CN111500929A - 一种汽车用防松螺栓及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车用防松螺栓及其加工方法，旨在提供一种防松效果好，结构简单以及耐腐蚀效果好的汽车用防松螺栓，其技术方案要点是螺母锁件设置为包括螺母部分以及防松部分这两个部分，在对螺栓和螺母进行拧紧时，配合防松部分包括的与通孔相适配的锁紧件、设置于锁紧件上且与内台阶环槽相适配的外台阶环槽以及设置于锁紧件和锁柱之间的弹性圈，锁柱上设有与弹性圈相适配的环槽，在螺母拧紧后，因为锁紧件和螺母形成内、外台阶结构的卡扣效果，并且因为设置在锁紧件和锁柱之间的弹性圈，在弹性圈受力时，弹性圈具备弹性势能，形成一个反向的作用力，保证锁柱和螺母之间的螺纹咬死，本发明适用于汽车用紧固件技术领域。

Description

一种汽车用防松螺栓及其加工方法
技术领域
本发明涉及一种汽车用紧固件技术领域,更具体地说，它涉及一种汽车用防松螺栓及其加工方法。
背景技术
汽车用螺栓，尤其是底盘螺栓，受到的振动相对较大，并且也是最易接触到水分以及其他杂质的地方，极易发生氧化，降低了使用寿命。
目前，市场上的汽车用防松螺栓，它包括锁头和锁柱，锁头和锁柱一体成型，所述锁柱的外表面成型有外螺纹，锁柱与锁头之间设置有定位轴肩，定位轴肩设置有槽口。传统螺栓同时是在螺栓和安装台面之间点有碟形垫片或者其他具有弹性形变效果的垫片，以达到螺母和台面之间形成相抵锁死的效果，但是这样的方式是在螺母和安装台面上形成作用力，防松效果并不是最佳的，并且如何提高对螺栓的耐腐蚀效果也是目前存在的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种防松效果好，结构简单以及耐腐蚀效果好的汽车用防松螺栓。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种汽车用防松螺栓，包括锁头和锁柱，锁头和锁柱一体成型，所述锁柱的外表面成型有外螺纹，锁柱与锁头之间设置有定位轴肩，所述定位轴肩设置有槽口，还包括有螺母锁件，所述螺母锁件包括螺母部分以及防松部分。
本发明进一步设置为：所述螺母部分设有通孔，通孔内设有与外螺纹相适配的内螺纹以及内台阶环槽，所述防松部分包括与通孔相适配的锁紧件、设置于锁紧件上且与内台阶环槽相适配的外台阶环槽以及设置于锁紧件和锁柱之间的弹性圈，锁柱上设有与弹性圈相适配的环槽。
本发明进一步设置为：所述螺母部分还设有防松牙角，所述防松牙角呈直角三角形结构，该防松牙角的90度尖角面的朝向与螺母部分的旋进方向相反。
本发明进一步设置为：所述防松牙角斜面的倾角为18度；所述防松牙角的高度为1.5mm。
本发明进一步设置为：所述弹性圈内设置有加强管，加强管为椭圆形结构，所述弹性圈的内表面设置有与加强管相接触的曲面结构。
本发明进一步设置为：所述加强管的长度方向平行于弹性圈的长度方向。
本发明进一步设置为：所述锁柱上还包括扩张部分，扩张部分与锁柱一体成型，扩张部分呈多片状，沿锁柱的周向布置，片与片之间具有间隙。
本发明进一步设置为：所述锁柱上还包括扩张部分，扩张部分与锁柱分体结构设置，且扩张部分呈圈状。
一种适用于上述汽车用防松螺栓的加工方法，包括如下步骤，(1)按照重量百分比预备包括如下配料：C0.2～0.5％，Si0.15～0.23％，Mn0.05～0.15％，P0.02～0.04％，S0.02～0 .04％，Cu0.1～0.14％，Co0.24～0.32％，Ni0.22～0.28，Al0.08～0 .24％，Ti0.12～0.26％，Mo0.08～0.12％，V0.1～0.15％，Sc0.06～0.14％，Cr0.04～0.1％，余量为铁及杂质元素；按配比对化学成分配料，制得杆料毛坯，所述杆料毛坯浇注成型，铸造杆料；
(2)对杆料进行酸洗和碱洗处理，制得具有外螺纹和光杆段的杆料；再对杆料依次进行热强化处理、热处理、时效处理，制得铸件螺栓；
(3)对铸件螺栓依次进行钝化处理、渗硼处理、磷化处理以及机械强化和表面发黑处理，制得初成品螺栓；
(4)对初成品螺栓进行镀层处理，使用镍电镀液在所述成品螺栓的表面镀镍层，所述镍电镀液包括如下浓度的组分：电镀液包括草酸和硫酸，草酸的质量浓度为10至60g/L，硫酸的质量浓度为10至40g/L，对经过电镀后的初成品螺栓进行洗涤后，利用惰性气体离子轰击改变镀层致密性及晶态结构，将进行镀层后的螺栓置于离子源的炉腔中，通入惰性气体，控制流量50sccm～100sccm，然后控制离子源电压为700V～2000V，炉腔温度升至80～200℃，控制炉腔的压力为7×10-4～8×10-3torr处理10min～150min；
(5)用贵金属粒子对镀层表面微小孔洞缺陷选择性沉积控制偏压-50～-150V，炉腔的压力为3×10-4～6×10-3torr，氩气流量为30sccm～40sccm，贵金属靶材功率密度为5～25W/cm2，沉积时间5min～10min；
(6)通入化学性质相对活泼的气体与初始镀层结合而降低表面能，完成对螺栓镀层的处理，具体采用以下步骤：利用化学性质活泼的气体或其离化后的等离子体对表面进行氧化掺杂处理，控制气体流量为60sccm～80sccm，离子源电压控制为-500V～-1500V，沉积5min～200min。
本发明进一步设置为：所述贵金属为金、银或铂族金属，所述化学性质相对活泼的气体为O2、F2、CH4或SiH4。
通过采用上述技术方案，有益效果：1.通过将螺母锁件设置为包括螺母部分以及防松部分这两个部分，在对螺栓和螺母进行拧紧时，配合防松部分包括的与通孔相适配的锁紧件、设置于锁紧件上且与内台阶环槽相适配的外台阶环槽以及设置于锁紧件和锁柱之间的弹性圈，锁柱上设有与弹性圈相适配的环槽，在螺母拧紧后，因为锁紧件和螺母形成内、外台阶结构的卡扣效果，并且因为设置在锁紧件和锁柱之间的弹性圈，在弹性圈受力时，弹性圈具备弹性势能，形成一个反向的作用力，使得内、外台阶结构相抵的作用力更大，从而保证锁柱和螺母之间螺纹的锁紧效果；
2.通过将螺母部分还设有防松牙角，防松牙角呈直角三角形结构，该防松牙角的90度尖角面的朝向与螺母部分的旋进方向相反，防松牙角斜面的倾角为18度，螺母部分的底边面加工有防松牙角，防松牙角呈直角三角形结构，并且防松牙角的90度尖角面的朝向与螺母部分的旋进方向相反，这样当螺母部分旋紧后，螺母部分的防松牙角的尖角就能顶在安装台面的板面，在此状态时如果螺母部分反向松动就会受到防松牙角与安装台面形成90度尖角面的尖角的作用使螺母不能反向松动，从而实现螺母的防松动功能；
3.为了确保弹性圈因为长期工作失去弹性形变的效果，通过在弹性圈内设置有的加强管，并且将加强管为椭圆形结构，弹性圈的内表面设置有与加强管相接触的曲面结构，通过在弹性圈内设置有加强管，将弹性圈内与加强管接触的面设置为曲面结构，曲面结构提高了弹性圈和加强管之间的贴合程度，提高了弹性圈的使用强度，并且将加强管设置为椭圆形结构，有效地避免了螺母拧紧后作用力过大导致弹性圈失效，弹性圈容易发生形变，进而提高了锁柱和螺母之间持续保证咬死的状态，提高防松效果，同时通过将加强管的长度方向平行于弹性圈的长度方向设置，提高了两者之间的受力均匀程度，实用性强，结构简单；
4.锁柱上还包括扩张部分，扩张部分与锁柱一体成型，扩张部分呈多片状，沿锁柱的周向布置，片与片之间具有间隙，或者将扩张部分与锁柱分体结构设置，且扩张部分呈圈状，使得扩张部分和安装孔之间形成扩张支撑的效果，保证锁柱的稳定性，防止螺栓上部发生晃动，导致螺栓的松动；
5.本发明的加工方法在进行氧化层镀膜后，进行惰性气体进行离子轰击改变镀层的致密性，提高螺栓的耐腐蚀效果。
附图说明
图1为本发明一种汽车用防松螺栓及其加工方法实施例的结构示意图。
图2为本发明一种汽车用防松螺栓及其加工方法实施例弹性圈的剖视图
图中附图标记，1、锁头；2、锁柱；20、扩张部分；3、定位轴肩；4、螺母部分；40、通孔；401、防松牙角；41、内台阶环槽；51、锁紧件；52、外台阶环槽；53、弹性圈；531、加强管；532、曲面结构。
具体实施方式
参照图1至图2对本发明一种汽车用防松螺栓及其加工方法实施例做进一步说明。
为了易于说明，实施例中如若使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
一种汽车用防松螺栓，包括锁头1和锁柱2，锁头1和锁柱2一体成型，锁柱2的外表面成型有外螺纹，锁柱2与锁头1之间设置有定位轴肩3，定位轴肩3设置有槽口，还包括有螺母锁件，螺母锁件包括螺母部分4以及防松部分，螺母部分4设有通孔40，通孔40内设有与外螺纹相适配的内螺纹以及内台阶环槽41，防松部分包括与通孔40相适配的锁紧件51、设置于锁紧件51上且与内台阶环槽41相适配的外台阶环槽52以及设置于锁紧件51和锁柱2之间的弹性圈53，锁柱2上设有与弹性圈53相适配的环槽，通过将螺母锁件设置为包括螺母部分4以及防松部分这两个部分，在对螺栓和螺母进行拧紧时，配合防松部分包括的与通孔40相适配的锁紧件51、设置于锁紧件51上且与内台阶环槽41相适配的外台阶环槽52以及设置于锁紧件51和锁柱2之间的弹性圈53，锁柱2上设有与弹性圈53相适配的环槽，在螺母拧紧后，因为锁紧件51和螺母形成内、外台阶结构的卡扣效果，并且因为设置在锁紧件51和锁柱2之间的弹性圈53，在弹性圈53受力时，弹性圈53具备弹性势能，形成一个反向的作用力，使得内、外台阶结构相抵的作用力更大，从而保证锁柱2和螺母之间螺纹的锁紧效果。
本发明进一步设置为，螺母部分4还设有防松牙角401，防松牙角401呈直角三角形结构，该防松牙角401的90度尖角面的朝向与螺母部分的旋进方向相反，防松牙角401斜面的倾角为18度；防松牙角401的高度为1.5mm，通过将螺母部分4还设有防松牙角401，防松牙角401呈直角三角形结构，防松牙角401斜面的倾角为18度，螺母部分4的底边面加工有防松牙角401，防松牙角401呈直角三角形结构，并且防松牙角的90度尖角面的朝向与螺母部分4的旋进方向相反，这样当螺母部分4旋紧后，螺母部分4的防松牙角401的尖角就能顶在安装台面的板面，在此状态时如果螺母部分4反向松动就会受到防松牙角401与安装台面形成90度尖角面的尖角的作用使螺母不能反向松动，从而实现螺母的防松动功能。
本发明进一步设置为，弹性圈53内设置有加强管531，加强管531为椭圆形结构，弹性圈53的内表面设置有与加强管531相接触的曲面结构532，加强管531的长度方向平行于弹性圈53的长度方向，为了确保弹性圈53因为长期工作失去弹性形变的效果，通过在弹性圈53内设置有的加强管531，并且将加强管531为椭圆形结构，弹性圈53的内表面设置有与加强管531相接触的曲面结构532，通过在弹性圈53内设置有加强管531，将弹性圈53内与加强管531接触的面设置为曲面结构532，曲面结构532提高了弹性圈53和加强管531之间的贴合程度，提高了弹性圈53的使用强度，并且将加强管531设置为椭圆形结构，有效地避免了螺母拧紧后作用力过大导致弹性圈53失效，弹性圈53容易发生形变，进而提高了锁柱2和螺母之间的螺纹持续保证咬死的状态，提高防松效果，同时通过将加强管531的长度方向平行于弹性圈53的长度方向设置，提高了两者之间的受力均匀程度，实用性强，结构简单。
本发明进一步设置为，锁柱2上还包括扩张部分20，扩张部分20与锁柱2一体成型，扩张部分20呈多片状，沿锁柱2的周向布置，片与片之间具有间隙，锁柱2上还包括扩张部分20，扩张部分20与锁柱2分体结构设置，且扩张部分20呈圈状，锁柱2上还包括扩张部分20，扩张部分20与锁柱2一体成型，扩张部分20呈多片状，沿锁柱2的周向布置，片与片之间具有间隙，或者将扩张部分20与锁柱2分体结构设置，且扩张部分20呈圈状，使得扩张部分20和安装孔之间形成扩张支撑的效果，保证锁柱2的稳定性，防止螺栓上部发生晃动，导致螺栓的松动。
一种适用于上述汽车用防松螺栓的加工方法，包括如下步骤，(1)按照重量百分比预备包括如下配料：C0.2～0.5％，Si0.15～0.23％，Mn0.05～0.15％，P0.02～0.04％，S0.02～0 .04％，Cu0.1～0.14％，Co0.24～0.32％，Ni0.22～0.28，Al0.08～0 .24％，Ti0.12～0.26％，Mo0.08～0.12％，V0.1～0.15％，Sc0.06～0.14％，Cr0.04～0.1％，余量为铁及杂质元素；按配比对化学成分配料，制得杆料毛坯，杆料毛坯浇注成型，铸造杆料；
(2)对杆料进行酸洗和碱洗处理，制得具有外螺纹和光杆段的杆料；再对杆料依次进行热强化处理、热处理、时效处理，制得铸件螺栓；
采用HNO3和HF的混合溶液进行酸洗，浓度比例为5：1，温度控制在35℃-49℃之间，工件经酸洗和水冲洗后，可用含10%NaOH溶液以及配合4%的KMnO4的碱生高锰酸盐溶液在85～92℃中浸泡40～50min，以去除酸洗残渣，然后用水彻底冲洗，并进行干燥，
(3)对铸件螺栓依次进行钝化处理、渗硼处理、磷化处理以及机械强化和表面发黑处理，制得初成品螺栓；渗碳处理，处理方式采用气体渗碳、固体渗碳或者是液体渗碳，主要目的是在气缸盖的表面形成2mm-3mm的渗碳层，并通过淬火处理对气缸盖的表面应力加以压缩，淬火处理时加热至450～500℃，保温5h-6h，迅速放入60～100℃的水中淬火，然后置于空气中冷却到室温；
(4)对初成品螺栓进行镀层处理，使用镍电镀液在所述成品螺栓的表面镀镍层，镍电镀液包括如下浓度的组分：电镀液包括草酸和硫酸，草酸的质量浓度为10至60g/L，硫酸的质量浓度为10至40g/L，对经过电镀后的初成品螺栓进行洗涤后，利用惰性气体离子轰击改变镀层致密性及晶态结构，将进行镀层后的螺栓置于离子源的炉腔中，通入惰性气体，控制流量50sccm～100sccm，然后控制离子源电压为700V～2000V，炉腔温度升至80～200℃，控制炉腔的压力为7×10-4～8×10-3torr处理10min～150min；
(5)用贵金属粒子对镀层表面微小孔洞缺陷选择性沉积控制偏压-50～-150V，炉腔的压力为3×10-4～6×10-3torr，氩气流量为30sccm～40sccm，贵金属靶材功率密度为5～25W/cm2，沉积时间5min～10min；
(6)通入化学性质相对活泼的气体与初始镀层结合而降低表面能，完成对螺栓镀层的处理，具体采用以下步骤：利用化学性质活泼的气体或其离化后的等离子体对表面进行氧化掺杂处理，控制气体流量为60sccm～80sccm，离子源电压控制为-500V～-1500V，沉积5min～200min。
本发明在采用本实施例镀膜方法并且镀膜结束时，加入高能离子轰击的步骤，干扰了金属晶体或非晶在生长过程中的自发性，从单位测度晶粒度或耐腐蚀性能分析镀层的致密性得到了较大提高，并且本发明充分考虑了无论采用何种工艺得到的镀层中客观存在微小空洞缺陷，提出了可以广泛应用的各种薄膜制备工艺中的贵金属粒子对镀层表面微小孔洞缺陷选择性沉积，通入化学性质相对活泼的气体粒子与初始镀层结合而降低表面能的方法，在提高致密性后，螺栓的耐腐蚀性会获得极大的提高。
本发明进一步设置为，贵金属为金、银或铂族金属，化学性质相对活泼的气体为O2、F2、CH4或SiH4。
通过本发明技术方案的加工工艺，所制得的汽车用螺栓性能如下表所示：
Figure 932685DEST_PATH_IMAGE002
很明显，可以看出使用本发明技术方案，可以显著增强汽车用螺栓的各项目指标。
本发明的加工方法在对螺栓进行热强化处理、热处理、时效处理、钝化处理、渗硼处理、磷化处理、机械强化和表面发黑处理，以及氧化层镀膜后，进行惰性气体进行离子轰击改变镀层的致密性，提高螺栓的耐腐蚀效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行通常的变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种汽车用防松螺栓，包括锁头(1)和锁柱(2)，锁头(1)和锁柱(2)一体成型，所述锁柱(2)的外表面成型有外螺纹，锁柱(2)与锁头(1)之间设置有定位轴肩(3)，所述定位轴肩(3)设置有槽口，还包括有螺母锁件，其特征在于，所述螺母锁件包括螺母部分(4)以及防松部分。
2.根据权利要求1所述的一种汽车用防松螺栓，其特征在于，所述螺母部分(4)设有通孔(40)，通孔(40)内设有与外螺纹相适配的内螺纹以及内台阶环槽(41)，所述防松部分包括与通孔(40)相适配的锁紧件(51)、设置于锁紧件(51)上且与内台阶环槽(41)相适配的外台阶环槽(52)以及设置于锁紧件(51)和锁柱(2)之间的弹性圈(53)，锁柱(2)上设有与弹性圈(53)相适配的环槽。
3.根据权利要求1所述的一种汽车用防松螺栓，其特征在于，所述螺母部分(4)还设有防松牙角(401)，所述的防松牙角(401)呈直角三角形结构，该防松牙角(401)的90度尖角面的朝向与螺母部分的旋进方向相反。
4.根据权利要求3所述的一种汽车用防松螺栓，其特征在于，所述的防松牙角(401)斜面的倾角为18度；所述防松牙角(401)的高度为1.5mm。
5.根据权利要求2所述的一种汽车用防松螺栓，其特征在于，所述弹性圈(53)内设置有加强管(531)，加强管(531)为椭圆形结构，所述弹性圈(53)的内表面设置有与加强管(531)相接触的曲面结构(532)。
6.根据权利要求5所述的一种汽车用防松螺栓，其特征在于，所述加强管(531)的长度方向平行于弹性圈(53)的长度方向。
7.根据权利要求1所述的一种汽车用防松螺栓，其特征在于，所述锁柱(2)上还包括扩张部分(20)，扩张部分(20)与锁柱(2)一体成型，扩张部分(20)呈多片状，沿锁柱(2)的周向布置，片与片之间具有间隙。
8.根据权利要求1所述的一种汽车用防松螺栓，其特征在于，所述锁柱(2)上还包括扩张部分(20)，扩张部分(20)与锁柱(2)分体结构设置，且扩张部分(20)呈圈状。
9.一种适用于权利要求1所述的汽车用防松螺栓的加工方法，其特征在于，包括如下步骤，(1)按照重量百分比预备包括如下配料：C0.2～0.5％，Si0.15～0.23％，Mn0.05～0.15％，P0.02～0.04％，S0.02～0 .04％，Cu0.1～0.14％，Co0.24～0.32％，Ni0.22～0.28，Al0.08～0 .24％，Ti0.12～0.26％，Mo0.08～0.12％，V0.1～0.15％，Sc0.06～0.14％，Cr0.04～0.1％，余量为铁及杂质元素；按配比对化学成分配料，制得杆料毛坯，所述杆料毛坯浇注成型，铸造杆料；
(2)对杆料进行酸洗和碱洗处理，制得具有外螺纹和光杆段的杆料；再对杆料依次进行热强化处理、热处理、时效处理，制得铸件螺栓；
(3)对铸件螺栓依次进行钝化处理、渗硼处理、磷化处理以及机械强化和表面发黑处理，制得初成品螺栓；
(4)对初成品螺栓进行镀层处理，使用镍电镀液在所述成品螺栓的表面镀镍层，所述镍电镀液包括如下浓度的组分：电镀液包括草酸和硫酸，草酸的质量浓度为10至60g/L，硫酸的质量浓度为10至40g/L，对经过电镀后的初成品螺栓进行洗涤后，利用惰性气体离子轰击改变镀层致密性及晶态结构，将进行镀层后的螺栓置于离子源的炉腔中，通入惰性气体，控制流量50sccm～100sccm，然后控制离子源电压为700V～2000V，炉腔温度升至80～200℃，控制炉腔的压力为7×10-4～8×10-3torr处理10min～150min；
(5)用贵金属粒子对镀层表面微小孔洞缺陷选择性沉积控制偏压-50～-150V，炉腔的压力为3×10-4～6×10-3torr，氩气流量为30sccm～40sccm，贵金属靶材功率密度为5～25W/cm2，沉积时间5min～10min；
(6)通入化学性质相对活泼的气体与初始镀层结合而降低表面能，完成对螺栓镀层的处理，具体采用以下步骤：利用化学性质活泼的气体或其离化后的等离子体对表面进行氧化掺杂处理，控制气体流量为60sccm～80sccm，离子源电压控制为-500V～-1500V，沉积5min～200min。
10.根据权利要求9所述的一种汽车用防松螺栓，其特征在于，所述贵金属为金、银或铂族金属，所述化学性质相对活泼的气体为O2或CH4。
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