提高分離螺母解鎖阻力穩定性及合格率

李昊倫　王赫

摘 要：該報告描述了分離螺母解鎖阻力測試優化全過程，主要包括：實現分離螺母解鎖阻力試驗方案優化；氣動解鎖的測試原理及操作方法；分離螺母裝試合理性對解鎖阻力測試影響；外載荷下產品解鎖工作的性能以及螺母瓣的正確安裝順序對產品順利解鎖的影響。通過開展分離螺母制造及試驗的工藝方法，提高分離螺母解鎖性能穩定性及裝試合格率，為后續產品交收合格奠定基礎。

關鍵詞：分離螺母 解鎖阻力 外載荷 穩定性

中圖分類號：TQ560 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（c）-0097-02

分離螺母是一種新型壓緊釋放裝置的主要組成部分[1]，以該分離螺母為主要部件配合相應的壓緊桿部件，以實現天線基板與星體間以及天線基板間的壓緊與釋放，要求該產品提供30 kN左右的預緊力。因此該產品實現順利解鎖是關鍵，并且解鎖力值一定要穩定可靠，不能受其他因素干擾。

1 解鎖阻力測試原理

分離螺母的解鎖阻力測試通過氣動解鎖的方式進行，產品的氣動解鎖過程為非破壞性過程。

氣動解鎖的測試原理為：在火工部件正式裝配前，通過殼體一側螺紋孔向腔體內通入壓縮空氣，殼體另一側螺紋孔以工藝堵頭堵死[2]。當腔體壓力大于剪切銷剪切力、彈簧彈力以及執行機構解鎖摩擦力之和時，套筒剪斷剪切銷開始運動，機構實現解鎖。結構解鎖后，撤除氣源壓力，套筒在彈簧推力作用下向前運動，重新恢復對螺母瓣的徑向約束，參試的分離螺母恢復至解鎖前狀態。

影響產品解鎖的主要阻力來自彈簧彈力、剪切銷剪切力以及壓緊桿預緊力所引入的套筒與螺母瓣間的摩擦力。因此合理測試的工藝方法，才能準確測試解鎖壓力值。

2 存在的關鍵技術和難點

2.1 真實反映解鎖力值

產品要求3次氣動空載解鎖（無預緊力無剪切銷）及一次滿載解鎖（無預緊力帶剪切銷），該產品處于研制階段，解鎖不僅要順利而且解鎖力值一定要真實、穩定、可靠。因此必須合理安排工藝，不受外界因素干擾。

2.2 滿載下解鎖過程中套筒與活塞卡滯問題

滿載解鎖要求對產品加載30 kN預緊力，解鎖試驗后分解過程中套筒與活塞發生卡滯現象，套筒，活塞均出現一定的變形，導致活塞無法取出，嚴重影響解鎖及后續工作。因此必須查清原因，及時解決。

2.3 螺母瓣錯誤的安裝順序導致不解鎖現象

錯誤的組合順序將導致3個螺母瓣螺紋牙型錯位[3]。當壓緊桿擰入螺母瓣時，由于壓緊桿外螺紋的導向，3個螺母瓣相對位置錯動，當氣源壓力增大至解鎖狀態時，套筒向后移動，因螺母瓣錯位，其徑向約束無法同步解除，螺母瓣在套筒移動過程中發生卡滯。

3 優化技術方案和措施

3.1 解鎖阻力測試方案

穩定可靠的解鎖阻力測試方案，能夠更加精準地測試出解鎖力氣壓值的一致性。因此，筆者對試驗工序進行了優化。

首先，解鎖試驗前要求氣密檢查，以保證產品密封腔密封狀態良好，排除氣密微滲影響解鎖力值。其次，解鎖時裝配工藝螺桿，解鎖瞬間工藝螺桿脫落，可以直觀、及時、準確地判斷解鎖時間，讀取解鎖力值。最后，解鎖裝夾位置保持一致，工藝螺桿向下，保證解鎖狀態一致，解鎖力值不受干擾。

試驗分兩種方案進行實施。第一種方案產品經裝配后，直接進行空載解鎖與滿載解鎖試驗，產品克服彈簧彈力所需的氣壓值在0.50～1.0之間，解鎖氣壓值穩定性差；進行了第二種方案氣動解鎖試驗。試驗前，按照優化措施，解鎖前均進行氣密檢查，解鎖時采用工藝螺桿，并控制產品裝夾方式，能夠及時、有效地觀察解鎖狀態，記錄解鎖力值。3次空載解鎖穩定，可靠。裝藥前進行了氦質譜檢查，檢漏工裝結構合理，操作簡單、易行。氦質譜檢漏結果可靠，能夠滿足產品要求。產品克服彈簧彈力所需的氣壓值在0.50～0.70之間。解鎖氣壓值穩定，因此，選擇第二方案可行。

3.2 解決滿載解鎖過程中套筒與活塞卡滯問題

30 kN外載荷加載氣動解鎖用于測試產品在正常工作載荷條件下的解鎖阻力。分離螺母30 kN外載荷氣動解鎖測試分為3輪進行。

第一輪測試產品均帶剪切銷。試驗數據一致性差，無參考價值。進一步測試發現，由于預緊力加載裝置設計缺陷，導致加載裝置對產品壓緊桿實際施加的預緊力大于壓力傳感器顯示數值，加載的不一致性造成解鎖氣壓值出現波動。該問題出現后，對加載裝置進行了設計改型，然后重新恢復進行第二輪氣動解鎖試驗。參試產品分為帶剪切銷與無剪切銷兩種裝配狀態混合進行。在30 kN預緊力條件下，無剪切銷產品正常解鎖的氣壓值保持在10～13 MPa之間，均值為11.4 MPa左右。部分產品的解鎖氣壓值明顯偏大，對產品進行分解后，發現套筒外圓φ26-0.1-0.2部位表面存在多道較深劃痕，端蓋與套筒φ26部位有局部抱住現象。對其進行復測，結果顯示端蓋與套筒的φ26尺寸基本滿足公差要求，但端蓋和套筒均發生輕微形變，端蓋該尺寸接近下偏差，套筒該尺寸接近上偏差。

經分析，套筒與端蓋兩部件間的間隙為0.1～0.3 mm。加載時，壓緊桿上的預緊力最大超過37 kN以上，該力通過壓緊桿與螺母瓣間的螺紋嚙合，傳遞至螺母瓣上，并通過螺母瓣直接作用于端蓋20°圓錐面上。由于端蓋外螺紋固定于殼體，在預緊力作用下，端蓋實際狀態表現為受彎曲，端蓋φ26尺寸向內發生了局部的輕微塑性變形。同時。螺母瓣受力膨脹，擠壓套筒，也造成套筒外圓向外擴張趨勢。端蓋與套筒的局部變形在抵消掉最小的0.1 mm間隙后，兩者發生局部干澀。

對9件產品進行了返修，返修方式為將端蓋內圓-φ26+0.1 0尺寸擴至φ26+0.2 +0.1，返修后恢復，進行第3輪氣動解鎖試驗。返修后活塞與套筒運動靈活，能夠繼續試驗；滿載加載力值可靠，解鎖數據穩定。

3.3 螺母瓣錯誤的安裝順序導致不解鎖現象

產品第三次試驗時出現不解鎖狀態。產品進行分解后，發現螺母瓣安裝順序錯誤，經分析，正確的安裝順序為以線切割狀態為基準，3個螺母瓣以編號由小到大逆時針方向進行組合裝配。錯誤的組合順序將導致3個螺母瓣螺紋牙型錯位。當壓緊桿擰入螺母瓣時，由于壓緊桿外螺紋的導向，3個螺母瓣相對位置錯動，當氣源壓力增大至解鎖狀態時，套筒向后移動，因螺母瓣錯位，其徑向約束無法同步解除，螺母瓣在套筒移動過程中發生卡滯。

為充分驗證螺母瓣反序安裝可能導致卡滯不解鎖現象，選取1件產品，設置了新一輪氣動解鎖測試。新一輪測試獲取的解鎖狀態結果顯示，螺母瓣的安裝順序錯誤可導致不解鎖的狀態得到了充分驗證。

4 結語

通過對氣動解鎖方法的優化，解鎖過程中端蓋與套筒卡滯問題相關工藝驗證，對螺母瓣安裝準確性進行研究，發現安裝順序對能否順利解鎖起到至關重要的作用，在后續產品裝配中對此步驟需設置關鍵檢驗點，嚴格控制安裝正確性。此次還優化了分離螺母制造及試驗的工藝方法，尤其是氣動解鎖過程進行多次試驗研究、驗證，最終找到影響產品合格率的因素，并成功避免，現已完成了預期提高制造合格率及試驗效率的優化目標，為后續產品交收合格提供了保障，同時也為其他產品的裝配試驗奠定基礎。

參考文獻

[1] 王凱民，張學舜.火工品工程設計與試驗[M].北京：國防科技出版社，2010.

[2] 郭維長.論火工裝置的抽樣試驗與可靠性評估問題[J].中國空間科學技術，1999（3）：53-59.

[3] 劉炳章.小子樣驗證高可靠性的可靠性評估方法與其應用[J].質量與可靠性，2004（1）：19-22.