如你所知,一個觀點如果無數次向對方解釋不也能獲得接受——這的確是一件令人沮喪的事情——最好的辦法是將它寫下來。
不銹鋼緊固件鎖死,對于第一次碰到的用戶來說是一件很郁悶的事,但長期從事緊固件的我而言......
——其實也很郁悶的。
既然如此,今天來談一談不銹鋼螺絲的鎖死。
什么叫鎖死?鎖死又稱咬死,指的是螺栓與螺母在緊固過程中發生咬合抱死的現象,一般發生在不銹鋼螺栓與不銹鋼螺母的之間,所以又稱不銹鋼螺絲鎖死或不銹鋼螺絲咬死。強行拆除或切割后,其螺紋處內呈瘤狀或潰爛狀
即便在自由狀態下(即不承壓狀態),采用電動工具快速安裝未經涂覆的304螺絲配304螺母(或316螺絲配316螺母),必然會產生鎖死,是的你沒有看錯,是必然。至于發生鎖死的概率,與電動工具速度有關,速度越快,鎖死概率越高,速度越慢概率越低,在某些極限情況下如電動工具反復快速擰進擰出,以及電動工具安裝鎖緊螺母(含尼龍鎖緊、金屬鎖緊、壓扁鎖緊螺母等),可至100%鎖死。(這是一個電動工具安裝不銹鋼鎖尼龍螺母于不銹鋼螺絲的鎖死案例)
但如果采用手動方式安裝則不存在鎖死問題,這也說明了采電動工具安裝與鎖死發生的相關性。
高強度扭緊以及不平衡安裝的典型案例就是法蘭盤的安裝:
法蘭盤作為設備的關鍵支撐件,安裝力較大。不論有沒有操作手冊,我看見有太多的工人總是往死里擰,直到擰不動為止;同時法蘭盤沿法蘭邊安裝,螺絲擰緊過程中存在不平衡現象,以上兩點導致鎖死的機率相應較大
法蘭盤是具有代表性的鎖死案例,安裝環境中存在類似隱患的還有如:
螺絲口與螺母對不準即不同心;或偏心安裝等。
最核心的原因有兩點:
第一點,“粘性”是304(及316)這種不銹鋼材的一種特有屬性,如何理解“粘性”這一概念,我們可以想像和好的面團與石頭相比,很顯然面團粘性大。
上圖的舉例簡單粗暴,很顯然不是嚴謹的,但我們可以將它理解成一個量化的物理參數:延展性,(延展性是物質的一種機械性質,表示材料在受力而產生破裂之前,其塑性變形的能力)以下是一份304不銹鋼化學成分表的截圖:
作為對比,我們選取了作為生產碳鋼緊固件的最常用材料:10B21,這是一份10B21的成分表截圖:
我知道你光顧著看面包與石頭了而沒有注意上圖的細節,雖然我用紅色標注出來。我將其整理成如下的對比表(304不銹鋼與10B21的延展性對比):
材料 | 304不銹鋼(單位 %) | 10B21碳鋼(單位 %) | 相差 |
斷后伸長率% | 62 | 27 | 230% |
斷后收縮率% | 78 | 60 | 30% |
上表看出304不銹鋼延展性遠遠大于10B21碳鋼。不用學習相關知識,跟據我們常識就可以體會到:在我們所熟悉的金屬中,黃金,白銀,銅(尤其是純銅)延展性高,而從鎢鋼、高速鋼延展性肯定低。
你是不是差點就要得出這樣一個結論:越硬的金屬延展性越低,而越軟的金屬延展性越高?有一定相關性但不也不盡然,當然這是另一個話題,在這里不討論。總之,304的延展性是較高的。
如果你是一名加工不銹鋼材料的老師博,肯定有這種經驗:正因為其粘性與延展性的特點,304/316材料在車加工時,其排屑呈擠出的皺褶狀或彈簧狀如下圖,而其它材料如黃銅或碳鋼在車削過程中排屑呈現碎屑狀或細絲狀。
其排屑不易脫落,加工時甚至需要專人清理排屑。
說完延展性,再來看看不銹鋼的導熱性能,下面是一個對比表,不銹鋼、碳鋼與銅的導熱性能對比:
材料 | 不銹鋼 W/(m·K) |
碳鋼 W/(m·K) |
銅 W/(m·K) |
導熱系數 | 16.2 | 45 | 383 |
上表可以看出,不銹鋼不利于導熱,銅的導熱性好,碳鋼次之。
如果你明白了不銹鋼的粘性與導熱性,那基本猜到鎖死產生的原因了,那就是:
不銹鋼本身的粘性決定了螺栓螺母容易咬合在一起,而摩擦產生的熱量更是促進了這一現象發生。它的瞬間整個過程是這樣的:
不銹鋼螺絲的咬死解決,不僅僅緊固生產商單方面需要解決的,這無疑需要使用者的參考與和改進。
作為供應商:
1,目前常見的解決方案是導熱與潤滑處理。在螺紋表面涂覆導導熱油及潤滑油并烘干,使其加快散熱、減少摩擦產生的熱量,螺絲與螺母搭配使用時涂一種即可。
2,有些公司在表面鍍一層臘,原理是一樣的。
作為使用者:
1,事必要重新考慮電動工具的可行性方案,在保證安裝效率與降低鎖死機率之間尋找一個平衡點,調低電動工具的轉速或許是最直觀可見的方法。簡言之,就是擰慢一點。
2,避免粗爆安裝,上面所提及的“往死里擰”是萬萬不可的,配一個扭力扳手防止用力過度。簡言之,擰輕一點。
3,而直接涂覆防鎖死油是徹底解決鎖死的可選方案,這一般應用于高強度安裝的螺栓螺母配合,如上面所提及的法蘭盤連接,當然這種方案螺紋表面會有油。
其實銅螺絲也容易鎖死的,只是相對于不銹鋼螺絲而言不是那么突出而已,質量越好的銅螺絲越容易鎖死,這往往是因為質量好的銅螺母其它含銅量高,而一些質量差的銅螺絲鉛含量高而銅含量少。銅的高延展性導致它會出現鎖死現象,但銅有個巨大優點,它的導熱性很好,能及時將熱量散放出去,所以很大呈度上又避免了鎖死
鋁螺絲,鈦螺絲同樣也存在這個問題
但碳鋼螺栓就不會鎖死。碳鋼螺栓會直接擰斷但不會鎖死,原因就是碳鋼(還是以上面的10B21為例)相對于不銹鋼而言延展性要差很多。
那么延展性這一性能參數是優點還是缺點呢?作為機械性能而言,毫無疑問是優點。簡言之,只要不超出它的閥值,不銹鋼可承擔更長的拉伸率,這無疑在振動環境中表現更佳;而且疲勞壽命更長。只是作為鎖死而言,這一性能背了黑鍋。
如果只是剛發生在螺紋口就停止了,尚可大力出奇跡回退出來;如果已擰入一定深度并鎖死,就很難退出來了,建議鋸掉螺絲。這真是一個悲傷的話題......