■ 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二二所 （湖北武漢 430079） 鮑力南 程澤平 龔雅娟

在所接觸的很多產(chǎn)品中，有許多結(jié)構(gòu)件通過(guò)采用緊固件把各個(gè)零件相互聯(lián)接、固定起來(lái)，裝配成結(jié)構(gòu)部件。但在使用緊固件時(shí)，往往會(huì)受到聯(lián)接件的剛性、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)形式及安裝空間等方面的要求和限制，很多情況下只能選擇采用沉頭螺釘聯(lián)接結(jié)構(gòu)零件，以實(shí)現(xiàn)我們的最終產(chǎn)品。沉頭螺釘?shù)淖畲髢?yōu)點(diǎn)是其沉頭部旋緊后在工件的表面以下，不突出工件的表面，所以在許多的結(jié)構(gòu)件中用它來(lái)聯(lián)接和固定。沉頭螺釘又稱(chēng)作平機(jī)螺釘。

沉頭螺釘頭部是一個(gè)90°的錐體，與常見(jiàn)的木螺釘類(lèi)似，頭部有工具擰緊槽，分為一字槽、十字槽及內(nèi)六角形等形式。但內(nèi)六角形這種形式的沉頭螺釘，內(nèi)六角孔深一般只有4mm，孔口易變形，不能承受較大的力矩，在國(guó)外這種沉頭螺釘采用較多，由于沉頭螺釘材料好、很耐用且質(zhì)量突出，用在許多緊湊的結(jié)構(gòu)件上。但在國(guó)內(nèi)，內(nèi)六角形這種形式的沉頭螺釘使用的范圍受到一定的限制，一般常用的是一字形和十字槽這兩種形式的沉頭螺釘。

1. 存在的問(wèn)題及分析

沉頭螺釘在使用過(guò)程中，存在孔位不準(zhǔn)確、沉頭螺釘90°斜錐面單邊受力、旋緊力量不夠及操作人員用力大小不一等問(wèn)題。

（1）沉頭螺釘孔位不準(zhǔn)確，造成其安裝不到位問(wèn)題。沉頭螺釘聯(lián)接兩個(gè)零件時(shí)，一般情況都是1個(gè)零件為通孔，另1個(gè)零件為螺紋孔，如果用于聯(lián)接的沉頭螺釘是兩個(gè)以上時(shí)，就要求通孔之間孔距與螺紋孔之間孔距一一對(duì)應(yīng)，而且孔位的基準(zhǔn)都要準(zhǔn)確一致。圖1、圖2所示是兩個(gè)實(shí)例。

圖1 活動(dòng)架示意圖

圖2 運(yùn)動(dòng)軸示意圖

圖1所示兩個(gè)側(cè)板采用4個(gè)沉頭螺釘，聯(lián)接固定在中間的拉板上組成一個(gè)結(jié)構(gòu)件（活動(dòng)架），活動(dòng)架聯(lián)接完成后再加工側(cè)板上的兩組安裝定位孔，并且要以?xún)蓚€(gè)側(cè)板的外底面為基準(zhǔn)，如果兩個(gè)側(cè)板上的沉孔或者中間拉板的螺孔之間偏差過(guò)大，就很難將兩個(gè)側(cè)板的外底面調(diào)平，如果兩個(gè)側(cè)板的外底面調(diào)不平，給加工兩個(gè)側(cè)板上的兩組同軸的孔帶來(lái)麻煩，所以在這個(gè)活動(dòng)架上采用沉頭螺釘聯(lián)接固定，存在一定缺陷。

圖2所示法蘭蓋起著支撐定位作用，固定聯(lián)接采用的是沉頭螺釘。如果法蘭蓋上的沉頭孔與支撐板的螺孔有一定的偏差，在法蘭蓋與支撐板會(huì)有一定的配合間隙的方向偏移，從而造成法蘭蓋上軸出現(xiàn)不同軸的情況，運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生噪聲，并加快軸承的磨損，所以這種結(jié)構(gòu)形式盡量不要采用沉頭螺釘來(lái)定位固定。

對(duì)于聯(lián)接件中使用多個(gè)沉頭螺釘?shù)那闆r，在加工中一定要特別注意，盡量采用數(shù)控鉆床、數(shù)控設(shè)備來(lái)保證孔距，如果在加工中孔距出現(xiàn)了偏差，就會(huì)造成沉頭螺釘?shù)?0°斜錐面與零件上沉頭的斜面產(chǎn)生偏位，沉頭螺釘頭部會(huì)沉不到90°斜錐面里，沉頭螺釘就會(huì)形成半斜錐面受力的狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成通孔零件和螺紋零件的錯(cuò)位，沉頭螺釘就會(huì)裝不上去，結(jié)果達(dá)不到我們所需要的技術(shù)要求和狀態(tài)。

（2）沉頭螺釘旋緊力不夠和大小不一致問(wèn)題。在使用沉頭螺釘聯(lián)接零件的過(guò)程中，單件和小批量一般采用手工方法來(lái)旋緊，在旋緊過(guò)程中由于操作人員的力量大小存在一定的差異，受到這種差異的影響，沉頭螺釘擰緊的程度也就有所不同。沉頭螺釘?shù)墓ぞ邤Q緊槽為一字形和十字形槽，擰緊用的工具為螺絲刀，工具擰緊槽為內(nèi)六角形，擰緊用的工具為內(nèi)六角扳手，就擰緊形式相比較，螺絲刀沒(méi)有加長(zhǎng)的力臂，與內(nèi)六角扳手相比旋緊力矩往往要小40～50N·m左右，操作人員在擰緊一字形和十字槽的沉頭螺釘時(shí)，只能使用直柄的螺絲刀擰緊沉頭螺釘，若沒(méi)有力臂，單靠操作人員的力量大小決定擰緊力，常會(huì)出現(xiàn)螺釘松動(dòng)和零件聯(lián)接不穩(wěn)定的情況。

在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)件中通常使用沉頭螺釘，沉頭螺釘經(jīng)過(guò)與旋轉(zhuǎn)件一起旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)后，會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)的情況，當(dāng)旋轉(zhuǎn)件達(dá)到一定速度的轉(zhuǎn)速時(shí)，就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的振動(dòng)，而振動(dòng)強(qiáng)度的大小，根據(jù)沉頭螺釘擰緊的狀態(tài)，會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。如果沉頭螺釘在旋緊的狀態(tài)下其頭部沉不到90°斜錐面里，往往經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的振動(dòng)，沉頭螺釘就會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)，嚴(yán)重的情況會(huì)造成沉頭螺釘完全脫落出原螺紋孔，造成機(jī)械故障；有的振動(dòng)雖然沒(méi)有造成沉頭螺釘從螺紋孔中脫落出來(lái)，但會(huì)造成緊固的聯(lián)接件松動(dòng)，使得緊固的聯(lián)接件發(fā)生位移和脫離原安裝位置，這樣非常容易發(fā)生故障和事故，不能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)部件的功能和作用，造成質(zhì)量事故和經(jīng)濟(jì)損失。

在裝配過(guò)程中，理論上沉頭螺釘預(yù)緊力的大小根據(jù)沉頭螺釘組受力的大小和聯(lián)接件的工作要求決定，一般規(guī)定擰緊后螺紋聯(lián)接件預(yù)緊應(yīng)力不得大于其材料屈服點(diǎn)σs的80%。一般鋼制螺釘取0.6～0.7σs·AS。由于操作人員擰緊力量大小有差異，決定了沉頭螺釘擰緊的程度不能保持一致，在有機(jī)械振動(dòng)的情況下，沉頭螺釘松動(dòng)的情況會(huì)顯現(xiàn)得較為突出。所以在沉頭螺釘用于聯(lián)接運(yùn)動(dòng)件時(shí)，會(huì)采用其他的方法加以解決，在較大批量聯(lián)接件的裝配中，往往會(huì)采用電動(dòng)、氣動(dòng)工具，裝上可更換的螺絲刀頭進(jìn)行裝配，電動(dòng)和氣動(dòng)裝載槍分別適用于電器、機(jī)柜類(lèi)的裝配和機(jī)械設(shè)備的裝配。在用電動(dòng)和氣動(dòng)槍裝配一字形的沉頭螺釘時(shí)，電動(dòng)和氣動(dòng)槍頭上的活動(dòng)螺絲刀頭，在沒(méi)有定心的情況下，在旋轉(zhuǎn)中很容易偏移出一字槽中，力量大的時(shí)候會(huì)使螺絲刀頭和一字槽造成損壞，嚴(yán)重的情況下螺絲刀頭和沉頭螺釘均不能使用，所以在設(shè)計(jì)選用以及實(shí)際使用電動(dòng)和氣動(dòng)裝載槍裝配沉頭螺釘時(shí)，最好使用十字槽的沉頭螺釘。

2. 解決問(wèn)題的方法

根據(jù)上述一字槽沉頭螺釘在使用中存在的問(wèn)題，通常在設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡量不選用一字槽沉頭螺釘。但是由于有些特殊的結(jié)構(gòu)件，沒(méi)有安裝空間或者有外觀要求等方面的需要，而不得不采用沉頭螺釘，針對(duì)這種情況，應(yīng)努力尋找有效的手段和方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

（1）解決方法一。為增大沉頭螺釘?shù)男o力，在螺絲刀中段靠近柄部焊接上一個(gè)橫桿，橫桿的長(zhǎng)度在200～300mm左右，需要旋緊的沉頭螺釘先經(jīng)過(guò)沒(méi)有焊橫桿的螺絲刀旋擰不動(dòng)后，再用焊接有橫桿的螺絲刀，讓左手握住螺絲刀柄部，把螺絲刀刀口對(duì)準(zhǔn)沉頭螺釘一字槽或十字槽，并用力，右手握住橫桿按順時(shí)針?lè)较蚣恿πD(zhuǎn)，直到沉頭螺釘完全旋擰不動(dòng)為止，這種方法在實(shí)際中確實(shí)很有效果。但是也存在幾個(gè)方面的缺陷：首先在要旋緊的沉頭螺釘周邊不能有障礙物，要有足夠的操作空間；其次不方便攜帶，使用過(guò)后收存也不便，通用性不強(qiáng)。

（2）解決方法二。為了使沉頭螺釘能達(dá)到好的旋緊狀態(tài)，還采用另外一種方法，就是用鉆床主軸頂住螺絲刀柄部及基本旋緊的沉頭螺釘上，再用活動(dòng)扳手卡住螺絲刀扁方，按順時(shí)針?lè)较蛐o螺釘。操作的具體方法：用螺絲刀將沉頭螺釘旋擰緊后，再將旋緊的螺釘與工件一起放置在立式鉆床或搖臂鉆床的工作臺(tái)，調(diào)整工作臺(tái)臺(tái)面或搖臂鉆床的橫臂，使還需要繼續(xù)旋緊的沉頭螺釘外平面直立在鉆床主軸下端面，能夠放入螺絲刀，用螺絲刀刀口對(duì)在螺釘一字槽里，用主軸的下端面壓住螺絲刀的柄尾部，操作鉆床的主軸上升、下降的手柄，使手柄向下用力壓緊，使鉆床主軸向下的力傳遞在螺絲刀和螺釘上，力加上后，再用活動(dòng)扳手，收小活動(dòng)口與螺絲刀扁方一致，并卡在螺絲刀扁方上，一邊按順時(shí)針?lè)较蛐龜Q絲錐，一邊繼續(xù)使鉆床的主軸向下方用力，始終保持壓緊的狀態(tài)，直到用活動(dòng)扳手將螺絲刀下的沉頭螺釘旋緊不動(dòng)為止，這種方法能使沉頭螺釘旋擰的力矩達(dá)到45～55 N·m，使沉頭螺釘能夠達(dá)到擰緊的狀態(tài)。但是這種方法也存在不足，在操作上一般需要兩個(gè)人協(xié)同操作，適用于M5以上的沉頭螺釘，較大的工件在鉆床操作多有不便，沉頭螺釘?shù)牟鹧b都要在鉆床上操作，效率很低。

（3）解決方法三。沉頭螺釘在常態(tài)旋緊狀態(tài)下，通過(guò)增大力矩和在鉆床上加力頂緊旋緊這兩種方式，來(lái)防止沉頭螺釘在振動(dòng)條件下不松動(dòng)和脫落。另外還可采用沖鉚的方法，就是在沉頭螺釘用螺絲刀擰緊后，在沉頭螺釘平頭一字槽口與90°沉孔斜錐面上，用樣沖沖出多個(gè)較大的樣沖眼，用樣沖沖起的翻邊，來(lái)防止螺釘?shù)乃蓜?dòng)，以達(dá)到防松的目的，這種方法也起到了一定的防松效果。但從外觀上看，十分不美觀，在沖樣沖眼的過(guò)程中，有很多不確定的因素，每個(gè)人沖出的樣沖眼很難保持一致，尺度和標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一，如果螺釘需要反復(fù)地拆卸，操作上就很不方便，從機(jī)械制造這個(gè)角度來(lái)講，是一種沒(méi)有水準(zhǔn)的方法，不能作為一種好的方法進(jìn)行推廣。

（4）解決方法四。一字槽沉頭螺釘通常用于聯(lián)接結(jié)構(gòu)件，通常使用的一字槽螺釘有半圓頭、圓柱頭和沉頭等，由于旋緊螺釘采用的是通用的螺絲刀（起子、改錐），螺釘?shù)男o程度根據(jù)操作者作用力的大小有所不同，這些情況都是由螺絲刀的形狀決定，在操作上不好用力，導(dǎo)致螺釘旋緊狀態(tài)松緊不一。如此的狀態(tài)對(duì)于有抗顛振、沖擊等環(huán)境要求的產(chǎn)品，螺釘如果出現(xiàn)松動(dòng)式脫落，就有可能造成設(shè)備的故障，造成物質(zhì)上的損失。

（5）解決方法五。鑒于上述弊端，我們?cè)诠ぷ髦型ㄟ^(guò)不斷的總結(jié)和摸索，設(shè)計(jì)了一種活動(dòng)加力桿工具，如圖3所示。

這種工具是在螺絲刀下端刀口扁方處增加一個(gè)附加力矩，使對(duì)螺釘?shù)男o力增加了數(shù)倍以上，操作者便于用力，操作方便、簡(jiǎn)單，有很好的通用性?，F(xiàn)設(shè)計(jì)這種加力桿工具是利用增大力矩的原理，用一個(gè)整體式的加力桿，下部槽口卡住螺絲刀刀口扁方，也可擰緊螺釘卡住螺絲刀的扁方，當(dāng)螺絲刀手柄旋轉(zhuǎn)力矩不夠時(shí)，使用加力桿工具可有效旋緊螺釘，使螺釘有很強(qiáng)的抗顛振、沖擊的性能，而且加力桿的范圍適用于各種螺絲刀。

圖3 活動(dòng)加力桿工具

具體的操作使用方法：操作者在使用螺絲刀旋緊螺釘擰不動(dòng)時(shí)，將螺絲刀穿入到加力桿的槽中，再將螺絲刀刀口作用在螺釘?shù)囊蛔植厶?，左手握緊螺絲刀手柄上端向被旋緊螺釘方向用力，右手抓住加力桿工具橫向柄部，順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)用力，這樣增加螺絲刀的旋轉(zhuǎn)力矩，使螺釘達(dá)到旋擰緊的狀態(tài)，同理，在拆卸螺釘時(shí)，也可使用加力桿工具反向旋轉(zhuǎn)旋出螺釘，具體操作如圖4所示。

圖4 加力桿操作示意圖

3. 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際工作中，使用沉頭螺釘聯(lián)接結(jié)構(gòu)件的形式很多，經(jīng)常碰到沉頭螺釘旋緊的狀態(tài)不夠穩(wěn)定、旋緊力不一致，而且經(jīng)過(guò)運(yùn)轉(zhuǎn)顛振，對(duì)螺釘產(chǎn)生沖擊，會(huì)發(fā)生螺釘松動(dòng)和脫落等問(wèn)題。我們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中不斷地進(jìn)行思考和總結(jié)，先后嘗試了很多種方法，找到了一種克服沉頭螺釘出現(xiàn)松動(dòng)、脫落等問(wèn)題最有效的方法和手段，取得了一定的成績(jī)和效益。

[1] 李維榮. 標(biāo)準(zhǔn)緊固件實(shí)用手冊(cè)[M]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

[2] 趙如福. 金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)[M]. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1997.

[3] 王文斌. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.