巧变结构 越振越紧U型防松螺母赢得紧固件大赛桂冠

　　一颗状如草帽、内部有深槽的螺母，被浙江国检人员安装在防松振动测试平台上。测试台不断强烈振动，但螺母与螺栓的夹紧力从始至终保持恒定，螺母纹丝不动，没有松动迹象……

　　在国家标准件产品质量检验中心（浙江国检）日前举行的第三届全国紧固件防松性能邀请赛上，一款金卯牌U型结构防松螺母，凭借不同于其他螺母的创新结构和力学方式，在数十款防松产品中脱颖而出，获得大赛第一名。

　　“作为浙江清华长三角研究院孵化企业，金卯科技联合清华大学学者和研究院专家，研制出了U型防松螺母。”浙江省紧固件产业技术联盟专家、浙江金卯科技有限公司董事长武晓峰向记者介绍，这种螺母的结构能转移振动力的作用位置，把螺母底部振动力传递到螺母顶部，形成向心的夹紧力，达到“越振越紧”的效果。

　　紧固件被大范围的应用于航空航天、工程建筑、汽车船舶、能源机械等众多行业，有“工业之米”之称。螺母松动可能会影响生产秩序，导致设备损坏，甚至酿成重大事故。

　　防松螺母应运而生。随着工艺创新迭代，防松螺母发展至今已有许多产品品种类型。大部分产品通过增加摩擦力等方式起到防松作用。每种方式，又衍生出不同的螺母结构。

　　武晓峰和记者说，同样是加大螺纹摩擦力，由美国企业开发的楔形锁紧螺母，螺纹的牙底处为30度楔形斜面。这样，螺栓的牙尖就能顶在螺母螺纹的楔形斜面上，使每个牙纹都能均匀受力，从而加大摩擦力和锁紧力。日本企业研制的一凹一凸偏心双螺母，则是二者互相配合，凸形螺母采用偏心加工，拧紧后会产生大于普通螺母的压紧力和摩擦力。

　　不难发现，这两种增加摩擦力的方式主打“硬碰硬”。“楔形锁紧螺母加工复杂，30度楔形斜面容易损伤螺栓的牙尖。偏心双螺母则要用到两个螺母，加工和安装更为复杂，并且价格昂贵。”武晓峰说，除此之外，加垫圈、尼龙圈等增加额外部件的方式也都存在操作复杂、拆卸不便、防松效果有限等不足。

　　“已有研究之后发现，振动产生的大部分应力，集中作用在螺母底部的2—3个牙纹上。这些牙纹经长时间振动后会导致螺母松动。”武晓峰说。不同于上述螺母结构，金卯科技团队另辟蹊径，以转化疏导的方式借力用力，研制了新型螺母结构。

　　武晓峰解释说，团队在螺母底部设计了圆形深槽，把螺母侧壁分成内圈、外圈，使得螺母横截面呈U型，内圈较外圈高度略短。这样做才能够确保螺母拧紧后仅外圈和振动面接触，不会直接振动螺母的内圈牙纹。螺母底部一旦受到振动力，顶部就会产生夹紧力。这种动态转化让螺母获得了理想的紧固防松效果。

　　“目前，这款U型防松螺母陆续应用于自行车、无人机、起重机等产品的生产制造。航空航天、高铁汽车、重型卡车和新能源产业的众多客户订单都在对接中。”武晓峰坦言，现阶段U型防松螺母，需要尽快解决产能和成本问题。

　　团队尝试过3D打印、数控加工等制备工艺后，最终选择了金属粉末注射成型技术制备。但这种将金属粉末注入模具成型，然后再高温烧结的制备方式，使得U型防松螺母比常规螺母制备成本偏高、效率偏低。

　　为此，团队正逐步优化生产的基本工艺，提升制备效率。考虑到卫星、火箭等小空间、轻量化、高强度场景的需要，金卯科技团队还联合上海大学专家进行了材料配方和热处理工艺深度研发，制备出抗拉强度达2000兆帕的超高强度U型防松螺母。这款U型防松螺母远高于国际高强度螺母标准。

　　不久前，一位来自山东泰安的企业家向武晓峰咨询，如何定制超大尺寸和载荷10吨的U型防松螺母。对此，武晓峰研发团队早有规划。他们基于防松螺母这一单品，将数字技术应用于研产供销全链条，推动建设非标准螺母产业的工业互联网，形成从需求场景、设计研发到生产交付全产业链数字化、智能化。

　　武晓峰说，通过工业互联网这一平台，当客户提出需求时，产业链上的公司能够协同设计研发产品。生产制造的数字化能有效监测产品质量，提高生产效率。但这是一个循序渐进的过程，还需要各方在软件系统研发、硬件设备制造等方面发力，更需要政府和产业集群的全力支持和协同。（江耘）