CN109958703B - 一种用于螺纹连接件的防松垫圈及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种用于螺纹连接件的防松垫圈及其制备方法，所述防松垫圈包括上垫圈和下垫圈，所述上垫圈的底部设置有多个呈扇形分布的第一棘齿，所述下垫圈的顶部设置有多个与所述第一棘齿相楔合的第二棘齿，所述第一棘齿具有与所述第二棘齿相贴合的宽面和面积小于该宽面的窄面，所述宽面为以上垫圈中轴为轴线、由间隔该轴线的母线螺旋运动所形成的螺旋面，所述螺旋面中径处的导线的螺旋升角大于所述螺纹连接件的螺旋升角，所述螺旋面中径处为螺旋面上与第一棘齿内周和外周等距离的位置。本公开提供的防松垫圈防松效果好。
Description
技术领域
本公开涉及一种用于螺纹连接件的防松垫圈及其制备方法。
背景技术
现有组合式防松垫圈之间的楔合面多为普通斜面，该普通斜面楔合设计并不能很好地发挥防松效果，经计算，该种普通斜面设计的防松垫圈起作用的面积只占总斜面面积的50％左右，往往出现防松垫圈“不防松”的失效现象。
发明内容
本公开的目的是提供一种用于螺纹连接件的防松垫圈及其制备方法，本公开提供的防松垫圈具有更好的防松效果。
为了实现上述目的，本公开提供一种用于螺纹连接件的防松垫圈，包括上垫圈和下垫圈，所述上垫圈的底部设置有多个呈扇形分布的第一棘齿，所述下垫圈的顶部设置有多个与所述第一棘齿相楔合的第二棘齿，所述第一棘齿具有与所述第二棘齿相贴合的宽面和面积小于该宽面的窄面，所述宽面为以上垫圈中轴为轴线、由间隔该轴线的母线螺旋运动所形成的螺旋面，所述螺旋面中径处的导线的螺旋升角大于所述螺纹连接件的螺旋升角，所述螺旋面中径处为螺旋面上与第一棘齿内周和外周等距离的位置；所述上垫圈的顶部设置有用于与螺纹连接件相连的第一连接结构；所述下垫圈的底部设置有用于与工件相连的第二连接结构。
可选的，所述第一连接结构包括多个用于咬入螺纹连接件的呈扇形分布的第三棘齿，所述第二连接结构包括多个用于咬入工件表面的呈扇形分布的第四棘齿。
可选的，所述螺旋面中径处的导线的螺旋升角比螺纹连接件的螺旋升角大0.05-0.45°。
可选的，所述第一棘齿和第二棘齿的顶角α各自为70-150°，所述第三棘齿和第四棘齿的顶角β各自为60-150°。
可选的，所述第一棘齿和第二棘齿的齿高各自为80-300微米，所述第三棘齿和第四棘齿的齿高各自为50-200微米，其中，齿高为棘齿最高点与最低点的竖直距离。
可选的，所述第一棘齿宽面为斜螺旋面，且所述母线与所述轴线夹角的余角θ为0.3-0.8°。
可选的，所述防松垫圈的材料为锆基非晶态合金。
本公开还提供所提供的防松垫圈的制备方法，该制备方法包括：采用锻压工艺或半固态压铸成型工艺进行制备所述防松垫圈。
可选的，采用半固态压铸成型工艺进行制备所述防松垫圈的步骤包括：将合金材料熔化后处理为半固态合金；将所得半固态合金送入模具型腔中进行压铸成型。
可选的，所述防松垫圈的表面经过涂层处理，所述涂层处理为选自激光工艺、物理气相沉积工艺和化学气相沉积工艺中的至少一种。
与现有技术相比，本公开具有如下优点：
1、本公开提供防松垫圈的上垫圈和下垫圈相楔合的棘齿宽面设置为螺旋面，且该螺旋面的螺旋升角大于螺纹连接件的螺纹升角，能够提高防松作用面积，提高防松效果。
2、本公开的防松垫圈棘齿的宽面优选为斜螺旋面，可以防止棘齿宽面楔合时出现干涉而导致楔合面积降低的问题。
3、本公开的防松垫圈可以采用半固态压铸成型工艺进行制备，从而提高了成型精度、光洁度，降低了粗糙度。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开提供的防松垫圈一种具体实施方式的结构示意图。
图2是本公开提供的螺旋面一种具体实施方式的结构示意图。
图3是本公开提供的上垫圈一种具体实施方式的结构示意图。
图4是本公开提供的上垫圈另一种具体实施方式的结构示意图。
图5是本公开提供的上垫圈又一种具体实施方式的结构示意图。
图6是图5中A-A向的截面示意图。
图7是图6是B区域的示意图。
附图标记说明
1 上垫圈 11 中轴 12 母线
13 导线 14 投影 2 下垫圈
3 第一棘齿 31 宽面 32 窄面
4 第二棘齿 5 第三棘齿 6 第四棘齿
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、底、顶”可以参考图1的图面方向，本公开防松垫圈具体使用时不受本公开描述的“上、下、底、顶”的限制。本公开中的距离是指两个部件之间的最短连线的长度。本公开中，螺纹升角为螺纹连接件(螺旋面)在中径圆柱上螺旋线(导线)的切线与垂直于轴线的平面间的夹角。
如图1-6所示，本公开提供一种用于螺纹连接件的防松垫圈，包括上垫圈1和下垫圈2，所述上垫圈1的底部设置有多个呈扇形分布的第一棘齿3，所述下垫圈2的顶部设置有多个与所述第一棘齿3相楔合的第二棘齿4，所述第一棘齿3具有与所述第二棘齿4相贴合的宽面31和面积小于该宽面31的窄面32，所述宽面31为以上垫圈1中轴11为轴线、由间隔该轴线的母线12螺旋运动所形成的螺旋面，所述螺旋面中径处的导线13的螺旋升角大于所述螺纹连接件的螺旋升角，所述螺旋面中径处为螺旋面上与第一棘齿3内周和外周等距离的位置；所述上垫圈1的顶部设置有用于与螺纹连接件相连的第一连接结构；所述下垫圈2的底部设置有用于与工件相连的第二连接结构。本公开中楔合是指上下垫圈的第一棘齿和第二棘齿相适应地啮合在一起。
本公开的防松垫圈的作用机理如下：当螺纹连接件、防松垫圈和工件发生震动时，螺纹连接件(例如螺栓和螺帽)会首先发生松动，而由于上垫圈的顶部和下垫圈的底部分别通过连接结构与螺纹连接件和工件相连，从而使下垫圈与工件相对固定，而上垫圈与螺纹连接件相对固定，因此防松垫圈仅在上垫圈和下垫圈之间的楔合面上发生松动。如图1-4所示，由于上垫圈底部的第一棘齿和下垫圈顶部的第二棘齿相楔合，第一棘齿3螺旋面(宽面31)的螺旋上升方向与螺纹连接件的螺旋上升方向相同，且螺旋面中径处的导线13的螺旋升角大于所述螺纹连接件的螺旋升角，优选大0.05-0.45°，从而使在一个棘齿的齿高内，无论螺纹连接件和螺旋面旋转多少角度，螺旋面上升的距离(垫圈松动距离)均大于螺纹连接件上升的距离(螺纹连接件松动距离)。由于固体不可压缩性，上下垫圈的楔合面上会产生很大的压力，该压力会传导至螺纹连接件上，提高螺纹连接件内部的摩擦力，进而停止螺纹连接件的松动或降低松动趋势。
本公开对上下垫圈与工件和螺纹连接件的连接结构并无特殊限定，可以采用插接、咬合、铆接和焊接等常规的连接方式，例如如图1-3所示，所述第一连接结构可以包括多个用于咬入螺纹连接件的呈扇形分布的第三棘齿5，所述第二连接结构可以包括多个用于咬入工件表面的呈扇形分布的第四棘齿6。在该种连接方式中，上下垫圈表面的硬度大于工件和螺纹连接件的硬度，在防松垫圈使用时可以外加适当的预紧力使第三棘齿和第四棘齿能够咬入工件和螺纹连接件中。优选第三棘齿和第四棘齿的数量均多于第一棘齿和第二棘齿，以提高第三棘齿和第四棘齿的连接强度。
螺旋面是本领域技术人员所熟知的，如图2所示，本公开的螺旋面是指母线12沿着中轴11并沿螺旋线作螺旋运动所形成的曲面，在旋转过程中，母线上各点的轨迹均为螺旋线，螺旋面中径处的导线13在水平面上的投影14为圆形。本公开中螺旋面与现有螺旋面并不相同，在上下垫圈中部开设有穿入螺纹连接件的中心通孔，从而使螺旋面近轴线处部分缺失。根据螺纹连接件的尺寸，本公开的防松垫圈可以设计为各种尺寸，可以根据与螺纹连接件和工件的作用面积设计螺旋面母线的长度，可以根据上下垫圈中心通孔的内径设计螺旋面中径处距离轴线的距离，可以根据螺纹连接件的升角设计螺旋面的螺距。以规格为M10(即大径10毫米)的螺栓为例，螺旋面母线长度可以为4-4.1毫米，螺旋面中径处距离轴线的距离可以为6.5-7.8毫米，螺距可以为2.0-3.5毫米。
根据本公开，棘齿的齿高为棘齿的重要参数，应当合理设置。所述齿高为棘齿最高点与最低点的竖直距离，经过研究发现，所述第一棘齿3和第二棘齿4的齿高可以各自为80-300微米，优选为100-200微米，所述第三棘齿5和第四棘齿6的齿高可以各自为50-200微米，优选为80-160微米。棘齿的齿高可以通过上下垫圈顶部和底部设置的棘齿的数量以及棘齿顶角来确定，例如上垫圈的底部设置十个第一棘齿，则第一棘齿的顶角越大，则齿高越低。通常的，如图3所示，所述第一棘齿3和第二棘齿4的顶角α可以各自为70-150°，优选为80-110°，更优选为90-100°，所述顶角α为所述宽面31和窄面32所形成的夹角，该夹角由宽面31和窄面32交点处向宽面31和窄面32分别作垂直于垫圈径向的切线所形成。所述第三棘齿5和第四棘齿6的顶角β可以各自为60-150°，优选为70-100°，更优选为80-95°，本领域技术人员也可以根据需要设置其它范围的齿高和顶角，本公开不再赘述。另外，为了方便携带使用和提高磨损性能，棘齿的齿尖(宽面与窄面相交处)可以预先经过打磨或切削。
根据本公开，上下垫圈之间的作用面越大，则二者连接越牢固，本公开防松垫圈的有效楔合面积可以达到65-75％，远高于现有防松垫圈的楔合面积。由于螺旋面径向的不同直径处的螺旋升角不同，使具有相同第一棘齿和第二棘齿参数的上下垫圈之间的宽面由内至外不能完全楔合，产生干涉问题。为了解决该问题，如图6-7所示，所述第一棘齿3宽面可以为斜螺旋面，且所述母线与所述轴线夹角的余角θ可以为0.3-0.8°，即所述宽面沿径向从外之内逐渐凹陷，使得第二棘齿的设计参数与第一棘齿的设计参数相同时，二者的宽面之间可以具有更大的接触面积，提高了上下垫圈配合的稳定性和可靠性。
现有防松垫圈的材料一般为合金钢材料，成型后表面硬度一般在350HV以下，表面需要进行热处理和/或涂覆涂层以提高硬度，增加了成本和后续工序。为了解决该问题，所述防松垫圈的材料优选为锆基合金材料，优选为锆基非晶态合金。锆基非晶态合金的表面硬度可以达到500HV，从而对于大部分的防松环境，防松垫圈可以无需进行成型后的后续处理即可使用。
本公开还提供所提供的防松垫圈的制备方法，该制备方法包括：采用锻压工艺或半固态压铸成型工艺进行制备所述防松垫圈。
根据本公开，锻压工艺是本领域技术人员所熟知的，防松垫圈可以采用合金钢如碳钢或不锈钢材质通过锻压工艺成型。锻压成型是将金属坯料置于固定在压力机上下工作台的凸凹模之间，通过压力机上下工作台带动凹凸模合模加压，将坯料压制成所需形状，该方法简单易行，设计简单。
本公开优选采用半固态压铸成型工艺进行制备所述防松垫圈，其步骤可以包括：a、将合金材料熔化后处理为半固态合金；半固态合金可以将合金材料加热熔化后倒入熔料筒中，然后通过搅拌或能达到搅拌效果的其它方法使熔化后的合金材料处于半固态，使半固态合金成为均匀地悬浮着一定固相组分的固液混合浆料，从而具有流变特性，易于加工成型。b、将所得半固态合金送入模具型腔中进行压铸成型，该成型过程可以通过压射杆所带动的锤头快速压入模具型腔中进行成型。相比于锻压工艺所制备的防松垫圈，通过半固态压铸成型工艺所制备的防松垫圈，成型精度更高，产品轮廓更清晰，表面质量更高(光洁度更高，粗糙度更低)，且所用模具寿命更高(5万-7万模次)，适合大批量生产。
进一步地，为了适应特殊使用环境需要或者为了提高防松垫圈的使用寿命，所述防松垫圈的表面可以经过涂层处理，所述涂层处理可以为选自激光工艺、物理气相沉积工艺和化学气相沉积工艺中的至少一种。对于锻压成型的防松垫圈，涂层处理可以用于提高防松垫圈表面的硬度，使防松垫圈的硬度达到450HV，另外在某些应用环境下，对防松垫圈防腐性能要求较高，可以对防松垫圈表面进行提高防腐效果的涂层处理。对于半固态压铸成型工艺制备的防松垫圈，垫圈表面与涂层材料有良好的结合力，所形成的硬化涂层，经久耐用，而且采用锆基非晶态合金作为材料的防松垫圈具有优越的耐腐蚀性能，可媲美SUS304不锈钢材质耐腐蚀性能，因此在一般用途中可以无需做防腐处理就能长时间使用。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (9)
1.一种用于螺纹连接件的防松垫圈，包括上垫圈(1)和下垫圈(2)，所述上垫圈(1)的底部设置有多个呈扇形分布的第一棘齿(3)，所述下垫圈(2)的顶部设置有多个与所述第一棘齿(3)相楔合的第二棘齿(4)，所述第一棘齿(3)具有与所述第二棘齿(4)相贴合的宽面(31)和面积小于该宽面(31)的窄面(32)，所述宽面(31)为以上垫圈(1)中轴(11)为轴线、由间隔该轴线的母线(12)螺旋运动所形成的螺旋面，所述螺旋面中径处的导线(13)的螺旋升角大于所述螺纹连接件的螺旋升角，所述螺旋面中径处为螺旋面上与第一棘齿(3)内周和外周等距离的位置；所述上垫圈(1)的顶部设置有用于与螺纹连接件相连的第一连接结构；所述下垫圈(2)的底部设置有用于与工件相连的第二连接结构；所述第一棘齿(3)宽面为斜螺旋面，且所述母线(12)与所述轴线夹角的余角θ为0.3-0.8°。
2.根据权利要求1所述的防松垫圈，其中，所述第一连接结构包括多个用于咬入螺纹连接件的呈扇形分布的第三棘齿(5)，所述第二连接结构包括多个用于咬入工件表面的呈扇形分布的第四棘齿(6)。
3.根据权利要求1所述的防松垫圈，其中，所述螺旋面中径处的导线(13)的螺旋升角比螺纹连接件的螺旋升角大0.05-0.45°。
4.根据权利要求2所述的防松垫圈，其中，所述第一棘齿(3)和第二棘齿(4)的顶角α各自为70-150°，所述第三棘齿(5)和第四棘齿(6)的顶角β各自为60-150°。
5.根据权利要求2所述的防松垫圈，其中，所述第一棘齿(3)和第二棘齿(4)的齿高各自为80-300微米，所述第三棘齿(5)和第四棘齿(6)的齿高各自为50-200微米，其中，齿高为棘齿最高点与最低点的竖直距离。
6.根据权利要求1所述的防松垫圈，其中，所述防松垫圈的材料为锆基非晶态合金。
7.权利要求1-6中任意一项所述的防松垫圈的制备方法，该制备方法包括：采用锻压工艺或半固态压铸成型工艺进行制备所述防松垫圈。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，采用半固态压铸成型工艺进行制备所述防松垫圈的步骤包括：
将合金材料熔化后处理为半固态合金；
将所得半固态合金送入模具型腔中进行压铸成型。
9.根据权利要求7所述方法，其中，所述防松垫圈的表面经过涂层处理，所述涂层处理为选自激光工艺、物理气相沉积工艺和化学气相沉积工艺中的至少一种。
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