對螺母端面進行塑性加工的螺栓結合體的製作方法
2023-12-09 01:06:36
專利名稱：對螺母端面進行塑性加工的螺栓結合體的製作方法
技術領域：
本發明屬於機械零件技術領域，特別涉及一種對螺母端面進行塑性加工的螺栓結合體。
背景技術：
通常情況下同一部位會使用多根螺栓，如果這些螺栓不鬆動的話，大都不會有破損。另 外，螺栓具有這樣的優點由於螺紋具有錐形效果(楔形效果)，故能緊固較厚的構件，而且 即便是緊固之物，也能比較容易地用簡單的工具使之鬆動。相反，即便是緊固之物，在長期 使用過程中螺母和螺栓也會反向旋轉，發生"鬆動"的現象。 一旦發生鬆動，如果沒有再度 緊固該部位，那麼之後的反覆應力會使螺栓承擔過大負荷，從而產生螺栓被輕易地損壞這樣 的問題。
特別是在可動部位或者承受外部振動的構件結合處使用的螺栓連接件中，即便當初妥善 進行了緊固，然而在經過長期反覆使用後，無法避免外部應力所帶來的鬆動，因此在使用過
程中重新緊固是必要的。富士精密公司研製出一種螺母，在螺母內嵌入一個3/4圓的環狀物，
環狀物有彈性，能有效起到防松的作用，但是，加工複雜成本相對增加，不能批量生產，實 用性降低。.
發明內容
為了解決以上存在的加工複雜、成本高和不能批量生產的問題，本發明提出一種對螺母 端面進行塑性加工的螺栓結合體，不僅能有效防松，降低成本而且還能提高螺栓的疲勞強度。
本發明中的對螺母端面進行塑性加工的螺栓結合體，該螺栓結合體包括螺栓和螺母，螺 栓包括螺栓頭部、圓柱部和螺紋部，螺紋部由不完全螺紋部、螺紋牙除去部和完全螺紋部組 成，螺紋部從螺紋根部開始螺紋被斜向除去一部分，這部分形成錐臺形的螺紋牙除去部，由 錐臺形螺紋部的最小徑處向圓柱部緩慢呈圓弧狀擴徑而形成不完全螺紋部，螺母為用鋼球以
50~200m/s的速度衝擊加工端面的螺母，衝擊受處理面積為150%~400%,衝擊後可以使得螺 母的螺紋螺距發生輕微的變化，使螺母的螺距小於螺栓的螺距，在螺栓和螺母配合使用的時 候，連接後不容易鬆動，衝擊過程在與螺栓螺合前或螺合後進行均可；
所述的螺栓與其連接件螺母的螺合位置，滿足下式時獲得良好的螺合狀態，螺紋牙除去 部與螺栓連接件螺母的螺合長度a與螺母全長H的關係為a= (0. 5—0. 8) H。
通過螺母以全長的50% 80%與螺栓錐臺形螺紋牙除去部相螺合，從而在作為危險斷面的、 螺栓錐臺形螺紋牙除去部的螺紋牙根，不僅能夠切實高效地實現負荷均一化、緩和張力及曲 力的集中和不完全接觸狀態，而且，可以獲得更牢固的連接力，起到防鬆動的作用，還提高了疲勞強度。
所述的螺栓材料硬度Hb和粗螺紋螺母的材料硬度Hn的關係為Hn= (0.4~0.9) Hb，這樣 使得螺母的硬度小於螺栓的硬度，在其螺合過程中接觸面增大，連接更牢固，減小了應力集 中，承受應力能力增強，就不容易損壞，提高了疲勞強度。
所述的增大螺栓的螺栓頭部和圓柱部的過渡部分圓弧面半徑R，減小應力集中，並用衝 擊力對螺栓頭部和圓柱部的過渡部分圓弧面進行局部塑性加工，使組織更細微化，產生壓縮 殘餘應力，使硬度硬化，提高疲勞強度，防止螺栓破損，延長了螺栓的使用壽命。
所述的圓弧面半徑R是工業規格ISO中規定的圓弧面半徑的1. 5—3倍，這是對同一規格 的螺栓而g的。
所述的用衝擊力對螺栓頭部和圓柱部的過渡部分圓弧面進行局部塑性加工，是採用鋼球 對圓弧面進行衝擊處理，鋼球的射出速度為50_200m/s，衝擊受處理面積為150%—400%。
本發明的有益效果是螺母端面經過鋼球衝擊後，螺母的螺距變小，這樣螺母與螺栓螺 合更緊密，能有效的防止鬆動，成本低，可批量生產，在與螺栓進行螺合時，因為螺栓的錐 臺形螺紋牙除去部各螺紋的高度，與分攤的表面壓力成反比遞減，從而使錐臺形螺紋牙除去 部各螺紋所承受的負荷均一化，可緩和集中在螺母的內側端面區域的錐臺形螺紋牙除去部螺 紋牙根處的張力和曲力，可以大幅度提高螺栓的疲勞強度。
圖1為螺母結構示意圖； 圖2為螺栓結構示意圖3為圖2局部放大圖中l螺栓頭部，2螺栓圓柱部，3螺母加工端面，4螺紋部，4a螺紋牙頂部，4b螺 紋牙根部，4c螺紋側面，5螺紋牙除去部，6不完全螺紋部。
具體實施例方式
實施例1:如圖1、 2、 3所示，選用M16的螺母，在與螺栓螺合前，用鋼球以100m/s 的速度衝擊螺母的加工端面3，衝擊受處理面積達到200%，螺母經過塑性處理後，螺母的螺 距比螺栓的螺距稍小，這樣螺合更緊密，連接更牢固，起到了很好的防鬆動作用；螺栓包括 螺栓頭部1、圓柱部2和螺紋部4，螺紋部4由不完全螺紋部6、螺紋牙除去部5和完全螺紋 部組成，螺栓頭部1和圓柱部2靠半徑為R的過渡圓弧面連接，螺紋部分的螺紋牙除去部5 成錐臺形，根據被連接體的厚度來選擇螺栓的圓柱部2的長度，螺栓在與螺母螺合時，為了 將螺母調節到最佳位置，必要時可以使用墊片，從而獲得良好的螺合狀態，這時螺母通常以全長的50%—80%與螺栓的錐臺形螺紋牙除去部相螺合。
除去M16的螺栓根部螺紋的一部分後，螺紋外徑減小形成錐臺形的螺紋牙除去部5,由 錐臺形部分最小徑處向螺栓圓柱部2緩慢呈圓弧狀擴大而形成不完全螺紋部6，在螺合螺母 時，與螺母相螺合的錐臺形螺紋牙除去部5各螺紋的高度，與分攤的表面壓力成反比遞減， 從而使錐臺形螺紋牙除去部5各螺紋所承受負荷均一化，可緩和集中在螺母內側端面區域的 錐臺形螺紋牙除去部5螺紋牙根處的張力和曲力，可以大幅度提高螺栓的疲勞強度，根據被 連接體的厚度來選擇螺栓的圓柱部2的長度，並在必要時使用墊片，從而能夠將螺母調節到 最佳位置，獲得良好的螺合狀態，此時螺母以全長的50%與螺栓的錐臺形螺紋牙除去部5相 螺合，錐臺形螺紋牙除去部5的各螺紋牙頂的連線與螺栓軸線的夾角為7%±1%，使錐臺形螺 紋牙除去部5螺紋牙僅接觸易彎曲螺母的螺紋牙的前端，從而能夠減少接觸面積，緩和不完 全接觸狀態，大幅度減少距離危險斷面近的、在錐臺形螺紋牙除去部5螺紋牙根處的應力， 具有可靠的疲勞強度和有效的防鬆動性能。
M16的螺栓選用材料SC剛630，硬度Hb為300，螺母材料為S20C，螺母的硬度H。為170， 使得螺栓和螺母在螺合過程中接觸面積增大，減小應力集中，還提高了疲勞強度；將螺栓的 圓柱部2和螺栓頭部1連接處的圓弧面半徑R增大到1. 0 mra，並對圓柱部2與螺栓頭部1連 接處的圓弧面用直徑為1咖的鋼球進行衝擊處理，鋼球的衝擊速度為100 m/S，衝擊受處理 面積為300%，這樣不僅使組織細化，產生壓縮殘餘應力，而且使硬度硬化，從而增大了疲勞 強度，另外提高了螺栓的使用壽命。
例2:如圖l、 2、 3所示，選用M20的螺母，在與螺栓螺合前，用鋼球以150m/s的速度 衝擊螺母的加工端面3，覆蓋面積達到400%，螺母經過塑性處理後，螺母的螺距比螺栓的螺 距稍小，這樣螺合更緊密，連接更牢固，起到了很好的防松能性能；螺栓包括螺栓頭部1、 圓柱部2和螺紋部4，螺紋部4由不完全螺紋部6、螺紋牙除去部5和完全螺紋部組成，螺 栓頭部1和螺栓圓柱部2靠半徑為R的過渡圓弧連接，螺栓圓柱部2的螺紋牙除去部5成錐 臺形，根據被連接體的厚度來選擇螺栓的圓柱部2的長度，螺栓在與螺母螺合時，為了將螺 母調節到最佳位置，必要時可以使用墊片，從而獲得良好的螺合狀態，這時螺母通常以全長 的50%—80%與螺栓的錐臺形螺紋牙除去部5相螺合。
除去M20的螺栓根部螺紋的一部分後，螺紋外徑減小形成錐臺形螺紋牙除去部5，由錐 臺形部分最小徑處向螺栓圓柱部2緩慢呈圓弧狀擴大而形成不完全螺紋部6，在螺合螺母時， 與螺母相螺合的錐臺形螺紋牙除去部5各螺紋的高度，與分攤的表面壓力成反比遞減，從而 使錐臺形螺紋牙除去部5各螺紋的所承受負荷均一化，可緩和集中在螺母的內側端面區域的 錐臺形螺紋牙除去部5螺紋牙根處的張力和曲力，可以大幅度提高螺栓的疲勞強度，根據被連接體的厚度來選擇螺栓的圓柱部2的長度，並在必要時使用墊片，從而能夠將螺母調節到 最佳位置，獲得良好的螺合狀態，此時螺母以全長的80%與螺栓的錐臺形螺紋牙除去部5相 螺合，錐臺形螺紋除去部5的各螺紋牙頂的連線與螺栓軸線的夾角為6%±1%，使錐臺形螺紋 牙除去部5螺紋牙僅接觸易彎曲螺母的螺紋牙的前端，從而能夠減少接觸面積，緩和不完全 接觸狀態，大幅度減少距離危險斷面近的、在錐臺形螺紋牙除去部5螺紋牙根處的應力，具 有可靠的疲勞強度和有效的防松性能。
M20的螺栓選用材料SCN440，硬度ft為300，螺母材料為SC醒630，螺母的硬度H。為240， 使得螺栓和螺母在螺合過程中接觸面積增大，減小應力集中，還提高了疲勞強度；將螺栓的 圓柱部2和螺栓頭部1連接處的圓弧面半徑R增大到1. 3 im，並對螺栓圓柱部2與螺栓頭部 1連接處的圓弧面用直徑為1 mm的鋼球進行衝擊處理，鋼球的衝擊速度為200m/s，衝擊受處 理面積為400%，這樣不僅使組織細化，產生壓縮殘餘應力，而且使硬度硬化，增大了疲勞強 度，另外還提高了螺栓的使用壽命。
權利要求
1、一種對螺母端面進行塑性加工的螺栓結合體，該螺栓結合體包括螺栓和螺母，螺栓包括螺栓頭部、圓柱部和螺紋部，螺紋部由不完全螺紋部、螺紋牙除去部和完全螺紋部組成，其特徵在於所述螺母為用鋼球以50～200m/s的速度衝擊加工端面的螺母，衝擊受處理面積為150％～400％。
2、 根據權利要求1所述的對螺母端面進行塑性加工的螺栓結合體，其特徵在於所述的螺栓與 其連接件螺母的螺合位置，滿足下式吋獲得良好的螺合狀態，螺紋牙除去部與螺栓連接件 螺母的螺合長度a與螺母高度H的關係為a: (0.5—0.8) H。
3、 根據權利要求1所述的對螺母端面進行塑性加工的螺栓結合體，其特徵在於所述的螺栓的 材料硬度Hb和螺母的材料硬度Hn的關係為H^ (0.4~0.9) Hb。
4、 根據權利要求l所述的對螺母端面進行塑性加工的螺栓結合體，其特徵在於所述螺栓是採 用增大螺栓的螺栓頭部和圓柱部的過渡部分圓弧面半徑R,並用衝擊力對螺栓頭部和圓柱 部的過渡部分圓弧面進行局部塑性加工的螺栓。
5、 根據權利要求4所述的對螺母端面進行塑性加工的螺栓結合體，其特徵在於所述的圓弧面 半徑R是工業規格ISO中規定的圓弧面半徑的1. 5—3倍。
6、 根據權利要求4所述的對螺母端面進行塑性加工的螺栓結合體，其特徵在於所述的用衝擊 力對螺栓頭部和圓柱部的過渡部分圓弧面進行局部塑性加工，是採用鋼球對圓弧面進行衝 擊處理，鋼球的射出速度為50—200m/s，衝擊受處理面積為150%—400%。
全文摘要
對螺母端面進行塑性加工的螺栓結合體，屬於機械零件技術領域，包括螺栓和螺母，螺栓包括螺栓頭部、圓柱部和螺紋部，螺紋部由不完全螺紋部、螺紋牙除去部和完全螺紋部組成，螺母為用鋼球以50～200m/s的速度衝擊加工端面的螺母，衝擊受處理面積為150％～400％；螺栓是採用增大螺栓的螺栓頭部和圓柱部的過渡部分圓弧面半徑R，並用衝擊力對螺栓頭部和圓柱部的過渡部分圓弧面進行局部塑性加工的螺栓。這樣螺母與螺栓螺合更緊密，能有效的防止鬆動，成本低，可批量生產，可以大幅度提高螺栓的疲勞強度。
文檔編號F16B35/00GK101576110SQ20091001103
公開日2009年11月11日 申請日期2009年4月3日 優先權日2009年4月3日
發明者孫中強, 西田新一 申請人:孫中強