CN113618333B - 自锁螺母加工方法及自锁螺母 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自锁螺母加工方法及自锁螺母，该方法包括：下料：将棒材外周切削预定厚度以缩小棒材的外径，再将棒材切断成多段小棒材；热压成型：将小棒材加热软化，再放入到热压模具中冲压成外周具有外花键的圆柱体结构；固溶时效：对圆柱体结构进行固溶时效处理，以达到零件力学综合性能要求，固溶时效后的硬度HRC42～47；车外形及螺纹：先车外形，后车螺纹；或者，先车螺纹，后车外形；铣槽：先铣削加工出工件一侧的缺口槽，再铣削加工出工件另一侧的缺口槽；磨端面：将工件连同与其紧配螺接的螺纹锥度心棒固定于外圆磨床上，通过外圆磨床的砂轮将工件的两端面磨削平整。使用该方法以降低零件加工成本，提高合格率，缩短加工周期。

Description

自锁螺母加工方法及自锁螺母

技术领域

本发明涉及螺母加工技术领域，特别地，涉及一种自锁螺母加工方法及使用该方法制造的自锁螺母。

背景技术

专利号为ZL201620026242.2的实用新型专利公开了一种自锁螺母，本发明是针对该自锁螺母研发一种加工方法。现有的自锁螺母加工方法采用的工艺流程为：领棒料→超声波检测→固溶时效(达到综合性能要求)→粗车(去余量)→半精加工(加工外形及光孔)→磨端面→攻螺纹→滚齿→铣槽→收口压型→荧光检测→扭力试验→检验入库。现有自锁螺母加工方法存在以下技术问题：

一、零件加工成本高

加工外花键，需要专用滚齿设备较贵；

工件材料为高温合金材料，加工外花键需采用硬质合金刀具滚齿刀，费用不菲；

攻螺纹所采用丝锥，也同为硬质合金刀具，而且不便于修磨，使用费用不菲。

二、零件加工合格率不高

端面对螺纹垂直度不易保证，攻螺纹时必须保证夹具支靠面平整，而实际加工过程中铁屑掉落，极易粘在支靠面上或将支靠面划伤，导致垂直度超差；

攻螺纹时采用普通钻床加工，其主轴跳动及端面窜动也难以保证垂直度要求；而采用数控加工中心时，由于高温合金材料切削的硬度和粘刀特性，使得丝锥极易崩断在工件中。

三、加工周期长

主要是滚齿加工所需时间较长，包括粗开齿、半精加工和光整加工，需要走三刀，整个工序时长约25min；另外由于工件整体加工质量不高，经常需要钳工进行返修零件。

鉴于以上所述，亟需研发一种自锁螺母加工方法，以至少解决上述技术问题之一。

发明内容

本发明提供一种自锁螺母加工方法，以降低零件加工成本，提高合格率，缩短加工周期。

本发明提供一种自锁螺母加工方法，包括如下步骤：

下料：将棒材外周切削预定厚度以缩小棒材的外径，再将棒材切断成多段小棒材；

热压成型：将小棒材加热软化，再放入到热压模具中冲压成外周具有外花键的圆柱体结构；

固溶时效：对圆柱体结构进行固溶时效处理，以达到零件力学综合性能要求，固溶时效后的硬度HRC42～47；

车外形及螺纹：先车外形，后车螺纹；或者，先车螺纹，后车外形；

铣槽：先铣削加工出工件一侧的缺口槽，再铣削加工出工件另一侧的缺口槽；

磨端面：配备多个不同尺寸的螺纹锥度心棒，将工件试旋各个螺纹锥度心棒，选用工件能旋入且在螺纹锥度心棒上旋紧而不掉落为准，将工件连同与其紧配螺接的螺纹锥度心棒固定于外圆磨床上，通过外圆磨床的砂轮将工件的两端面磨削平整。

进一步地，所述热压成型包括：采用电磁感应线圈加热，加热小棒材至900±10℃，并保温3～5s，再放入到热压模具中冲压成型。

进一步地，所述热压模具包括模套及安装于模套内的模芯，模芯上开设有与圆柱体结构相适配的模腔。

进一步地，所述固溶时效包括：在950～970℃保温1h，冷却至700～720℃保温8h，随炉冷却至640～660℃保温8h，最后冷却至室温。

进一步地，所述铣槽采用定位夹具固定工件，定位夹具包括底座、定位轴、转盘、定位销及紧固螺母，定位轴可绕自身轴心线旋转地安装于底座上，且相对于底座的水平面平行布置；转盘固定于定位轴上，转盘上紧靠底座的板面开设有两个定位孔，两个定位孔位于转盘的直径上且相对转盘的圆心对称布置；定位销可拆卸地安装于底座上对应定位孔的位置，以供定位销插入定位孔内固定转盘；紧固螺母螺接于定位轴的螺纹端，且紧固螺母与转盘之间形成夹持定位空间，以供工件套设于定位轴上且夹紧固定于夹持定位空间内。

进一步地，将工件套设于定位轴上并用紧固螺母锁紧，将定位销插入转盘的一个定位孔中定位，铣削加工出工件一侧的缺口槽；然后，取下定位销，旋转转盘，转盘带动工件旋转180°，再将定位销插入转盘的另一个定位孔中定位，铣削加工出工件另一侧的缺口槽；最后，松开紧固螺母，即可取下工件。

进一步地，所述车外形包括：在机床上加工出倒角并切削掉工件一端的一段外花键，形成圆周面；所述车螺纹包括：先在工件上沿工件轴向加工出贯穿件工件两端面的底孔，在机床上通过螺纹车刀在形成底孔的内周面上加工出螺纹，从而形成螺纹孔。

进一步地，所述磨端面的下一工序为收口压型，收口压型采用油压机在工件上靠近缺口槽的端面上施加压力，产生0.31～0.36mm的变形，压力为20～25MPa，保持压力时间为25～30s。

进一步地，所述收口压型的下一工序为荧光检测，所述荧光检测的下一工序为扭力试验，扭力试验包括常温扭力试验、高温扭力试验及极限扭力试验，通过试验夹具将工件固定于扭力试验机上，对工件进行机械性能测试试验以筛选出合格工件。

本发明还提供一种自锁螺母，该自锁螺母使用上述的自锁螺母加工方法制成。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、工件加工成本降低

①工件的外花键加工采用热冲压方式，一次即可成型；

②使用热压模具，每套热压模具可加工工件1000件以上，比硬质合金滚刀仅加工150件的耐用度高得多，且单价更加便宜。

2、合格率提高

①端面磨削加工从螺纹加工前改为螺纹加工后，并设计制造多个不同尺寸螺纹锥度心棒来实现，从而保证了端面垂直度，提高了工件的制造精确度。

3、缩短加工周期

①由原来的外花键的滚齿加工孔改为热冲压一次成型，大大提升了工序加工效率。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明自锁螺母加工方法中使用的热压模具的俯视结构示意图；

图2是图1的剖视结构示意图；

图3是本发明自锁螺母加工方法中热压成型后的工件剖视结构示意图；

图4是本发明自锁螺母加工方法中车外形及螺纹后的工件剖视结构示意图；

图5是本发明自锁螺母加工方法中使用的定位夹具的局部剖视结构示意图；

图6是图5中沿A—A线的剖视结构示意图；

图7是本发明自锁螺母加工方法中铣槽后的工件剖视结构示意图；

图8是图7中沿A—A线的剖视结构示意图；

图9是本发明自锁螺母加工方法中使用螺纹锥度心棒与工件相配合的局部剖视结构示意图；

图10是本发明自锁螺母加工方法中收口压型时的工件加工状态图。

图例说明：热压模具1、外花键2、圆柱体结构3、模套11、模芯12、模腔13、圆周面31、定位夹具4、底座41、定位轴42、转盘43、定位销44及紧固螺母45、定位孔40、手柄46、螺纹锥度心棒5、螺纹孔30、缺口槽32。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1及图2所示，本发明实施例提供一种自锁螺母加工方法，总体工艺流程为：

领棒材→棒材缺陷检测→下料→热压成型→固溶时效(达到综合性能要求)→车外形及螺纹→铣槽→磨端面→收口压型→荧光检测→扭力试验→检验入库。

本发明自锁螺母加工方法具体包括如下步骤：

工序一、领棒材：采用GH4169棒材，规格为φ22mm×500mm。

GH4169棒材是一种耐高温合金材料，综合力学性能较好，适用于发动机高温部位，零件装配后能承受较大的预紧力。可以理解，针对不同应用领域，可选用不同性质的棒材来加工，并不局限于GH4169棒材。

工序二、棒材缺陷检测：采用超声波检测设备检测棒材是否存在材料缺陷，通过向棒材发射超声波，若棒材内部有缺陷，则反馈在超声波检测设备上的共振频率会发生变化，从而判断出棒材内部状态。此外，检测内部缺陷也可以采用X光，但操作不方便，而且对于棒材缺陷检测灵敏度没有超声波检测高。

工序三、下料：将φ22mm×500mm的棒材加工成φ20mm×25mm的小棒材，具体为，在车床上用外圆刀将外径φ22mm加工成外径φ20mm，再通过切断刀切断即可，以为下一工序热压制作相应坯料。

工序四、热压成型：采用电磁感应线圈加热，操作方便，能更好适用于较小工件的加热软化，仅需要感应线圈和电器柜(调节电流和电压)。加热小棒材至900±10℃，并保温3～5s，再放入到热压模具1中冲压成外周具有外花键2的圆柱体结构3，热压模具1包括模套11及安装于模套11内的模芯12，模芯12上开设有与圆柱体结构3相适配的模腔13。采用上述热压成型加工，将外花键2一次加工成型，速度快，外花键2尺寸保持一致性好。

工序五、固溶时效：将圆柱体结构3(以下各步骤加工后统称工件)在950～970℃保温1h，可采用空冷或水冷等冷却方式，冷却至700～720℃保温8h，随炉冷却至640～660℃保温8h，最后冷却至室温，从而达到零件力学综合性能要求。固溶时效后的硬度HRC42～47。

工序六、车外形及螺纹：车外形：在机床上加工出工件上的倒角及切削掉工件一端的一段外花键2，形成圆周面31。车螺纹：先在工件上沿工件轴向加工出贯穿件工件两端面的底孔，在机床上通过螺纹车刀在形成底孔的内周面上加工出螺纹，从而形成螺纹孔30。可以理解，车外形与车螺纹的步骤可以调换，即先车螺纹，再车外形，同样可以实现。

工序七、铣槽：铣槽加工采用定位夹具4，定位夹具4包括底座41、定位轴42、转盘43、定位销44及紧固螺母45。定位轴42可绕自身轴心线旋转地安装于底座41上，且相对于底座41的水平面平行布置。转盘43固定于定位轴42上，转盘43上紧靠底座41的板面开设有两个定位孔40，两个定位孔40位于转盘43的直径上且相对转盘43的圆心对称布置。定位销44可拆卸地安装于底座41上对应定位孔40的位置，以供转盘43转动至定位孔40与定位销44对准时，定位销44插入定位孔40内固定转盘43。紧固螺母45螺接于定位轴42的螺纹端，且紧固螺母45与转盘43之间形成夹持定位空间，以供工件套设于定位轴42上且夹紧固定于夹持定位空间内。为了便于旋转转盘43，定位轴42上与紧固螺母45相对的一端设有手柄46，以供手持手柄46带动转盘43旋转。

将工件套设于定位轴42上并用紧固螺母45锁紧，将定位销44插入转盘43的一个定位孔40中定位，铣削加工出工件一侧的缺口槽32；然后，取下定位销44，通过手柄46旋转转盘43，转盘43带动工件旋转180°，再将定位销44插入转盘43的另一个定位孔40中定位，铣削加工出工件另一侧的缺口槽32。最后，松开紧固螺母45，即可取下工件。上述结构的定位夹具4结构简单，制造成本低，操作简便，能稳定地固定工件，避免工件在铣削时移位，有利于提高加工效率及加工精度。

工序八、磨端面：配备多个不同尺寸的螺纹锥度心棒5，将工件试旋各个螺纹锥度心棒5，选用工件能旋入且在螺纹锥度心棒5上旋紧而不掉落为准，以避免在磨削加工中因工件内螺纹有公差，造成工件与螺纹锥度心棒的间隙太大而松动。将工件连同与其紧配螺接的螺纹锥度心棒5固定于外圆磨床上，通过外圆磨床的砂轮将工件的两端面磨削平整。

工序九、收口压型：采用油压机在工件上靠近缺口槽32的端面上施加压力F，产生0.31～0.36mm的变形，压力为20～25MPa，保持压力时间为25～30s。

工序十、荧光检测：通过荧光检查工件是否存在缺陷。具体步骤为，将工件投入装有荧光液的容器中，约20分钟后取出工件洗涤干净，再将工件放入显像粉中，待工件表面都附着有显像粉后将工件拿到荧光灯下观察，若工件表面有缺陷，则在缺陷处出现强烈的荧光。

工序十一、扭力试验：扭力试验包括常温扭力试验、高温扭力试验及极限扭力试验。通过试验夹具将工件固定于扭力试验机上，对工件进行机械性能测试试验以筛选出合格工件。

工序十二、成检入库。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)工件加工成本降低

①工件的外花键加工采用热冲压方式，一次即可成型，工序四所用冲压用设备与工序九所用收口压型设备可采用同一种设备，无需专用滚齿设备；

②使用热压模具1，每套热压模具1可加工工件1000件以上，比硬质合金滚刀仅加工150件的耐用度高得多，且单价更加便宜；

③原有技术中采用硬质合金丝锥为一次性消耗，加工50～80件左右无法后续再进行修磨使用，而本申请中采用硬质合金螺纹车刀修磨后依据设备可不断进刀调整，增加使用寿命。

2)合格率提高

①该零件最为关键的要素为扭力性能要求，而影响性能的两个主要方面即工件的内螺纹尺寸及压型收口尺寸，在设计工件时此两尺寸仅按标准给定名义值，实际要达到性能要求的具体尺寸需要根据多次试验进行验证，最终确定两尺寸公差值为0.03与0.02，虽给加工带来不少难度，但能完全满足最终的扭力性能指标，工件的合格率由原来的80％左右提升至95％以上；

②端面磨削加工从螺纹加工前改为螺纹加工后，并设计制造多个不同尺寸螺纹锥度心棒5来实现，从而保证了端面垂直度，提高了工件的制造精确度。

3)缩短加工周期

①由原来的外花键的滚齿加工孔改为热冲压一次成型，大大提升了工序加工效率；

②由原先扭力试验全数进行改为三项试验，但每项仅需进行抽检3～5件，通过检测工件的不同项目指标，反映工件加工质量更加全面。同批次加工的工件，工艺流程、加工参数一致，质量状况也保持一致，抽检即可，且可以并行工序，工序增加，但实施数量大幅减少，缩短了加工周期。工序数量原先是一道工序，现改为三道工序。原先一道工序全数检查，例如加工100件则检查100件；现三道工序，每道工序检查3～5件，加工100件仅检查3～15件。

③根据扭力试验结果参考设计尺寸要求重新拟定工艺参数，提升合格率同时减少了工件返修时间。

本发明还提供一种使用上述自锁螺母加工方法制造的自锁螺母，以降低自锁螺母的加工成本、提高合格率、缩短加工周期。

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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种自锁螺母加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

下料：将棒材外周切削预定厚度以缩小棒材的外径，再将棒材切断成多段小棒材；

热压成型：将小棒材加热软化，再放入到热压模具(1)中冲压成外周具有外花键(2)的圆柱体结构(3)；

固溶时效：对圆柱体结构(3)进行固溶时效处理，以达到零件力学综合性能要求，固溶时效后的硬度HRC42～47；

车外形及螺纹：先车外形，后车螺纹；或者，先车螺纹，后车外形；

铣槽：先铣削加工出工件一侧的缺口槽(32)，再铣削加工出工件另一侧的缺口槽(32)；

磨端面：配备多个不同尺寸的螺纹锥度心棒(5)，将工件试旋各个螺纹锥度心棒(5)，选用工件能旋入且在螺纹锥度心棒(5)上旋紧而不掉落为准，将工件连同与其紧配螺接的螺纹锥度心棒(5)固定于外圆磨床上，通过外圆磨床的砂轮将工件的两端面磨削平整，

收口压型，收口压型采用油压机在工件上靠近缺口槽(32)的端面上施加压力，产生0.31～0.36mm的变形；

荧光检测；

扭力试验，包括常温扭力试验、高温扭力试验及极限扭力试验，通过试验夹具将工件固定于扭力试验机上，对工件进行机械性能测试试验以筛选出合格工件，所述常温扭力试验、所述高温扭力试验及所述极限扭力试验分别抽检3～5件，且并行工序。

2.根据权利要求1所述的自锁螺母加工方法，其特征在于，所述热压成型包括：采用电磁感应线圈加热，加热小棒材至900±10℃，并保温3～5s，再放入到热压模具(1)中冲压成型。

3.根据权利要求2所述的自锁螺母加工方法，其特征在于，所述热压模具(1)包括模套(11)及安装于模套(11)内的模芯(12)，模芯(12)上开设有与圆柱体结构(3)相适配的模腔(13)。

4.根据权利要求1所述的自锁螺母加工方法，其特征在于，所述固溶时效包括：在950～970℃保温1h，冷却至700～720℃保温8h，随炉冷却至640～660℃保温8h，最后冷却至室温。

5.根据权利要求1所述的自锁螺母加工方法，其特征在于，所述铣槽采用定位夹具(4)固定工件，定位夹具(4)包括底座(41)、定位轴(42)、转盘(43)、定位销(44)及紧固螺母(45)，定位轴(42)可绕自身轴心线旋转地安装于底座(41)上，且相对于底座(41)的水平面平行布置；转盘(43)固定于定位轴(42)上，转盘(43)上紧靠底座(41)的板面开设有两个定位孔(40)，两个定位孔(40)位于转盘(43)的直径上且相对转盘(43)的圆心对称布置；定位销(44)可拆卸地安装于底座(41)上对应定位孔(40)的位置，以供定位销(44)插入定位孔(40)内固定转盘(43)；紧固螺母(45)螺接于定位轴(42)的螺纹端，且紧固螺母(45)与转盘(43)之间形成夹持定位空间，以供工件套设于定位轴(42)上且夹紧固定于夹持定位空间内。

6.根据权利要求5所述的自锁螺母加工方法，其特征在于，将工件套设于定位轴(42)上并用紧固螺母(45)锁紧，将定位销(44)插入转盘(43)的一个定位孔(40)中定位，铣削加工出工件一侧的缺口槽(32)；然后，取下定位销(44)，旋转转盘(43)，转盘(43)带动工件旋转180°，再将定位销(44)插入转盘(43)的另一个定位孔(40)中定位，铣削加工出工件另一侧的缺口槽(32)；最后，松开紧固螺母(45)，即可取下工件。

7.根据权利要求1所述的自锁螺母加工方法，其特征在于，所述车外形包括：在机床上加工出倒角并切削掉工件一端的一段外花键(2)，形成圆周面(31)；所述车螺纹包括：先在工件上沿工件轴向加工出贯穿件工件两端面的底孔，在机床上通过螺纹车刀在形成底孔的内周面上加工出螺纹，从而形成螺纹孔(30)。

8.一种自锁螺母，其特征在于，使用权利要求1-7任一项所述的自锁螺母加工方法制成。

Images