铝合金车体的自攻钢螺套安装工艺赶紧了解一下

2022-12-30

自攻钢螺套是一种加强螺纹强度的紧固件，其嵌入铝合金材料内，可形成高强度的内螺纹孔，属于异种金属联接。它通过专用旋进起子旋入已经钻好并比其外径小的底孔内，通过自身外径上的切削螺纹在孔内壁上形成内螺纹，使母材与钢螺套联接在一起。

自攻钢螺套在铝合金车体上得到广泛应用，材质为303或304不锈钢。每台车都有几百个，小到底架上线缆支架安装，大到车体之间的贯通道安装，都通过它用螺栓联接。钢螺套的安装如图1所示，其安装属于“八防”工序中的“防离”，主要是防止钢螺套安装后出现松动或脱落。自攻钢螺套安装后应与母材表面平齐（或微低于母材表面），在规定的扭力值内无松动和脱落。

1. 生产中面临的问题

在实际生产中发现钢螺套安装存在以下现象：①钢螺套未全部攻入。②与母材不垂直，出现歪斜。③钢螺套打磨过多。④在总成进行设备安装时出现松脱。如图2所示。

自攻钢螺套脱落后，因为铝合金比钢螺套强度低，母材底孔上的螺纹往往全部破损，返工时，只能采用补焊后重新安装或扩孔后攻入异形钢螺套两种方法解决，耗费的时间至少是正常操作的几百倍，其中第二种方法不利于将来的维护保养。同时，在车辆运行中出现钢螺套松脱，将会使零部件脱落，造成行车安全事故。

2. 问题分析

如图3所示，通过对安装过程中经常出现的问题及造成的原因进行分析，得出其相互关系。由图3可以看出，底孔质量是问题产生的关键因素，其中底孔直径过小和过大是主因，底孔或攻入时不垂直是次因。而生产中钻底孔时使用的手风钻和钻头直径，对底孔直径造成的影响需要进行验证。

3. 工艺试验

选用常用的M12×12mm自攻钢螺套进行工艺试验，试验步骤如下。
1）如图4所示，钻底孔时，第一行使用φ 14.9mm钻头，第二行使用φ 15.0mm钻头，第三行使用φ 15.1mm钻头。

2）测量并记录底孔直径。
3）安装钢螺套，其中A、B和C列使用乐泰胶243，D、E和F列使用乐泰胶277，各位置钢螺套需检验并记录外径。
4）常温下干燥24h以上后，对所有钢螺套进行扭力试验，扭力值为53N•m，记录扭力试验情况。
5）对钢螺套做防松标记。
6）使用普通扳手和8.8级螺栓对A、B、E和F列钢螺套做拆卸试验，并记录拆卸次数。
7）考虑到车辆总组装和使用期维护保养的需要，使用风动棘轮扳手和8.8级螺栓对C、D列钢螺套做拆卸试验，记录拆卸次数。
试验数据见表1。试验结果分析如下。
1）使用一般的钻孔方法，当分别用φ 14.9mm、φ 15.0mm和φ 15.1mm钻头所钻的底孔直径＜15.27mm时，此种条件下安装的钢螺套均可耐受10次之内的反复拆装。
2）分别涂抹乐泰胶243和277安装的钢螺套，在有限的拆装次数（10次）内，未出现区别，均未脱落，可以满足使用要求。
3）使用手动棘轮扳手和失速型风动棘轮扳手安装和拆卸钢螺套，未出现明显区别，钢螺套均未脱落。

4）A-3、C-3、D-3三颗钢螺套使用φ 15.1mm钻头所钻的底孔直径≥15.27mm，无论是使用手动棘轮扳手，还是使用失速型风动棘轮扳手安装和拆卸，均出现了松动和脱落，能反复拆装的次数显著减少。

由分析可知，底孔直径偏大是造成钢螺套脱落的主要原因，如果钢螺套安装能按照工艺要求来做，则不同工况下钢螺套可以承受反复的拆装，能满足使用要求。

4. 工艺改进措施

针对工艺试验中出现的问题，在生产中采取了如下措施。
1）钻底孔时，首先在车体表面划出底孔定位中心线，打上样冲眼后，先钻出导孔，再选择比自攻螺套外壁螺纹小径小0.1～0.2mm的钻头扩完底孔。台钻选择小0.1mm；手电（风）钻垂直水平面钻选择小0.1mm，平行水平面钻选择小0.2mm。
2）用孔径检验装置（见图5）检测底孔。①当最小孔径检验棒能插进而最大孔径检验棒不能插进时，说明底孔直径合格。②若最小孔径检验棒和最大孔径检验棒都能插进，则说明底孔不合格，孔径偏大，自攻螺套安装后会松脱。③若最小孔径检验棒插不进，则说明底孔偏小，自攻螺套会攻不进，孔径需要再扩大。

3）检验底孔垂直度。将最小孔径检验棒插进孔直径合格的底孔，将角尺基座与基材贴紧，另一直边靠向基棒外表面就可测量垂直度。
4）测量抗拉抗扭力值。将抗拉抗扭力值测量装置（见图6）组装好，六角头螺栓旋入安装好的自攻螺套，扭力扳手调到测量值后进行预紧，自攻螺套不产生周向转动，则抗扭合格；将测量装置中套筒3取出，重新将六角头螺栓旋入安装好的自攻螺套，扭力扳手调到测量值后进行预紧，达到测量值后自攻螺套未拉出，说明自攻螺套在此预紧力作用下抗拉合格。

5. 应用效果

将工艺措施应用于广州三号线项目， 对20台车共704颗M12×12mm自攻钢螺套安装进行效果跟踪，发现只有两颗在未达到53N•m扭力值的情况下出现了松动，经查一颗出现歪斜，另一颗底孔直径偏大。一次安装合格率达到99.9%，比以前提高了3%，与以前相比每列车可节约损耗和返修成本3 000多元。

6. 结语

本次研究及总结出的工艺措施应用后达到了预定的目标，减少了返修量，提高了生产效率，改善了产品质量，为地铁车辆的安全运行打下了坚实的基础。