CN101486047A - 一种全金属自锁螺母的制造方法 - Google Patents

一种全金属自锁螺母的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种全金属自锁螺母的制造方法,先按常规工艺制作好螺母,然后利用挤压的方法对该螺母的一端进行挤压,使该端的螺孔产生变形,该方法具体包括如下步骤:①选择自锁螺母的基材材质;②进行外形尺寸加工,攻内螺纹;③金相热处理;④设计、制作模具,该模具内设有一凹槽,凹槽的上部为正六角形,正六角形的直径等于自锁螺母的直径,凹槽的底部为椭圆形,椭圆的长轴长度大于自锁螺母的直径,凹槽的短轴长度小于自锁螺母的直径;⑤利用液压机挤压模具中的自锁螺母;⑥将自锁螺母从模具中取出,检验。采用本发明的方法生产制造出来的全金属自锁螺母,经过反复使用5次仍具有锁紧功能,可以广泛应用于其他工程机械领域,保证质量可靠,价格低廉。

Description

一种全金属自锁螺母的制造方法
技术领域
本发明涉及紧固件,特别是涉及到一种全金属自锁螺母,主要用于船用柴油机的生产制造中用到的自锁螺母。这种自锁螺母能够保证船用柴油机重要运动件在350℃以上高温、振动频率大、化学腐蚀多等恶劣条件下运转正常,防止零部件松动的锁紧,同时也可广泛应用在船舶、汽车、矿山、港口、铁路等多种工程机械领域,在全球范围内实现异地通用性和互换性。
背景技术
全金属自锁螺母在与紧固件螺栓的旋紧过程中,按照船用柴油机的技术规范施加上紧力矩,同时依靠全金属自锁螺母螺纹部分的自身摩擦力矩来实现紧固件防止松动的功能。由于船用柴油机在船舶每次航行后都必须泊岸对其例行拆检磨损情况,并根据技术要求来更换备用零件。因此,全金属自锁螺母也必须满足船用柴油机重要运动件具有一定频次的反复拆卸和重新安装后满足固紧的技术要求,即按照国际标准的要求全金属自锁螺母在5次反复使用后仍应具有锁紧并防止零部件松动的功能。
全金属自锁螺母是一种国际标准配件,当今世界上最先进的品牌船用柴油机MAN和WATSILA等都把采用全金属自锁螺母作为专有技术以标准形式加以规定,要求其在全球范围内进行规范,以实现全金属自锁螺母的异地通用性和互换性。
现有技术中对全金属自锁螺母的制作方法,主要体现在申请号为200610201288.4的中国专利申请《一种带自锁性能螺母的制作方法》中,该专利中指出:在先按常规工艺制作好螺母后,采用挤压的方法对该螺母的一端进行挤压,使得该端的螺孔产生变形,从而使与该螺母链接的螺杆进入到该螺母的变形螺孔段时,因螺孔的塑性变形所产生的自锁压力使得螺母紧密地与螺杆连接在一起。
上述现有技术中采用机械锤击的方法使得螺母的一端产生变形,这样一方面难以控制纵向变形的大小,造成生产出来的自锁螺母质量难以控制;另一方面变形量和与依靠自身所产生的摩擦力矩之间不存在定量关系,造成自锁螺母的使用性能难以控制,不能达到规范的使用次数。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足,提供全新的一种全金属自锁螺母的制造方法。本发明的制造方法通过合理选择的螺母原材料和适当的热处理,达到解决全金属自锁螺母不能反复5次使用的技术问题,以满足船用柴油机运转可靠性,降低生产成本。
本发明提供的技术方案如下:
一种全金属自锁螺母的制造方法,先按常规工艺制作好螺母,然后利用挤压方法对该螺母的一端进行挤压,使该端部的螺孔产生变形,其特征在于,该方法具体包括如下步骤:
①选择自锁螺母的基材材质;
②确定待加工自锁螺母的规格,对所选的基材进行外形尺寸加工,并钻攻出内螺纹;
③对加工完成的自锁螺母进行金相热处理;
④针对上述自锁螺母的规格,设计、制作模具,该模具分为上体和下体,在下体内设有一凹槽,所述凹槽的上部为正六角形,正六角形的直径等于自锁螺母的直径,凹槽的底部为椭圆形,椭圆的长轴长度大于自锁螺母的直径,凹槽的短轴长度小于自锁螺母的直径;
⑤将自锁螺母放置于模具内,利用液压机将完全自锁螺母挤压进模具中的上体和下体之间,使自锁螺母正六角形的端部产生与所述模具外形相同的变形;
⑥将自锁螺母从模具中取出,检验自锁螺母的变形以及摩擦力矩。
所述步骤①中的自锁螺母的基材材质为35号钢、或为45号钢、或为35CrMo、或为40Cr。
所述步骤②中钻攻自锁螺母内螺纹的所用的是钛合金钻头,在钻攻螺纹时喷注润滑油。
所述步骤③中对自锁螺母进行金相热处理的过程如下:
首先,将全金属自锁螺母放入淬火炉中,在850℃~875℃温度范围内加热,加热时间为70分钟;
然后,在65℃的油温中对淬火炉内取出的全金属自锁螺母进行冷却,使螺母的硬度达到HV800;
然后,在50℃水温中进行10分钟清洗;
然后,在回火炉中进行温度540℃的回火,回火时间90分钟;
最后,从回火炉中取出,自然冷却形成成品。
所述步骤④中凹槽内椭圆形的高度为两圈螺纹线的高度。
所述步骤⑤中所述的液压机上带有传感器以实现精确量化液压。
基于上述技术方案,本发明的技术效果在于:
1.在船用柴油及高温、振动、腐蚀恶劣的运转条件下,采用本发明的制造方法制造出的全金属自锁螺母具有可靠的自锁性能和质量要求。
2.制造出的全金属自锁螺母满足船用柴油及零部件在船舶每次航行后必须泊岸对其例行拆检和更换备件的特殊技术要求,达到满足反复使用5次仍具有锁紧功能的专利技术规范要求。
3.除船用柴油机以外,所述的全金属自锁螺母实践表明,还可广泛应用其他诸多的造船、船舶、汽车、矿山、港口、铁路等多种工程机械领域要求自锁功能的零部件上。
4.所述的全金属自锁螺母可以自由旋转,直到施加力矩锁紧紧固件;
5.所述的全金属自锁螺母的规格、尺寸及技术要求与国际标准和先进船用柴油机技术规范的要求接轨,因此可以在全球范围内异地方便地进行互换和通用。
6.所述的全金属自锁螺母其规格低廉,降本增效的作用显著。
附图说明
图1是全金属自锁螺母的外形结构示意图。
图2是全金属自锁螺母的端部椭圆形放大示意图。
图3是本发明一种全金属自锁螺母的制造方法的生产流程示意图。
图4是本发明一种全金属自锁螺母的制造方法中模具的上体结构示意图。
图5是本发明一种全金属自锁螺母的制造方法中模具的下体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例来对本发明的全金属自锁螺母的制造方法作进一步的说明,但不应以此限制本发明的保护范围。
全金属自锁螺母的锁紧功能关键在于对螺母端口部位通过液力挤压使之变形为椭圆,在与螺栓的紧固过程中依靠自身产生的摩擦力矩起到防松功能。本发明的特点在于经过大量的试验,设计出专用的全金属自锁螺母端口部位挤压模具,在液压机的量化压力作用下,螺母端口部位实现定型、定量的变形,自身产生摩擦力矩。
不同的金属材质在不同的热处理技术要求下,将对全金属自锁螺母的锁紧功能都将产生不同的影响。通过对多种材料牌号的金属多元素分析和在不同的热处理要求下的材质所具有性能的大量比对试验和分析,在筛选的基础上,选择确定最为合适的金属材料牌号和热处理技术要求,做到既保持全金属自锁螺母合理的硬度,又具有一定的材质塑性,达到全金属自锁螺母在满足5次反复使用后仍应具有锁紧并防止零部件松动的功能。这种全金属自锁螺母的材质和热处理后具有的性能,经验证鉴定,满足当今世界上最先进的品牌船用柴油机MAN和WATSILA等机型的技术规范的要求,保证船用柴油机运转性能的可靠性。
提高全金属自锁螺母的锁紧功能,特别是提高大规格全金属自锁螺母的锁紧功能,必须精确量化液压机的压力作用值,使螺母端口部位变形后具有最合理的摩擦力矩。为此,采用传感器技术与油压机相结合,在油压机每次对全金属自锁螺母端口部位挤压时,可以在显示屏上清晰地看到油压机施压的精确数值并随时可以进行调整,有效保证施压的量化精度。在油压机和挤压模具的精确量化的压力作用下,全金属自锁螺母的端口部位在模具的上体和下体两部分在动静啮合的过程中受到锥形挤压并克服反弹系数引起的偏差影响,完成螺母端口收缩并实现定型、定量的椭圆形变形。上述操作使自锁螺母自身在与螺栓配合时产生足够的摩擦力矩,形成自锁功能,达到自锁螺母能有效使用次数5次以上使用的目的。
我们以M24全金属自锁螺母的制造为例,来详细阐述本发明方法的具体应用:
本发明的全金属自锁螺母的制造方法流程如图3所示,图3是本发明一种全金属自锁螺母的制造方法的生产流程示意图。由图可知,本发明的方法先按常规工艺制作好螺母,然后利用挤压方法对该螺母的一端进行挤压,使该端螺孔产生变形,该方法具体包括如下步骤:
①选择自锁螺母的基材材质,基材材质可以选择35号钢、或为45号钢、或为35CrMo钢、或为40Cr钢等国产钢种,本实施例中选择的是45号钢,审核该材质的质量证书,确保其满足自锁螺母的性能要求。
②确定待加工自锁螺母的规格后毛坯下料,对所选的基材进行外形尺寸加工,然后进行内螺纹部分的钻攻,攻出内螺纹,所述步骤②中攻自锁螺母内螺纹的所用的是钛合金钻头,在钻攻螺纹时喷注润滑油,以保证钻头具有足够的强度攻纹,同时利用润滑油的粘性来将碎屑带出。
③对加工完成的自锁螺母进行金相热处理,进行热处理进行硬度调制,对自锁螺母进行金相热处理的步骤是:首先,对放入淬火炉的全金属自锁螺母在850℃~875℃温度范围内加热,加热时间为70分钟;
然后,在65℃的油温中对淬火炉内取出的全金属自锁螺母进行冷却,硬度抽检,使全金属自锁螺母的硬度达到HV800;
然后,在50℃水温中进行10分钟清洗;
然后,在回火炉中进行温度540℃的回火,回火时间90分钟;
最后,从回火炉中取出,自然冷却形成成品。
④油压机油压,先针对上述自锁螺母的规格,设计、制作模具,模具分为上体和下体,上体可以运动为动态,下体相对固定为静态,该模具的下体内设有一凹槽,所述凹槽的上部为正六角形,正六角形的外径等于自锁螺母的外径,凹槽的底部为椭圆形,椭圆的长轴长度大于自锁螺母的直径,本实施例中长半轴的长度为21.35mm,凹槽的短轴长度小于自锁螺母的直径,本实施例中短半轴的长度为20.9mm,所述步骤④中凹槽内椭圆形的高度为两个螺线。模具的上体和下体结构如图4和图5所示,图4是本发明一种全金属自锁螺母的制造方法中模具的上体结构示意图,图5是本发明一种全金属自锁螺母的制造方法中模具的下体结构示意图。油压机只有在传感器数显25.2KN的精确的油压值作用下,螺母一端的变形才能达到长半轴21.35mm,短半轴20.9mm并产生所需的自身有效摩擦力矩80/N·m的椭圆形状。
⑤将自锁螺母端部放置于模具内,利用液压机模具中的自锁螺母进行挤压,使自锁螺母正六角形的圆形端部产生与所述模具外形相同的变形,所述的液压机上带有传感器以实现精确量化液压,油压机的油压值在传感器上显示的数值为25.2KN,在上述参数下全金属自锁螺母端部形成了所需的自身有效摩擦力矩80/N·m的椭圆形状。
⑥将自锁螺母从模具中取出,检验自锁螺母的变形情况,检测螺母的扭矩性能即摩擦力矩,并对全金属自锁螺母作必要的清理,去毛刺、杂质及防锈处理和包装。
后续的工艺操作还包括出具工厂报告和合格证书,就不再属于全金属自锁螺母的制造工艺了。
若采取上述工艺方法对制作M30的全金属自锁螺母,需要油压机在传感器数显31.4KN的精确的油压值的作用下,螺母一端的变形方能达到长半轴26.11mm;短半轴26.75mm并产生所需的自身有效摩擦力矩108/N·m的椭圆形状。
采用本发明的方法生产制造出来的全金属自锁螺母,经过反复使用5次仍具有锁紧功能;在全球范围内满足国际标准的通用性和互换性。同时,也可以广泛应用其他诸多的造船、汽车、矿山、港口、铁路、等多种工程机械领域要求自锁功能的零部件上;特别适用于有一定拆卸、安装频次要求的零部件自锁功能,其先进数字化制造工艺的应用,是产品质量可靠性和价格低廉的保证。

Claims (6)

1.一种全金属自锁螺母的制造方法,先按常规工艺制作好螺母,然后利用挤压方法对该螺母的一端进行挤压,使该端部的螺孔产生变形,其特征在于,该方法具体包括如下步骤:
①选择自锁螺母的基材材质;
②确定待加工自锁螺母的规格,对所选的基材进行外形尺寸加工,并钻攻出内螺纹;
③对加工完成的自锁螺母进行金相热处理;
④针对上述自锁螺母的规格,设计、制作模具,该模具分为上体和下体,在下体内设有一凹槽,所述凹槽的上部为正六角形,正六角形的直径等于自锁螺母的直径,凹槽的底部为椭圆形,椭圆的长轴长度大于自锁螺母的直径,凹槽的短轴长度小于自锁螺母的直径;
⑤将自锁螺母放置于模具内,利用液压机将完全自锁螺母挤压进模具中,使自锁螺母正六角形的端部产生与所述模具外形相同的变形;
⑥将自锁螺母从模具中取出,检验自锁螺母的变形以及摩擦力矩。
2.根据权利要求1所述的一种全金属自锁螺母的制造方法,其特征在于,所述步骤①中的自锁螺母的基材材质为35号钢、或为45号钢、或为35CrMo、或为40Cr。
3.根据权利要求1所述的一种全金属自锁螺母的制造方法,其特征在于,所述步骤②中钻攻自锁螺母内螺纹的所用的是钛合金钻头,在钻攻螺纹时喷注润滑油。
4.根据权利要求1所述的一种全金属自锁螺母的制造方法,其特征在于,所述步骤③中对自锁螺母进行金相热处理的过程如下:
首先,对放入淬火炉的全金属自锁螺母在850℃~875℃温度范围内加热,加热时间为70分钟;
然后,在65℃的油温中对淬火炉内取出的全金属自锁螺母进行冷却,使螺母的硬度达到HV800;
然后,在50℃水温中进行10分钟清洗;
然后,在回火炉中进行温度540℃的回火,回火时间90分钟;
最后,从回火炉中取出,自然冷却形成成品。
5.根据权利要求1所述的一种全金属自锁螺母的制造方法,其特征在于,所述步骤④中凹槽内椭圆形的高度为两圈螺纹线的高度。
6.根据权利要求1所述的一种全金属自锁螺母的制造方法,其特征在于,所述步骤⑤中所述的液压机上带有传感器以实现精确量化液压,并通过显示器显示该施压数值。
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