16V280ZJA柴油機主軸承蓋及氣缸蓋螺栓螺紋咬死質(zhì)量問題分析及解決方法

摘要：針對柴油機組裝過程中出現(xiàn)的16V280ZJA柴油機主軸承蓋及氣缸蓋螺栓、螺母組裝困難，螺紋咬死甚至不能拆卸的質(zhì)量問題，從長螺紋配合精度和螺栓螺紋加工工藝方面進行了原因分析，并提出了切實可行的解決方法，實施后保證了長配合螺紋的質(zhì)量，解決了長配合螺紋組裝困難、螺紋咬死甚至不能拆卸的質(zhì)量問題。

關(guān)鍵詞：螺紋配合；滾絲輪；咬死；解決方法

1.問題的提出

運用于16V280ZJA柴油機上的主軸承蓋及氣缸蓋螺栓（以下簡稱280大螺栓），如圖1所示，其設(shè)計精度高，精度等級為M48×3-4h，與之配合的螺母及機體螺孔精度為M48×3-4H，螺紋配合長度達到90mm。因為規(guī)格為M48×3的4h螺紋的標準配合長度為≤45mm，280大螺栓、螺母的配合精度已超過了精密設(shè)計。

圖1 280大螺栓

為了加工出合格的高精度、高強度螺栓，螺紋采用滾壓加工。而長期以來，280大螺栓、螺母一直存在著組裝困難，螺紋咬死甚至不能正常拆卸的質(zhì)量問題，嚴重制約了16V280ZJA型柴油機正常裝配和檢修。

2.280大螺栓螺紋咬死質(zhì)量問題的原因分析

造成280大螺栓與螺母組裝困難，螺紋咬死甚至不能正常拆卸的質(zhì)量問題的原因分析如下：

2.1.螺紋的設(shè)計精度過高。根據(jù)國家標準GB/T197-2003規(guī)定，對于精密設(shè)計，當螺栓、螺母裝配屬于長配合螺紋時即>45配合時，內(nèi)螺紋精度取6H，外螺紋取5h或4h。而280大螺栓設(shè)計精度為M48×3-4h，其中徑公差為最大值Φ46.051，最小值Φ45.919，公差帶寬度為0.132。我公司設(shè)計要求螺母和機體螺孔與之配合的設(shè)計精度為M48×3-4H，其中徑公差最大值Φ46.231，最小值Φ46.051，公差帶寬度為0.180。兩者旋合長度為90mm，因此280大螺栓螺紋的配合長度及螺紋精度均已超過了精密設(shè)計要求，當螺紋旋合長度增加時，螺距累積誤差、螺旋線軸向誤差就有可能增加，加工時要求滿足同樣的公差值就會更加困難；相反，當旋合長度減小時，加工時要求滿足同樣的公差值就會容易些。因此，當尺寸精度及形位公差一旦在極限狀態(tài)時極易出現(xiàn)組裝困難、螺紋咬死甚至不能拆卸的質(zhì)量問題。

2.2.檢測手段不足。在螺紋批量生產(chǎn)中，可采用螺紋量規(guī)聯(lián)合對螺紋進行綜合檢驗，可綜合檢驗內(nèi)、外螺紋作用中徑是否合格。檢測280大螺栓用的螺紋環(huán)規(guī)，由于標準螺紋環(huán)規(guī)厚度只有24mm，因此只能滿足標準配合螺紋長度L≤45的檢測要求，對長配合螺紋長度L>45的檢測卻不能滿足。

2.3.滾絲輪存在問題：標準滾絲輪內(nèi)孔直徑一般采用Φ54或Φ75，我公司目前采用的是Φ75孔徑。滾絲輪在加工產(chǎn)品時，滾絲輪受力不平衡，除受徑向力外，還有軸向力等，與滾絲輪內(nèi)孔相配的機床芯軸因孔徑受到限制，造成滾壓徑向壓力不足，達不到M48×3螺紋一刀滾壓成型的壓力要求。280大螺栓無法一刀滾壓加工成活，必須采用多刀滾壓螺紋，多刀滾壓極容易產(chǎn)生螺紋疊壓、粗糙度降低、產(chǎn)生毛刺，降低了滾絲輪的使用壽命，同軸度、圓度、直線度均得不到保證，致使螺紋質(zhì)量下降。

2.4.熱處理硬度問題：280大螺栓硬度范圍要求為296～350HB。在熱處理時，為保證機械性能合格，螺栓硬度通常按上限熱處理。由于爐溫的不均勻性和螺栓平放方式，造成同爐螺栓熱處理硬度離散度較大，有時達到6HRC。螺紋加工中，因螺栓硬度不均勻，致使?jié)L絲輪受力不均，在螺紋滾壓中，由于螺栓在圓周和長度方向上存在熱處理硬度誤差，因復映誤差的影響，產(chǎn)生螺紋的螺距累積誤差和螺旋線軸向誤差，造成螺紋的形位公差得不到保證，降低滾絲輪滾壓質(zhì)量和滾絲輪的耐用度。

3.280大螺栓螺紋咬死的解決方法

根據(jù)上述原因分析，對280大螺栓螺紋咬死質(zhì)量問題的解決方法如下：

3.1.根據(jù)國家標準GB/T2516-2003，并結(jié)合產(chǎn)品特點，設(shè)計部門下達了280大螺栓螺紋精度按M48×3-4h、螺母及機體螺孔的螺紋精度按M48×3-5H的內(nèi)控標準執(zhí)行的通知，即中徑公差最大值Φ46.275，最小值 Φ46.051，這樣螺紋5H的中徑公差帶寬度為0.224，比原螺母及機體螺孔4H螺紋的中徑公差帶寬度0.18，中徑公差帶寬度放寬了0.044，適當加大了螺紋配合的間隙，降低螺紋配合的精度，有利于解決螺紋配合咬死的質(zhì)量問題。

3.2.優(yōu)化改進回火工藝，按工藝規(guī)定，定期檢測、校驗爐中溫度場，保證回火后的產(chǎn)品硬度比較均勻，同一熱處理爐的280大螺栓硬度離散度控制在3.5HRC以內(nèi)。重新制作回火框以改善280大螺栓裝爐方式，以前采用重疊平放，重新制作回火框后改為豎放，使280大螺栓受熱更均勻，避免重疊平放產(chǎn)生變形。

3.3.螺栓端部的退尾倒角，一般要求為45°。經(jīng)過多次工藝試驗，采用了與水平方向倒角為30°的工藝參數(shù)，解決了滾絲輪在滾壓過程中，因倒角偏斜造成的滾絲輪崩牙的問題。

3.4.因Φ75孔滾絲輪孔徑小，造成滾絲機芯軸直徑偏小，按滾絲機廠家提供的壓力公式計算需要50t壓力時，才能實現(xiàn)280大螺栓M48×3螺紋一刀滾壓成型的要求。而直徑為Φ75的芯軸承受不了50t徑向壓力，因此必須采用多刀滾壓，螺紋必將產(chǎn)生接刀，造成形位公差得不到保證。而國內(nèi)滾絲輪制造方式多為滾壓制式，制造精度不能達國家標準，因制造精度差，每付滾絲輪通常在加工300～500件產(chǎn)品左右時，由于其滾絲輪硬度為HRC61～62，有時在加工200件時，滾絲輪就崩牙或牙型變形，精度就不能滿足滾壓要求，必須更換滾絲輪，致使壽命短。

經(jīng)過多次試驗、調(diào)整加工的工藝及參數(shù)，選用了國產(chǎn)非標準的Ф100孔徑磨制AM48×3×140-2滾絲輪，如圖2。由于滾絲輪孔直徑的加大，與之相配的滾絲機芯軸直徑得到增粗，所承受的徑向滾壓壓力完全滿足壓力50t要求，解決了一刀滾壓螺紋成型。280大螺栓螺紋經(jīng)計量檢測，形位公差完全滿足了圖紙要求，每付滾絲輪可正常加工800～1200件產(chǎn)品。

圖2 滾絲輪

3.5.對滾輪生產(chǎn)廠家提出較高的制造非標滾絲輪的技術(shù)要求，確保磨制滾絲輪的制造精度達到國家標準規(guī)定的要求。用改進后的Φ100孔徑的滾絲輪加工的螺紋表面質(zhì)量得到較大提高，毛刺顯著減少。

3.6.調(diào)整滾絲輪軸線到最佳位置：進行螺栓首件檢查及螺栓螺紋中徑跳動計量。根據(jù)計量結(jié)果，精細調(diào)整滾絲輪軸線與螺栓軸線的平行度，確保280大螺栓螺紋加工符合圖紙要求。

3.6.模擬280大螺栓螺紋栽入機體螺孔的裝配實際情況，設(shè)計制作了280大螺栓螺紋加長專用檢具（工藝螺母），以加強螺栓螺紋徑向跳動的檢查，同時保證了90mm外螺紋的直線度檢測，作為標準螺紋環(huán)規(guī)檢測的補充檢具，使用后滿足長螺紋檢測的要求。

3.8.采用新材料3M工業(yè)百潔布清除280大螺栓螺紋加工后產(chǎn)生的毛刺，并納入正式工藝。新增螺母清洗、去毛刺工序，提高產(chǎn)品外觀質(zhì)量。

3.9.采用塑料套保護280大螺栓兩端螺紋，可以有效地防止搬運過程中螺紋的磕碰。

4.結(jié)束語

通過對280大螺栓螺紋咬死質(zhì)量問題分析并實施提出的解決方法，加強了280大螺紋滾壓加工的過程控制，自制了螺紋檢具，從螺紋滾壓加工過程、熱處理裝爐方式及熱處理工藝完善，清洗去毛刺，螺紋保護等方面進行控制，保證了長螺紋配合螺紋的加工質(zhì)量，解決了280大螺栓與螺母組裝困難、螺紋咬死甚至不能拆卸的質(zhì)量問題，取得了一定的技術(shù)效益及經(jīng)濟效益。

參考文獻：

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