一種輕型化抗疲勞自鎖螺母及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種輕型化抗疲勞自鎖螺母，包括帶有內(nèi)螺紋的螺母本體，所述螺母本體由扳擰段和承載段組成，在扳擰段與承載段之間設(shè)置有斷頸槽，在扳擰段內(nèi)部沿螺母本體長(zhǎng)度方向設(shè)有減輕槽；本發(fā)明還公開了一種用于制造輕型化抗疲勞自鎖螺母的方法，該方法是利用鍛件、棒材或板材作為自鎖螺母的基材直接模壓或鍛壓成型成螺母本體和減輕槽，所述自鎖螺母的基材材料為高溫合金、鈦合金、高強(qiáng)度鋼或超高強(qiáng)度鋼。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，預(yù)緊力可控制，安全可靠性高，維護(hù)方便，制造工藝簡(jiǎn)捷，可將自鎖螺母重量減少為原來(lái)的40%左右，在緊固件螺母連接方面就能減輕相當(dāng)于飛機(jī)總重的1～1.5%的重量，對(duì)飛機(jī)的載重能力將有很大的貢獻(xiàn)。
【專利說(shuō)明】一種輕型化抗疲勞自鎖螺母及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于緊固連接【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種輕型化抗疲勞自鎖螺母及其制造方法【背景技術(shù)】
[0002]目前，在飛行器零件設(shè)計(jì)中，多功能性，重量最小化的高端緊固件技術(shù)要求高，且價(jià)格昂貴。尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)類的高溫高性能緊固件是少之又少，制造難度超大。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，原材料的性能在大大提高，尤其是雜質(zhì)減少，強(qiáng)度增加，塑性增強(qiáng)以及特殊性能等，某些特殊鍛件的晶粒成細(xì)長(zhǎng)線性，晶粒不間斷，其疲勞性大大提高。然而，重量是緊固件最關(guān)鍵的一個(gè)參數(shù)，尤其是在飛行器上所用緊固件的重量最小化一直以來(lái)是個(gè)最大的困擾。在航空航天器上，超重都是不符合要求的。一架中型飛機(jī)用各種類型的緊固件可達(dá)2?3百萬(wàn)件，現(xiàn)代飛機(jī)所用緊固件的總重量約占飛機(jī)總重的6%，其中螺母約占總重量的2%。為盡可能實(shí)現(xiàn)飛行器零件中緊固件的重量最小化，目前市面上出現(xiàn)了各種各樣的自鎖螺母，但是這些螺母大都是通過(guò)減小螺母本身體來(lái)達(dá)到減小重量的目的，因此在保證達(dá)到使用性能的基礎(chǔ)上，現(xiàn)有的自鎖螺母的重量減輕并不理想，同時(shí)現(xiàn)有自鎖螺母的預(yù)緊力不可控制。因此如何實(shí)現(xiàn)自鎖螺母重量最小化，使自鎖螺母預(yù)緊力可控制，是目前相關(guān)企業(yè)界亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種輕型化抗疲勞自鎖螺母及其制造方法。
[0004]本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。
[0005]一種輕型化抗疲勞自鎖螺母，包括帶有內(nèi)螺紋的螺母本體，所述螺母本體由扳擰段和承載段組成，在扳擰段與承載段之間設(shè)置有斷頸槽，在扳擰段內(nèi)部沿螺母本體長(zhǎng)度方向設(shè)有減輕槽。
[0006]所述扳擰段包括外扳擰面及內(nèi)扳擰面，其中外扳擰面的斷面形狀為圓形、滾花形或呈3?12邊形。
[0007]所述減輕槽為由內(nèi)側(cè)面、內(nèi)扳擰面及底部組成的一個(gè)環(huán)形槽，其中底部與斷頸槽靠承載段的一面在同一個(gè)平面上。
[0008]所述內(nèi)側(cè)面為圓形，內(nèi)扳擰面為圓形或多邊形，且在內(nèi)側(cè)面的中部向內(nèi)螺紋方向設(shè)置有I?6個(gè)徑向擠壓點(diǎn)。
[0009]所述減輕槽的橫截面為矩形。
[0010]所述減輕槽的橫截面為三角形或楔形。
[0011]所述承載段上設(shè)有支撐面，在支撐面上設(shè)置有齒形、平面或臺(tái)階。
[0012]作為本發(fā)明的另一目的，本發(fā)明提供了一種制造上述自鎖螺母的方法，該方法是直接通過(guò)模壓或鍛壓形成自鎖螺母，主要包括如下方法步驟:
[0013]a、制造螺母本體和減輕槽:根據(jù)待加工自鎖螺母的規(guī)格，利用鍛件、棒材或板材作為自鎖螺母的基材直接模壓或鍛壓成型成螺母本體和減輕槽；[0014]b、待步驟a所述的螺母本體和減輕槽模壓或鍛壓成型后，針對(duì)上述自鎖螺母的規(guī)格依次加工外扳擰面、斷頸槽和支撐面；
[0015]C、待步驟b所述的依次加工外扳擰面、斷頸槽和支撐面后，按常規(guī)螺紋加工方法加工內(nèi)螺紋；
[0016]d、待步驟c所述的按常規(guī)螺紋加工方法加工內(nèi)螺紋后，在減輕槽的內(nèi)側(cè)面的中部向內(nèi)螺紋方向進(jìn)行I?6點(diǎn)擠壓變形。
[0017]所述步驟a中自鎖螺母的基材材料為高溫合金，鈦合金，高強(qiáng)度鋼或超高強(qiáng)度鋼。
[0018]所述步驟a中模壓或鍛壓的次數(shù)為3?6次。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在不降低普通螺母結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗疲勞強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)螺母結(jié)構(gòu)形狀和制造工藝的優(yōu)化，在自鎖螺母上設(shè)置減輕槽和斷頸槽，在使用時(shí)，通過(guò)用扳手扳擰自鎖螺母的扳擰面，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的安裝預(yù)緊力值時(shí)，設(shè)置于螺母上的扳擰段就從斷頸槽處斷掉，大大降低了自鎖螺母的重量，從而在保證可控預(yù)緊力的情況實(shí)現(xiàn)自鎖螺母的重量最小化。采用本發(fā)明所述的自鎖螺母，可將自鎖螺母重量減少為原來(lái)的40%左右，在緊固件螺母連接方面就能減輕相當(dāng)于飛機(jī)總重的I?1.5%的重量，對(duì)飛機(jī)的載重能力將有很大的貢獻(xiàn)。同時(shí)可以通過(guò)改變螺母本體上連接扳擰段與承載段之間的斷頸槽的底部到內(nèi)扳擰面的距離來(lái)調(diào)節(jié)控制需要的預(yù)緊力，以滿足不同安裝工況下的使用要求，達(dá)到預(yù)緊力可控制的目的。本發(fā)明通過(guò)采用高溫合金，鈦合金，高強(qiáng)度鋼或超高強(qiáng)度鋼等高科技材料模壓或鍛壓成型，由于這些材料的強(qiáng)度和塑性極好，其晶粒在模壓或鍛壓成型后不折斷形成扁長(zhǎng)的線狀，即晶粒流線均勻完整，材料冷作硬化后大大增強(qiáng)其抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，預(yù)緊力可控制，安全可靠性高，維護(hù)方便，制造工藝簡(jiǎn)捷，可在航空、航天等飛行器連接件【技術(shù)領(lǐng)域】廣泛推廣應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為圖1的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明的實(shí)施例二結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為圖3的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明的實(shí)施例三結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖6為圖5的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖7為本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)施例示意圖。
[0028]圖中:1-扳擰段，2-減輕槽，3-內(nèi)螺紋，4-斷頸槽，5-承載段，6_螺母本體，7_待連接板A，8-待連接板B，9-安裝螺栓，101-外扳擰面，102-內(nèi)扳擰面，201-內(nèi)側(cè)面，501-支撐面。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但要求保護(hù)的范圍并不局限于所述。
[0030]如圖1至圖6所示，本發(fā)明所述的一種輕型化抗疲勞自鎖螺母，包括帶有內(nèi)螺紋3的螺母本體6，所述螺母本體6由扳擰段I和承載段5組成，在扳擰段I與承載段5之間設(shè)置有斷頸槽4，在扳擰段I內(nèi)部沿螺母本體6長(zhǎng)度方向設(shè)有減輕槽2。
[0031]所述扳擰段I包括外扳擰面101及內(nèi)扳擰面102，其中外扳擰面101的斷面形狀為圓形、滾花形或呈3?12邊形。
[0032]所述減輕槽2為由內(nèi)側(cè)面201、內(nèi)扳擰面102及底部組成的一個(gè)環(huán)形槽，其中底部與斷頸槽4靠承載段5的一面在同一個(gè)平面上。在實(shí)際使用過(guò)程中，用扳手扳擰自鎖螺母的扳擰面101，直至將扳擰段I從斷頸槽4處擰斷為止，這樣既能達(dá)到預(yù)定的安裝預(yù)緊力值，同時(shí)可大大減輕自鎖螺母的重量。由于減輕槽2的底部與斷頸槽4靠承載段5的一面在同一個(gè)平面上，使得扳擰段I在被扳斷時(shí)不影響自鎖螺母的使用和外觀質(zhì)量。
[0033]所述內(nèi)側(cè)面201為圓形，內(nèi)扳擰面102為圓形或多邊形，且在內(nèi)側(cè)面201的中部向內(nèi)螺紋3方向設(shè)置有I?6個(gè)徑向擠壓點(diǎn)。這樣在制造時(shí)可在內(nèi)側(cè)面201的中部向內(nèi)螺紋3方向I?6點(diǎn)擠壓變形，使其內(nèi)螺紋3的部分材料內(nèi)凸而改變內(nèi)螺紋3的中徑大小，從而實(shí)現(xiàn)自鎖功能。
[0034]所述減輕槽2的橫截面為矩形。如圖2、圖4所示，這時(shí)減輕槽2的形狀可以是一個(gè)環(huán)形的圓柱槽，也可以是內(nèi)圓外方的環(huán)形槽。
[0035]所述減輕槽2的橫截面為三角形或楔形。這時(shí)減輕槽2的形狀就形成一個(gè)環(huán)形的圓臺(tái)形槽，圖2示出了減輕槽2的橫截面為三角形的結(jié)構(gòu)。
[0036]所述承載段5上設(shè)有支撐面501，在支撐面501上設(shè)置有齒形、平面或臺(tái)階。在實(shí)際應(yīng)用中，支撐面501還可以設(shè)置成其他任意形狀，只要與基體匹配即可。
[0037]本發(fā)明通過(guò)利用現(xiàn)代高科技材料及制造工藝，顛覆古板的緊固件設(shè)計(jì)式樣圖紙，解決了困擾飛行器設(shè)計(jì)中重量大的問(wèn)題。同時(shí)提高疲勞性，增加可靠性?？煽仡A(yù)緊力好，安全可靠性高，維護(hù)方便。
[0038]如圖7所示，本發(fā)明所述輕型化抗疲勞自鎖螺母在運(yùn)用時(shí)，先將安裝螺栓9穿過(guò)待連接板7A和待連接板SB的安裝孔后，擰入本發(fā)明所述自鎖螺母的內(nèi)螺紋3內(nèi)，然后再用扳手通過(guò)扳擰面101將自鎖螺母擰緊，直到扳手將扳擰段I從斷頸槽4處擰斷為止。這樣不僅能達(dá)到預(yù)定的安裝預(yù)緊力值，還大大減輕自鎖螺母的重量。
[0039]作為本發(fā)明的另一目的，本發(fā)明提供了一種制造上述自鎖螺母的方法，該方法是直接通過(guò)模壓或鍛壓形成自鎖螺母，主要包括如下方法步驟:
[0040]a、制造螺母本體I和減輕槽2:根據(jù)待加工自鎖螺母的規(guī)格，利用鍛件、棒材或板材作為自鎖螺母的基材直接模壓或鍛壓成型成螺母本體I和減輕槽2 ;螺母本體I和減輕槽2 —體直接模壓或鍛壓成形，保證了內(nèi)側(cè)面201到內(nèi)螺紋3部分材料的晶粒在模壓或鍛壓成型后不折斷形成扁長(zhǎng)的線狀，即晶粒流線均勻完整，材料冷作硬化后大大增強(qiáng)其抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。
[0041]b、待步驟a所述的螺母本體I和減輕槽2模壓或鍛壓成型后，針對(duì)上述自鎖螺母的規(guī)格依次加工外扳擰面101、斷頸槽4和支撐面501 ；
[0042]C、待步驟b所述的依次加工外扳擰面101、、斷頸槽4和支撐面501后，按常規(guī)螺紋加工方法加工內(nèi)螺紋3 ；
[0043]d、待步驟c所述的按常規(guī)螺紋加工方法加工內(nèi)螺紋3后，在減輕槽2的內(nèi)側(cè)面201的中部向內(nèi)螺紋3方向進(jìn)行I?6點(diǎn)擠壓變形。在減輕槽2的內(nèi)側(cè)面201的中部向內(nèi)螺紋3方向進(jìn)行I~6點(diǎn)擠壓變形。這樣使其內(nèi)螺紋3的部分材料內(nèi)凸而改變內(nèi)螺紋3的中徑大小，從而實(shí)現(xiàn)自鎖功能。擠壓變形點(diǎn)的數(shù)量可根據(jù)待加工自鎖螺母規(guī)格確定。
[0044]所述步驟a中自鎖螺母的基材材料為高溫合金，鈦合金，高強(qiáng)度鋼或超高強(qiáng)度鋼。采用上述先進(jìn)的高科技材料，材料的強(qiáng)度和塑性極好，其晶粒在模壓或鍛壓成型后不折斷形成扁長(zhǎng)的線狀，即晶粒流線均勻完整，材料冷作硬化后大大增強(qiáng)其抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。在實(shí)際制造中，自鎖螺母的基材可采用其他特殊鋼種，只要材料的強(qiáng)度大于IlOOMPa和塑性極好均可。本發(fā)明在材料選用時(shí)，材料塑性處的具體參數(shù)為:延伸率δ ≥ 8 ;斷面收縮率Ψ≥12 ;沖擊功α κ≥ 250。
[0045]所述步驟a中模壓或鍛壓的次數(shù)為3~6次。由于采用上述材料制造的自鎖螺母 需要達(dá)到70%的變形量才具有很好的高溫性能。而鍛造時(shí)加熱溫度在800°C到1600°C度之間進(jìn)行的，所以只有經(jīng)過(guò)反復(fù)模壓或鍛壓，高周疲勞、低周疲勞，高溫持久性能以及高溫抗拉等機(jī)械性能才能滿足，使得抗拉強(qiáng)度為IlOOMPa到2100MPa，大部分材料都在1380MPa到1500MPa之間，安全系數(shù)優(yōu)選在5到12之間。
[0046]在實(shí)際應(yīng)用中，為了有效控制輕型化抗疲勞自鎖螺母的預(yù)緊力，首先根據(jù)航空設(shè)備中該自鎖螺母在擰緊時(shí)所需要的預(yù)緊力，然后通過(guò)改變斷頸槽的底部到內(nèi)扳擰面的距離，將該輕型化抗疲勞自鎖螺母安裝上可測(cè)預(yù)緊力的測(cè)力裝置，即可推算出斷頸槽的底部到內(nèi)扳擰面的距離與預(yù)緊 力之 間的函數(shù)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)可控預(yù)緊力。
【權(quán)利要求】
1.一種輕型化抗疲勞自鎖螺母，包括帶有內(nèi)螺紋(3)的螺母本體(6)，其特征在于:所述螺母本體(6 )由扳擰段(I)和承載段(5 )組成，在扳擰段(I)與承載段(5 )之間設(shè)置有斷頸槽(4 )，在扳擰段(I)內(nèi)部沿螺母本體(6 )長(zhǎng)度方向設(shè)有減輕槽(2 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕型化抗疲勞自鎖螺母，其特征在于:所述扳擰段(I)包括外扳擰面(101)及內(nèi)扳擰面(102)，其中外扳擰面(101)的斷面形狀為圓形、滾花形或呈3?12邊形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕型化抗疲勞自鎖螺母，其特征在于:所述減輕槽(2)為由內(nèi)側(cè)面(201)、內(nèi)扳擰面(102)及底部組成的一個(gè)環(huán)形槽，其中底部與斷頸槽(4)靠承載段(5)的一面在同一個(gè)平面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種輕型化抗疲勞自鎖螺母，其特征在于:所述內(nèi)側(cè)面(201)為圓形，內(nèi)扳擰面(102)為圓形或多邊形，且在內(nèi)側(cè)面(201)的中部向內(nèi)螺紋(3)方向設(shè)置有I?6個(gè)徑向擠壓點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕型化抗疲勞自鎖螺母，其特征在于:所述減輕槽(2)的橫截面為矩形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕型化抗疲勞自鎖螺母，其特征在于:所述減輕槽(2)的橫截面為三角形或楔形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕型化抗疲勞自鎖螺母，其特征在于:所述承載段(5)上設(shè)有支撐面(501)，在支撐面(501)上設(shè)置有齒形、平面或臺(tái)階。
8.一種用于制造如權(quán)利要求1?6中任意一項(xiàng)所述的輕型化抗疲勞自鎖螺母的方法，該方法是直接通過(guò)模壓或鍛壓形成自鎖螺母，其特征在于:主要包括如下方法步驟: a、制造螺母本體(I)和減輕槽(2):根據(jù)待加工自鎖螺母的規(guī)格，利用鍛件、棒材或板材作為自鎖螺母的基材直接模壓或鍛壓成型成螺母本體(I)和減輕槽(2)； b、待步驟a所述的螺母本體(I)和減輕槽(2)模壓或鍛壓成型后，針對(duì)上述自鎖螺母的規(guī)格依次加工外扳擰面(101 )、斷頸槽(4)和支撐面(501); C、待步驟b所述的依次加工外扳擰面(101)、斷頸槽(4)和支撐面(501)后，按常規(guī)螺紋加工方法加工內(nèi)螺紋(3)； d、待步驟c所述的按常規(guī)螺紋加工方法加工內(nèi)螺紋(3)后，在減輕槽(2)的內(nèi)側(cè)面(201)的中部向內(nèi)螺紋(3)方向進(jìn)行I?6點(diǎn)擠壓變形。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種制造輕型化抗疲勞自鎖螺母的方法，其特征在于:所述步驟a中自鎖螺母的基材材料為高溫合金、鈦合金、高強(qiáng)度鋼或超高強(qiáng)度鋼。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種制造輕型化抗疲勞自鎖螺母的方法，其特征在于:所述步驟a中模壓或鍛壓的次數(shù)為3?6次。
【文檔編號(hào)】F16B39/12GK103452986SQ201310344479
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月8日
【發(fā)明者】王鵬, 雷世斌 申請(qǐng)人:貴州航天精工制造有限公司