国内外钢丝螺套用内螺纹执行标准的探究

2022-12-01

 钢丝螺套是一种新型的内螺纹紧固件品种，是 用高精度、高强度菱形截面的不锈钢丝加工成弹簧 状的内外螺纹同心体。它的用途完全不同于圆柱螺 旋弹簧。使用时，用专用底孔丝锥在基体上加工出 螺纹底孔，再将钢丝螺套安装在底孔中，形成与普通 螺纹尺寸完全相同的标准内螺纹，可与标准的外螺 纹制件旋合［1］。这是一种较新的螺纹连接技术。使用钢丝螺套可以保护基体不受损伤，延长拆装基 体使用寿命; 使螺纹增大受力面积，螺纹型面受力均 匀，从而大幅提高螺纹连接强度［2］。但是与公制螺 纹不同，钢丝螺套用内螺纹的加工及检测标准缺乏 统一性，在加工及检测中出现异常的频率也远高于 普通公制螺纹。本文从国内外钢丝螺套用内螺纹和 螺纹塞规的制造标准出发，研究钢丝螺套用内螺纹 的标准体系异同，探究保证螺套加工及检测精确的 手段。

1 问题的提出 

    原航空部 20 世纪 80 年代已初步制定 HB 5513 ～ 5516 － 80 标 准，到 1986 年已形成国军标 GJB 119． 1 ～ 119． 4 － 86《普通型钢丝螺套》，为航空、航 天共同采用［1］。在 20 世纪 90 年代形成 GB /T( 国 标) 钢丝螺套相关标准; 国外也有德国日本等多种 钢丝螺套的标准，它们都有各自的钢丝螺套用内螺 纹的加工及检测规范。但是他们的螺纹规格、标注 方式是否一致，还需要深入的研究。例如在生产过 程中，图纸要求的 ST 螺纹( 国军标) ，在选用进口丝 锥时却无法对照到 ST 的标准，而是会选用 EG 标识 ( DIN) 的丝锥，这样加工出的螺纹是否符合 GJB 的要求。此外，在钢丝螺套用内螺纹的检测上，也有相 同的标准等效性不明确的情况。比如，标注为 EG 的螺纹能否使用 ST 螺纹塞规进行检测，或者，其他 进口的不同标识的螺纹塞规能否应用在国内相关标 准的钢丝螺套用内螺纹的检测上，如图 1 所示。在 加工丝锥的选用上，同一标称直径的进口 EG 规格 的丝锥与国产 ST 规格的丝锥是否可以互换，如图 2 所示。

要回答这些问题，必须从国内外多个钢丝螺套 的相关标准出发，特别关注钢丝螺套用内螺纹的相 关标准和尺寸要求，通过对比分析找到几个标准的 之间的异同。

2 各标准的对照 

    钢丝螺套用内螺纹，主要有以下几个规范性标 准。( 1) GJB 119． 3A － 2001( 下文简称 GJB 标) 《安 装钢丝螺套用内螺纹》螺纹的标注方式为“ST* ”， 其中“* ”代表其公称直径。( 例如 ST8 就表示加工 完该螺纹并安装螺套后螺纹规格为 M8。其他标准与此相同) ; ( 2) GB /T 24425． 5 － 2009 ( 下文简称 GB 标) 《钢丝螺套用内螺纹》，标 注 方 式 为“LM * ”; ( 3) DIN 8140 － 3 － 1993 ( 下文简称 DIN 标) 《ISO 米制螺纹用钢丝螺套 第 3 部分: 螺纹塞规》， 标注方式为“EG M* ”; ( 4) HB 5515 － 1996( 下文 简称 HB 标) 《安装钢丝螺套用内螺纹》，标注方式 为“SM* ”。通过查询比对这几个标准之间的具体 数据，记录下各标准中的螺纹规格和公差带的分布 情况，可以清楚地分析出各标准下钢丝螺套用内螺 纹的区别。

2． 1 各标准在螺纹规格种类上的区别 

    4 种标准在钢丝螺套用内螺纹的规格提供上是 有所区别的。DIN 标的尺寸范围跨度更广，从公称 直径 2 ～ 52 mm 都有相应的规格，而无论 GB 标还是 GJB 标和 HB 标只规定了公称直径 2 ～ 39 mm 的螺 纹的规格。公称直径 39 mm 以上仅有 DIN 标有相 关的规格。此外，DIN 标还有部分如 EG3． 5 × 0． 6、 EG9 × 1 等细牙螺纹规格是其独有的。DIN 标独有 规格见表 1。

此外，12 × 1． 25、12 × 1、14 × 1． 25、18 × 2 这几 种规格为 EG 标和 LM 螺纹有，而 ST 螺纹和 SM 螺 纹没有。因此可以看出，在公称规格的覆盖度上 DIN( EG 螺纹) 要强于其他标准。 2． 2 各标准在螺纹公差等级上的区别     值得注意的是，钢丝螺纹的螺纹公差标注( 例 如“5H”或“6H”) 并非是完全按照 GB /T《普通螺纹 公差》或其等效标准 ISO 965 － 1《一般用图米制螺 纹 公差》的相关规定来执行的。虽然钢丝螺套用内 螺纹公差等级与螺纹公差的标准规定一致，但单独 对比中径的公差带宽，其要求明显要高于螺纹公差 的标准规定。其原因是，钢丝螺套用内螺纹的公差 等级标注指的是安装钢丝螺套后的内螺纹公差。因 此该精度要求是由钢丝螺套的制造精度和底孔内螺 纹的制造精度共同决定的，两者的制造误差具有叠 加效应。因此想要保证安装后的精度，必须以更高 的精度控制螺套的截面形状和钢丝螺套内螺纹的公 差范围。     此次研究中参考的几个标准所给出的公差范围 不同。DIN 标中( EG 螺纹) 仅给出了 6H 精度等级 的公差; 而 GJB 标( ST 螺纹) 仅根据各规格给出了 一个推荐的公差适用等级( 5H 或 6H) ，其中粗牙均 仅给出 5H; GB 标( LM 螺纹) 根据不同的规格都给 出了 5H、6H 两种不同的公差等级的相关参数; 而 HB 标 ( SM 螺 纹) 则对每个规格的 螺纹给出了 4H5H、5H、6H 3 种不同精度等级的相关参数，其中 4H5H 等级的相关参数要求在各标准中是要求最高 的。 2． 3 各标准在公差带宽上的区别     为了对比各个标准下的钢丝螺套用内螺纹规格 是否等效，以规格覆盖最全的 EG 螺纹为标准，选取 同一个 6H 公差等级的螺纹对比各个规格的螺纹的 大径、中径、小径的基本尺寸偏差，以及公差带带宽 的偏差，得到了对比数据。由于表格数据过多，仅截 取了部分表格以便说明情况，见表 2。     通过表 2 信息可以看出，在相同的公差等级 下，几种不同标准的钢丝螺套用内螺纹的大径、中 径、小径的基本尺寸完全相同，但是公差带带宽有 所不同。其中 EG 螺纹与 LM 螺纹可以完全等效， 而 ST 螺纹和 SM 螺纹的公差带带宽要大于同规格 的 EG 螺纹 24% ～ 37% 不等。在其他精度等级的公 差数据比对上也发现了相同的规律。即各个标准的 钢丝螺套用内螺纹大径、中径、小径的基本尺寸数 据都一致，但是同一个公差等级下公差带的带宽又是不同的。一般来说，EG 螺纹和 LM 螺纹的精度要 求要高于同等级的 ST 螺纹和 SM 螺纹。在设计选 型和工艺准备中需要特别注意。

3 钢丝螺套用内螺纹标准加工及检测标准选用 

3． 1 设计标准的选用     原则上钢丝螺套用内螺纹标准的选用要视加工 保证手段、生产资料准备和产品的功能性工艺性等 方面的实际情况来考虑。仅对比几个标准之间的区 别给出以下选用参考意见: ( 1) 公称直径超 39 mm 或国内标准中没有的一些细牙尺寸螺纹可查 DIN ( EG 螺纹) ; ( 2) 精度要求极高，达到 4H 仅有 HB ( SM 螺纹) 可以参考; ( 3) 其他情况下优先使用 GJB ( ST 螺纹) 或 GB( LM 螺纹) ，其使用范围最广，相关 的加工及检测工具最易获得。 3． 2 加工及检测标准的选用     原则上加工及检测标准要与图纸上的设计标准 统一。但是考虑到一些特殊情况，生产资料准备上 有困难时可以进行不同标准间的等效替代。但是要 注意 EG 螺纹和 LM 螺纹由于公差带带宽小于同级 别的 ST 螺纹和 SM 螺纹。因此 EG 螺纹和 LM 螺纹 的丝锥、塞规可以向下兼容 ST 螺纹和 LM 螺纹的加 工及检测工作，相当于加严了标准。但是反之 ST 螺 纹和 SM 螺纹的丝锥和塞规无法等效使用于 EG 螺 纹和 LM 螺纹。