多誠寶
摘 要:提升閥產(chǎn)品檢測扭力時螺紋堵頭容易拉斷,這主要受螺紋堵頭材料和接觸面積的影響,通過對其影響因素進行分析,減少螺紋堵頭的損壞,提高檢測效率。
關(guān)鍵詞:提升閥;扭力;檢測
1、前言
提升閥產(chǎn)品的內(nèi)螺紋部分為鋼件,與合金部分釬焊焊接而成,客戶要求對其鋼件的焊接強度要進行扭力檢測(80N·M不松動和脫落)。扭力的檢測在車床上進行,先產(chǎn)品裝在夾具體內(nèi),再將螺紋堵頭旋緊,最后用數(shù)顯式扭力扳手進行檢測。但在檢測過程中,經(jīng)常會出現(xiàn)螺紋堵頭在螺紋退刀槽處斷裂的情況,斷裂部分無法取出導(dǎo)致產(chǎn)品報廢,重新制作螺紋堵頭又耽誤時間,嚴(yán)重影響了檢測效率和產(chǎn)品合格率。本文通過對其斷裂原因進行分析,提出了改進措施,解決了螺紋堵頭經(jīng)常斷裂的問題。
2、預(yù)緊力與拉應(yīng)力分析
這種扭力檢測方式與螺栓聯(lián)接時采用扭力扳手控制預(yù)緊力類似,可通過螺栓聯(lián)接的預(yù)緊力和拉應(yīng)力計算方式來確定扭力檢測時螺紋部位承受的預(yù)緊力和拉應(yīng)力大小,螺紋堵頭斷裂應(yīng)是其承受的拉應(yīng)力過大導(dǎo)致,具體可通過計算來進行驗證。
由上面的計算公式可以看出,在擰緊力矩不變的情況下,對預(yù)緊力和拉應(yīng)力影響最大的是壓塊環(huán)形端面外徑和內(nèi)徑尺寸,若環(huán)形端面外徑保持不變,環(huán)形端面內(nèi)徑逐漸變小會使預(yù)緊力和拉應(yīng)力逐漸變大,若環(huán)形端面內(nèi)徑保持不變,環(huán)形端面外徑逐漸變小也會使預(yù)緊力和拉應(yīng)力逐漸變大。下面分兩種情況進行驗證:一種是內(nèi)螺紋鋼件部分未被拉出,螺紋堵頭端面未接觸到鋼件端面;另一種是內(nèi)螺紋鋼件被拉出。
(1)內(nèi)螺紋鋼件部分未被拉出,螺紋堵頭環(huán)形端面未接觸到鋼件端面
①若環(huán)形端面外徑不變,環(huán)形端面內(nèi)徑逐漸變小,帶入公式(1)和(2)計算結(jié)果如下表1所示。
②若環(huán)形端面內(nèi)徑不變,環(huán)形端面外徑逐漸變小,帶入公式(1)和(2)計算結(jié)果如下表2所示。
由第四強度理論可知,預(yù)緊狀態(tài)的危險截面拉應(yīng)力應(yīng)滿足:
[σ]:許用拉應(yīng)力,單位:MPa
σs :材料的屈服極限,單位:MPa
S:安全系數(shù),一般取1.2~1.5(本次計算取1.3)
由表1結(jié)合公式(3)、(4)可以得出,在螺紋堵頭環(huán)形端面環(huán)寬最窄時,螺紋堵頭材料應(yīng)滿足屈服極限σs ≥1107.31MPa,符合條件的常用材料有17-4PH;在螺紋堵頭環(huán)形端面環(huán)最寬時,螺紋堵頭材料應(yīng)滿足屈服極限σs ≥982.07MPa,符合條件的常用材料有42CrMo和17-4PH。
參考用戶的檢測和裝配方式,環(huán)形端面外徑約為30,內(nèi)徑約為20,經(jīng)計算得出預(yù)緊力 =28620.17N,拉應(yīng)力σ=819.69MPa,若要保證檢測扭力達到80N·m,螺紋堵頭材料應(yīng)滿足屈服極限σs ≥1065.59MPa,適合做螺紋堵頭的常用材料有17-4PH。
(2)內(nèi)螺紋鋼件部分被拉出
當(dāng)內(nèi)螺紋鋼件部分被拉出,則螺紋堵頭環(huán)形端面的接觸面積變大,此時環(huán)形端面內(nèi)徑為10,隨著環(huán)形端面外徑逐漸變小,預(yù)緊力和拉應(yīng)力將逐漸增大。在螺紋堵頭環(huán)形端面環(huán)寬最窄時,螺紋堵頭材料應(yīng)滿足屈服極限σs ≥1769.46MPa,符合條件的材料非常少,常用材料基本都被拉斷;在螺紋堵頭環(huán)形端面環(huán)寬最寬時,螺紋堵頭材料應(yīng)滿足屈服極限σs ≥1204.23MPa,符合條件的常用材料有45CrNiMoVA。
參考用戶的檢測和裝配方式,環(huán)形端面外徑約為30,經(jīng)計算得出預(yù)緊力F0 =31743.12N,拉應(yīng)力σ=909.13MPa,若要保證檢測扭力達到80N·m,螺紋堵頭材料應(yīng)滿足屈服極限σs ≥1181.87MPa,適合做螺紋堵頭的常用材料有45CrNiMoVA。
雖然可以選用屈服強度大的材料做螺紋堵頭,但當(dāng)內(nèi)螺紋鋼件被拉出后,不論環(huán)形端面接觸面積大小如何,危險截面處的拉應(yīng)力都比螺紋堵頭環(huán)形端面未接觸到鋼件端面時的預(yù)緊力和拉應(yīng)力大很多。所以,應(yīng)避免鋼件被拉出,若鋼件可能被拉出,也要學(xué)會判斷,當(dāng)鋼件已被拉出,就不要再繼續(xù)施加扭力,否則螺紋堵頭就會被拉斷。
4、結(jié)束語
通過對扭力檢測過程進行分析,了解了接觸面面積與預(yù)緊力和拉應(yīng)力關(guān)系,目前解決了檢測過程中螺紋堵頭斷裂的問題,但是如何保證鋼件與合金的焊接強度才是下一步研究的重點方向。