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高強螺栓加工工藝研究

作者:admin來源:本網 日期:2017-6-23 8:49:28 人氣: 標簽:

  工業技術高強螺栓加工工藝研究沈馨娥何東敏邢利君(沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司,遼寧沈陽110043)際相結合的方法,做了大量試驗的工作,對雙六角頭高強螺栓加工中嚴重困擾的性能問題進行了重點突破,完成了在緊固件行業內具有挑戰性難度的雙六角頭高強螺栓工藝研究,有效地提高了螺栓力學性能,本文研究了如下問題:高強螺栓的毛坯鐓制技術;熱處理技術;滾壓技術;力學性能試驗及分析為新品開發和類似零件的加工提供了有效的工藝依據,填補了高強螺栓加工中的技術空白。

  隨著高強螺栓加工行業的發展,些復雜環境下使用的高強螺栓的用量正在不斷增加,高強螺栓加工在緊固件行業中處于非常重要地位,也是當前國內該行業關注的課題。

  由于高強螺栓是在飛機領域中使用,場合具有特殊性,該零件對尺寸及性能方面要求及其嚴格,雖然其看似結構并不復雜,但在雙六角頭高強螺栓加工中如何達到性能要求卻是一個難題,下面作以簡要介紹。

  1高強螺栓的結構特點螺栓的承載旋合螺紋上的載荷分布是很不均勻的,在彈性范圍內,靠近螺母支承面的第一圈螺紋的載荷最大,而其余旋合螺紋的分擔載荷漸小。螺紋牙底應呈圓弧型,牙底的圓弧半徑不應小于0.1螺距。不應采用三角形尖牙底或平牙底。螺紋和螺桿之間的退刀槽應圓滑過度,圓弧半徑R為0.3螺紋直徑。

  螺栓頭和螺桿之間應有過渡圓角。細牙螺紋端面和螺紋軸線的垂直度不大于0.08. 2高強度螺栓加工工藝高強度螺栓材料多為難加工鎳基高溫合金或高溫抗腐蝕合金,由于零件含Ni量高,機加難度很大,存在以下難點;2.1.1含Ni量極高的高強螺栓螺紋滾壓技術。

  加工工藝零件鐓制-熱處理-加工檢測硬度試件-滾制加工-清洗-熒光檢查-檢驗-機械性能檢測-最終檢驗-入庫,零件結構圖如下:3.1高強螺栓對材料的性能要求有較好的抗松弛性,使螺栓在較低的預緊應力下,經過一個設計運行時間后,其殘余緊應力仍高于最小密封應力。強度和塑性的良好配合,蠕變缺口敏感性小。組織穩定,熱脆性傾向小。良好的抗氧化性能,防止長期運行后因螺紋氧化而發生螺栓和螺母咬死現象。

  高強螺栓的材料在高強螺栓制造中,零件材料為鎳基高溫合金。設計要求頭部應有熱鐓或冷鐓成型,我們采用冷鐓成型,冷鐓鋼是采用冷鐓成型工藝生產的互換性較高的鎳基鐓制坯料,它是常溫下利用金屬塑性加工成型,每個零件的變形量很大,承受的變形速度也高,所以,對零件原料的性能要求也十分嚴格。

  高強螺栓頭部采用冷鐓塑形加工,和切削加工相比,金屬流線沿零件形狀呈連續狀,中間無切斷,使得零件的強度得到提高,機械性能優良。

  冷鐓成形工藝包括切料與成形。冷鐓機分別在幾個成型凹模里進行,多工位自動冷鐓機使用的原始毛坯的加工特點是由盤條鋼絲的尺寸決定的,通過整形可得到符合工藝要求(滿足設計性的毛坯。在自動冷鐓機上制造高強度緊固件所使用的冷撥盤條鋼絲的不圓度應在直徑公差范圍內。冷鐓成型所能達到的精度還同成型方法的選擇和所采用的工序有關。此外,它還取決于所用的設備的結構特點,工藝特點及其狀態,壽命和磨損程度。

  高強螺栓根據技術要求要在局部滾制加工前進行熱處理。熱處理是為了提高緊固件的綜合機械性能,以滿足螺栓規定的抗拉強度和疲勞強度,因此,要想生產出優質的高強度緊固件,必須要有先進的熱處理技術裝備。由于高強度螺栓生產量大,螺紋部分又是比較細微的精密的結構,因此,要求熱處理設備必須具備生產能力大,自動化程度高,熱處理質量好的能力。要求保證整個零件加工過程中受熱溫度均勻,應配備自動溫度控制器和數據記錄器。

  螺紋加工的方法有多種,其中滾壓螺紋方法是提高螺紋性能有效的手段之一。

  局部滾制加工強化工藝已成為提高高強螺栓競爭力的重要手段,高強螺栓經局部滾制加工后壽命可提高70%左右。滾壓螺紋是零件無余量、縮性變形過程,只是零件材料流線的改變,產生冷作硬化現象,使表層材料存在殘余壓應力等作用,這對于提高零件的耐磨性以及抗疲勞強度等具有明顯效果。

  高強度螺栓材料為鎳基高溫合金,強度、硬度都很高,塑性變形能力強,進行滾壓比較困難。必需在滾壓過程中產生較大的塑性變形才能滿足零件對形狀,尺寸和表面質量的要求,這就增加了滾壓的難度。

  高強螺栓局部滾制加工情況比較復雜,它跟螺栓結構、材料的延伸率等有著密切的關系,是各種因素綜合作用的結果。在實際生產中,只有通過工藝試驗,選擇合適材料和規格的滾絲輪,調整正確的托板高度和導輪和切削輪轉速、主動輪的進給量、牙型修正時間等合理的工藝參數,固化參數從而正確地指導生產。

  經試驗滿足雙六角頭高強螺栓性能要求:硬度、室溫下的極限抗拉強度、一定溫度下的極限抗拉強度、疲勞強度。

  由于特殊環境下應用的螺栓,應具有優異的抗松弛和抗蠕變性能、持久性能、抗應力腐蝕性能,所以高強螺栓必須滿足以下要求:螺紋表面應光潔、平滑,不應有凹痕、裂口、銹蝕毛剌和其他會引起應力集中的缺陷。著色或熒光檢查:不允許有裂紋。100%光譜檢驗化學成分。100%硬度檢查。檢查毛料材質單應有低倍組織檢驗的合格證。機械性能檢查。100%超聲波探傷。

  本論文通過對高強螺栓工藝的研究,結合現場條件,采用提高高強螺栓強度的有效工藝方法等方法進行研制,完成了雙六角頭高強度螺栓的制造工藝,解決了高強度下螺栓力學性能的保證問題。研究和試驗表明:高強螺栓工藝,滿足設計圖尺寸、技術條件及性能的要求,圓滿地完成了雙六角頭高強螺栓工藝的研究攻關課題。

  高強螺栓于2009年7月20日完成了首件試制。該件的成功試制使我們在高強螺栓加工方面積累了加工經驗,同時通過大量的試驗也積累了提高高強螺栓強度的有效工藝方法,完成了高硬度、高強度螺栓的工藝研究,對此類零件的制造技術水平的提高有著重要的意義。

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