DE1815508A1

DE1815508A1 - Screw bolts and process for their manufacture

Info

Publication number: DE1815508A1
Application number: DE19681815508
Authority: DE
Inventors: Walker Richard Allen
Original assignee: Standard Pressed Steel Co
Current assignee: SPS Technologies LLC
Priority date: 1967-12-20
Filing date: 1968-12-18
Publication date: 1969-08-14
Also published as: FR1601497A; GB1252016A

Description

Schraubenbolzen und Verfahren zu seiner HerstellungScrew bolts and process for their manufacture

Die Erfindung bezieht sich auf Schraubenbolzen und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Insbesondere sollen hochfeste Schraubenbolzen, die für Flugzeug-, Raketen- und Raumfahrtzwecke besonders nützlich sind, erzeugt werden.The invention relates to bolts and a method for their manufacture. In particular, high-strength bolts that are used for aircraft, rocket and space travel in particular useful to be generated.

In Anbetracht der erheblichen Anforderungen, die gegenwärtig im Gebrauch oder in der Entwicklung befindliche sehr schnelle und schwere Flugzeuge stellen, wird viel Zeit und Aufwand auf die Entwicklung neuer Befestigungsmittel und zu deren Herstellung geeigneter Werkstoffe verwendet. Die hohen Temperaturbereiche, die Schallsohwingungspegel und Belastungen, denen diese Flugzeuge unterworfen sind, ergaben die Verwendung so hochfester Werkstoffe wie rostfreier Stahl A286, Waspalloy, rostfreie Stähle "300 Series", legierte Stähle und anderer ähnlicher Legierungen bei der Herstellung von Befestigungemitteln für solche Flugzeuge.Given the significant requirements currently in the Very fast and heavy aircraft that are in use or under development require a great deal of time and effort to develop new fasteners and materials to make them suitable. The high temperature ranges that Acoustic vibration levels and loads to which these aircraft are subjected resulted in the use of such high-strength materials such as A286 stainless steel, Waspalloy, "300 Series" stainless steels, alloy steels, and other similar alloys in the manufacture of fasteners for such aircraft.

Ein Merkmal dieser Legierungen ist die erhebliche Erhöhung ihrer Festigkeit, wenn sie einer Verbindung von mechanischer BearbeitungA feature of these alloys is the significant increase in their Strength when joining from mechanical working

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und Wärmebehandlung oder nur einer mechanischen Bearbeitung unterworfen werden. Der hier verwendete Begriff "mechanische Bearbeitung" schließt die plastische Verformung eines Werkstoffes ein* wie beispielweise eine Quersohnittsverminderung durch Fließpressen, Ziehen oder Walzen. Kennzeichnend für die gegenwärtig erzielten Ergebnisse sind 12,7 - 16 mm -(1/2" bis 5/8"^Schraubenbolzen mit einer Zugfestigkeit von über IkO kg/mm² (200 000 psi).and heat treatment or just mechanical processing. The term "mechanical processing" used here includes the plastic deformation of a material * such as a reduction in cross-tension by extrusion, drawing or rolling. Are characteristic of the present results obtained from 12.7 to 16 mm - (1/2 "to 5/8" ^ bolts with a tensile strength of more than IKO kg / mm ² (200,000 psi).

Im allgemeinen ist die Herstellung dieser mechanisch bearbeiteten Schraubenbolzen mittels herkömmlicher Verfahren durch die Größe der gegenwärtig vorhandenen Schmiedeeinrichtungen und durch verschiedene Schwierigkeiten der Handhabung und Verfahrenssteuerung eingeschränkt. Beispielsweise verfestigen sich diese Legierungen beim mechanischen Bearbeiten und erschweren die Fortsetzung der mechanischen Bearbeitung zwecks Ausbildung von Einzelheiten der Gestalt, wie beispielweise der Angriffsflächen für den Schraubenschlüssel. Dies erhöht die Größe und den Kraftbedarf der zu verwendenden Einrichtungen. Außerdem müssen die für die Formgebung der Schraubenbolzen verwendeten Gesenke die während des Bolzenformvorganges auftretenden äußerst hohen Kräfte aufnehmen können. In anderen Fällen werden zur Erzielung der erwünschten Ergebnisse der mechanischen Bearbeitung einige dieser Legierungen mechanisch bearbeitet, wenn sie sich in einem Zustand befinden, der vom Herstellungsstandpunkt aus gese-In general, the manufacture of these machined bolts is by conventional methods by the size of the forging facilities currently in existence and by various handling difficulties and procedural control restricted. For example, these alloys solidify during mechanical processing and make it difficult to continue machining for the purpose of forming details of the shape, such as the engagement surfaces for the wrench. This increases the size and the power requirement of the devices to be used. They also need to be used for shaping of the screw bolts used dies to absorb the extremely high forces occurring during the bolt forming process can. In other cases, some of these are used in order to achieve the desired results of machining Mechanically processed alloys if they are in a condition which, from the manufacturing point of view,

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hen für die Ausbildung von Einzelheiten der Gestalt ungeeignet ist. Verschiedene Probleme treten bei der Handhabung des Materials und der Steuerung des Herstellungsverfahrens auf. Dementsprechend ermöglichen gegenwärtig vorhandene Anlagen und Verfahren im allgemeinen keine leistungsfähige und praktische Herstellung von Schraubenbolzen aus diesen mechanisch bearbeiteten Legierungen.hen is unsuitable for the formation of details of the shape. Various problems arise when handling the Material and control of the manufacturing process. Accordingly, currently existing systems enable and methods in general do not produce an efficient and practical method of making bolts from them mechanically machined alloys.

Demnach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, hochfeste Schraubenbolzen zu schaffen, die in wirksamer und praktischer Weise aus Legierungen hergestellt werden können, die entweder durch die Verbindung von mechanischer Bearbeitung and Wärmebehandlung oder durch mechanische Bearbeitung allein Hoohfestigkeitseigenschaften entwickeln können. Außerdem sollen diese Schraubenbolzen unter Verwendung herkömmlioher, gegenwärtig vorhandener Einrichtungen zur Schraubenbolsenherstellung erzeugt werden können.Accordingly, it is an object of the invention to provide high strength bolts which can be efficiently and conveniently made from alloys which develop high strength properties either through the combination of mechanical working and heat treatment or through mechanical working alone. In addition, it should be possible to produce these bolts using conventional, currently available bolt manufacturing equipment.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Schraubenbolzen, der gekennzeichnet ist durch einen aus mechanisch bearbeiteter Legierung hergestellten Bolzen mit einem mit Außengewinde versehenen Abschnitt, der durch eine Anschlagschulter von einem Ende des Bolzene getrennt ist, und eine auf den mit Außengewinde versehenen Abschnitt aufgedrehte Mutter, deren eine Endfläche gegen die Anschlagschulter anliegt.According to the invention, this object is achieved by a screw bolt which is characterized by one of mechanical A wrought alloy bolt having an externally threaded portion separated from one end of the bolt by a stop shoulder and a unscrewed nut on the externally threaded portion, one end face of which rests against the stop shoulder.

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Ih Torliegenden Zusammenhang besieht sieh der Begriff "aeehaniaeh bearbeitete Legierung¹¹ auf diejenige Gruppe τβη Legierungen, die Hoohfestigkeitseigensehaften entweder durch die Verbindung von Mechanischer Bearbeitung und VKraebehand« lung oder nur durch Mechanische Behandlung entwickeln.In its natural context, see the term "aeehaniaeh processed alloy ^11" on that group of alloys that develop high strength properties either through the combination of mechanical processing and force treatment or only through mechanical treatment.

• Weitere HerkMale und Einzelheiten der Erfindung gehen aus der• Further HerMale and details of the invention go from nachfolgenden Beschreibung τοη Ausftthrungsbeispielen in Verbindung Mit der Zeiohnung herror. Ss seigernfollowing description τοη exemplary embodiments in connection with the Zeiohnung herror. Ss seigern

Fig. 1 eine perspektirisohe Darstellung in aueeinaadergesegener Anordnung der Bestandteile eines nach der Erfindung hergestellten Schraubenbolzens Tor d«M Zusammenbau;Fig. 1 is a perspective view in an alternate arrangement of the components of a after of the invention made screw bolt gate d «M assembly;

Fig. 2 eine perepektirisehe Darstellung eines nach der Erfindung hergestellten Schraubenbolzene;Fig. 2 is a perspective view of one after Invention manufactured screw bolts;

Fig. 3 «ine Schnittansioht entlang der Linie 3-3 τοη Fig. 2ι undFig. 3 is a sectional view along the line 3-3 τοη Fig. 2ι and

Fig. k eine Schnittansioht sur Darstellung einer Abwandlung des in Fig. 2 und 3 gezeigten Schraubenbolzene. ·FIG. K is a sectional view showing a modification of the screw bolt shown in FIGS. ·

Mit Bezugnahme auf die Zeiohnung uMfafit ein nach der Erfindung hergestellter Schraubenbolzen einen Bolzen 10 und eine Nutter 20. Der Bolzen 10 ist Mit eincM Aueengewindeabschnitt 12 und einer Ansehlagsohulter 13 an seineM einen Ende rersehen. EinWith reference to the drawing, there is a description of the invention Manufactured screw bolt a bolt 10 and a nut 20. The bolt 10 is with a male thread portion 12 and an announcement shoulder 13 at one end. A

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•weiter-Aueengewindeabsehnitt ΛΗ let «η dea anderen End· des Bolzens angeordnet und ist von dta Gevindeabsohnitt 12 durch •inta gewindelosen Schaftabechnitt 16 getrennt. Vie am beaten aus Fig. 1 eraiohtlioh, iat der Durchaeaaer des Gevindeabsohniftes 14 geringer ala derjenige dea Gewindeabsohnittes 12.• further outer thread section ΛΗ let «η at the other end of the bolt and is separated from the thread section 12 by • inta threadless shank section 16. As shown in FIG. 1, the diameter of the thread extension 14 is less than that of the thread extension 12.

Die Mutter 20 besteht aua eines Flansohabaehnitt 22 und eines kerbverzahnten Abschnitt 2h, Die Bohrung 26 der Mutter 20 verläuft von der Fliehe 27 des oberen Indes der Mutter 20 zu der Fläche 28 des unteren Endes und ist sit Gewinde versehen, so daß sie auf den Gevindeabsohnitt 12 dea Bolzens 10 aufgeschraubt werden kann.The nut 20 consists of a flansoha section 22 and a serrated section 2h. The bore 26 of the nut 20 extends from the fly 27 of the upper end of the nut 20 to the surface 28 of the lower end and is threaded so that it fits onto the Gevindeabsohnitt 12 dea bolt 10 can be screwed.

Der Bolzen 10 und die Mutter 20 sind aus mechanisch bearbeiteter Legierung, wie rostfreien Stahl A286, gefertigt. Jedes dieser Teile ist mittels herkömmlicher Einrichtungen in die dargestellten allgemeine Gestalt durch mechanische Bearbeitung verformt worden. Hiervon ausgenommen ist das Walzen der Gewinde. Nach der mechanischen Bearbeitung werden der Bolzen 10 und die Mutter 20 warmbehandelt. Ein für rostfreien Stahl A286 charakteristisoher Varmbehandlungs-Temperaturbereich ist 650-70O⁰C (1200°-1%00° F). Dieae Temperaturen beeinträchtigen die Auswirkungen der mechanischen Bearbeitung nicht. Nach der Warmbehandlung werden die Gewinde der Abschnitte 12 und 1*t auf den Bolzen 10 gewalzt und die Bohrung 26 der Mutter 20The bolt 10 and nut 20 are made of a machined alloy such as A286 stainless steel. Each of these parts has been deformed into the general shape shown by machining by conventional means. This does not apply to the rolling of the thread. After the mechanical working, the bolt 10 and the nut 20 are heat-treated. A charakteristisoher for stainless steel A286 Varmbehandlungs temperature range is 650-70O ⁰ C (1200 ° -1% 00 ° F). The temperatures do not affect the effects of the machining. After the heat treatment, the threads of the sections 12 and 1 * t are rolled onto the bolt 10 and the bore 26 of the nut 20

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erhält ein gebohrtes oder gewalztes Innengewinde. Die VaIzvorgänge bilden eine weitere mechanische Bearbeitung der Bestandteile.receives a drilled or rolled internal thread. The valving processes form a further mechanical processing of the components.

Der in Fig. 2 dargestellte Schraubenbolzen wird zusammengesetzt, indem die Mutter 20 über den Gewindeabschnitt 1*t gesteckt und nach oben über den Schaft 16 des Schraubenbolzens zu dem Gewindeabschnitt 12 geführt wird* Di« Mutter 20 wird dann auf den Gewindeabschnitt 12 aufgedreht bis die obere Endfläche 27 gegen die untere Oberfläche der Schulter 13 anliegt. Demgemäß werden, wenn der Schraubenbolzen verwendet wird, die an dem Kopf (Mutter 20) des Schraubenbolzens bei Herstellung einer Schraubverbindung angelegte Drehkräfte auf den Schaft des Schraubenbolzens (Bolzen 10) übertragen. Dies ist auf den Gewindeeingriff des Bolzens 10 und der Mutter 20 und das Anliegen der Endfläche 27 der Mutter gegen die Schulter 13 des Bolzens zurückzuführen. The screw bolt shown in Fig. 2 is assembled by inserting the nut 20 over the threaded section 1 * t and leading it upwards over the shaft 16 of the screw bolt to the threaded section 12 * The nut 20 is then screwed onto the threaded section 12 until the upper end surface 27 rests against the lower surface of shoulder 13. Accordingly, when the screw bolt is used, the torque applied to the head (nut 20) of the screw bolt when a screw connection is made is transmitted to the shank of the screw bolt (bolt 10). This is due to the threaded engagement of the bolt 10 and nut 20 and the abutment of the end surface 27 of the nut against the shoulder 13 of the bolt.

Für gewöhnlich reicht die Reibung zwischen den in Eingriff stehenden Gewindeoberflächen der Bohrung 26 und des Abschnitts 12 aus, um Drehkräfte auf den Bolzen zu übertragen, die zur Lösung der Schraubverbindung auf die Mutter 20 ausgeübt werden. Wenn die Reibung zwischen diesen in Eingriff stehenden Gewindeoberflächen unzureichend ist, kann eine Anzahl von Verfahren angewendet warden, um die Kupplungewirkung zwischenUsually there is sufficient friction between the mating threaded surfaces of the bore 26 and the section 12 to transmit rotational forces to the bolt that are exerted on the nut 20 to loosen the screw connection. If the friction between these engaged thread surfaces is insufficient, a number of methods can be used can be applied to the coupling action between

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Bolsen 10 und Matter 20 zu verstärken und un die Wahrscheinliohktit einer relativen Drehung zwischen diesen Teilen au·«· susohaltea. Beispielsweiae können Bolzen 10 und Mutter 20 entlang einer ausgewählten Länge ihres uewindeeingriffs eittela Elektronenstrahlschweißung Miteinander verschweißt werden. Di·· ist in Fig. k gezeigt, worin die Klektronenstrahlachveifiaaht das Bezugszeiohen 30 hat. Wahlweise kann die Fllohe 2? des oberen Indes der Mutter 20 oder die untere Oberfläche der Schulter 13 des Bolxeas 10, oder beide, gerlndelt oier aufgerauht sein, u* die Reibung zwischen dieaea Oberflächen zu erhöhen.Bolsen 10 and Matter 20 to reinforce and the probability of a relative rotation between these parts au · «· susohaltea. For example, the bolt 10 and nut 20 can be welded together along a selected length of their thread engagement by means of an electron beam weld. Di ·· is shown in Fig. K, wherein the Klektronenstrahlachveifiaaht has Bezugszeiohen 30th Optionally, the flea 2? the upper end of the nut 20 or the lower surface of the shoulder 13 of the bolxeas 10, or both, may be knurled or roughened to increase the friction between the surfaces.

Ou ein Festziehen des in Fig, 2 geseigten Sehraubenbolsens ■it eine« Steckschlüssel zu ermöglichen, ist der Durohas»· •tr der Schulter 13 nioht größer als der kleinere Innendurohaesser des kerbTersahnten Abschnitts Zh₁ d.h. die Xntfernung τοη einer Vursel des kerbTersahnten Abschnitts Zk β« einer diagonal entgegengesetzten Wurzel. Wahlweise kann die Schulter 13 an ihre· Oafeng kerbrerzahnt sein und die gleichen Quersehnitteabaesnngen wie der kerbverzahnte Absohnitt Zk der Mutter 20 aufweisen. Dies erhöht jedoch die Kompliziertheit der Foragebung des Bolzens 10 und erfordert auch, daß der Bolzen und die Mutter 20 so angeordnet sind, daß die kerbverzahnte Schulter alt des kerbverzahnten Abschnitt Zk ausgerichtet ist. Ou a tightening of the visor bolt inclined in FIG. 2 to enable a "socket wrench, the Durohas" · • tr of the shoulder 13 is not larger than the smaller inner Durohass of the cutted section Zh _1, ie the distance τοη a root of the cutted section Zk β «A diagonally opposite root. Optionally, the shoulder 13 can be serrated on its face and can have the same transverse cut lengths as the serrated section Zk of the nut 20. However, this increases the complexity of shaping the bolt 10 and also requires that the bolt and nut 20 be arranged so that the splined shoulder of the splined portion Zk is aligned.

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Obwohl 'bid der vorstehend »eaohriebenen Attsflhrwmgiifeira der lrf ladung 'beide F jltjea/teil« am· deraelaen Mohaaisah bearbeitet·» Legierung gefertigt aind, können in derAlthough 'bid the above-mentioned Attsflhrwmgiifeira the lrf load 'both fjltjea / part' on the deraelaen Mohaaisah machined · »alloy manufactured, can in the

Praxie swei ι ereehiedene vertrlgliohe Legierungen τ·γ-Practice two different compatible alloys τ · γ-

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Verwenduagaaweok afc.Usuagaaweok afc.

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Claims

1.) Screw bolts, characterized by iron made of machined alloy bolt (10) with an externally threaded portion (12) separated by a stop clip (13) from one end of the bolt, and one on the externally threaded portion Unscrewed nut (20), one end surface (2?) of which rests against the stop shoulder.

2.) Screw bolt according to claim 1, characterized that the nut (20) is also made of a machined alloy.

3 ·) Screw bolt according to claim 1, characterized that it has a further threaded section (14) with smaller than the threaded section (12) Has diameter, the two threaded sections separated from one another by a threadless intermediate section (16) are.

k.) Screw bolt according to at least one of claims 1 to 3 »characterized in that the largest cross-sectional dimension of the shoulder (13) has the smallest diameter distance from a point on the periphery of the

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Mutter (20) zu einem anderen Punkt auf dieser Peripherie nicht Übersteigt.Nut (20) to another point on this periphery does not exceed.

5.) Verfahren zur Herstellung von Schraubenbolzen gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet , daß aus einer mechanisch bearbeiteten Legierung ein Bolzen mit durch einen gewindeloaen Abschnitt getrennten ersten und zweiten mit Außengewinde versehenen Abschnitten hergestellt wird, wobei der erste Gewindeabschnitt von einem Ende des Bolzene durch eine Anschlagschulter getrennt ist und der zweite Gewindeabschnitt einen geringeren Durchmesser als der erste Gewindeabschnitt aufweist, und daß eine für den Gewindeeingriff mit dem ersten Gewindeabschnitt des Bolzens geeignete Mutter hergestellt, diese über den zweiten Gewindeabschnitt des Bolzens und entlang dem gewindelosen Abschnitt des Bolzens zu dem ersten Gewindeabschnitt des Bolzens hingeschoben sowie auf den ersten Gewindeabschnitt des Bolzens aufgeschraubt wird, so daß eine Endfläche der Mutter gegen die Schulter des Bolzens anliegt.5.) A method for the production of screw bolts according to at least one of claims 1 to 4-, characterized in that a bolt with a threaded hole from a mechanically processed alloy Section separated first and second externally threaded sections is produced, wherein the first threaded section is separated from one end of the bolt by a stop shoulder and the second threaded section is a has a smaller diameter than the first threaded portion, and that one for thread engagement with the first Threaded portion of the bolt made suitable nut, this over the second threaded portion of the bolt and along the unthreaded portion of the bolt to the first Threaded portion of the bolt is pushed and screwed onto the first threaded portion of the bolt, so that one end face of the nut rests against the shoulder of the bolt.

6.) Verfahren nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet , daß die Mutter und der Bolzen nach dem Aufschrauben der Mutter durch Elektronenstrahlschweißen entlang ausgewählter zusammenpassender Oberflächen des Bolzens und der Mutter verbunden werden.6.) The method according to claim 5, characterized in that the nut and the bolt after screwing the nut along by electron beam welding selected mating surfaces of the bolt and nut are connected.

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