史群伊

寧波方太廚具有限公司 浙江寧波 315336

隨著市場競爭的日趨激烈，質量是產品的核心競爭力，只有提升產品質量，開發(fā)和制造出低成本、高質量的產品，才能在競爭中立于不敗之地。

本人結合質量需求和工作范疇選取了裝配應力導致爐頭螺釘斷裂的質量問題，結合應力變形的產生原理及理論消除減少方法，改善灶具因應力變形導致不良，從而提升灶具質量，規(guī)避后續(xù)新品開發(fā)時重復同類質量問題。

本論文正是以此作為背景，闡述了本人對裝配應力的理解及改善措施。

選題背景及意義：

產品年產量突破100W臺，并產量每年以20%增長，質量的提升尤為重要。在線質量問題排在前列的裝配應力變形不良項為：固定基座螺釘斷裂，不良產生無規(guī)律且固定爐頭螺釘斷裂問題隱患較大，將嚴重影響過程質量、市場質量。因此，選取裝配應力對螺釘質量的影響及改善。

1 裝配應力的基本概念

裝配應力——在超靜定結構中，由于制造、裝配不準確，在結構裝配好后不受外力作用即已存在的應力。

1.1 應力集中的概念

應力集中：由于桿件外形突然變化而引起局部應力急劇增大的現象。

截面尺寸改變越急劇，角越尖，孔越小，應力集中的程度越嚴重。在構件上開孔、開槽時采用圓形、橢圓或帶圓角的，避免或禁開方形及帶尖角的孔槽，在截面改變處盡量采用光滑連接等。

（a）靜載荷作用下：

塑性材料所制成的構件對應力集中的敏感程度較??；

脆性材料所制成的構件必須要考慮應力集中的影響。

（b）動載荷作用下：

無論是塑性材料制成的構件還是脆性材料所制成的構件都必須要考慮應力集中的影響。

1.2 擠壓力圖示

2 裝配應力在爐頭固定螺釘斷裂上的影響

2.1 固定基座螺釘斷裂

在鑄鐵爐頭固定螺釘主要為M4X12碳鋼鍍鋅自攻鎖緊螺釘，主要造成螺釘的應力有兩大類：剪切力、橫向擠壓力；而造成螺釘裝配應力的主要為裝配各部件公差累加，而固定結構為超靜定結構，產生應力較大，都集中在螺釘上。導致碳鋼螺釘無法承受應力變形斷裂。

2.2 螺釘模擬受力分析

所用軟件為ANSYS15.0。模擬主要針對以下情況：（1）螺釘與基座接觸面不平，導致螺釘受力不均勻；（2）基座與螺釘孔不同心，導致螺釘受到橫向力作用。

現假定螺釘需要鎖緊力（為均布力和集中力之和）為1000N（100公斤），橫向力為100N（10公斤）。兩因子兩水品，不做中心點，不重復，共4個模擬。

螺釘受力均勻，且不受橫向力作用

螺釘受力不均勻，均布力與集中力（實際上為集中于一小塊面積上的均布力）各占50%，不受橫向力

螺釘受力均勻，受橫向力作用

螺釘受力不均勻，均布力與集中力各占50%，受橫向力作用

假定嚙合面距離螺釘頭部5mm，螺釘為M4*12，模擬過程略。

模擬結果：

結果一，螺釘受力均勻，且不受橫向力作用。均布力1000N。最大應力為134.29Mpa，最大應力（圖中紅色Max位置）位于嚙合處。此時螺釘基本不可能斷裂。

結果二，螺釘受力不均勻，且不受橫向力作用。均布力500N，集中力500N。最大應力為568.43Mpa，最大應力位于嚙合處。該最大應力已經超過了螺釘的極限應力，螺釘基本上可以確定已經斷了。

結果三，螺釘受力均勻，受橫向力作用。均布力1000N，橫向力100N最大應力為260.12Mpa，最大應力位于嚙合處。該最大應力雖然有增加，但是距離螺釘的極限應力很遠，螺釘也不太可能斷。

結果四，螺釘受力不均勻，受橫向力作用。均布力500N，集中力500N，橫向力100N。最大應力為699.26Mpa，最大應力位于嚙合處。最大應力達到最大，超過螺釘極限應力約60%，螺釘基本也斷了。

結論：從以上模擬情況看，可以得出以下結論：

（1）螺釘受力不均勻為導致螺釘易斷的主要原因；

（2）橫向力也對螺釘斷裂起了很大的促進作用

（3）不同受力情況的螺釘最大應力均位于嚙合面附近的第一個齒根部（現狀）

（4）采用不銹鐵螺釘將使螺釘的屈服強度增加。

2.3 減小裝配應力

原裝配為超靜定結構。

固定進氣管→預擰銅管→固定爐頭

各部件累加的公差值為3.26mm，原螺釘直徑為M4，基本偏大半個螺紋孔，螺釘固定后橫向力非常大。

2.4 改善方案

（1）固定結構從超靜定結構改為靜定結構。消除應力。

更改工藝：固定爐頭→預擰銅管→固定進氣管

利用進氣管上腰型孔，使公差累加值在進氣管腰型孔上進行補償。使應力消除。

（2）提升螺釘質量，更改材質，為不銹鐵。提升螺釘自身性能。

（3）對所有灶具型號固定爐頭或固定基座螺釘進行改善。

（4）導入技術CBB從設計時就考慮進補償位。

3 結論與展望

本文論述了裝配應力導致了爐頭固定螺釘斷裂，利用ANSYS 15.0軟件模擬螺釘受力分析進行改善，并從工藝上消除、減小應力源，把超靜定結構轉化為靜定結構。以爐頭固定螺釘斷裂這案例，輻射到灶具所有螺釘，降低裝配應力對螺釘質量的影響，這樣可以進一步提高灶具安裝可靠性，提高產品的質量、消除隱患和提高顧客滿意度。