CN115401426A - 一种镍基高温合金材料齿轮槽沉头螺栓加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镍基高温合金材料齿轮槽沉头螺栓加工工艺，具体步骤如下：1)下料；2)粗镦：热镦出螺栓头部外形；3)一次喷砂；4)一次固溶处理；5)镀铜；6)精墩，热镦头部成型，并利用热镦冲头镦制出齿轮槽；7)退镀层；8)二次喷砂；9)机加工；10)时效处理；11)滚丝；12)冷挤；13)检测；14)钝化处理，获得成品螺栓。本发明采用粗镦及精墩两次热镦的方式，且粗镦仅是镦制出螺栓头部外形，精墩则通过镦制模具加工齿轮槽沉孔，工艺路线合理，解决了1300MPa级镍基高温合金材料齿轮槽螺栓头部成型困难易产生缺陷及冲头磨损块的问题，极大提高产品的质量及产品质量的一致性，有效消除了齿轮槽槽内缺陷，极大提高冲头加工效率。

Description

一种镍基高温合金材料齿轮槽沉头螺栓加工工艺

技术领域

本发明涉及一种镍基高温合金材料齿轮槽沉头螺栓加工工艺，属于螺栓加工技术领域。

背景技术

航空用GH4169沉淀强化镍基高温合金的齿轮槽沉头螺栓包括螺栓头部及螺栓杆部，螺栓头部上的沉孔为齿轮槽型，又称内六花型槽型，针对1300MPa级(1275MPa～1510MPa)性能等级镍基高温合金材料沉头螺栓产品，目前，航空航天紧固件厂家无该材料内六花型槽沉头螺栓即齿轮槽型沉头螺栓的加工经验。

由于螺栓采用镍基高温合金材料强度高，变形阻力大，造成螺栓头部的齿轮槽加工过程中直接镦制冲头磨损较快，一个冲头仅能加工3-5件产品，且一次镦制成型材料变形抗力大，变形量大易在齿轮槽槽内产生缺陷，导致槽深尺寸波动较大，质量一致性较差，而齿轮槽冲头相较于内六角冲头尖边受冲击能力更弱，加工相同硬度的产品内六花型槽冲头外边缘更易发生磨损及断裂，同时冲头使用效率降低。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种工艺线路更加合理，提高了产品质量及加工效率的镍基高温合金材料齿轮槽沉头螺栓加工工艺。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种镍基高温合金材料齿轮槽沉头螺栓加工工艺，具体步骤如下：

1)下料:按照螺栓加工长度及光杆直径准备GH4169棒材；

2)粗镦：将棒材放入镦制成型模具内热镦出螺栓沉头外形轮廓；

3)一次喷砂：对步骤2)得到的粗镦产品喷砂处理，通过喷砂去除产品表面污物及氧化皮；

4)一次固溶处理：将步骤3)的产品进行固溶处理，固溶温度为950～980℃±10℃，保温1小时，空冷；

5)镀铜：对一次固溶处理后的产品进行镀铜润滑；

6)精墩：对镀铜后的产品进行热镦头部成型，并利用热镦冲头镦制出齿轮槽；

7)退镀层：对精墩后的产品进行退铜；

8)二次喷砂：先对螺栓头部的齿轮槽进行喷砂，之后对产品整体喷砂；

9)机加工：步骤8)的产品进行车削头部、光杆、支撑面、R角及滚丝径；

10)时效处理：温度710～730℃±10℃，保温8小时，炉冷至610～630℃±10℃，保温8小时，空冷；

11)滚丝：按要求滚压螺纹；

12)冷挤：对螺栓杆部与头部连接部位的圆弧R进行冷滚压；

13)检测：采用荧光探伤检测；

14)表面处理：对检测合格的螺栓进行钝化处理，获得成品螺栓。

本发明的有益效果是：由于镍基高温合金材料强度高，变形阻力大，若采用一次热镦则不仅造成冲头磨损快，而且会导致镦制后的沉头螺栓上齿轮槽缺陷严重，会影响齿轮槽沉头螺栓的加工质量；若采用冷镦与热镦配合加工，尽管从效率上比一次热镦是提高了，但是提高有限，因为镍基高温合金材料变形抗力大冷镦效果不佳。故选用了上述加工工艺步骤，采用粗镦及精墩两次热镦的方式，且粗镦仅是镦制出加大的螺栓沉头外形轮廓，所谓加大指的是镦制出大于棒料直径的螺栓沉头外形，也要比加工出的沉头螺栓的头部外形大；精墩则通过镦制模具加工沉头螺栓外形及沉头上的齿轮槽沉孔，现有的有在粗镦时就镦制出沉孔，这就需要保证粗镦所镦制的沉孔必须与螺栓的杆部在同一条轴线上，如果出现误差，不在同一条轴线，那么在精墩过程就会出现精镦槽无法与粗镦时的沉孔对正的问题，会严重影响沉头螺栓的齿轮槽的加工质量。此外还通过一次固溶处理对进行粗镦后的产品进行固溶消除粗镦后材料的加工强化；对粗镦后的产品进行镀铜处理以增加润滑性，避免划伤精墩模具，同时镀铜处理利于材料的成型，精墩后还进行退镀层及喷砂处理能有效去除铜镀层的残留。总之，本发明工艺路线合理，解决了1300MPa级GH4169材料齿轮槽螺栓头部成型困难易产生缺陷及冲头磨损块的问题，极大提高产品的质量及产品质量的一致性，有效消除了齿轮槽槽内缺陷，极大提高冲头加工效率。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，上述步骤1)下料具体采用冷镦机进行下料。

进一步的，上述步骤3)一次喷砂中采用湿喷砂，通过湿喷砂去除产品表面污物及氧化皮，湿喷砂完成后立即烘干即可。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过湿喷砂去除产品表面污物及氧化皮，避免干扰后续的加工。

进一步的，上述步骤5)中，镀铜厚度为3-5μm。

采用上述进一步方案的有益效果是，既能起到镀铜润滑作用避免划伤精墩模具，又能在精墩后便于镀铜层的去除，避免镀铜层残留在螺栓产品上影响后续产品的加工质量。

进一步的，上述步骤7)中对精墩后的产品进行酸洗退铜镀层。

采用上述进一步方案的有益效果是，能更有效去除铜镀层的残留，去铜更彻底，同时不会影响GH4169合金的齿轮槽沉头螺栓的表面质量。

进一步的，上述步骤8)二次喷砂中采用干喷砂。

采用上述进一步方案的有益效果是，由于湿喷砂滚动喷料过程容易产生碰伤，对于成型完成的产品不再选择用湿喷砂避免碰伤成型后的产品影响产品的质量。

进一步的，在上述步骤8)和步骤9)之间设有二次固溶处理：对退铜后的产品进行固溶处理，固溶温度为950～980℃±10℃，保温1小时，空冷。

采用上述进一步方案的有益效果是，对于未经过固溶处理的棒材来说，如热轧态的料，可以进行二次固溶处理，进一步的消除变形应力，细化组织。

进一步的，所述冲头采用M42材质制作而成。

采用上述进一步方案的有益效果是，M42是高钴韧性高速钢，钢材硬度高，可达70HRC，热硬性好，高温硬度高，容易磨削，耐磨耐冲击性能更加，进一步延长了冲头的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的粗镦后的产品结构示意图；

图2为本发明的精墩后的成型产品的结构示意图；

图3为本发明对粗镦件进行横向解剖硬度试验硬化硬度的结构示意图；

图4为本发明的冲头的主视结构示意图；

图5为本发明的冲头的右视结构示意图；

具体实施方式

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1，如图1-图5所示，一种镍基高温合金材料齿轮槽沉头螺栓加工工艺，按照螺栓加工长度及光杆直径准备GH4169棒材，采用冷镦机进行下料；将棒材放入镦制成型模具内热镦出加大的螺栓沉头外形轮廓；对得到的粗镦产品喷砂处理，采用湿喷砂方式，通过湿喷砂去除产品表面污物及氧化皮，湿喷砂完成后立即烘干即可；一次固溶处理：对喷砂后的产品进行固溶处理，固溶温度为950℃±10℃，保温1小时，空冷；然后对一次固溶处理后的产品进行镀铜润滑，镀铜厚度为3μm；对镀铜后的产品进行热镦头部成型，并利用热镦冲头镦制出沉头螺栓头部上的齿轮槽，冲头采用M42高钴韧性高速钢材质；对精墩后的产品进行酸洗退铜镀层；之后进行二次喷砂，二次喷砂采用干喷砂的方式，避免碰伤精墩后的产品的质量，具体是先对螺栓头部的齿轮槽进行喷砂，之后对产品整体进行喷砂处理；对二次喷砂处理的产品进行二次固溶处理，固溶温度为950℃±10℃，保温1小时，空冷；然后对二次固溶处理后产品按照要求进行车削头部、光杆、支撑面、R角及滚丝径的加工；然后时效处理，温度710℃±10℃，保温8小时，炉冷至610℃±10℃，保温8小时，空冷；再进行滚丝，按要求滚压螺纹；然后冷挤，对螺栓杆部与头部连接部位的圆弧R进行冷滚压；冷挤完成后采用荧光探伤检测；最后对检测合格的螺栓进行钝化处理，获得成品螺栓即GH4169合金材料的齿轮槽沉头螺栓。

实施例2，按照螺栓加工长度及光杆直径准备GH4169棒材，采用冷镦机进行下料；将棒材放入镦制成型模具内热镦出加大的螺栓沉头外形轮廓；对得到的粗镦产品，采用湿喷砂方式处理，通过湿喷砂去除产品表面污物及氧化皮，湿喷砂完成后立即烘干即可；对喷砂后的产品进行固溶处理，固溶温度为965℃±10℃，保温1小时，空冷；然后对固溶处理后的产品进行镀铜润滑，镀铜厚度为4μm；对镀铜后的产品进行热镦头部成型，并利用热镦冲头镦制出沉头螺栓头部上的齿轮槽，冲头采用M42高钴韧性高速钢材质；对精墩后的产品进行酸洗退铜镀层；之后进行干喷砂处理，避免碰伤精墩后的产品的质量，先对螺栓头部的齿轮槽进行喷砂，之后对产品整体进行喷砂处理；对喷砂处理的产品进行二次固溶处理，固溶温度为965℃±10℃，保温1小时，空冷；然后对二次固溶处理后产品按照要求进行车削头部、光杆、支撑面、R角及滚丝径的加工；然后时效处理，温度720℃±10℃，保温8小时，炉冷至620℃±10℃，保温8小时，空冷；再进行滚丝，按要求滚压螺纹；然后冷挤，对螺栓杆部与头部连接部位的圆弧R进行冷滚压；冷挤完成后采用荧光探伤检测；最后对检测合格的螺栓进行钝化处理，获得GH4169合金材料的齿轮槽沉头螺栓。

实施例3，按照螺栓加工长度及光杆直径准备GH4169棒材，采用冷镦机进行下料；将棒材放入镦制成型模具内热镦出加大的螺栓沉头外形轮廓；对得到的粗镦产品，采用湿喷砂方式处理，通过湿喷砂去除产品表面污物及氧化皮，湿喷砂完成后立即烘干即可；对喷砂后的产品进行固溶处理，固溶温度为980℃±10℃，保温1小时，空冷；然后对固溶处理后的产品进行镀铜润滑，镀铜厚度为5μm；对镀铜后的产品进行热镦头部成型，并利用热镦冲头镦制出沉头螺栓头部上的齿轮槽，冲头采用M42高钴韧性高速钢材质；对精墩后的产品进行酸洗退铜镀层；之后进行干喷砂处理，避免碰伤精墩后的产品的质量，先对螺栓头部的齿轮槽进行喷砂，之后对产品整体进行喷砂处理；对喷砂处理的产品进行二次固溶处理，固溶温度为980℃±10℃，保温1小时，空冷；然后对二次固溶处理后产品按照要求进行车削头部、光杆、支撑面、R角及滚丝径的加工；然后时效处理，温度730℃±10℃，保温8小时，炉冷至630℃±10℃，保温8小时，空冷；再进行滚丝，按要求滚压螺纹；然后冷挤，对螺栓杆部与头部连接部位的圆弧R进行冷滚压；冷挤完成后采用荧光探伤检测；最后对检测合格的螺栓进行钝化处理，获得GH4169合金材料的齿轮槽沉头螺栓。

对粗镦件进行横向解剖硬度试验，发现粗镦过程存在加工强化，详见图3，1300MPa级镍基高温合金材料，镦制前HRC30左右，粗镦完成后表面硬化硬度可达到HRC41左右，对于粗镦加工强化的问题故对粗镦后产品进行固溶消除加工强化；精镦后进行退镀层及喷砂处理有效去除内六花槽内铜镀层的残留；精墩模具划伤的问题是由于粗镦产品杆部上端存在胀粗，精墩过程中磨损模腔，为了解决该问题故对粗镦后的产品进行镀铜处理增加其润滑性，同时镀铜处理也有利于材料成型，现有的冷镦后采用热镦加工的冲头磨损快，一个冲头一般也就加工10-20件产品，而且由于冷镦与热镦配合还存在热镦模具划伤的问题，而采用本发明的上述加工步骤，冲头可以加工40-60件产品，极大的提高了冲头的加工效率，冲头的磨损轻微，所加工螺栓的齿轮槽内无缺陷，产品质量一致性得到极大提高，精墩模具无划伤解决了GH4169齿轮槽沉头螺栓的加工问题，适合高温合金齿轮槽沉头螺栓产品的批量生产。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (8)

1.一种镍基高温合金材料齿轮槽沉头螺栓加工工艺，其特征在于，具体步骤如下：

1)下料:按照螺栓加工长度及光杆直径准备GH4169棒材；

2)粗镦：将棒材放入镦制成型模具内热镦出螺栓沉头外形轮廓；

3)一次喷砂：对步骤2)得到的粗镦产品喷砂处理，通过喷砂去除产品表面污物及氧化皮；

4)一次固溶处理：将步骤3)的产品进行固溶处理，固溶温度为950～980℃±10℃，保温1小时，空冷；

5)镀铜：对一次固溶处理后的产品进行镀铜润滑；

6)精墩：对镀铜后的产品进行热镦头部成型，并利用热镦冲头镦制出齿轮槽；

7)退镀层：对精墩后的产品进行退铜处理；

8)二次喷砂：先对螺栓头部的齿轮槽进行喷砂，之后对产品整体喷砂；

9)机加工：步骤8)的产品进行车削头部、光杆、支撑面、R角及滚丝径；

10)时效处理：温度710～730℃±10℃，保温8小时，炉冷至610～630℃±10℃，保温8小时，空冷；

11)滚丝：按要求滚压螺纹；

12)冷挤：对螺栓杆部与头部连接部位的圆弧R进行冷滚压；

13)检测：采用荧光探伤检测；

14)表面处理：对检测合格的螺栓进行钝化处理，获得成品螺栓。

2.根据权利要求1所述的镍基高温合金材料齿轮槽沉头螺栓加工工艺，其特征在于，上述步骤1)下料具体是采用冷镦机进行下料。

3.根据权利要求1所述的镍基高温合金材料齿轮槽沉头螺栓加工工艺，其特征在于，上述步骤3)一次喷砂中采用湿喷砂，通过湿喷砂去除产品表面污物及氧化皮，湿喷砂完成后立即烘干即可。

4.根据权利要求1所述的镍基高温合金材料齿轮槽沉头螺栓加工工艺，其特征在于，上述步骤5)中，镀铜厚度为3-5μm。

5.根据权利要求1所述的镍基高温合金材料齿轮槽沉头螺栓加工工艺，其特征在于，上述步骤7)中对精墩后的产品进行酸洗退铜镀层。

6.根据权利要求1所述的镍基高温合金材料齿轮槽沉头螺栓加工工艺，其特征在于，上述步骤8)二次喷砂中采用干喷砂。

7.根据权利要求1所述的镍基高温合金材料齿轮槽沉头螺栓加工工艺，其特征在于，在上述步骤8)与步骤9)之间设有二次固溶处理，对退铜后的产品进行固溶处理，固溶温度为950～980℃±10℃，保温1小时，空冷。

8.根据权利要求1所述的镍基高温合金材料齿轮槽沉头螺栓加工工艺，其特征在于，所述冲头采用M42材质制作而成。

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