CN107866476A - 一种钛合金自锁螺母收口工艺方法及收口工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钛合金自锁螺母收口工艺方法，包括以下步骤：S1、将经过机加工制备的钛合金自锁螺母样品进行固溶热处理，制得待收口加工用样品；S2、将待收口加工用样品在室温下进行收口加工处理；S3、收口加工完成后，再将钛合金自锁螺母进行时效处理，完成整个钛合金自锁螺母收口加工；减小钛合金自锁螺母收口加工过程中产生裂纹的可能性，进而解决钛合金螺母在室温下收口变形螺纹开裂的难题，实现室温下收口加；同时，配以收口工装，使工装结构更紧凑，操作更方便，位置及尺寸控制更精确，安全性、可靠性更高。

Description

一种钛合金自锁螺母收口工艺方法及收口工装

技术领域

本发明涉及自锁螺母技术领域，尤其涉及一种钛合金自锁螺母收口工艺方法及收口工装。

背景技术

自锁螺母作为螺纹连接部件广泛的用于民用、军用飞机的振动防松部位，其结构设计的核心问题是要实现符合要求的防松锁紧性能，而其锁紧能力是通过对自锁螺母的六方端进行三点收口，使螺纹发生变形，当螺栓拧入螺母体内后使收口处张口，螺栓螺纹与已变形螺母螺纹旋合压紧，进而产生锁紧力矩，达到防松锁紧的目的。但TC4 合金是典型的α-β型两相钛合金，在室温下其塑性较低、屈服强度较高，屈强比较大，弹性模量较小，从而导致其冷变形容易开裂，给收口加工带来极大的难度。

同时，自锁螺母的相关标准对其锁紧性能具有严格的要求，而自锁螺母的锁紧性能跟收口尺寸息息相关。因此，要获得符合要求且稳定的锁紧性能，则必须对收口尺寸进行精确控制。但由于技术水平及设备条件的约束，使得收口尺寸很难实现精确控制，造成螺母锁紧性能不稳定，进而影响到螺母产品锁紧性能的一致性。此外，收口加工过程中，螺母锁紧区受到剧烈的挤压力，若操作不当容易导致加工螺母飞溅，从而给安全生产带来隐患。

为了解决钛合金自锁螺母收口加工过程中容易产生开裂的问题，现有的技术是钛合金自锁螺母的收口加工是在加热状态下进行，即将螺母加热到一定温度后再进行收口加工，其工艺路线为：固溶热处理—机加工—加热收口—时效热处理。由于温度的升高，促使钛合金基体强度降低，塑性变好，从而减小了收口加工过程中产生裂纹的可能性。但该方法增加了一道收口过程中的加热工序。本发明是提供了一种钛合金自锁螺母收口工艺方法，在加工次序上进行了改进，工艺路线为：机加工—固溶热处理—收口加工—时效热处理。经过固溶热处理后，螺母基体强度下降，塑性提高，有利于避免收口加工过程中产生裂纹。同时，收口加工后，收口区会存在加工应力，通过后续的时效处理，提高螺母强度的同时，又可以消除收口变形引入的残余应力。该工艺方法可实现钛合金螺母在室温下进行收口，操作更方便，工艺更可控。

实用新型专利CN 203227753 U提出了一种收口模工装，该工装上设有类“梨形面”凸起,特定的曲面结构设计可有效缓解收口处的应力集中,使得螺母基体不会开裂。但该工装特定的结构设计难于加工，且三个方向上的收口工装很难保证曲面结构尺寸一致。同时，该实用新型专利只是对收口形状进行了改进，并未对收口尺寸、径向和轴向的位置进行控制，而这些因素对钛合金自锁螺母的锁紧性能具有决定性的影响。此外，收口加工过程中，操作安全问题还亟待进一步完善。本发明同时公开了一种收口用工装。所公开的收口工装包括收口底座、收口模芯、梯形挡块、收口推销、防转套、定位杆和中空旋转螺栓。收口模芯、收口底座、防转套依次由内到外安装，保证收口径向位置精度；收口推销中部设有凹槽，锐边要带有过渡圆角，避免收口区的应力集中，收口尺寸一致；所述定位杆直径尺寸应小于螺母六方宽度，但要大于螺纹小径尺寸，定位杆插入中空旋转螺母，可对轴向收口位置进行精确控制，且确保螺母顶出方便、易行；梯形挡块可滑动，当螺母放入工装进行收口时，梯形挡块置于螺母上方，防止螺母受力飞溅。该工装结构紧凑，操作方便，收口径向位置控制精确，轴向收口位置定位准确，顶出操作简单易行，安全性、可靠性大幅提高。

发明内容

本发明是提供了一种钛合金自锁螺母收口工艺方法，并公开了一种收口用工装。通过工艺的改进，目的是减小钛合金自锁螺母收口加工过程中产生裂纹的可能性，进而解决钛合金螺母在室温下收口变形螺纹开裂的难题，实现室温下收口加工。同时，配以收口工装，使工装结构更紧凑，操作更方便，位置及尺寸控制更精确，安全性、可靠性更高。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种钛合金自锁螺母收口工艺方法，包括以下步骤：

S1、将经过机加工制备的钛合金自锁螺母样品进行固溶热处理，固溶温度为930-970℃，保温30-60min，水冷至室温，制得待收口加工用样品；

S2、将待收口加工用样品在室温下进行收口加工处理；

S3、收口加工完成后，再将钛合金自锁螺母进行时效处理，加热温度520-560℃，保温4-6h，吹氩气冷却至室温，完成整个钛合金自锁螺母收口加工。

本发明还公开了一种钛合金自锁螺母收口工装，尤其是提供了一种可以实现六方钛合金螺母收口准确控制且安全性高的工装，并结合收口工艺方法完成钛合金六角自锁螺母收口的加工，该工装可在机械加压和液压加压的设备上应用，通用性更强。具体如下：。

一种钛合金自锁螺母收口工装，包括依次由内到外安装的收口模芯、收口模座、防转套，收口模座的下方设有工作平台，所述收口模座通过紧固螺栓固定在工作平台上，收口模芯与收口模座上均沿轴向均匀分布有3个孔，通过定位销将收口模芯和收口模座相连接，并使收口模芯与收口模座上对应的3个孔保持同心，所述收口模芯与收口模座上均设有3个规格尺寸相同的收口推销，所述收口推销与收口模芯、收口模座上的孔滑动配合连接，所述收口模座的上端设有梯形槽，所述收口模座上设有与所述梯形槽相配合的梯形挡块，所述收口模芯内设有定位顶杆，所述定位顶杆的下端穿过工作平台与定位螺栓连接。

优选的，所述收口推销的顶端中部设有矩形凹槽，所述收口推销的施力面为矩形，施力面矩形与矩形凹槽相交的边倒圆角R0.4-0.5mm，施力面矩形其余三个边倒圆角R0.2-0.3mm。

优选的，所述收口推销的下平面与防转套的上平面相接触。

优选的，所述收口推销上套有弹簧，所述弹簧位于收口推销与防转套之间。

优选的，所述定位顶杆上端与收口模芯内壁之间预留0.05mm间隙，定位顶杆中部杆径比上端杆径大1-2mm，定位顶杆下部杆径尺寸小于定位螺栓的孔径尺寸。

本发明的有益效果如下：

1.实现了室温下收口加工，简化了生产工艺，避免了收口加工螺纹畸变区产生裂纹的可能性，同时消除了收口变形区的加工应力；

2.采用可活动定位顶杆，定位螺栓旋转控制定位顶杆上下移动，实现了螺母在轴向的收口位置精确控制；

3.收口推销的收口端采用矩形设计，加工简单，收口形状一致性好，易于控制；矩形四个棱边进行不同程度的倒角，控制了收口区域金属的流动方向，缓解了收口面上的应力集中；

4.采用梯形结构设计，预防螺母六方受挤压力产生飞溅，安全性显著提高。

附图说明

图1是本发明钛合金自锁螺母收口工装的主视图；

图2是本发明收口模芯与收口模座配合后的俯视图；

图3是本发明收口推销的主视图；

图4是图3所示收口推销左端局部放大图；

图5是本发明收口推销的左视图；

图6是本发明收口后的正视效果图；

图7是本发明收口后的俯视效果图。

图中：1梯形挡块、2收口模座、3收口推销、4收口模芯、5工作平台、6定位顶杆、7定位螺栓、8紧固螺栓、9防转套、10定位销、11弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-7，一种钛合金自锁螺母收口工装，包括依次由内到外安装的收口模芯4、收口模座2、防转套9，收口模座2的下方设有工作平台5，收口模座2通过紧固螺栓8固定在工作平台5上，确保收口过程中整个收口装置稳固，收口模芯与收口模座2上均沿轴向均匀分布有3个孔，通过定位销10将收口模芯4和收口模座2相连接，防止二者发生相互转动，并使收口模芯与收口模座2上对应的3个孔保持同心，收口模芯4与收口模座2上均设有3个规格尺寸相同的收口推销3，收口推销3与收口模芯、收口模座2上的孔滑动配合连接，调整收口锥销的径向位置，确保3个收口锥销的顶端面可以同时接触至钛合金螺母六方平面处，进而同时对六方壁产生挤压收口，收口模座2的上端设有梯形槽，收口模座2上设有与梯形槽相配合的梯形挡块1，梯形挡块1插入收口模座22上端的梯形槽内，对收口螺母上端进行限位的同时，防止收口过程中螺母发生飞溅，操作安全性得到极大提高，收口模芯4内设有定位顶杆6，定位顶杆6的下端穿过工作平台5与定位螺栓7连接。收口推销3的顶端中部设有矩形凹槽，收口推销3的施力面为矩形，施力面矩形与矩形凹槽相交的边倒圆角R0.4-0.5mm，施力面矩形其余三个边倒圆角R0.2-0.3mm，收口推销3的下平面与防转套9的上平面相接触，收口推销3上套有弹簧11，弹簧11位于收口推销3与防转套9之间，定位顶杆6上端与收口模芯4内壁之间预留0.05mm间隙，定位顶杆6中部杆径比上端杆径大1.5mm，定位顶杆6下部杆径尺寸小于定位螺栓7的孔径尺寸。通过过旋转定位螺栓7对收口轴向位置进行精确控制。收口推销3退回后，梯形挡块1移开，而后对定位顶杆6底端施力将螺母顶出。

以英制-5、-8、-12规格的钛合金自锁螺母的收口加工为例，对本发明的具体实施例进行详细介绍。

实施例1

将经过机加工制备的-5规格钛合金自锁螺母进行固溶处理，固溶温度为940℃，保温30min，而后水冷至室温，制得待收口加工用样品。

采用如图1的收口工装设计，收口模芯4的六方宽度尺寸应比螺母六方宽度大0.05mm。收口模芯4放入收口模座2内，并采用定位销10进行定位，使收口模芯4侧面均布的三个Ø5的孔与收口模座2的三个Ø5的孔同心，确保收口推销3能顺利穿过收口模座2和收口模芯4，进而与待收口样品接触。将防转套9套入收口模座2上，配有弹簧11的收口推销3穿过孔，且其下平面应与防转套9的上平面相接触；收口推销3的施力面为矩形，矩形四个边应进行倒角，其中，收口过程中与螺母六方端面接触的一条边倒圆角为R0.5mm，其余三个边倒圆角R0.3mm。将收口样品放入模芯内，旋转定位螺栓7，使得螺母六方端的下端面与收口推销3R0.5mm处的下端面平齐。梯形挡块1放入梯形槽，待收口样品放入模芯内后，滑动梯形挡块1至待收口样品上方后，对螺母样品进行收口加工。加工完成后，移开梯形挡块1，向上顶起顶料杆，则收口样品被顶出，完成室温下的收口加工。

将收口工序加工完成的钛合金螺母样品进行时效处理，加热温度560℃，保温4h，而后吹氩气冷却至室温，完成整个钛合金自锁螺母收口加工。

实施例2

将经过机加工制备的-8规格钛合金自锁螺母进行固溶处理，固溶温度为950℃，保温40min，而后水冷至室温，制得待收口加工用样品。

采用如图1的收口工装设计，收口模芯4的六方宽度尺寸应比螺母六方宽度大0.10mm。收口模芯4放入收口模座2内，并采用定位销10进行定位，使收口模芯4侧面均布的三个Ø5的孔与收口模座2的三个Ø5的孔同心，确保收口推销3能顺利穿过收口模座2和模芯，进而与待收口样品接触。将防转套9套入收口模座2上，配有弹簧11的收口推销3穿过孔，且其下平面应与防转套9的上平面相接触；收口推销3的施力面为矩形，矩形四个边应进行倒角，其中，收口过程中与螺母六方端面接触的一条边倒圆角为R0.5mm，其余三个边倒圆角R0.3mm。将收口样品放入模芯内，旋转定位螺栓7，使得螺母六方端的下端面与收口推销3R0.5mm处的下端面平齐。梯形挡块1放入梯形槽，待收口样品放入模芯内后，滑动梯形挡块1至待收口样品上方后，对螺母样品进行收口加工。加工完成后，移开梯形挡块1，向上顶起顶料杆，则收口样品被顶出，完成室温下的收口加工。

将收口工序加工完成的钛合金螺母样品进行时效处理，加热温度560℃，保温4h，而后吹氩气冷却至室温，完成整个钛合金自锁螺母收口加工。

实施例3

将经过机加工制备的-12规格钛合金自锁螺母进行固溶处理，固溶温度为970℃，保温60min，而后水冷至室温，制得待收口加工用样品。

采用如图1的收口工装设计，收口模芯4的六方宽度尺寸应比螺母六方宽度大0.15mm。收口模芯4放入收口模座2内，并采用定位销10进行定位，使收口模芯4侧面均布的三个Ø5的孔与收口模座2的三个Ø5的孔同心，确保收口推销3能顺利穿过收口模座2和模芯，进而与待收口样品接触。将防转套9套入收口模座2上，配有弹簧11的收口推销3穿过孔，且其下平面应与防转套9的上平面相接触；收口推销3的施力面为矩形，矩形四个边应进行倒角，其中，收口过程中与螺母六方端面接触的一条边倒圆角为R0.5mm，其余三个边倒圆角R0.3mm。将收口样品放入模芯内，旋转定位螺栓7，使得螺母六方端的下端面与收口推销3R0.5mm处的下端面平齐。梯形挡块1放入梯形槽，待收口样品放入模芯内后，滑动梯形挡块1至待收口样品上方后，对螺母样品进行收口加工。加工完成后，移开梯形挡块1，向上顶起顶料杆，则收口样品被顶出，完成室温下的收口加工。

将收口工序加工完成的钛合金螺母样品进行时效处理，加热温度540℃，保温4h，而后吹氩气冷却至室温，完成整个钛合金自锁螺母收口加工。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种钛合金自锁螺母收口工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将经过机加工制备的钛合金自锁螺母样品进行固溶热处理，固溶温度为930-970℃，保温30-60min，水冷至室温，制得待收口加工用样品；

S2、将待收口加工用样品在室温下进行收口加工处理；

S3、收口加工完成后，再将钛合金自锁螺母进行时效处理，加热温度520-560℃，保温4-6h，吹氩气冷却至室温，完成整个钛合金自锁螺母收口加工。

2.一种钛合金自锁螺母收口工装，其特征在于：包括依次由内到外安装的收口模芯、收口模座、防转套，收口模座的下方设有工作平台，所述收口模座通过紧固螺栓固定在工作平台上，收口模芯与收口模座上均沿轴向均匀分布有3个孔，通过定位销将收口模芯和收口模座相连接，并使收口模芯与收口模座上对应的3个孔保持同心，所述收口模芯与收口模座上均设有3个规格尺寸相同的收口推销，所述收口推销与收口模芯、收口模座上的孔滑动配合连接，所述收口模座的上端设有梯形槽，所述收口模座上设有与所述梯形槽相配合的梯形挡块，所述收口模芯内设有定位顶杆，所述定位顶杆的下端穿过工作平台与定位螺栓连接。

3.根据权利要求2所述的一种钛合金自锁螺母收口工装，其特征在于：收口推销的顶端中部设有矩形凹槽，所述收口推销的施力面为矩形，施力面矩形与矩形凹槽相交的边倒圆角R0.4-0.5mm，施力面矩形其余三个边倒圆角R0.2-0.3mm。

4.根据权利要求3所述的一种钛合金自锁螺母收口工装，其特征在于：收口推销的下平面与防转套的上平面相接触。

5.根据权利要求4所述的一种钛合金自锁螺母收口工装，其特征在于：收口推销上套有弹簧，所述弹簧位于收口推销与防转套之间。

6.根据权利要求2所述的一种钛合金自锁螺母收口工装，其特征在于：定位顶杆上端与收口模芯内壁之间预留0.05mm间隙，定位顶杆中部杆径比上端杆径大1-2mm，定位顶杆下部杆径尺寸小于定位螺栓的孔径尺寸。