CN111069850A - 不锈钢抗拉型高锁螺母加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及不锈钢抗拉型高锁螺母加工方法。不锈钢抗拉型高锁螺母加工方法，该方法包括冷挤压步骤和机械加工步骤；冷挤压步骤：采用不锈钢棒料冷挤压成形出螺母半成品，螺母半成品中六方结构的工艺部分和回转体结构的工作部分均经由冷挤压成形；机械加工步骤：对螺母半成品进行机加工，成形出不锈钢抗拉型高锁螺母的内螺纹，并保证表面尺寸和精度。上述方案能够解决现有的不锈钢抗拉型高锁螺母加工工艺选用高强度的不锈钢材料进行机加工抗拉力值不足的问题。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢抗拉型高锁螺母加工方法。
背景技术
高锁螺母是一种高性能螺母，如授权公告号为CN207364065U、授权公告日为2018.05.15的中国专利公开的一种抗拉型高锁螺母，以及授权公告号为CN206972725U、授权公告日为2018.02.06的中国专利公开的一种轻型安装角度可调节的高锁螺母，一般采用钢、高温合金(A286)、铝合金(7075)和钛合金(Ti6Al4V)等材料制成。高锁螺母的典型结构如图1和图2所示，产品主要由两部分组成，一部分是工艺部分，另一部分是工作部分，工艺部分为六方结构，用于实现安装过程中的扳拧，工作部分包括用于进行收口防松的收口外圆部位和圆柱端部位，用于实现最终的紧固连接与防松。工艺部分与工作部分的连接处设有断颈槽（也称拧断槽），安装过程中，当施加到一定的力矩时，在断颈槽处发生断裂，工艺部分脱落，完成产品的装配。
不锈钢抗拉型高锁螺母作为一种新型紧固件，具有强度高、体积小、防松性能高、抗疲劳性能好、装配效率高等特点，同时具有很高的连接可靠性，大量用于航空航天领域。由于不锈钢抗拉型高锁螺母安装后一直承受拉力作用，故不锈钢抗拉型高锁螺母对其抗拉力值要求较高。因此，在加工过程中，提高产品的抗拉力值尤为关键。为了保证使用的可靠性，产品抗拉力值必须标准要求且具有足够的富余量。
传统的不锈钢抗拉型高锁螺母加工工艺为选用高强度的不锈钢材料来保证产品的抗拉力值，然后采用车加工成型方式加工产品成型，传统的加工路线为“备料（选用高强度的材料）—粗车—铣方—去毛刺—攻丝—精车—收口—表面处理”，传统工艺不仅加工效率低、材料利用率低，而且受原材料强度的限制产品的抗拉力值偏低，尤其是大规格的抗拉型螺母，存在抗拉力值不合格的现象，产品的废品率极高。同时，传统的不锈钢抗拉型高锁螺母的收口外圆部位与圆柱端部位连接处存在尺寸变化，疲劳寿命较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种不锈钢抗拉型高锁螺母加工方法，解决现有的不锈钢抗拉型高锁螺母加工工艺选用高强度的不锈钢材料进行机加工抗拉力值不足的问题。
本发明中采用的技术方案如下：
不锈钢抗拉型高锁螺母加工方法，该方法包括冷挤压步骤和机械加工步骤；
冷挤压步骤：采用不锈钢棒料冷挤压成形出螺母半成品，螺母半成品中六方结构的工艺部分和回转体结构的工作部分均经由冷挤压成形；
机械加工步骤：对螺母半成品进行机加工，成形出不锈钢抗拉型高锁螺母的内螺纹，并保证表面尺寸和精度。
有益效果：采用上述不锈钢棒料进行冷挤压加工，能够依靠冷挤压过程的变形强化作用保证不锈钢抗拉型高锁螺母的强度，从而方便了加工，又能够满足抗拉力值的要求，不但解决了现有技术中采用高强度的不锈钢材料进行机加工抗拉力值不足的问题，而且材料利用率高，效率高。
作为一种优选的技术方案，所述不锈钢棒料为300系列不锈钢棒料。
有益效果：具有更好的变形强化性能，且更容易满足冷挤压要求。
作为一种优选的技术方案，所述不锈钢棒料为退火态300系列不锈钢棒料。
有益效果：能够更好地适应冷挤压加工。
作为一种优选的技术方案，不锈钢抗拉型高锁螺母中六方结构的工艺部分由冷挤压直接成型。
有益效果：能够利用冷挤压工艺精度高的特点直接成型工艺部分，节省原材料，更有利于减少加工步骤、提高加工效率。
作为一种优选的技术方案，所述机械加工步骤包括以下步骤：首先加工螺纹孔，然后在螺纹孔中螺纹连接螺纹芯轴，使不锈钢抗拉型高锁螺母固定到螺纹芯轴上，最后通过螺纹芯轴实现不锈钢抗拉型高锁螺母的装夹并精车产品外表面及成型断径槽。
有益效果：采用上述方案有利于提高加工精度，降低对冷挤压模具精度的要求。
作为一种优选的技术方案，冷挤压时，回转体结构的工作部分的镦锻比：挤压前的截面积/挤压后的截面积=1.38～1.53；六方结构的工艺部分的镦锻比：挤压前的截面积/挤压后的截面积=1.75～1.98。
有益效果：通过控制镦锻比能够保证抗拉型高锁螺母的抗拉力值。
作为一种优选的技术方案，所述300系列不锈钢的退火态特性参数为：抗拉强度517MPa～605MPa，屈服强度≥207MPa，伸长率≥30%，收缩率≥50%。
有益效果：采用上述特性参数的不锈钢退火态材料有利于加工和保证产品强度。
附图说明
图1是现有技术中高锁螺母的典型结构示意图；
图2是图1的左视图；
图3是本发明不锈钢抗拉型高锁螺母加工方法的一个实施例经冷挤压步骤处理后得到的螺母半成品的结构示意图；
图4是图3的左视图；
图5是本发明不锈钢抗拉型高锁螺母加工方法的一个实施例在收口加工前的结构示意图；
图6是本发明不锈钢抗拉型高锁螺母加工方法的一个实施例在收口加工后的结构示意图；
图7是图6的A-A向剖视图；
图8是螺纹芯轴与不锈钢抗拉型高锁螺母的装配关系示意图。
图中相应附图标记所对应的组成部分的名称为：10-工艺部分，20-工作部分，21-收口外圆部位，22-圆柱端部位，30-断颈槽，40-螺纹孔，50-加压槽，60-螺纹芯轴，61-轴肩。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明不锈钢抗拉型高锁螺母加工方法的一个实施例如图3至图8所示，包括以下步骤：步骤一，通过计算合理的冷挤压镦锻比，将不锈钢棒料放入冷挤压模具内，通过液压压力机将不锈钢棒料冷挤压成形出成不锈钢抗拉型高锁螺母上六方结构的工艺部分10和回转体结构的工作部分20的外形，工作部分20包括收口外圆部位21及圆柱端部位22，得到螺母半成品，如图3和图4。该过程中，通过挤压变形产生的变形强化，提高产品的抗拉力值。其中所述不锈钢棒料为退火态300系列不锈钢棒料，选用的300系列不锈钢的材料牌号可以为302不锈钢、303不锈钢、303Se不锈钢、305不锈钢。所述300系列不锈钢的退火态特性参数为：抗拉强度517MPa～605MPa，屈服强度≥207MPa，伸长率≥30%，收缩率≥50%。
步骤二，将经过冷挤压得到的螺母半成品进行机加工，使得工件的外形尺寸、螺纹满足不锈钢抗拉型高锁螺母的精度要求，同时加工拧断槽成型使得产品的拧断力矩符合要求，如图5。
机加工包括粗加工、攻丝和精加工：首先通过装夹螺母半成品工作部分20的外圆，对螺母半成品进行钻孔和镗孔；然后，用丝锥攻螺纹，形成螺纹孔40；最后，如图8所示，在螺纹孔40中螺纹连接螺纹芯轴60，螺纹芯轴60上设有轴肩61，轴肩61用于使螺纹芯轴60与不锈钢抗拉型高锁螺母固定，通过螺纹芯轴60实现对不锈钢抗拉型高锁螺母的装夹，进而精车产品外表面及成型断径槽，使得产品尺寸精度和拧断力矩满足标准要求。
步骤三，将经过机加工的工件放置在收口机上，对收口外圆部位21的三处位置进行加压收口，使得产品获得锁紧力矩和松脱力矩，具备防松性能，如图6和图7。三处加压收口位置沿周向均布，相应的加压压头为圆弧形压头，收口过程中在收口外圆部位21上形成圆弧形的加压槽50，如图7所示。收口机采用现有技术，此处不再具体说明。
步骤四，将收口后的工件进行表面涂覆二硫化钼处理，并将涂覆后的产品放在温度为230℃保温箱内进行固化2小时；二硫化钼固化后，将成品工件表面涂覆十六醇润滑层处理，使得产品具有充分的润滑能力，即完成不锈钢抗拉型高锁螺母的全部加工。
加工完成后，按照产品标准和技术规范要求，根据产品的批量随即抽取一定数量的产品进行试验检测，在扭拉试验机上完成对高锁螺母的锁紧力矩、松脱力矩、拧断力矩、预紧力的检测，在电子拉力机上对高锁螺母进行拉力试验，在金相显微镜下完成对产品微观组织、不连续等检测，试验合格后，出具检测试验报告，将该批螺母进行包装入库，即完成整批螺母的所有工序。
本发明采用冷挤压方式加工不锈钢抗拉型高锁螺母，根据不锈钢变形强化的特性，通过理论计算产品在冷挤压时合理的变形量（即镦锻比），提高了抗拉型高锁螺母的抗拉力值，保证了挤压后产品的抗拉力值满足标准要求且有较大的富余量。同时，冷挤压加工成产品的工艺部分10、收口外圆部位21和圆柱端部位22，极大的提高了加工效率，能够节省原材料、缩短加工周期；并且，冷挤压成型使得收口部位与圆柱端连接部位的金属流线完整，提高了产品的抗疲劳性能。
在上述实施例中，所述不锈钢棒料为300系列不锈钢棒料，并且为退火态300系列不锈钢棒料，在其他实施例中，不锈钢棒料也可以采用其他系列，在满足加工要求的情况下，也可以不采用退火态不锈钢棒料。
在上述实施例中，不锈钢抗拉型高锁螺母中六方结构的工艺部分10由冷挤压直接成型，在其他实施例中，也可以在冷挤压后再进行机加工，降低对冷挤压模具的精度要求。
在上述实施例中，机加工时使用了螺纹芯轴60实现不锈钢抗拉型高锁螺母的装夹，从而完成工作部分20外圆的精车，在其他实施例中，在冷挤压模具精度合适的情况下，工作部分20的外圆可以由冷挤压模具直接成型。并且，也可以以六方结构的工艺部分10作为基准进行装夹，进而加工工作部分20的外圆和螺纹孔40。
另外，在其他实施例中，冷挤压时的镦锻比也可以根据需要进行调整，这是本领域技术人员不需付出创造性劳动即可实现的。再者，在其他实施例中，该方法也可以用于加工其他形状的不锈钢抗拉型高锁螺母，例如背景技术中的专利CN206972725U中的角度可调节的高锁螺母，对应改变冷挤压模具形状和/或机加工工艺即可完成相应的球状安装面的成型。
最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.不锈钢抗拉型高锁螺母加工方法，其特征在于：
该方法包括冷挤压步骤和机械加工步骤；
冷挤压步骤：采用不锈钢棒料冷挤压成形出螺母半成品，螺母半成品中六方结构的工艺部分和回转体结构的工作部分均经由冷挤压成形；
机械加工步骤：对螺母半成品进行机加工，成形出不锈钢抗拉型高锁螺母的内螺纹，并保证表面尺寸和精度。
2.根据权利要求1所述的不锈钢抗拉型高锁螺母加工方法，其特征在于：所述不锈钢棒料为300系列不锈钢棒料。
3.根据权利要求2所述的不锈钢抗拉型高锁螺母加工方法，其特征在于：所述不锈钢棒料为退火态300系列不锈钢棒料。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的不锈钢抗拉型高锁螺母加工方法，其特征在于：不锈钢抗拉型高锁螺母中六方结构的工艺部分由冷挤压直接成型。
5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的不锈钢抗拉型高锁螺母加工方法，其特征在于：所述机械加工步骤包括以下步骤：首先加工螺纹孔，然后在螺纹孔中螺纹连接螺纹芯轴，使不锈钢抗拉型高锁螺母固定到螺纹芯轴上，最后通过螺纹芯轴实现不锈钢抗拉型高锁螺母的装夹并精车产品外表面及成型断径槽。
6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的不锈钢抗拉型高锁螺母加工方法，其特征在于：冷挤压时，回转体结构的工作部分的镦锻比：挤压前的截面积/挤压后的截面积=1.38～1.53；六方结构的工艺部分的镦锻比：挤压前的截面积/挤压后的截面积=1.75～1.98。
7.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的不锈钢抗拉型高锁螺母加工方法，其特征在于：所述300系列不锈钢的退火态特性参数为：抗拉强度517MPa～605MPa，屈服强度≥207MPa，伸长率≥30%，收缩率≥50%。
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