某鑄件螺孔缺陷的一種分析計算方法

李 驥，陳振江，趙悅光，彭 倩

（陜西柴油機重工有限公司 鑄造事業部，陜西興平 713100）

1 螺孔缺陷介紹

某關重鑄件加工完成后端面M24-54/69 螺孔，發現其中2 個螺孔內存在縮松缺陷，1 號缺陷位于螺紋第6～15 牙，1/6 圓周上出現縮松；2 號缺陷位于螺紋第12～13 牙，1/4 圓周上出現縮松，如圖1 所示。

圖1 螺孔缺陷照片

2 螺紋受力分析計算

由于螺栓和螺母的剛度性質不同，即使制造和裝配都很精確，各圈螺紋牙上的受力也是不同的。當聯接受載時，螺栓受拉伸，外螺紋的螺距增大；而螺母受壓縮，內螺紋的螺距減小，由下圖可知，螺紋螺距的變化差以旋合的第一圈處為最大，以后各圈遞減。約有1/3 的載荷集中在第一圈上，第八圈以后幾乎不受載荷。旋合圈數越多，載荷分布不均程度越顯著，前六圈承受95%以上的力[1]，如圖2 所示。

圖2 螺紋受力圖

螺紋連接的擰緊力矩T 按照擰緊力矩公式[2]可計算得出螺紋需要承受的預緊力：

式中，T 為擰緊力矩（N·m）；d 為螺紋公稱直徑（mm）；F0為預緊力（N）；K 為擰緊力矩系數，取0.18～0.21。

由公式T=KF0d 可得F0=T/Kd，自由端面M24 螺紋緊固力矩為750N·m，如圖3。

圖3 螺紋緊固力矩

通過式2、3 可計算出鑄件實際可以承受的預緊力：

式中，σS為螺紋的屈服強度（MPa）;AS為螺紋公稱應力截面積（mm2）；d1為外螺紋小徑（mm），M24 螺紋小徑20.752mm；d2為外螺紋中徑（mm），M24 螺紋中徑22.051mm；d3為螺紋的計算直徑，d3=d1-H/6mm。

式中，H 為螺紋原始三角高度（mm）;P 為螺紋螺距（mm）。

根據上述公式可計算出：

鑄件實測屈服強度為293MPa。

鑄件M24 螺紋可承受的預緊力F0大于實際的預緊力：216775N＞156250N。

M24 螺紋前六扣可承受的預緊力為:216775N×95%=205936N，因某關重鑄件M24 螺紋前六扣可承受的預緊力遠大于實際整個螺紋的預緊力（205936N＞156250N），所以螺紋前六扣可承受的預緊力滿足使用要求。

3 螺紋缺陷對螺孔的影響計算

1 號螺紋缺陷位于12～13 牙，1/6 圓周上，根據上述理論可計算缺陷對螺紋受力影響為：（螺紋實際預緊力×5%÷前6 圈外的螺紋圈數×缺陷所占圈數×缺陷占螺紋比例）156250×5%÷12×2×1/6=217.01（N），缺陷螺紋受力對整體螺孔的影響約為217.01÷156250×100%=0.139%，可以忽略不計。

2 號螺紋缺陷位于6～15 牙，1/4 圓周上，根據上述理論可計算缺陷對螺紋受力影響為：（螺紋實際預緊力×5%÷前6 圈外的螺紋圈數×缺陷所占圈數×缺陷占螺紋比例）156250×5%÷12×9×1/4=1464.8N，缺陷螺紋受力對整體螺孔的影響約為1464.8÷156250×100%=0.938%。

4 缺陷處理方案

通過上述分析計算，得出螺紋缺陷對螺孔的影響不足1%，該關重鑄件端面兩螺孔缺陷不做任何處理，不影響正常使用。

該鑄件螺孔缺陷分析計算方法可引用在其他鑄件的螺孔缺陷處理上，該方法可為后續鑄件螺孔內出現缺陷提供計算分析方法和處理經驗參考。