提高分离螺母解锁阻力稳定性及合格率

李昊伦　王赫

摘 要：该报告描述了分离螺母解锁阻力测试优化全过程，主要包括：实现分离螺母解锁阻力试验方案优化；气动解锁的测试原理及操作方法；分离螺母装试合理性对解锁阻力测试影响；外载荷下产品解锁工作的性能以及螺母瓣的正确安装顺序对产品顺利解锁的影响。通过开展分离螺母制造及试验的工艺方法，提高分离螺母解锁性能稳定性及装试合格率，为后续产品交收合格奠定基础。

关键词：分离螺母 解锁阻力 外载荷 稳定性

中图分类号：TQ560 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）10（c）-0097-02

分离螺母是一种新型压紧释放装置的主要组成部分[1]，以该分离螺母为主要部件配合相应的压紧杆部件，以实现天线基板与星体间以及天线基板间的压紧与释放，要求该产品提供30 kN左右的预紧力。因此该产品实现顺利解锁是关键，并且解锁力值一定要稳定可靠，不能受其他因素干扰。

1 解锁阻力测试原理

分离螺母的解锁阻力测试通过气动解锁的方式进行，产品的气动解锁过程为非破坏性过程。

气动解锁的测试原理为：在火工部件正式装配前，通过壳体一侧螺纹孔向腔体内通入压缩空气，壳体另一侧螺纹孔以工艺堵头堵死[2]。当腔体压力大于剪切销剪切力、弹簧弹力以及执行机构解锁摩擦力之和时，套筒剪断剪切销开始运动，机构实现解锁。结构解锁后，撤除气源压力，套筒在弹簧推力作用下向前运动，重新恢复对螺母瓣的径向约束，参试的分离螺母恢复至解锁前状态。

影响产品解锁的主要阻力来自弹簧弹力、剪切销剪切力以及压紧杆预紧力所引入的套筒与螺母瓣间的摩擦力。因此合理测试的工艺方法，才能准确测试解锁压力值。

2 存在的关键技术和难点

2.1 真实反映解锁力值

产品要求3次气动空载解锁（无预紧力无剪切销）及一次满载解锁（无预紧力带剪切销），该产品处于研制阶段，解锁不仅要顺利而且解锁力值一定要真实、稳定、可靠。因此必须合理安排工艺，不受外界因素干扰。

2.2 满载下解锁过程中套筒与活塞卡滞问题

满载解锁要求对产品加载30 kN预紧力，解锁试验后分解过程中套筒与活塞发生卡滞现象，套筒，活塞均出现一定的变形，导致活塞无法取出，严重影响解锁及后续工作。因此必须查清原因，及时解决。

2.3 螺母瓣错误的安装顺序导致不解锁现象

错误的组合顺序将导致3个螺母瓣螺纹牙型错位[3]。当压紧杆拧入螺母瓣时，由于压紧杆外螺纹的导向，3个螺母瓣相对位置错动，当气源压力增大至解锁状态时，套筒向后移动，因螺母瓣错位，其径向约束无法同步解除，螺母瓣在套筒移动过程中发生卡滞。

3 优化技术方案和措施

3.1 解锁阻力测试方案

稳定可靠的解锁阻力测试方案，能够更加精准地测试出解锁力气压值的一致性。因此，笔者对试验工序进行了优化。

首先，解锁试验前要求气密检查，以保证产品密封腔密封状态良好，排除气密微渗影响解锁力值。其次，解锁时装配工艺螺杆，解锁瞬间工艺螺杆脱落，可以直观、及时、准确地判断解锁时间，读取解锁力值。最后，解锁装夹位置保持一致，工艺螺杆向下，保证解锁状态一致，解锁力值不受干扰。

试验分两种方案进行实施。第一种方案产品经装配后，直接进行空载解锁与满载解锁试验，产品克服弹簧弹力所需的气压值在0.50～1.0之间，解锁气压值稳定性差；进行了第二种方案气动解锁试验。试验前，按照优化措施，解锁前均进行气密检查，解锁时采用工艺螺杆，并控制产品装夹方式，能够及时、有效地观察解锁状态，记录解锁力值。3次空载解锁稳定，可靠。装药前进行了氦质谱检查，检漏工装结构合理，操作简单、易行。氦质谱检漏结果可靠，能够满足产品要求。产品克服弹簧弹力所需的气压值在0.50～0.70之间。解锁气压值稳定，因此，选择第二方案可行。

3.2 解决满载解锁过程中套筒与活塞卡滞问题

30 kN外载荷加载气动解锁用于测试产品在正常工作载荷条件下的解锁阻力。分离螺母30 kN外载荷气动解锁测试分为3轮进行。

第一轮测试产品均带剪切销。试验数据一致性差，无参考价值。进一步测试发现，由于预紧力加载装置设计缺陷，导致加载装置对产品压紧杆实际施加的预紧力大于压力传感器显示数值，加载的不一致性造成解锁气压值出现波动。该问题出现后，对加载装置进行了设计改型，然后重新恢复进行第二轮气动解锁试验。参试产品分为带剪切销与无剪切销两种装配状态混合进行。在30 kN预紧力条件下，无剪切销产品正常解锁的气压值保持在10～13 MPa之间，均值为11.4 MPa左右。部分产品的解锁气压值明显偏大，对产品进行分解后，发现套筒外圆φ26-0.1-0.2部位表面存在多道较深划痕，端盖与套筒φ26部位有局部抱住现象。对其进行复测，结果显示端盖与套筒的φ26尺寸基本满足公差要求，但端盖和套筒均发生轻微形变，端盖该尺寸接近下偏差，套筒该尺寸接近上偏差。

经分析，套筒与端盖两部件间的间隙为0.1～0.3 mm。加载时，压紧杆上的预紧力最大超过37 kN以上，该力通过压紧杆与螺母瓣间的螺纹啮合，传递至螺母瓣上，并通过螺母瓣直接作用于端盖20°圆锥面上。由于端盖外螺纹固定于壳体，在预紧力作用下，端盖实际状态表现为受弯曲，端盖φ26尺寸向内发生了局部的轻微塑性变形。同时。螺母瓣受力膨胀，挤压套筒，也造成套筒外圆向外扩张趋势。端蓋与套筒的局部变形在抵消掉最小的0.1 mm间隙后，两者发生局部干涩。

对9件产品进行了返修，返修方式为将端盖内圆-φ26+0.1 0尺寸扩至φ26+0.2 +0.1，返修后恢复，进行第3轮气动解锁试验。返修后活塞与套筒运动灵活，能够继续试验；满载加载力值可靠，解锁数据稳定。

3.3 螺母瓣错误的安装顺序导致不解锁现象

产品第三次试验时出现不解锁状态。产品进行分解后，发现螺母瓣安装顺序错误，经分析，正确的安装顺序为以线切割状态为基准，3个螺母瓣以编号由小到大逆时针方向进行组合装配。错误的组合顺序将导致3个螺母瓣螺纹牙型错位。当压紧杆拧入螺母瓣时，由于压紧杆外螺纹的导向，3个螺母瓣相对位置错动，当气源压力增大至解锁状态时，套筒向后移动，因螺母瓣错位，其径向约束无法同步解除，螺母瓣在套筒移动过程中发生卡滞。

为充分验证螺母瓣反序安装可能导致卡滞不解锁现象，选取1件产品，设置了新一轮气动解锁测试。新一轮测试获取的解锁状态结果显示，螺母瓣的安装顺序错误可导致不解锁的状态得到了充分验证。

4 结语

通过对气动解锁方法的优化，解锁过程中端盖与套筒卡滞问题相关工艺验证，对螺母瓣安装准确性进行研究，发现安装顺序对能否顺利解锁起到至关重要的作用，在后续产品装配中对此步骤需设置关键检验点，严格控制安装正确性。此次还优化了分离螺母制造及试验的工艺方法，尤其是气动解锁过程进行多次试验研究、验证，最终找到影响产品合格率的因素，并成功避免，现已完成了预期提高制造合格率及试验效率的优化目标，为后续产品交收合格提供了保障，同时也为其他产品的装配试验奠定基础。

参考文献

[1] 王凯民，张学舜.火工品工程设计与试验[M].北京：国防科技出版社，2010.

[2] 郭维长.论火工装置的抽样试验与可靠性评估问题[J].中国空间科学技术，1999（3）：53-59.

[3] 刘炳章.小子样验证高可靠性的可靠性评估方法与其应用[J].质量与可靠性，2004（1）：19-22.