CN105041816A - 一种额定预紧力轻型螺栓的制作方法及结构 - Google Patents
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Abstract
<b>本发明公开了一种额定预紧力轻型螺栓的制作方法及结构，本发明在制作轻型螺栓时，采用强度大于1100MPa的棒材材料经高温模压或锻压成型成零件坯件后，将该高温成型后的零件坯件在真空中进行急速冷却，然后再将冷却后的零件坯件经机械精加工成型后即得轻型螺栓。采用本发明结构形式的额定预紧力轻型螺栓能使设计重量最小化，即在相同尺寸的情况下，本发明的额定预紧力轻型螺栓的重量比现有技术中的额定预紧力螺栓重量减少15%左右，并且其结构强度高于现有技术中的额定预紧力螺栓。本发明不仅具有结构强度高、重量轻的优点，而且本发明还具有制作成本较低、制作工艺简单、产品可靠性高、使用安全方便等优点。本发明具有很高的推广价值。</b>
Description
技术领域
本发明涉及一种额定预紧力轻型螺栓的制作方法及结构，属于飞行器或潜水器用紧固件或连接件制作技术领域。
背景技术
在飞行器、潜水器零件设计中，多功能性，体积小、重量轻、强度高、可控预紧力性能可靠的高端紧固件技术要求高、结构复杂、工艺难度大、价格昂贵。在飞行器上使用的紧固件要求在保证强度一定的情况下其重量最小化一直是最大的困扰。重量是飞行器用紧固件最关键的一个参数，采用密度小的轻型材料，减小产品的有效体积几乎是现在解决之一困扰的唯一途径。在航空航天器、潜水器上，产品超重都是绝对不允许的。目前，在现有技术中所使用的紧固件为了获得较轻重量的紧固件，通常都是采用轻型金属材料制作，但由于轻型金属材料的强度较低，为了获得一定的强度，又不得不增加紧固件的体积，这又影响了飞行器宝贵的空间。因此现有的飞行器或潜水器上用的紧固件的制作方式还是不够理想，还是不能满足实际使用的要求。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种既能满足结构强度要求、又能减轻重量、并且可靠性高、使用安全方便的额定预紧力轻型螺栓的制作方法及结构，以克服现有技术的不足。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明的一种额定预紧力轻型螺栓的制作方法为，在制作轻型螺栓时，采用强度大于1100MPa的棒材材料经高温模压或锻压成型成零件坯件后，将该高温成型后的零件坯件在真空中进行急速冷却，然后再将冷却后的零件坯件经机械精加工成型后即得轻型螺栓。
上述的强度大于1100MPa的棒材材料为高温合金或钛合金材料。
上述的高温合金材料的型号为GH4169或GH738，钛合金材料的型号为TC4。
将上述高温成型后的零件坯件在真空中进行急速冷却时，其急速冷却的方式为水冷或氮气冷却。
根据上述方法构建的本发明的一种额定预紧力轻型螺栓结构为，该结构包括设有螺杆和六角形螺栓头的螺栓，在六角形螺栓头上设有斜面拧断槽和锥形减轻孔，斜面拧断槽的槽底为圆弧形槽底，锥形减轻孔的底面为圆锥底面，圆锥底面与锥形减轻孔的锥面衔接处到六角形螺栓头端面的距离大于斜面拧断槽的槽底最底端到六角形螺栓头端面的距离，并且锥形减轻孔的圆锥底面最底端到六角形螺栓头端面的距离小于六角形螺栓头的长度。
上述锥形减轻孔的孔锥面与其中心线的夹角为5°～20°、锥形减轻孔的圆锥底面与其中心线的夹角为45°～80°。
上述斜面拧断槽由对称的两个斜面和圆弧形槽底构成，并且两个斜面与圆弧形槽底过渡连接，两个斜面之间的夹角为15°～30°。
上述斜面拧断槽的圆弧形槽底的圆弧半径为0.1mm～0.3mm。
上述斜面拧断槽的槽底最底端到锥形减轻孔孔锥面的距离不小于0.5mm。
上述承载端面的平面度小于0.05mm，并且与螺杆中心线的垂直度不大于0.1mm。
由于采用了上述技术方案，本发明采用强度大于1100MPa的棒材材料经高温模压或锻压成型成零件坯件，这不仅有效地提高了材料利用率，符合现代少切削或无切削的发展趋势，而且本发明采用先进的高科技材料，材料的强度和塑性极好，所用材料的晶粒在高温模压或锻压成型后不断裂,形态呈流线状，即晶粒流线均匀完整高度取向，并且本发明将材料经过模压或锻压成型后再经急速冷却，使材料的晶粒度达3～6级，大大增强了材料的抗拉强度和抗疲劳强度，同时，本发明采用特有的结构，在保证螺栓强度的情况下，有效地减轻了螺栓的重量。经实际试验使用证明，采用本发明结构形式的额定预紧力轻型螺栓能使设计重量最小化，即在相同尺寸的情况下，本发明的额定预紧力轻型螺栓的重量比现有技术中的额定预紧力螺栓重量减少15%左右，并且其结构强度高于现有技术中的额定预紧力螺栓。这对航空航天器、潜水器的载重能力将是重大的贡献。因此，本发明与现有技术相比，本发明不仅具有结构强度高、重量轻的优点，而且本发明还具有制作成本较低、制作工艺简单、产品可靠性高、使用安全方便等优点。本发明具有很高的推广价值。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的俯视结构示意图；
图3是图1的T部局部放大结构示意图；
图4是本发明的应用示意图。
附图中的标记为：1-螺杆，2-六角形螺栓头，3-斜面拧断槽，4-锥形减轻孔，4.1-圆锥底面，5-承载端面，6-被连接件，D-六角形螺栓头的长度，d-圆锥底面最底端到六角形螺栓头端面的距离，H-圆锥底面与锥形减轻孔的孔锥面衔接处到六角形螺栓头端面的距离，h-斜面拧断槽的槽底最底端到六角形螺栓头端面的距离，α-锥形减轻孔的孔锥面与其中心线的夹角，β-锥形减轻孔的圆锥底面与其中心线的夹角，θ-斜面拧断槽对称的两个斜面之间的夹角，R-斜面拧断槽圆弧形槽底的圆弧半径，δ-斜面拧断槽的槽底最底端到锥形减轻孔孔锥面的距离。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制依据。
本发明的实施例：本发明的一种额定预紧力轻型螺栓的制作方法为，在制作轻型螺栓时，采用强度大于1100MPa的棒材材料经高温模压或锻压成型成零件坯件后，将该高温成型后的零件坯件在真空中进行急速冷却，然后再将冷却后的零件坯件经机械精加工成型后即得轻型螺栓；其强度大于1100MPa的棒材材料为高温合金或钛合金材料，其高温合金材料可采用现有技术中型号为GH4169或GH738的材料，钛合金材料可采用现有技术中型号为TC4的材料；在将高温成型后的零件坯件在真空中进行急速冷却时，其急速冷却的方式为水冷或氮气冷却，其水冷时水的温度最好控制在2℃～25℃；在进行氮气冷却时，将液态氮气化后对零件坯件进行氮气冷却；在进行高温模压或锻压成型时，其温度控制在所用材料的塑性变形温度即可。
根据上述方法构建的本发明的一种额定预紧力轻型螺栓结构如图1～图3所示，该结构包括设有螺杆1和六角形螺栓头2的螺栓，螺杆1上的螺纹可根据使用的需要制作成公制螺纹、英制螺纹、美制螺纹、惠氏螺纹、MJ螺纹等任意螺纹，并使其螺纹能与安装基体螺纹匹配连接即可；制作时，在六角形螺栓头2上制作出斜面拧断槽3和锥形减轻孔4，将斜面拧断槽3的槽底制作为圆弧形槽底，将锥形减轻孔4的底面制作为圆锥底面4.1，使圆锥底面4.1与锥形减轻孔4的锥面衔接处到六角形螺栓头2端面的距离H大于斜面拧断槽3的槽底最底端到六角形螺栓头2端面的距离h，并且使锥形减轻孔4的圆锥底面4.1最底端到六角形螺栓头2端面的距离d小于六角形螺栓头2的长度D；在六角形螺栓头2的底端同时制作出与螺杆1中心线垂直的承载端面5，使承载端面5的平面度小于0.05mm，并且使其与螺杆1中心线的垂直度不大于0.1mm；制作时，将锥形减轻孔4的孔锥面与其中心线的夹角α控制在5°～20°、将锥形减轻孔4的圆锥底面4.1与其中心线的夹角β控制在45°～80°；将斜面拧断槽3制作成由对称的两个斜面和圆弧形槽底构成，并且使两个斜面与圆弧形槽底过渡连接（如图3所示），将两个斜面之间的夹角θ控制在15°～30°的范围；将斜面拧断槽3的圆弧形槽底的圆弧半径R控制在0.1mm～0.3mm范围；为了保证一定的强度，制作时，斜面拧断槽3的槽底最底端到锥形减轻孔4孔锥面的距离δ应不小于0.5mm，但斜面拧断槽3的槽底最底端到锥形减轻孔4孔锥面的距离δ的具体尺寸大小，应根据所需的额定预紧力并按照常规的方式进行确定即可。
使用本发明的额定预紧力轻型螺栓时，只需将本发明的额定预紧力轻型螺栓的螺杆1连接到被连接件6上，然后通过拧动斜面拧断槽3上部份的六角形螺栓头2，即可拧紧螺栓，当拧紧力大于规定的额定预紧力时，拧断槽3上部份的六角形螺栓头2将被拧断而脱离额定预紧力轻型螺栓（如图4所示），这样即可在保证额定预紧力的情况下完成螺栓的连接操作。
Claims (10)
1.一种额定预紧力轻型螺栓的制作方法，其特征在于：在制作轻型螺栓时，采用强度大于1100MPa的棒材材料经高温模压或锻压成型成零件坯件后，将该高温成型后的零件坯件在真空中进行急速冷却，然后再将冷却后的零件坯件经机械精加工成型后即得轻型螺栓。
2.根据权利要求1所述的额定预紧力轻型螺栓的制作方法，其特征在于：所述的强度大于1100MPa的棒材材料为高温合金或钛合金材料。
3.根据权利要求2所述的额定预紧力轻型螺栓的制作方法，其特征在于：所述高温合金材料的型号为GH4169或GH738，所述钛合金材料的型号为TC4。
4.根据权利要求1所述的额定预紧力轻型螺栓的制作方法，其特征在于：将高温成型后的零件坯件在真空中进行急速冷却时，急速冷却的方式为水冷或氮气冷却。
5.一种额定预紧力轻型螺栓结构，包括设有螺杆（1）和六角形螺栓头（2）的螺栓，其特征在于：在六角形螺栓头（2）上设有斜面拧断槽（3）和锥形减轻孔（4），斜面拧断槽（3）的槽底为圆弧形槽底，锥形减轻孔（4）的底面为圆锥底面（4.1），圆锥底面（4.1）与锥形减轻孔（4）的孔锥面衔接处到六角形螺栓头（2）端面的距离（H）大于斜面拧断槽（3）的槽底最底端到六角形螺栓头（2）端面的距离（h），并且锥形减轻孔（4）的圆锥底面（4.1）最底端到六角形螺栓头（2）端面的距离（d）小于六角形螺栓头（2）的长度（D）；在六角形螺栓头（2）的底端设有与螺杆（1）中心线垂直的承载端面（5）。
6.根据权利要求5所述的额定预紧力轻型螺栓结构，其特征在于：所述锥形减轻孔（4）的孔锥面与其中心线的夹角（α）为5°～20°、锥形减轻孔（4）的圆锥底面（4.1）与其中心线的夹角（β）为45°～80°。
7.根据权利要求5所述的额定预紧力轻型螺栓结构，其特征在于：斜面拧断槽（3）由对称的两个斜面和圆弧形槽底构成，并且两个斜面与圆弧形槽底过渡连接，两个斜面之间的夹角（θ）为15°～30°。
8.根据权利要求7所述的额定预紧力轻型螺栓结构，其特征在于：斜面拧断槽（3）的圆弧形槽底的圆弧半径（R）为0.1mm～0.3mm。
9.根据权利要求5所述的额定预紧力轻型螺栓结构，其特征在于：斜面拧断槽（3）的槽底最底端到锥形减轻孔（4）孔锥面的距离（δ）不小于0.5mm。
10.根据权利要求5所述的额定预紧力轻型螺栓结构，其特征在于：承载端面（5）的平面度小于0.05mm，并且与螺杆（1）中心线的垂直度不大于0.1mm。
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