電鍍前螺紋尺寸的確定

目前，在機(jī)械產(chǎn)品上應(yīng)用螺紋件的防護(hù)覆蓋處理已有很大發(fā)展，但就應(yīng)用的廣度和數(shù)量而言并不理想，特別是汽車行業(yè)，仍以電鍍（鋅）為主。

當(dāng)螺紋件（螺栓、螺母）規(guī)定螺紋精度較高（6級或以上）時(shí)，鍍層尺寸對鍍后螺紋的配合性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生明顯的影響，此時(shí)，在螺紋件電鍍之前的螺紋預(yù)留容納鍍層的合適間隙以保證鍍后螺紋配合的可旋合性能，就十分必要了。

本文介紹、分析了有關(guān)問題和一些基本的解決方法，其基本概念和方法對其他涂覆層涂覆前螺紋尺寸的確定也有參考價(jià)值。

標(biāo)準(zhǔn)螺紋配合的基本狀況

在現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用最廣的是普通螺紋，我國普通螺紋國家標(biāo)準(zhǔn)（源于ISO標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定了多種精度和多種不同配合。而作為緊固件使用的螺栓、螺母、螺釘?shù)嚷菁y件，最常用的或基本的精度為6級，最基本的配合采用6H/6g（見圖1）。

圖1 6H/6g 螺紋配合示意

這種選擇，可以理解為“最大程度地簡化”。從全球?qū)嵺`看，是可行的，也是合理的。這種配合，對不作鍍覆處理的產(chǎn)品，也可直接使用。

以標(biāo)準(zhǔn)配合螺紋作為鍍覆前尺寸

1．薄鍍層——鍍覆與否均采用同一配合

當(dāng)產(chǎn)品僅需要做出足夠薄的鍍覆層時(shí)，則利用6H/6g配合已有的間隙（即標(biāo)準(zhǔn)所稱基本偏差）予以適當(dāng)?shù)腻兏?，鍍后的螺紋配合功能，或者說互換性或可旋合性，是可以得到保證的，前提是鍍覆層厚度需控制在預(yù)定的范圍內(nèi)。

這是緊固件國家標(biāo)準(zhǔn)、ISO標(biāo)準(zhǔn)以及很多國外標(biāo)準(zhǔn)一致采取的處理辦法。

圖2 6H/6g 配合鍍后公差位置示意

以M10 6H/6g為例，其基本偏差（即中徑處最小間隙）為32μm，而理論的最小可容鍍覆層厚度則為8μm（對于長度小于或等于5倍直徑的短規(guī)格）或6μm（對于長規(guī)格）(見GB/T 5267表4 )。

值得注意的是，相對于螺紋公稱中徑（作為公差計(jì)算的零起點(diǎn)）而言，理論上6H級內(nèi)螺紋是沒有預(yù)留間隙的，但內(nèi)螺紋件（螺母）同樣需要進(jìn)行鍍覆。

實(shí)際上，由于電鍍工藝本身的特性，內(nèi)螺紋件鍍覆時(shí)在螺紋上可獲得的鍍層厚度，遠(yuǎn)小于其外表面可獲得厚度，加之內(nèi)螺紋件螺紋公差帶實(shí)際分布的特性（大多集中于公差帶中上部），厚度足夠薄的鍍覆后的內(nèi)螺紋件，其公差帶仍處于6H標(biāo)準(zhǔn)公差帶的概率極高，猶如已預(yù)留間隙一樣。

這是內(nèi)螺紋緊固件產(chǎn)品，在薄電鍍層條件下的一種特別的、經(jīng)實(shí)踐證實(shí)有效的處理方式。在GB/T 5267中，對此已有明確闡述（見GB/T 5267之5.1.2）。 

這些規(guī)定的要點(diǎn)是：1. 6H級螺紋可以作為較薄鍍層的鍍前尺寸，鍍后仍應(yīng)以6H級通端量規(guī)檢驗(yàn)合格；反之，如果6H級通端量規(guī)驗(yàn)收合格，即使批平均厚度大于最大批平均厚度也是可以允許的。外螺紋件則需利用標(biāo)準(zhǔn)配合給出的間隙（基本偏差）以容納鍍覆層（6H/6g配合鍍后公差位置示意見圖2）。

2. 較厚鍍層——采用標(biāo)準(zhǔn)配合如果產(chǎn)品的鍍覆層要求較厚（使用環(huán)境較為惡劣），那么，在螺紋標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，還可以選擇其他配合種類（如6H/6f，6H/6e，6G/6e），以滿足不同鍍覆層厚度的需要（6H/6g，6H/6f，6H/6e配合的外螺紋可容納的理論鍍覆層示意見圖3）。

圖3 不同配合種類可容鍍層示意

常用規(guī)格可容鍍層厚度見表1（GB/T 5267 表5的摘錄）。

表1 常用規(guī)格可容鍍層厚度

在采用標(biāo)準(zhǔn)配合時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)，上述表1所指的最大鍍層厚度，實(shí)際上是指標(biāo)準(zhǔn)中（GB/T 5267表1）的鍍層厚度（即公稱鍍層厚度），也是最小局部鍍層厚度，也就是在考慮和計(jì)算鍍層與螺紋間隙的關(guān)系時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 5267表1）采用的是最小局部鍍層厚度，并未按理論關(guān)系采用螺紋側(cè)面上的最大鍍層厚度，這似乎令人有些費(fèi)解。

對此，需要從電鍍技術(shù)本身的特性和目前鍍層檢測技術(shù)的局限性來理解，由于電鍍層厚度分布的不均勻性，無論標(biāo)準(zhǔn)中的最小鍍層厚度或批平均厚度，都不是附著在螺紋側(cè)面上的、直接影響螺紋配合狀態(tài)的鍍層厚度。

目前經(jīng)濟(jì)可行、能確切檢測的鍍層厚度，其實(shí)僅有局部鍍層厚度，其檢測位置都只能在非螺紋部較寬敞的表面，而最小則是作為保證產(chǎn)品獲得必要防蝕性的條件。

也就是說，這種被檢測出的厚度，與螺紋側(cè)面上的鍍層厚度（我們可稱其為覆蓋于螺紋上的有效厚度），是兩個(gè)不同的概念，二者之間只是存在一種難以確切計(jì)量的、大致的相關(guān)關(guān)系。標(biāo)準(zhǔn)采用的這種辦法，可以理解為主要是以“理論+實(shí)踐”確立的相關(guān)關(guān)系。

至于批平均厚度，則只是鍍層總量的平均水平，并不具體體現(xiàn)在某個(gè)表面上，是一種近乎虛擬的數(shù)值，更難以作為計(jì)算配合關(guān)系的依據(jù)。這樣，就可以明白，標(biāo)準(zhǔn)給出的基本偏差與最大鍍層厚度之間的關(guān)系，只是一種大致的或近似的關(guān)系，而不是一種確切的數(shù)學(xué)關(guān)系。

基于這種不確切的關(guān)系，為了保證鍍后的可旋合性，標(biāo)準(zhǔn)特別規(guī)定了“鍍后內(nèi)、外螺紋分別用6H/6h級螺紋通端量規(guī)進(jìn)行檢查”作為最終裁決依據(jù)，以彌補(bǔ)這個(gè)漏洞。

為了減少生產(chǎn)中質(zhì)量控制（線材尺寸、螺胚尺寸、量規(guī)等）的復(fù)雜性，選用標(biāo)準(zhǔn)螺紋配合作鍍覆前尺寸，無疑是一種合適、方便的選擇。

3．標(biāo)準(zhǔn)螺紋配合作為鍍覆前尺寸的具體選擇

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)中，對于螺紋精度及配合的確定，有兩種不同方式：一是規(guī)定成品（即鍍后）精度及鍍層厚度；另一種是規(guī)定鍍前精度及鍍層厚度。

對于前者，鍍前精度、配合需由制造商選擇；對于后者，鍍前精度、配合由設(shè)計(jì)者（或標(biāo)準(zhǔn)）選定。

表1（GB/T 5267 表5）給出了在一定螺紋規(guī)格、精度及配合種類條件下，可供選擇的可容鍍層的厚度。而實(shí)際應(yīng)用中，往往是在已定螺紋規(guī)格、已定鍍層厚度條件下來選擇鍍前螺紋配合種類的。即對于同一類產(chǎn)品（如某種或若干種類似的螺栓），為了保證同等的耐蝕性，也為了生產(chǎn)管理的需要，希望選擇盡可能單一厚度的鍍層。同時(shí)會(huì)選擇盡可能少（或單一）的鍍前螺紋配合種類。

在這個(gè)前提下，顯然只好按該配合中最小可容鍍層來反選螺紋配合種類了。以表1所列規(guī)格為例，6f可容最大鍍層厚度在8—12μm之間，若產(chǎn)品耐蝕需要鍍層厚度為8μm，那么無疑可選用6f級配合，對于其他大部分可容納更厚鍍層的尺寸規(guī)格，也統(tǒng)統(tǒng)僅鍍8μm。若所需鍍層為10μm，即須選用6e級配合。

顯然，對于大部分尺寸規(guī)格而言，會(huì)存在一個(gè)間隙過大的問題。反之，如果需要鍍層10μm的仍選用6f級，對大部尺寸規(guī)格是合適的，而對部分長規(guī)格可能間隙不足。這是按照標(biāo)準(zhǔn)推薦數(shù)據(jù)在紙面演算而得出的結(jié)論。

不過，如果注意到標(biāo)準(zhǔn)給出的最大鍍層厚度與基本偏差間的關(guān)系，基本還是以“基本偏差應(yīng)大于4倍螺紋側(cè)面上的鍍層厚度”這一理論性關(guān)系為基礎(chǔ)的，只不過標(biāo)準(zhǔn)是采用可以（在產(chǎn)品可測表面上）測量的鍍層厚度來替代螺紋側(cè)面上的鍍層厚度的。

而實(shí)際上，螺紋上得到的鍍層有效厚度會(huì)比標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 5267 表1）所稱的鍍層厚度（即最小局部厚度）更薄更不均勻，且其關(guān)系也并不十分確定。

因此有理由認(rèn)為，表1（GB/T 5267 表5）給出的選用規(guī)范是可以據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)靈活運(yùn)用的。比如，10μm鍍層選用6f級，對其中螺紋直徑為M6—M12的長規(guī)格部分是否會(huì)存在間隙不足的問題，就不必絕對化地看待。而且所謂長規(guī)格中偏短與偏長的規(guī)格，其鍍后狀態(tài)也不會(huì)相同。

無論如何，最終還須按“鍍后以6h通端量規(guī)合格”作為最終裁決。即應(yīng)以通過實(shí)踐驗(yàn)證作為選擇的最終依據(jù)。在我國汽車行業(yè)已應(yīng)用多年的《汽車標(biāo)準(zhǔn)件手冊》，正是按這種方式處理的。即鍍前6f，鍍層8μm，對部分長規(guī)格，并未另選配合，就是超越規(guī)范的。

總之，為了簡化鍍前螺紋配合及鍍層厚度的種類，對標(biāo)準(zhǔn)推薦的選擇規(guī)范必要時(shí)可適當(dāng)變通，并最終通過實(shí)際驗(yàn)證加以確定。

4．以標(biāo)準(zhǔn)螺紋配合作為鍍覆前尺寸的局限性

不難看出，采用標(biāo)準(zhǔn)螺紋精度作為鍍前尺寸，存在一定局限性。

其主要表現(xiàn)為：

1） 在鍍覆層厚度有特別要求的情況下不合適。如要求9μm、13μm、22μm等，若按標(biāo)準(zhǔn)給出的鍍層厚度則不能滿足需要。

2） 鍍層厚度超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范時(shí)，如大于30μm，標(biāo)準(zhǔn)配合將難以適應(yīng)。為此將不得不采用非標(biāo)準(zhǔn)的鍍前尺寸。

5．非標(biāo)準(zhǔn)鍍前螺紋尺寸的確定

GB/T 5267標(biāo)準(zhǔn)附錄E，給出了一種非標(biāo)準(zhǔn)鍍前螺紋的確定方法，其要點(diǎn)是：給出了鍍層厚度對應(yīng)的總間隙，以此為依據(jù)，確定非標(biāo)準(zhǔn)螺紋的基本偏差，再確定螺紋公差（平移螺紋公差帶或壓縮螺紋公差），其基本依據(jù)是所推薦的總間隙。

從附錄的表中可以看出，這一推薦數(shù)值是以“總間隙應(yīng)大于4倍鍍層厚度”這一理論為主要依據(jù)的，同時(shí)納入了源于“電鍍層分布不勻”這一因素的經(jīng)驗(yàn)修正值，而略微放大了總間隙數(shù)值。

但是，如前所述，鍍層厚度并不等于螺紋側(cè)面上的有效鍍層厚度，它與螺紋預(yù)留間隙之間的關(guān)系只是大致的相關(guān)關(guān)系而已，因此，按此確定的鍍前尺寸，同采用標(biāo)準(zhǔn)配合一樣，并不能作為最終決定，仍需以實(shí)際驗(yàn)證來確認(rèn)和修正。

至于確定公差帶（平移或壓縮），只是一個(gè)經(jīng)濟(jì)性與管理的問題，基本不涉及電鍍后的螺紋可符合性，企業(yè)可根據(jù)各自的情況確定。

無論是選用標(biāo)準(zhǔn)配合或確定新的非標(biāo)準(zhǔn)配合，為了既保證產(chǎn)品的抗蝕性能又希望產(chǎn)品螺紋部強(qiáng)度的犧牲達(dá)最小，顯然應(yīng)遵循“既可以容納所需鍍層，但又不希望間隙過大”的原則。

這里介紹另一種確定非標(biāo)準(zhǔn)鍍前螺紋尺寸的方法，其本質(zhì)是“以鍍層在螺紋上的實(shí)際覆蓋狀況為依據(jù)，預(yù)留螺紋間隙應(yīng)大于4倍有效鍍層厚度”。

其具體做法是：

1）對代表性產(chǎn)品（如多種集中度較高的直徑、長度），鍍覆應(yīng)達(dá)到最小鍍層厚度，即按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定部位檢驗(yàn)最小局部厚度并符合要求。

2）抽樣檢測螺紋側(cè)面的有效厚度。用中徑測量工具（螺紋千分尺或指針式螺紋中徑表）檢測鍍后及退去鍍層后同一產(chǎn)品、同一部位的螺紋中徑尺寸，二者的尺寸差即為應(yīng)預(yù)留的最小間隙，其1/4即為測得的有效鍍層厚度。

3）準(zhǔn)確性取決于抽樣的代表性、檢測準(zhǔn)確性以及足夠的抽樣數(shù)等。

4）運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，對實(shí)測數(shù)據(jù)綜合統(tǒng)計(jì)分析，從樣本數(shù)據(jù)推斷母體數(shù)據(jù)，判定有效鍍層厚度，從而初步確定新的基本偏差。

5）按照標(biāo)準(zhǔn)鍍后符合h級通端量規(guī)的要求，進(jìn)行必要批次、數(shù)量的實(shí)際驗(yàn)證，以最終確定新的基本偏差。這一方法，在現(xiàn)行螺紋標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)尚未廣泛供應(yīng)時(shí)期，曾被某專業(yè)緊固件企業(yè)長期采用并取得良好效果。

結(jié) 語

1. 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)給出的選擇規(guī)范，由于鍍層厚度與螺紋上的有效鍍層厚度之間對應(yīng)關(guān)系的模糊性，因而不宜將其作為不可逾越或不可修正的規(guī)范。

2. 標(biāo)準(zhǔn)給出的“鍍后以h 級通端量規(guī)檢測”的終判原則，為接近既保證產(chǎn)品的抗蝕性能又希望產(chǎn)品強(qiáng)度的犧牲達(dá)最小的目標(biāo)，以及運(yùn)用規(guī)范做出必要的調(diào)整或修正提供了依據(jù)。無論采用標(biāo)準(zhǔn)配合或非標(biāo)準(zhǔn)配合作為鍍前尺寸，這個(gè)原則都具有重要意義。

3. 如果能建立鍍層厚度與螺紋上的有效鍍層厚度之間的更為準(zhǔn)確的對應(yīng)關(guān)系，這對更合理地選擇鍍前標(biāo)準(zhǔn)配合或確定非標(biāo)準(zhǔn)配合將產(chǎn)生重要影響。

基于現(xiàn)代測試技術(shù)的發(fā)展，對螺紋上的有效鍍層厚度以及鍍層厚度（即標(biāo)準(zhǔn)所指檢測表面）進(jìn)行足夠數(shù)量的準(zhǔn)確測試以進(jìn)一步了解二者間的關(guān)系，就技術(shù)而論，應(yīng)無不可克服的困難。

4. 雖本文論述的是電鍍條件下的情況，但其基本概念和方法對其他涂覆層涂覆前螺紋尺寸的確定也有一定參考價(jià)值。