克服外部的横向载荷，在横向外载荷作用下，螺栓产生了往复的滑动，使螺栓产生旋转松动，此时，比较明显的出现螺栓的划线发生了位移。

当然也有一些情况下，螺栓与螺栓孔之间的间隙比较小，即使产生了滑动，还不足以产生旋转松动，这时候就有可能产生零部件结合面之间磨损造成夹紧长度减少，此时也是仍然是非旋转松动。

2 螺栓M8 -8.8松动分析

将一个发电机零部件固定到安装支架上的M10 -8.8级粗牙螺栓，拧紧扭矩为50Nm, 装配温度20℃；工作温度88℃。支架材料为普通结构钢板厚10mm;发电机箱体材料为某一种铝合金材料ALSI7MG。车辆运行过一段时间后，螺栓松动。

材料：

壳体铝合金材料的，抗拉强度按照160MPa，

屈服强度89MPa计算考虑，

材料的剪切强度按照83MPa，

螺纹孔孔深25mm；

但是因选用的螺栓长度，

螺栓实际啮合长度仅仅为15mm。

现在分析：螺纹在安装装配条件下及工作温度下螺纹孔螺纹强度是否足够？是否会发生塑性变形？无论外载荷大小如何，假设螺栓选型是满足要求，拧紧后预紧力无论大小也都能满足外载荷要求的情况下，只保证螺纹孔螺纹不发生塑性变形，拧紧后螺纹啮合长度满足要求，那么，推荐多少扭矩合适？

分析思路：

具体分析，可以按照VDI 2230标准进行详细的计算校核，本次为了分析方便，采用计算软件SD PRO计算分析。

按照摩擦系数0.12-0.18进行计算，该螺栓的拧紧扭矩最大可以达到52.47Nm，故按照当前设计拧紧扭矩50Nm是勉强可以满足要求，但是考虑拧紧工具的精度，设计拧紧扭矩应该更小一些。

计算结果表明按照当前的铝合金材料，按照当前拧紧工艺，螺纹孔的强度不能满足要求，通常铝合金材料的螺纹啮合长度要保证达到2d以上，此时仅仅为15mm，仅有1.5d的螺纹啮合长度，螺纹强度不能满足要求。软件计算结果，也表明拧紧工艺条件下，螺纹的啮合长度安全系数仅为0.82，故螺纹啮合安全系数不能满足要求。

计算结果表明按照当前螺纹啮合长度要求拧紧扭矩的最大值不能超过43Nm，按照±10%的扭矩散差，设置拧紧扭矩为39Nm±4Nm，可以满足螺纹啮合长度的安全系数要求。由于实际铸造螺纹孔受到砂眼，铸造缺陷等影响螺纹孔处的材料强度，故螺纹啮合强度可以通过类似螺母螺纹保证载荷的测试方法进行测试验证，确保螺纹强度的安全。如下图：

▲ 螺纹啮合强度轴向拉力试验验证方法示意图

▲ 螺纹啮合长度轴向压缩试验验证方法示意图

螺纹啮合强度，试验方法如下：

由于描述中螺栓连接是拧紧后发生的松动，故需要分析螺栓预紧力的问题，需要确认是否发生了划线移位的旋转松动？此处螺栓连接的夹紧长度比较短，建议考虑：螺纹涂胶方式来提高螺纹的防松性能。

按照VDI 2230标准方法验证

根据VDI 2230标准螺纹啮合示意图，按照83MPa剪切强度（示意图中剪切强度最小为100MPa），大致可以确定出螺纹的最小啮合长度为3d（螺栓拉断螺纹也不能滑牙的设计原则）。由于标准中螺栓的最大抗拉强度是最小抗拉强度的1.2倍，螺纹屈服强度是抗拉强度的0.8倍，90%螺栓利用率时候的最小啮合长度计算为：3.0*10/1.2*0.8*0.9=18mm，也就是说按照标准计算在螺栓拧紧到螺栓利用率的90%屈服时候，即拧紧到正常拧紧扭矩（VDI 2230标准计算结果）时候螺纹的最小啮合长度要达到18mm，此时，该案例螺栓的啮合长度只有15mm，即在90%螺栓利用率的基础上要降低扭矩才能满足要求。

根据计算螺栓的90%利用率（摩擦系数为0.12最小时候）拧紧扭矩为48Nm，也就是说此时螺纹啮合长度要18mm才能达到螺纹强度要求，15mm的螺纹啮合长度的拧紧扭矩最大为40Nm（=48*15/18）。与软件计算结果基本一致，所以，在没有螺栓计算软件情况下，也没有严格按照VDI 2230标准进行详细计算情况下，可以大致根据VDI 2230标准中的螺纹啮合长度示意图，来分析多少拧紧扭矩条件能够满足当前设计的螺纹啮合长度。

螺丝君经验与总结

对于螺纹啮合长度设计原则，要保证螺栓拉断螺纹也不产生滑牙。

在某些情况下，为了设计轻量化，而且螺栓的拧紧扭矩设计又不需要完全按照模拟装配方法进行开发，可以通过计算确定拧紧扭矩情况下，或者即使按照模拟装配进行拧紧扭矩的开发，可以允许螺栓连接失效形式是螺纹滑牙，按照模拟装配的最大拧紧扭矩来开发螺栓的拧紧扭矩情况下，此时，可以按照拧紧条件下螺纹不能滑牙的设计要求来设计螺纹的啮合长度即可。

当然，这种情况下，还要验证工作载荷条件下，螺栓的预紧力是否可能比拧紧时候更大，要验证受载条件下螺纹也不能滑牙。一般情况下，即使螺栓的受载后，螺栓的预紧力不会再比拧紧时候预紧力更大，因为螺纹扭转剪切应力有下降，同时有嵌入损失等。

螺纹啮合长度可以按照VDI 2230标准中示意图来大致判定，即使按照螺纹设计长度确定合适的拧紧扭矩也可以通过该示意图按照等比例换算的关系来确定。当然，详细计算螺纹啮合长度可以按照螺栓设计软件，或者按照VDI 2230标准的详细计算步骤来计算。

今天的话题，就分享到这里，不当之处，欢迎批评指正；若您有任何疑问或建议，或需要进群交流的小伙伴，可关注螺丝君微信公众号：GAF螺丝君（GAF-luosijun）

装配过程中，滑牙了，怎么办？

紧固件设计的失效模式一般为螺栓断裂，螺栓和螺栓均不允许出现滑牙。为此，如果螺栓匹配对手件是螺母时，螺母的保载力一般是高于螺栓的，如10.9级的螺栓需匹配至少10级螺母，8.8级螺栓需匹配至少8级螺母等。

如果对手件是零件上攻螺纹，那么对零件的拧入深度也是有要求的，下表，为钢制螺栓最小拧紧深度的要求，从下表可以看出，当对手件是铝合金时，其拧入的深度一般要求2d-2.7d之间，这样设计的目的是为了拧紧过载后的失效形式为螺栓断裂，而非螺母和螺栓出现滑牙。

而实际生产过程中，螺栓螺母的滑牙再所难免，而且滑牙带来的返工工作量也是较大的，今天，螺丝君就带各位了解下生产中各种因素对螺栓和螺母滑牙的影响，供各位参考。

表1 钢制螺栓最小拧紧深度

一、电泳漆膜过厚

零部件上为增加防腐性能，会在零件表面涂一层电泳漆，螺纹孔里难免会有电泳漆附着，那么，如果当电泳漆的厚度较厚时，会对紧固件的滑牙产生影响吗？

试验的测试结果如下图所示，当电泳漆较厚时，一般会导致拧紧时有卡涩现象，不会造成螺纹滑牙及严重损坏，而当螺栓拧出后，内螺纹和螺栓上都会占有油漆的粉末。

螺丝君认为，油漆一般通过阴级电泳附着在工件上，由于工艺特性决定了电泳后的油漆厚度不会太厚，一般60-80μm就已经是电泳上线了，所以，一般不会对螺纹拧紧卡涩太严重，甚至导致滑牙。

二、焊渣

这种状况一般焊接螺母比较常见，焊接螺母不可避免会导致螺纹中残留焊渣，具体的测试结果见下图，因为焊渣的存在，螺丝拧入时有较强的卡涩感，螺栓取出后，螺栓的前段部分已经出现断牙现象，而螺母有焊渣残留的螺纹位置也出现明显的螺牙损失。

螺丝君认为，该种状态会不会造成螺纹的严重滑牙取决于焊渣颗粒的大小和多少，当数量多，颗粒大时，螺纹会出现严重滑牙。

针对这种情况，螺丝君建议需要采取防焊渣的方法，如增加保护盖或者采用涂防焊渣胶的方式防止焊渣的残留。

三、压损

当焊接电流大等因素，冲压会造成螺牙变形。螺栓拧紧过程中，丝牙不对口，导致螺牙损坏和滑牙。

螺丝君认为螺纹变形的状态应该尽可能避免，如发现螺纹变形，因停止生产，探索合适的工艺，确保螺牙不能变形。

四、偏心

焊接螺母在焊接过程中如出现偏心，测试结果如下图所示，这样会导致拧入的前半段会很顺畅，后半段会有明显的卡涩现象，如果强行攻入，会导致螺牙的损坏和滑牙。

螺丝君建议，应优化焊接螺母焊接定位的问题，确保螺母焊接不会出现偏心。

五、斜打

斜打是拧紧过程中常见的问题，斜打螺丝会导致无法拧入，取出螺丝后，螺丝的头部会严重损伤，滑牙，中部和后部完好，螺母的螺纹也出现滑牙。

如螺丝刚刚拧入发现倾斜，立即取出摆正继续拧入，螺丝前部出现损坏，螺丝中部有螺牙顺丝痕迹，尾部完好。

螺丝君经验与总结

残漆容易造成螺丝拧入时，有卡涩现象，不会造成螺丝滑牙以及严重损坏。有焊渣的电焊螺母，在拧入时焊渣会随着螺丝头部吃入丝牙内，直至焊渣掉落丝牙内，易造成螺丝丝牙损坏导致螺丝无法打入和滑牙。有压损的电焊螺母螺牙变形，易造成在螺丝拧入时，丝牙不对口，导致丝牙损坏和滑牙。偏心的电焊螺母，易造成螺丝打入一半卡涩严重的现象，如果强行打入易造成螺丝丝牙损坏和滑牙。螺丝斜打直接导致螺母及螺丝的丝牙完全损坏。

螺纹为什么会滑牙？该怎么办？

当螺栓和螺母螺纹抗剪切能力低于装配配轴力时，此时螺纹螺牙较弱，就会发生滑牙失效。当螺纹抗剪切能力较强时，随着装配扭矩和轴力的增加，螺纹连接的最终失效形式为螺栓断裂，原理图如下图所示。

装配时，由于螺纹滑牙失效比较隐蔽，不容易察觉，装配过程中，可能扭矩也能达到目标值，其实已经发生滑牙。这种状态的螺纹副在受到动态载荷后，就会出现轴力衰减，造成螺纹连接的失效。

此外，当螺纹出现滑牙时，螺纹的返工和返修工作量较大，流水线装配时可能无法满足生产节拍的要求。因此在螺纹连接设计和装配时，应尽可能避免螺纹滑牙，即使过载时，失效模式应该是螺栓断裂，而不是螺纹滑牙。

那么螺纹连接滑牙的原因有哪些？

该如何应对呢？

01 设计原因 - 螺纹啮合长度

对于轻金属螺纹连接，如铝合金螺纹连接位置。为保证连接的可靠性，保证零件内螺纹强度足够，设计上对螺纹孔的啮合长度都有一定的要求。啮合长度越高，内螺纹的抗剪切强度越高。

有小伙伴可能会问，螺纹拧紧时，每颗螺牙承载能力不是不一样吗？前3颗螺纹承受较大剪切载荷。如下图所示，正常装配时，螺纹的第7颗牙以后，承受载荷基本较低。但当前几颗螺纹开始出现较大的变形甚至滑牙时，后面螺纹承载力就会增加，从而终止螺纹继续发生滑牙。

对于理论上，多长的啮合长度合适呢？通常可以采用公式计算法和查图法确定，下图为不同等级的螺栓配合不同强度的内螺纹的啮合长度理论值。

下表为常见材料的最低的啮合长度，相比钢螺纹连接，铝、镁合金的内螺纹啮合长度明显较长。

此外，为了保证在实际零件上不产生滑牙，还需要通过试验进行测试。通常是在实际零件上，按照工艺扭矩和角度，重复拧紧5-10次，螺纹不得出现滑牙。

下图为某零件经过几次重复拧紧后，螺纹出现滑牙。

02 设计原因 - 焊接螺母

在设计螺栓和螺母配合时候，螺栓和螺母的配合通常是按照下表进行设计选用，即螺栓允许使用最高等级不超过对应螺母的等级。例如螺母采用8级，螺栓允许使用最高等级为8.8级。

按照以上设计和选用原则，因为螺栓的保证载荷比同等级的螺母保证载荷低，因此通常不会发生滑牙。

但是对于焊接螺母，焊接过程会产生热量，可能会造成螺母不可控的近似热处理过程，造成螺母强度降低和保证载荷下降。此外，随着扭矩转角法过屈服拧紧应用广泛，螺纹的利用率达到100%，装配轴力也较高。这就会造成即使同等级的螺栓和螺母匹配时，螺母也容易出现滑牙。

因此，在焊接螺母设计和选用时，建议选用比螺栓更高一级的螺母，即螺栓为8.8级，螺母可以选用10级，这样的设计可以有效避免焊接螺母螺纹出现滑牙。

03 零件质量 - 螺纹的牙型尺寸、强度、螺牙形貌

当螺纹出现滑牙时，可能原因有螺纹牙型尺寸、强度、螺牙形貌异常导致。螺纹牙型尺寸可以通过通止规进行分析，螺纹的强度和螺牙形貌可以通过硬度、保载和金相测试。

在零件滑牙失效的分析过程中，如果是由于零件质量问题导致的滑牙，基本可以从这几个影响因素里找到原因。

当螺纹强度低，热处理不充分，就会导致螺纹的剪切承载能力不足；当螺牙在搓丝过程中不完整，有效螺纹的承载面积就会减少，螺纹保证载荷就会降低；尺寸达不到设计要求时，无法经过通止规的检测，也会导致螺牙承载面积降低。此外，螺纹磕碰严重也容易会导致螺纹滑牙。

下式为螺纹连接最小啮合长度计算公式，从公式中可以发现，螺栓大径，内螺纹基本中径会影响螺纹连接剪切强度，进而影响螺纹是否会发生滑牙。

mgesmin ：最小啮合长度，

Rmmax ：螺栓最大抗拉强度，

A0 ：螺栓最小横截面积，

P ：螺距，

τBM ：内螺纹剪切强度，

d ：螺栓大径，

D2 ：内螺纹基本中经，

C ：修正系数

因此，在螺纹零件的质量管理上，要保证零件达到设计要求。

04 装配过程异常

装配过程也有很多因素会导致螺纹连接出现滑牙。例如焊接螺母的焊渣、焊接螺母的焊接偏心、螺栓装配时出现倾斜等。

焊接螺母应用广泛，焊接螺母在焊接时不可避免会出现螺纹中残留焊渣，因为焊渣的存在，螺丝拧入时有较强的卡涩感，扭矩上升很快。这种情况的螺栓取出后，螺栓的前段部分已经出现滑牙现象，而螺母有焊渣残留的螺纹位置也出现明显的螺牙滑牙。为了避免滑牙，可以在螺母内螺纹上涂防焊渣胶，避免焊接时，焊渣的粘附。

焊接螺母在焊接过程中如出现偏心，这样会导致拧入的前半段会很顺畅，后半段会有明显的卡涩现象，如果强行攻入，会导致螺牙的损坏和滑牙。因此应优化焊接螺母焊接定位的问题，确保螺母焊接不会出现偏心。

斜打是拧紧过程中常见的问题，斜打螺丝会导致无法拧入，取出螺丝后，螺丝的头部会严重损伤，滑牙，中部和后部完好，螺母的螺纹也出现滑牙。如螺丝刚刚拧入发现倾斜，立即取出摆正继续拧入，螺丝前部出现损坏，螺丝中部有螺牙顺丝痕迹，尾部完好。

此外，装配使用拧紧工具过冲，拧紧工具未校准也会导致滑牙问题。

对于以上装配中出现滑牙的问题，还可以通过设置相应的扭矩和角度监控窗口来有效识别装配中的缺陷。监控窗口的设定通常有4步，找帽监控、预紧监控、过程监控和终紧监控。对于以上的装配问题，均可以在预紧监控中进行识别，当设定的预紧目标值为扭矩时，如果装配时出现卡涩感，扭矩上升过快，会导致最终的角度低于监控窗口下限，并出现报警。所以，监控窗口的设定也是有效识别和防止滑牙的重要措施。

螺丝君经验与总结

螺纹滑牙是由于螺栓和螺母的螺纹抗剪切能力低于装配时的预紧载荷而出现的失效，在螺纹连接设计和装配中，应避免螺纹出现滑牙。

当螺纹连接出现滑牙时，可以参考本文从设计、零件质量、装配过程几个方面进行分析，找到导致螺纹滑牙的原因。