CN102873503A - 一种高抗疲劳螺栓及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高抗疲劳螺栓的制作方法，包括采用镦制成型的方法加工出具有头部、杆部和螺纹段的螺栓，在制作螺纹段的螺纹时，先在杆部上制作出一个过渡段，使过渡段设置在螺纹段与杆部之间，并使过渡段部分的最大直径小于螺纹段的螺纹外径和杆部直径，然后采用螺纹滚丝轮在螺纹段上滚压出所需标准螺距的螺纹，在滚压螺纹时，使螺纹段与过渡段连接之处的收尾螺纹为不完整螺纹，即使收尾螺纹的螺距小于或等于螺纹段上标准螺距的1/2螺距。本发明不仅具有抗疲劳强度高、尺寸小、重量轻的优点，而且还具有工艺简单、制作成本较低、生产快捷、工作安全可靠性高、使用维护都方便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种高抗疲劳螺栓及其制作方法，属于紧固件技术领域。
背景技术
在航空航天器零件设计中，紧固件技术领域的人们皆知，高性能紧固件非常昂贵，并且其重量是最关键的一个参数。如某些杂志上说“飞机每额外增加450g的重量，就相当于增加了飞机一年的运行成本”；“为减轻每一克重量而努力”。在航空航天器上，超重都是不符合要求的。为达到减轻螺栓重量的目的，往往采用尽量将螺栓尺寸缩小的方式来减轻螺栓的重量。但采用现有的普通加工方法和现有的螺栓结构所制造出来的紧固件螺栓，在所需尺寸下其抗疲劳性方面往往不能满足要求，由于其抗疲劳性较差，往往造成航空航天器的飞行安全系数低和维护成本高。因此现有的螺栓结构或制作方法还是不够理想。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在满足抗疲劳强度的情况下其尺寸和重量都较小的高抗疲劳螺栓及其制作方法，以克服现有技术的不足。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明的一种高抗疲劳螺栓的制作方法为，该方法包括采用镦制成型的方法加工出具有头部、杆部和螺纹段的螺栓，在制作螺纹段的螺纹时，先在杆部上制作出一个过渡段，使过渡段设置在螺纹段与杆部之间，并使过渡段部分的最大直径小于螺纹段的螺纹外径和杆部直径，然后采用螺纹滚丝轮在螺纹段上滚压出所需标准螺距的螺纹，在滚压螺纹时，使螺纹段与过渡段连接之处的收尾螺纹为不完整螺纹，即使收尾螺纹的螺距小于或等于螺纹段上标准螺距的1/2螺距。
在制作过渡段时，将过渡段的长度控制在1～3倍螺纹段上标准螺距长度范围内，采用滚压模在过渡段上滚压出与杆部连接的凸圆弧形轴肩、过渡凸圆弧形小轴肩、过渡凹圆弧、凸波形区域和与螺纹段连接的圆柱形颈部，使凸圆弧形轴肩、过渡凸圆弧形小轴肩、过渡凹圆弧、凸波形区域和圆柱形颈部相互之间依次相贯连接即成。
上述采用螺纹滚丝轮在螺纹段上滚压出所需标准螺距的螺纹为MJ螺纹。
上述螺栓为采用铝合金7075T73、钛合金6Al-4V或耐蚀钢A286材料制作。
按照上述方法制作的本发明的一种高抗疲劳螺栓为：该螺栓包括设有头部、杆部和螺纹段的螺栓，在螺纹段与杆部之间设有过渡段，并且螺纹段与过渡段连接之处的收尾螺纹为不完整螺纹，即该收尾螺纹的螺距小于或等于螺纹段上标准螺距的1/2螺距；在过渡段上设有与杆部连接的凸圆弧形轴肩、过渡凸圆弧形小轴肩、过渡凹圆弧、凸波形区域和与螺纹段连接的圆柱形颈部，并且凸圆弧形轴肩、过渡凸圆弧形小轴肩、过渡凹圆弧、凸波形区域和圆柱形颈部相互之间依次相贯连接。
在上述过渡段上的圆柱形颈部的圆柱直径大于螺纹段上的螺纹底径0.2～5毫米；过渡段上的凸波形区域的凸波直径大于圆柱形颈部的圆柱直径而小于螺纹段上的螺纹外径。
在螺纹段的前端面上或在头部的顶端面上设有多边形凹孔。
上述多边形凹孔的深度小于或等于螺纹段上标准螺距的三倍；并且多边形凹孔的形状为正方形、正六边形、正八边形或正十二边形。
上述螺栓的头部的形状为沉头型、盘头型、平圆头型或正多边形的形状。
由于采用了上述技术方案，本发明在传统螺栓的杆部位置上增加了一个过渡段，因该过渡段的最大直径小于螺纹段的螺纹外径、更小于杆部直径，所以在相同长度螺栓的情况下，其重量更轻。另外，本发明通过在过渡段内设置凸圆弧形轴肩、过渡凸圆弧形小轴肩、过渡凹圆弧、凸波形区域和圆柱形颈部结构，再加上将螺纹的收尾螺纹制作成小于或等于1/2标准螺距的不完整螺纹，并将过渡段和螺纹都采用冷滚压的工艺方法进行加工，经过冷滚压后，在宏观上能使材料产生加工硬化，而在微观上，使材料的晶粒由圆形经滚压力而变形为扁长形，增加了其内应力，使晶粒流线更加完整。本发明所采用的这种特殊结构能使不完整螺纹长度减小，同时使与其相配套使用的螺母的沉孔部分的长度减小，从而达到重量和长度最小化的紧固件的目的。通过上述一系列的处理后，本发明所制作出的螺栓韧性得到了很大的增强，并显著增强了螺栓的抗疲劳性。经试验证明，在采用同一种材料制作相同螺纹直径、相同杆部直径和相同螺栓长度的情况下，采用本发明制作的螺栓要比采用传统方式制作的螺栓的抗疲劳强度高2～3倍，其重量要轻1/5～1/4。因此，本发明与现有技术相比，本发明不仅具有抗疲劳强度高、尺寸小、重量轻的优点，而且还具有工艺简单、制作成本较低、生产快捷、工作安全可靠性高、使用维护都方便等优点。本发明所制作出的螺栓特别适合于要求螺栓长度和重量最小化、抗疲劳强度高、工作性能稳定的复杂环境系统中使用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是过渡段的局部放大结构示意图。
附图中的标记为：1-头部，2-杆部，3-过渡段，3.1-凸圆弧形轴肩，3.2-过渡凸圆弧形小轴肩，3.3-过渡凹圆弧，3.4-凸波形区域，3.5-圆柱形颈部，4-螺纹段，4.1-收尾螺纹，5-多边形凹孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制依据。
本发明的实施例：在制作本发明的一种高抗疲劳螺栓时，可采用现有的铝合金7075T73、钛合金6Al-4V或耐蚀钢A286材料进行制作，先采用现有的镦制成型的方法加工出具有头部1、杆部2和螺纹段4的螺栓半成品，然后在杆部2上制作出一个过渡段3，使过渡段3设置在螺纹段4与杆部2之间，并使过渡段3部分的最大直径小于螺纹段4的螺纹外径和杆部2直径，然后采用螺纹滚丝轮在螺纹段4上滚压出所需标准螺距的螺纹（螺纹段4上螺纹的标准螺距可根据使用的要求按常规确定），为了达到更好的强度，其螺纹最好制作成MJ螺纹（即现有的米制航空航天螺纹）；在滚压螺纹时，使螺纹段4与过渡段3连接之处的收尾螺纹4.1为不完整螺纹，即使收尾螺纹4.1的螺距小于或等于螺纹段4上标准螺距的1/2螺距；在制作过渡段3时，将过渡段3的长度控制在1～3倍螺纹段4上标准螺距的长度范围内，然后采用滚压模的方式在过渡段3上滚压出与杆部2连接的凸圆弧形轴肩3.1、过渡凸圆弧形小轴肩3.2、过渡凹圆弧3.3、凸波形区域3.4和与螺纹段4连接的圆柱形颈部3.5，并使凸圆弧形轴肩3.1、过渡凸圆弧形小轴肩3.2、过渡凹圆弧3.3、凸波形区域3.4和圆柱形颈部3.5相互之间依次相贯连接；为了在满足强度的情况下使螺栓的重量更轻，可将过渡段3上的圆柱形颈部3.5的圆柱直径制作成大于螺纹段4上的螺纹底径0.2～5毫米；将过渡段3上的凸波形区域3.4的凸波直径制作成大于圆柱形颈部3.5的圆柱直径而小于螺纹段4上的螺纹外径；为了在使用时方便于拆装螺栓，并且更有效地减轻螺栓重量，可根据使用的需要，在螺纹段4的前端面上或在头部1的顶端面上制作出一个多边形凹孔5，制作时，可将该多边形凹孔5的深度制作成小于或等于螺纹段4上标准螺距的三倍，并将多边形凹孔5的形状制作成正方形、正六边形、正八边形或正十二边形（具体形状可根据使用的需要进行确定，通常情况下为正六边形）；其螺栓的头部1的形状可根据使用的需要，将其制作成传统的沉头型、盘头型、平圆头型或正多边形的形状即可。
Claims (9)
1. 一种高抗疲劳螺栓的制作方法，包括采用镦制成型的方法加工出具有头部（1）、杆部（2）和螺纹段（4）的螺栓，其特征在于：在制作螺纹段（4）的螺纹时，先在杆部（2）上制作出一个过渡段（3），使过渡段（3）设置在螺纹段（4）与杆部（2）之间，并使过渡段（3）部分的最大直径小于螺纹段（4）的螺纹外径和杆部（2）直径，然后采用螺纹滚丝轮在螺纹段（4）上滚压出所需标准螺距的螺纹，在滚压螺纹时，使螺纹段（4）与过渡段（3）连接之处的收尾螺纹（4.1）为不完整螺纹，即使收尾螺纹（4.1）的螺距小于或等于螺纹段（4）上标准螺距的1/2螺距。
2.根据权利要求1所述的高抗疲劳螺栓的制作方法，其特征在于：在制作过渡段（3）时，将过渡段（3）的长度控制在1～3倍螺纹段（4）上的标准螺距长度范围内，采用滚压模在过渡段（3）上滚压出与杆部（2）连接的凸圆弧形轴肩（3.1）、过渡凸圆弧形小轴肩（3.2）、过渡凹圆弧（3.3）、凸波形区域（3.4）和与螺纹段（4）连接的圆柱形颈部（3.5），并使凸圆弧形轴肩（3.1）、过渡凸圆弧形小轴肩（3.2）、过渡凹圆弧（3.3）、凸波形区域（3.4）和圆柱形颈部（3.5）相互之间依次相贯连接即成。
3.根据权利要求1所述的高抗疲劳螺栓的制作方法，其特征在于：采用螺纹滚丝轮在螺纹段（4）上滚压出所需标准螺距的螺纹为MJ螺纹。
4.根据权利要求1所述的高抗疲劳螺栓的制作方法，其特征在于：所述螺栓为采用铝合金7075T73、钛合金6Al-4V或耐蚀钢A286材料制作。
5.一种高抗疲劳螺栓，包括设有头部（1）、杆部（2）和螺纹段（4）的螺栓，其特征在于：在螺纹段（4）与杆部（2）之间设有过渡段（3），并且螺纹段（4）与过渡段（3）连接之处的收尾螺纹（4.1）为不完整螺纹，即该收尾螺纹（4.1）的螺距小于或等于螺纹段（4）上标准螺距的1/2螺距；在过渡段（3）上设有与杆部（2）连接的凸圆弧形轴肩（3.1）、过渡凸圆弧形小轴肩（3.2）、过渡凹圆弧（3.3）、凸波形区域（3.4）和与螺纹段（4）连接的圆柱形颈部（3.5），并且凸圆弧形轴肩（3.1）、过渡凸圆弧形小轴肩（3.2）、过渡凹圆弧（3.3）、凸波形区域（3.4）和圆柱形颈部（3.5）相互之间依次相贯连接。
6.根据权利要求5所述的高抗疲劳螺栓，其特征在于：过渡段（3）上的圆柱形颈部（3.5）的圆柱直径大于螺纹段（4）上的螺纹底径0.2～5毫米；过渡段（3）上的凸波形区域（3.4）的凸波直径大于圆柱形颈部（3.5）的圆柱直径而小于螺纹段（4）上的螺纹外径。
7.根据权利要求5所述的高抗疲劳螺栓，其特征在于：在螺纹段（4）的前端面上或在头部（1）的顶端面上设有多边形凹孔（5）。
8.根据权利要求7所述的高抗疲劳螺栓，其特征在于：多边形凹孔（5）的深度小于或等于螺纹段（4）上标准螺距的三倍；并且多边形凹孔（5）的形状为正方形、正六边形、正八边形或正十二边形。
9.根据权利要求5所述的高抗疲劳螺栓，其特征在于：螺栓的头部（1）的形状为沉头型、盘头型、平圆头型或正多边形的形状。
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