如你所知,一个观点如果无数次向对方解释不也能获得接受——这的确是一件令人沮丧的事情——最好的办法是将它写下来。
不锈钢紧固件锁死,对于第一次碰到的用户来说是一件很郁闷的事,但长期从事紧固件的我而言......
——其实也很郁闷的。
既然如此,今天来谈一谈不锈钢螺丝的锁死。
什么叫锁死?锁死又称咬死,指的是螺栓与螺母在紧固过程中发生咬合抱死的现象,一般发生在不锈钢螺栓与不锈钢螺母的之间,所以又称不锈钢螺丝锁死或不锈钢螺丝咬死。
什么情况会发生锁死:
1,电动工具(或气动工具,下同)快速安装。
即便在自由状态下(即不承压状态),采用电动工具快速安装304螺丝配304螺母(或316螺丝配316螺母),必然会产生锁死。至于发生锁死的概率,与电动工具速度有关,速度越快,锁死概率越高,速度越慢概率越低,在某些极限情况下如电动工具反复快速拧进拧出,以及电动工具安装锁紧螺母(含尼龙锁紧、金属锁紧、压扁锁紧螺母等),可至100%锁死。(这是一个电动工具安装不锈钢锁尼龙螺母于不锈钢螺丝的锁死案例)
但如果采用手动方式安装则不存在锁死问题,这也说明了采电动工具安装与锁死发生的相关性。
高强度扭紧以及不平衡安装的典型案例就是法兰盘的安装:
法兰盘作为设备的关键支撑件,安装力较大。不论有没有操作手册,我看见有太多的工人总是往死里拧,直到拧不动为止;同时法兰盘沿法兰边安装,螺丝拧紧过程中存在不平衡现象,以上两点导致锁死的机率相应较大
法兰盘是具有代表性的锁死案例,安装环境中存在类似隐患的还有如:
倾斜安装;
螺丝口与螺母对不准(即:不同心。);
最核心的原因有两点:
1,粘
2,热
第一点,“粘性”是304(及316)这种不锈钢材的一种特有属性,如何理解“粘性”这一概念,我们可以想像和好的面团与石头相比,很显然面团粘性大。
上图的举例简单粗暴,很显然不是严谨的,但我们可以将它理解成一个量化的物理参数:延展性,(延展性是物质的一种机械性质,表示材料在受力而产生破裂之前,其塑性变形的能力)以下是一份304不锈钢化学成分表的截图:
作为对比,我们选取了作为生产碳钢紧固件的最常用材料:10B21,这是一份10B21的成分表截图:
我知道你光顾着看面包与石头了而没有注意上图的细节,虽然我用红色标注出来。我将其整理成如下的对比表(304不锈钢与10B21的延展性对比):
材料 | 304不锈钢(单位 %) | 10B21碳钢(单位 %) | 相差 |
断后伸长率% | 62 | 27 | 230% |
断后收缩率% | 78 | 60 | 30% |
上表看出304不锈钢延展性远远大于10B21碳钢。不用学习相关知识,跟据我们常识就可以体会到:在我们所熟悉的金属中,黄金,白银,铜(尤其是纯铜)延展性高,而从钨钢、高速钢延展性肯定低。
你是不是差点就要得出这样一个结论:越硬的金属延展性越低,而越软的金属延展性越高?有一定相关性但不也不尽然,当然这是另一个话题,在这里不讨论。总之,304的延展性是较高的。
事实上,如果你是一名加工不锈钢材料的老司机,哦不,老师博,肯定有这种经验:正因为其粘性与延展性的特点,304/316材料在车加工时,其排屑呈挤出的皱褶状或弹簧状,而其它材料如黄铜或碳钢在车削过程中排屑呈现碎屑状或细丝状。这是我们在生产一款不锈钢螺母(点击查看这款螺母)时加工现场(为了拍照,喷油管被移开了):
其排屑不易脱落,加工时甚至需要专人清理排屑。
说完延展性,再来看看不锈钢的导热性能,下面是一个对比表,不锈钢、碳钢与铜的导热性能对比:
材料 | 不锈钢 W/(m·K) |
碳钢 W/(m·K) |
铜 W/(m·K) |
导热系数 | 16.2 | 45 | 383 |
上表可以看出,不锈钢不利于导热,铜的导热性好,碳钢次之。
如果你明白了不锈钢的粘性与导热性,那基本猜到锁死产生的原因了,那就是:
不锈钢本身的粘性决定了螺栓螺母容易咬合在一起,而摩擦产生的热量更是促进了这一现象发生。它的瞬间整个过程是这样的:
不锈钢螺丝的咬死解决,不仅仅紧固生产商单方面需要解决的,这无疑需要使用者的参考与和改进。
作为供应商:
1,目前常见的解决方案是导热与润滑处理。在螺纹表面涂覆导导热油及润滑油并烘干,使其加快散热、减少摩擦产生的热量,螺丝与螺母搭配使用时涂一种即可。
2,有些公司在表面镀一层腊,原理是一样的。
作为使用者:
1,事必要重新考虑电动工具的可行性方案,在保证安装效率与降低锁死机率之间寻找一个平衡点,调低电动工具的转速或许是最直观可见的方法。简言之,就是拧慢一点。
2,避免粗爆安装,上面所提及的“往死里拧”是万万不可的,配一个扭力扳手防止用力过度。简言之,拧轻一点。
3,而直接涂覆防锁死油是彻底解决锁死的可选方案,这一般应用于高强度安装的螺栓螺母配合,如上面所提及的法兰盘连接,当然这种方案螺纹表面会有油。
其实铜螺丝也容易锁死的,只是相对于不锈钢螺丝而言不是那么突出而已,质量越好的铜螺丝越容易锁死,这往往是因为质量好的铜螺母其它含铜量高,而一些质量差的铜螺丝铅含量高而铜含量少。铜的高延展性导致它会出现锁死现象,但铜有个巨大优点,它的导热性很好,能及时将热量散放出去,所以很大呈度上又避免了锁死
铝螺丝,钛螺丝同样也存在这个问题
但碳钢螺栓就不会锁死。碳钢螺栓会直接拧断但不会锁死,原因就是碳钢(还是以上面的10B21为例)相对于不锈钢而言延展性要差很多。
那么延展性这一性能参数是优点还是缺点呢?作为机械性能而言,毫无疑问是优点。简言之,只要不超出它的阀值,不锈钢可承担更长的拉伸率,这无疑在振动环境中表现更佳;而且疲劳寿命更长。只是作为锁死而言,这一性能背了黑锅。
其实是很难拆下来的,建议锯掉。
这真是一个悲伤的话题......