CN108437486B - 复合螺母及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合螺母，其包括长纤和基体材料，长纤包含沿复合螺母周向布置的周向长纤，至少一部分周向长纤用于成型为复合螺母的螺纹。有利于提高复合螺母的螺纹和表面承受周向剪切力的能力，提高复合螺母的抗扭强度，提高复合螺母的结构强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型复合螺母及其制作方法。
背景技术
紧固件是作紧固连接使用且应用极为广泛的一类机械零件。其中螺母皆能与螺栓、螺柱、螺钉配合使用。如今的螺母多为通过棒体机加工而成，或通过注塑模成型。
为满足各工作领域对高强度螺母的需求，提升螺母的机械性能，需要通过多种方式对螺母的各个部位进行增强增韧。如今多种增强螺母强度的方法。如在金属螺母表面涂覆填充短切纤维的涂料的螺母，虽增强螺母的耐磨度及外表面的强度，但在震动下，易造成涂料的脱落，缩短螺母寿命，而且螺母的质量较大，使用范围受限制；如在基体材料中填充有短切纤维，通过先注塑成棒体，再机加工成型为螺母，或者直接注塑成型为螺母，这类型的复合螺母有利降低重量，但是螺纹抗剪切强度较差，易造成滑丝。尤其经机加工成型的螺纹不利于承受周向扭力，易造成螺纹损坏，缩短螺母的使用寿命。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种抗扭强度高的复合螺母。
本发明的第二目的是提供一种抗扭强度高的复合螺母的制作方法。
为实现本发明的第一目的，本发明提供一种复合螺母，其包括长纤和基体材料，长纤包含沿复合螺母周向布置的周向长纤，至少一部分周向长纤用于成型为复合螺母的螺纹。有利于提高复合螺母的螺纹和表面承受周向剪切力的能力，提高复合螺母的抗扭强度，提高复合螺母的结构强度。
进一步方案为，长纤还包含沿复合螺母轴向延伸且沿该螺母径向起伏的纵向长纤。纵向长纤有利于提高复合螺母的周轴向抗拉强度，径向起伏有利于提高复合螺母内材料之间的结合力。
进一步方案为，周向长纤包含用于成型为螺纹的第一周向长纤和用于成型为复合螺母的柱体的第二周向长纤；在复合螺母靠近轴线的一侧，沿复合螺母的螺纹方向布置至少一层第一周向长纤；在复合螺母远离轴线的一侧，沿复合螺母周向缠绕至少一层第二周向长纤；纵向长纤设置于第一周向长纤与第二周向长纤之间。有利于增强复合螺母螺纹的周向抗扭强度和轴向抗剪切强度，同时提高螺母内部的结构强度。
进一步方案为，周向长纤还包含第三周向长纤；第三周向长纤设置在第一周向长纤远离所述复合螺母轴线的一侧；第三周向长纤沿复合螺母的螺纹反方向布置至少一层。有利于进一步提高复合螺母的螺纹的抗扭强度。
进一步方案为，周向长纤还包括沿复合螺母周向缠绕至少一层的第四周向长纤；第三周向长纤设置于第一周向长纤与第二周向长纤之间。
进一步方案为，沿第四周向长纤的周向缠绕至少一层纵向长纤；纵向长纤的两区段用于沿复合螺母径向呈辐射状延伸。有利于增强螺母与工件之间安装的结构强度。
进一步方案为，基体材料填充有纤维状填料，至少部分纤维状填料穿过长纤之间的间隙而连接长纤两侧的基体材料；第一周向长纤靠近复合螺母的轴线的一侧设置填充有粒状填料的基体材料，第二周向长纤远离复合螺母的轴线的一侧设置填充有粒状填料的基体材料。纤维状填料有利于提高复合螺母内部材料之间的结合力，提高复合螺母的抗拉强度，提高复合螺母的结构强度。粒状填料有利于增强复合螺母的螺纹和远离复合螺母的轴线的一侧的表面的硬度和耐磨度。
进一步方案为，第一周向长纤被永磁填料包覆。有利于增强复合螺母安装配合的防脱能力。
为实现本发明的第二目的，本发明提供一种复合螺母制作方法，
S1. 预制具有螺纹的螺纹柱。
S2. 第一周向长纤、纵向长纤的第一区段、第四周向长纤、纵向长纤的第二区段、第二周向长纤沿螺纹柱径向由内至外依次布置。
S3. 通过模具热压成型为复合螺母。
有利于提高复合螺母的周向抗扭强度，轴向抗拉强度以及各材料之间的结合力，有利于减少机加工对复合螺母内部材料的破坏。
进一步方案为，执行步骤S2之前，将具有永磁填料的基体材料包覆在第一周向长纤外。通过与导磁材料或磁性材料的螺纹件配合安装，有利于增强复合螺母安装配合的防脱能力。
附图说明
图1是复合螺母具体实施例的螺母剖切示意图；
图2是复合螺母具体实施例的螺母的俯视图；
图3是复合螺母具体实施例的螺母与零件的安装示意图；
图4是复合螺母具体实施例的螺母压模示意图。
具体实施例
复合螺母具体实施例
如图1所示，复合螺母100包括长纤101和基体材料102。长纤101包含沿复合螺母100周向布置的周向长纤，至少一部分周向长纤用于成型为复合螺母100的螺纹。长纤101包含用于成型为螺纹的第一周向长纤1031、用于成型为复合螺母100的柱体的第二周向长纤104、第三周向长纤1032、第四周向长纤105和纵向长纤106。沿复合螺母100径向，第一周向长纤1031、第三周向长纤1032、纵向长纤106的第一区段1061、第四周向长纤105、纵向长纤106的第二区段1062、第二周向长纤104由复合螺母100的由内至外依次设置。利用纤维材料沿其轴向具有较高的抗拉强度的特性，通过第一周向长纤1031和第三周向长纤1032增强复合螺母100的螺纹承受周向剪切力的能力，从而提高螺纹的抗扭强度；通过第二周向长纤104增强复合螺母的柱体承受周向剪切力的能力，从而提高螺母柱体的抗扭强度；通过第四周向长纤104增强复合螺母的柱体内部承受周向剪切力的能力，整体提高螺母的抗扭强度。通过纵向长纤106增强复合螺母轴向的剪切强度。
优选的，沿复合螺母100的螺纹方向布置至少一层的第一周向长纤1031；沿复合螺母100的螺纹反方向布置至少一层的第三周向长纤1032。进一步提高螺纹的抗扭强度，也有利于防止螺纹配合件因震动而沿螺纹方向松动退出。
优选的，沿复合螺母轴向延伸的纵向长纤106沿该螺母径向具有起伏状。起伏状有利于增强布置在复合螺母的螺纹上的第一周向长纤1031和第三周向长纤1032与纵向长纤106之间的结合力，有利于提高螺纹与第三纵向长纤106的力的传递效果，从而提高螺纹轴向的抗拉强度。纵向长纤106沿第四周向长纤的周向缠绕至少一层，纵向长纤的第一区段1061和第二区段1062用于沿复合螺母的径向呈辐射状延伸，如图2所示。
可选的，该方案中沿复合螺母100的径向辐射状延伸的纵向长纤第一区段1061和第二区段1062不是必须；进一步地，该方案中纵向长纤106也可以不是必须的，复合螺母可以仅由周向长纤和基体材料通过压模而成。
优选的，该方案中的各长纤可以为碳纤维、石英纤维、玄武岩纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维、芳纶纤维、置于碳纳米管的碳炔等高强度的纤维状材料。
长纤101与基体材料102结合设置于复合螺母内部。基体材料102内优选填充有纤维状填料，纤维状填料包括短切纤维和晶须，至少部分纤维状填料穿过长纤之间的间隙而连接长纤两侧的基体材料。优选的，基体材料中的纤维状填料包含至少两种不同长度的同种或不同种的填料，各填料的长度有明显差异，有利于形成空间交织的网状结构，增强各长纤之间的结合力，提高复合螺母的结构强度，防止基体材料在较大冲击下脱落。
基体材料设置在第一周向长纤1031靠近复合螺母的轴线的一侧，即螺纹表面的基体材料填充有粒状填料。基体材料设置在第二周向长纤远离复合螺母的轴线的一侧，即复合螺母外表面的基体材料填充有粒状填料。基体材料中的粒状填料包含至少两种平均粒径不同的同种或不同种填料，至少一种填料的平均粒径远小于其他填料的平均粒径。有利于利用小粒径填料填充空隙，提高填料填充量，提高粒状填料的比表面积，提高复合螺母的螺纹的强度。
优选的，纤维状填料可以为具有预定长度的碳纤维、石英纤维、玄武岩纤维、硼纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维、芳纶纤维、置于碳纳米管的碳炔、碳化硅晶须、钛酸钾晶须、碳酸钙晶须、氧化锌晶须及硫酸钙晶等高强度材料；粒状填料可以为石墨烯、石墨、炭黑、碳化硅、氮化硅、立方氮化硼、六方氮化硼、氧化锆、碳化钛、碳化钨和氧化铝等填料。
基体材料优选为聚苯并咪唑树脂、聚酰亚胺、聚醚醚酮树脂、酚醛树脂、有机硅树脂或环氧树脂等最少一种树脂。
优选的，第一周向长纤1031被永磁填料包覆。通过对该永磁填料进行充磁，使复合螺母的螺纹具有磁力。螺纹配合件包括螺栓、螺钉、螺杆等，当复合螺母与螺纹设置有导磁材料的螺纹配合件配合安装时，复合螺母的具有磁力的螺纹将螺纹配合件的螺纹的导磁材料磁化，并产生吸引力，通过该吸引力将螺纹配合件锁紧在复合螺母100内，防止因振动出现配合松动的现象。永磁填料可以是铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料等。螺纹配合件上的螺纹包覆的材料不限于是导磁材料，还可以是永磁材料，其磁极方向与复合螺母的螺纹的磁极方向相反。
如图3所示，将螺母100固定在零件120上。在零件120表面涂覆一层基体材料121，复合螺母100设置在基体材料121上，纵向长纤106的两区段沿螺母径向呈辐射状布置，在纵向长纤106上设置至少一层纤维布122，在该纤维布122上涂覆一层基体材料121。通过压紧使复合螺母固定在零件120上。有利于增大复合螺母100与零件120的结合面积，提高复合螺母100与零件120之间的结构强度。可选的，基体材料优选为聚苯并咪唑树脂、聚酰亚胺、聚醚醚酮树脂、酚醛树脂、有机硅树脂或环氧树脂等最少一种树脂。纤维布可以为碳纤维布、石英纤维布、玄武岩纤维布、硼纤维布、聚对苯撑苯并二噁唑纤维布、芳纶纤维布的至少一种。
如图1、图4所示，复合螺母100的制作方法，步骤如下：
S1. 预制具有螺纹的螺纹柱201。
S2. 第一周向长纤1031、第三周向长纤1032、纵向长纤106的第一区段1061、第四周向长纤105、纵向长纤106的第二区段1062、第二周向长纤104由复合螺母100的内螺纹至外侧依次设置。
S3. 通过第一模具202、第二模具203和第四模具204热压成型为复合螺母。
有利于提高复合螺母的周向抗扭强度，轴向抗拉强度以及各材料之间的结合力，注塑成型有利于减少机加工对复合螺母内部材料的破坏。
优选的，执行步骤S2之前，将具有永磁填料的基体材料包覆在第一周向长纤1031外部。有利于增强复合螺母与螺纹配合件之间安装配合的防脱能力。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (9)
1.复合螺母，其特征在于：
所述复合螺母，包括长纤和基体材料；
所述长纤包含沿所述复合螺母周向布置的周向长纤，至少一部分所述周向长纤用于成型为所述复合螺母的螺纹；
所述长纤还包含沿所述复合螺母轴向延伸且沿该螺母径向起伏的用于提高螺纹轴向的抗拉强度的纵向长纤。
2.根据权利要求1所述复合螺母，其特征在于：
所述周向长纤包含用于成型为所述螺纹的第一周向长纤和用于成型为所述复合螺母的柱体的第二周向长纤；
在所述复合螺母靠近轴线的一侧，沿所述复合螺母的螺纹方向布置至少一层所述第一周向长纤；
在所述复合螺母远离轴线的一侧，沿所述复合螺母周向缠绕至少一层所述第二周向长纤；
所述纵向长纤设置于所述第一周向长纤与所述第二周向长纤之间。
3.根据权利要求2所述复合螺母，其特征在于：
所述周向长纤还包含第三周向长纤；
所述第三周向长纤设置在所述第一周向长纤远离所述复合螺母轴线的一侧；
所述第三周向长纤沿所述复合螺母的螺纹反方向布置至少一层。
4.根据权利要求2所述复合螺母，其特征在于：
所述周向长纤还包括沿所述复合螺母周向缠绕至少一层的第四周向长纤；
所述第四周向长纤设置于所述第一周向长纤与第二周向长纤之间。
5.根据权利要求4所述复合螺母，其特征在于：
沿所述第四周向长纤的周向缠绕至少一层所述纵向长纤；
所述纵向长纤的两区段用于沿所述复合螺母径向呈辐射状延伸。
6.根据权利要求2至5任一所述复合螺母，其特征在于：
所述基体材料填充有纤维状填料，至少部分纤维状填料穿过所述长纤之间的间隙而连接所述长纤两侧的基体材料；
所述第一周向长纤靠近所述复合螺母的轴线的一侧设置填充有粒状填料的基体材料，所述第二周向长纤远离所述复合螺母的轴线的一侧设置填充有粒状填料的基体材料。
7.根据权利要求6所述复合螺母，其特征在于：
所述第一周向长纤被永磁填料包覆。
8.复合螺母制作方法，所述复合螺母为权利要求4或5任一所述复合螺母，其特征在于：
S1. 预制具有螺纹的螺纹柱；
S2. 所述第一周向长纤、所述纵向长纤的第一区段、所述第四周向长纤、所述纵向长纤的第二区段、所述第二周向长纤沿所述螺纹柱径向由内至外依次布置；
S3. 通过模具热压成型为所述复合螺母。
9.根据权利要求8所述复合螺母制作方法，其特征在于：
执行步骤S2之前，将具有永磁填料的基体材料包覆在所述第一周向长纤外部。
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