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CN102905814B - 用于垫圈生产的方法和设备以及垫圈 - Google Patents

用于垫圈生产的方法和设备以及垫圈 Download PDF

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Abstract

一种用于生产在螺栓连接结合部中用于锁定的金属垫圈（1）的方法，所述垫圈具有环形构造并且在一个侧面（9）上具有径向延伸的凸轮的样式（10）且在另一侧面上具有径向延伸的齿的样式（3），所述垫圈至少在具有齿的样式的所述侧面（2）上具有如下表面：该表面的硬度优选地超过在锁定操作中与所述垫圈的齿的样式相互作用的材料的硬度。特别地，该方法的特征在于以下步骤：-为一批垫圈（1）涂覆抗腐蚀外的表面层（7），所述外表面层（7）的硬度超过在锁定操作中与所述垫圈的齿的样式（3）相互作用的材料（6）的硬度。本发明还涉及垫圈和设备。

Description

用于垫圈生产的方法和设备以及垫圈
技术领域
本发明涉及一种根据所附权利要求1的前序部分所述的用于生产用于锁定的垫圈的工艺。
本发明还涉及一种根据所附权利要求24的前序部分所述的设备。
本发明还涉及一种根据所附权利要求13的前序部分所述的用于锁定的垫圈。
背景技术
上文中描述的类型的金属垫圈是已知的。这种类型的垫圈意于成对使用，所述垫圈的设置有凸轮的样式的侧面彼此面对，而设置有齿的样式的侧面向外翻转以及抓紧到螺栓连接结合部中的工件表面或螺栓头或螺母之中。为了获得此功能，垫圈的齿必须比工件和螺栓头/螺母更硬，使得对相应的表面的刺入足以确保在齿与工件和螺栓头/螺母之间的接触中的摩擦分别能够超过在相应的凸轮表面之间的摩擦。
根据某些实施方式，金属垫圈由钢、例如不锈钢、例如耐酸不锈钢制成。通过垫圈的冷成形，硬度通过应变硬化而增加。然而，以这样的方式，该硬度增加到至与通过在相关的螺栓连接结合部中使用的螺栓和螺母的冷成形获得的硬度近似相同的水平。因而，垫圈硬度必须进一步增加以确保良好的功能。
除了冷成形，另一种已知的、用于获得硬的垫圈表面以及适于分批生产的方法是以在碳氢气氛中进行热处理的形式进行硬化，这种方法提供足够硬的表面。然而，这种方法成本较高并且会使得该表面的耐蚀性非常差。
本发明的目的是提供一种用于分批提供具有硬的垫圈表面的金属垫圈、同时避免先前已知的和上文中提到的方法中的缺点的方法。
发明内容
该目的以及其他目的通过分别具有根据所附的权利要求1、24和13所述的特征的方法、设备和垫圈而获得。
后文中将讨论的其他优点通过从属权利要求中详细说明的内容而获得。
根据本发明，垫圈涂有抗腐蚀的外表面层，该外表面层具有超过在锁定操作中与垫圈的齿的样式进行相互作用的材料的硬度的硬度。
“涂覆”或“被涂覆”指的是抗腐蚀的外表面层被施加于垫圈的外表面上。
附图说明
在考虑了下文结合附图进行的详细描述后，将更好地理解本发明，附图中，相同的细部由相同的附图标记指定，并且附图中：
图1示意性地示出使用了用于锁定的垫圈、例如根据本发明的垫圈的螺栓连接结合部的一个实施方式的横截面；
图2示出根据本发明的垫圈的一个实施方式的对着具有齿的样式的侧面观察的立体图；
图3示出根据本发明的垫圈的一部分的径向横截面；
图4示出呈现了根据本发明的工艺的一个实施方式的框图；
图5示意性地示出根据本发明的设备的一个实施方式。
具体实施方式
大体为上文中所指定的类型的金属垫圈1为先前已知的，并且被设置用于例如锁定目的的螺栓连接结合部或相应的紧固元件。如图1中示意性地所示出的，设置有齿的样式3的侧面2在一对垫圈1中向外翻转，该齿意于抓紧到螺栓头4’的底部侧面4或相应的例如螺母的底部侧面，以及抓紧到工件6的表面5之中。
根据本发明的优选实施方式，垫圈由钢、例如不锈钢制成。有时，特别优选地为由耐酸不锈钢制成。
根据本发明，垫圈设置有外表面层7（图1），该外表面层7优选地意于比与垫圈的齿的样式相互作用并且因此该垫圈的齿的样式所意于抓紧的材料更硬。
根据本发明的一个方面，所述表面层7由镍合金制成。
如图3所示，根据一个实施方式，电解地施加的纯镍的层310设置在镍合金的所述表面层7的下方，以用作所述外表面层的基础覆层。
根据优选实施方式，所述表面层7包括镍/磷合金。优选地，所述镍/磷合金包含在重量上约占2%至14%的磷，以及更具体地包括在重量上约占6%至9%的磷，其余为镍磷合金中的镍和通常的杂质。
优选地，所述表面层7通过所谓的非电镀镀镍工艺进行施加，优选地，通过所谓的滚镀工艺进行施加。这种工艺本身是已知的，在垫圈上的表面层自动催化地还原。在用于垫圈的滚镀工艺中，一批垫圈浸浴到筒中，用于提供期望的表面层。
根据优选实施方式，所述表面层7的厚度约为10μm至50μm。
此外，根据优选实施方式，镍/磷合金的所述表面层7在约400℃下热处理约1小时，或者在约200℃至300℃下热处理达到约12小时，优选地，热处理在惰性气氛中进行，以及根据一个实施方式，优选地，所述表面层7被热处理至硬度约为1000HV。
根据本发明的一方面，提供了一种用于生产垫圈的方法，因此该方法用于在螺栓连接结合部中用于锁定的垫圈的钢垫圈的批量生产，如图2所示，垫圈具有带中央孔8的平坦的环形构造，以及在一个侧面9上具有径向延伸的凸轮的样式10，以及在另一个侧面2上具有径向延伸的齿的样式3，该方法包括提供硬的垫圈表面层的步骤，该层的硬度意于超过在锁定操作中与垫圈的齿的样式3相互作用的例如螺栓头、螺母或工件的表面材料的硬度。
在图4中，示出了根据本发明的方法的步骤。
因此，在第一步骤410中，生产钢垫圈1。
在第二步骤420中——其为优选的但非总是必要的步骤，垫圈被清洁用以接收适于进行覆层的清洁的表面。
在第三步骤430中——其也是优选但非总是必要的步骤，纯镍的层310作为用于所述外表面层7的基础覆层进行电解地施加。
在第四步骤440中，一批垫圈1被设置了所述表面层7。根据优选实施方式，所述表面层包括如上文中描述的镍/磷合金。同样优选的是，使用非电镀镀镍工艺以施加表面层7，优选地，非电镀镀镍工艺作为滚镀工艺执行。
在第五步骤450中——其为优选的但非总是必要的步骤，所述垫圈的表面层7在约400℃下进行热处理约1小时，或者在约200℃至300℃下热处理达到约12小时，优选地，热处理在惰性气氛中进行。优选地，该表面层7被热处理至硬度约为1000HV。
根据优选实施方式，垫圈由不锈钢制成，特别优选地，由耐酸不锈钢制成。
根据本发明的一个方面，提供一种设备，该设备用于生产在螺栓连接结合部中的用于锁定的垫圈，该垫圈为上文中讨论的类型，在图5中示出了这种设备的一个实施方式。
因此，该设备包括用于生产例如大致为图4中示出的类型的钢垫圈的装置510。优选地，该设备还包括用于清洁生产好的垫圈的装置520，以及优选地，该设备包括用于在垫圈上电解地施加纯镍的层310作为基础覆层的装置530。此外，该设备包括用于在一批垫圈上施加外表面层7的装置540，所述表面层7为镍合金。根据优选实施方式，所述层7由有镍/磷合金组成，并且为了施加所述层7，使用非电镀镀镍工艺，优选地，使用滚镀工艺。此外，该设备优选地包括用于垫圈的热处理的装置550和用于对热处理过的垫圈进行受控冷却的装置560。
根据本发明的另一方面，设置在一批钢垫圈上的外表面层借助物理气相沉积PVD工艺进行施加，所述外表面层由以下化合物中的至少一种制成：氮化钛TiN、碳氮化钛TiCN、氮化铬CrN、氮化铝钛TiAlN。
这种类型的外表面层为所述一批垫圈的垫圈齿的样式的侧面提供期望的硬度和期望的耐蚀性。该层的厚度优选地约为0.5μm至50μm。
根据本发明的这方面，根据本发明的方法包括对应于前述的步骤410、420和430的步骤，其中步骤430为包括PVD工艺的步骤。
此外，根据本发明的这方面，根据本发明的设备包括大体地对应于前述的装置510、520和540的装置，其中装置540包括用于提供为所述一批垫圈提供外表面的PVD工艺的装置。
在相当大的且必要的程度上，根据本发明的垫圈和方法以及设备的功能应当已经通过上文给出的说明而变得清楚。
因此，本发明使得能够生产具有外表面层的金属垫圈，该外表面提供尤其是用于垫圈的齿的样式侧面的硬度，如果需要的话，该硬度超过齿意于抓紧的例如螺栓头或螺母的材料的硬度。
镍/磷合金层具有非结晶的或某种程度上非结晶的结构，并且提供期望的硬度以及优异的不生锈或耐酸的特性。
所述合金还极适于例如通过滚镀工艺进行分批施加，这提供低成本的生产。
所述合金还可被热处理至期望的硬度。
此外，尤其是根据非结晶结构，根据本发明的镍合金还提供优异的不生锈特性。
具有清洁的特性的实施方式与具有设置电解地施加的纯镍的基础覆层的特性的实施方式提供了外表面层的良好的连接。
使用PVD工艺的本发明提供了具有期望的硬度同时也具有期望的抗腐蚀特性的垫圈外面。通常，清洁操作应当作为作为本发明的方面的PVD工艺的一部分执行。
在上文中已经结合示例和优选实施方式对本发明进行了描述。
当然，在不背离基本发明构思的情况下，可以设想其他实施方式以及较小的添加物和变化。
因此，本发明对于所谓的摩擦锁定垫圈也是可适用的。
因此，本发明不应当被认为是局限于示出的实施方式，而是可在所附的权利要求的范围之内做出变化。

Claims (28)

1.一种用于生产在螺栓连接结合部中用于锁定的金属垫圈的方法，所述垫圈具有环形构造并且在一个侧面上具有径向延伸的凸轮的样式以及在另一侧面上具有径向延伸的齿的样式，所述垫圈至少在具有齿的样式的所述侧面上具有如下表面：所述表面的硬度超过在锁定操作中与所述垫圈的齿的样式相互作用的材料的硬度，所述方法的特征在于：
-将所述垫圈设置为由不锈钢制成的垫圈；
-为一批垫圈(1)涂覆抗腐蚀的外表面层(7)，所述外表面层(7)的硬度超过在锁定操作中与所述垫圈的齿的样式(3)相互作用的材料(6)的硬度，其中，所述垫圈外表面层包括镍/磷合金层，所述镍/磷合金层具有非结晶的或某种程度上非结晶的结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述垫圈外表面层为包含在重量上2％至14％的磷的镍/磷合金。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述垫圈外表面层包含在重量上6％至9％的磷。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述垫圈外表面层通过非电镀镀镍工艺进行施加。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述垫圈外表面层通过滚镀工艺进行施加。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于以下步骤：
-在清洁操作(440)中，清洁所述垫圈的表面。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述方法随后包括以下步骤：
-在设置所述镍合金的所述垫圈外表面层(7)之前，电解地施加纯镍的层(310)。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于以下步骤：
-施加厚度为10μm至50μm的垫圈外表面层(7)。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于以下步骤：
-将所述垫圈的所述垫圈外表面层在400℃下进行热处理1小时，或者在200℃至300℃下进行热处理达到12小时。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述垫圈外表面层被热处理至硬度为1000HV。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于以下步骤：
-将所述垫圈设置为由耐酸不锈钢制成的垫圈。
12.一种用于生产在螺栓连接结合部中用于锁定的金属垫圈的方法，所述垫圈具有环形构造并且在一个侧面上具有径向延伸的凸轮的样式以及在另一侧面上具有径向延伸的齿的样式，所述垫圈至少在具有齿的样式的所述侧面上具有如下表面：所述表面的硬度超过在锁定操作中与所述垫圈的齿的样式相互作用的材料的硬度，所述方法的特征在于：
-将所述垫圈设置为由不锈钢制成的垫圈；
-为一批垫圈(1)涂覆抗腐蚀的外表面层(7)，所述外表面层(7)的硬度超过在锁定操作中与所述垫圈的齿的样式(3)相互作用的材料(6)的硬度，其中，通过物理气相沉积工艺施加所述垫圈外表面层(7)，所述垫圈外表面层(7)由以下化合物中的至少一种制成：氮化钛TiN、碳氮化钛TiCN、氮化铬CrN和氮化铝钛TiAlN。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述外表面层的厚度为0.5μm至50μm。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于以下步骤：
-将所述垫圈设置为由耐酸不锈钢制成的垫圈。
15.一种在螺栓连接结合部中用于锁定的金属垫圈，所述垫圈具有带中央孔的扁平的环形构造以及在一个侧面上具有径向延伸的凸轮的样式、在另一侧面上具有径向延伸的齿的样式，所述垫圈至少在具有齿的样式的所述侧面上具有如下表面：所述表面的硬度至少对应于在锁定操作中与所述垫圈相互作用的材料的硬度，其特征在于，所述垫圈(1)由不锈钢制成并且被涂有抗腐蚀的外表面层(7)，所述外表面层(7)的硬度超过在锁定操作中与所述垫圈的齿的样式(3)相互作用的材料(6)的硬度，其中，所述垫圈外表面层包括镍/磷合金层，所述镍/磷合金层具有非结晶的或某种程度上非结晶的结构。
16.根据权利要求15所述的垫圈，其中，电解地施加的纯镍的基部涂层(310)被设置在镍合金的所述表面层(7)的下方。
17.根据权利要求15或16所述的垫圈，其中，所述镍/磷合金包含在重量上2％至14％的磷。
18.根据权利要求17所述的垫圈，其中，所述镍/磷合金包含在重量上6％至9％的磷。
19.根据权利要求15所述的垫圈，其中，所述垫圈外表面层通过非电镀镀镍工艺施加。
20.根据权利要求19所述的垫圈，其中，所述垫圈外表面层通过滚镀工艺进行施加。
21.根据权利要求15所述的垫圈，其中，所述表面层厚度为10μm至50μm。
22.根据权利要求15所述的垫圈，其中，所述表面层在400℃下被热处理1小时，或者在200℃至300℃下被热处理达到12小时。
23.根据权利要求22所述的垫圈，其中，所述热处理在惰性气氛中进行。
24.根据权利要求22或23所述的垫圈，其中，所述表面层被热处理至硬度为1000HV。
25.根据权利要求15所述的垫圈，其中，所述金属垫圈由耐酸不锈钢制成。
26.一种在螺栓连接结合部中用于锁定的金属垫圈，所述垫圈具有带中央孔的扁平的环形构造以及在一个侧面上具有径向延伸的凸轮的样式、在另一侧面上具有径向延伸的齿的样式，所述垫圈至少在具有齿的样式的所述侧面上具有如下表面：所述表面的硬度至少对应于在锁定操作中与所述垫圈相互作用的材料的硬度，其特征在于，所述垫圈(1)由不锈钢制成并且被涂有抗腐蚀的外表面层(7)，所述外表面层(7)的硬度超过在锁定操作中与所述垫圈的齿的样式(3)相互作用的材料(6)的硬度，其中，所述垫圈外表面层借助物理气相沉积PVD工艺进行施加，所述层由以下化合物中的至少一种制成：氮化钛TiN、碳氮化钛TiCN、氮化铬CrN和氮化铝钛TiAlN。
27.根据权利要求26所述的垫圈，其中，所述表面层的厚度为0.5μm至50μm。
28.根据权利要求26或27所述的垫圈，其中，所述金属垫圈由耐酸不锈钢制成。
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