CN102941448B - 一种铝合金高锁螺母加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝合金高锁螺母加工工艺，本发明中铝合金高锁螺母按照粗加工-人工时效-精加工（含攻钻内螺纹）-表面处理-收口-检测来加工，其中，人工时效的靠前设置保证了在整个加工过程中，半成品工件和成品工件的硬度、强度以及组织均匀性，表面处理与收口的颠倒设置保证了收口部位的螺纹不会在表面处理中损伤，从而不但缩短了铝合金高锁螺母的加工工艺长度，节省了加工时间，提高了加工效率；而且有效的控制了铝合金高锁螺母的各项机械性能，使得铝合金高锁螺母在检测时的破坏拉力分布一致，锁紧力矩和松脱力矩的衰减速度减缓，进而解决了现有技术中铝合金高锁螺母的加工效率低和废品率的问题。

Description

一种铝合金高锁螺母加工工艺

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种铝合金高锁螺母加工工艺。

背景技术

铝合金高锁螺母由于具备良好的锁紧性能，安装方便、重量轻等特点，在民用及军用飞机上得到了广泛应用。其相关标准对铝合金高锁螺母的形状、结构、尺寸、机械性能等都有明确的要求。由于每件铝合金高锁螺母均要求同时满足如下五项机械性能：锁紧力矩、松脱力矩、拧断力矩、预紧力和破坏拉力，且每项机械性能指标均要求达到标准规定的力和力矩范围值。安装在飞机上的铝合金高锁螺母经飞行试验表明：如果锁紧力矩和松脱力矩达不到标准规定的力矩值要求，则飞机在飞行过程中，由于飞机的振动，常导致螺母与螺栓联接副脱落，造成飞行事故；如果锁紧力矩和松脱力矩值大于标准规定的力矩值要求，则螺母与螺栓联接副安装时非常困难，并导致安装后预紧力达不到标准规定的要求。如果预紧力达不到标准规定的要求值，则螺母与螺栓联接副之间连接的复合板就会装夹不紧，在飞机飞行的过程中很容易产生振动和脱落，导致飞行事故；如果预紧力大于标准规定的力值要求，则螺母与螺栓联接副安装后，由于预紧力大，复合板受到过大的安装力而开裂或破碎，最终导致飞机在飞行过程中出现飞行事故。因此，铝合金高锁螺母的制造加工必须充分考虑这五项机械性能的要求，由于该五项机械性能不是完全互相独立的，而是互相关联和干涉的，因此，螺母的制造加工工艺必须充分协调各力及力矩之间的关系，才能最终保证加工完成的成品螺母，每一项性能指标均合格，所以此制造加工工艺尤为重要。由于每一件高锁螺母均要求同时满足五项机械性能，且五项机械性能又互相关联和干涉，更增加了高锁螺母制造的难度，采用常规的加工方法，也就是按照常规的螺母加工方法先通过机械加工来加工螺母外形和螺纹孔，再依次通过热处理、收口、表面处理、再次时效处理的方法，不但使得铝合金高锁螺母的加工效率非常降低，产品加工成本高，而且不能保证每一件铝合金高锁螺母的五项机械性能指标均合格，使得铝合金高锁螺母的废品率提高。

发明内容

本发明提出了一种铝合金高锁螺母加工工艺，旨在解决现有技术中铝合金高锁螺母的加工效率低和废品率的问题。

本发明的铝合金高锁螺母加工工艺的技术方案如下：

一种铝合金高锁螺母加工工艺，包括以下步骤：

步骤一，根据铝合金高锁螺母的规格对基材进行外形尺寸的粗加工，并得到半成品工件；

步骤二，对半成品工件进行人工时效处理；

步骤三，根据铝合金高锁螺母的规格对经由步骤二处理的半成品进行外形尺寸的精加工，并在半成品工件上攻钻内螺纹，以使半成品工件的外形尺寸满足铝合金高锁螺母的精度要求，并得到成品工件；

步骤四，对经由步骤三加工得来的成品工件进行表面处理；

步骤五，对经由步骤四加工得来的成品工件进行收口加工；

步骤六，对经由步骤五加工得来的成品工件的机械性能进行检测。

所述基材为铝合金棒。

步骤一中所述的粗加工是在普通车床上通过卡爪或拉管夹紧基材后实现。

步骤二中所述的人工时效处理包括以下步骤：先对半成品工件进行温度为175摄氏度的回火，回火时间为10小时；再将回火后的半成品工件自然冷却。

步骤三中所述的精加工包括以下步骤：首先通过普通车床对半成品工件的旋转体部分进行加工；然后，通过普通铣床加工半成品工件的六方扳拧部位；接着，去除半成品工件的六方扳拧部位的毛刺；最后，在攻钻内螺纹之后，将半成品工件旋设在数控机床的螺纹芯轴上，通过数控机床对半成品工件进行外形尺寸加工。

步骤四中所述的表面处理包括以下步骤：首先，除去成品工件表面的油渍；接着，对成品工件进行表面阳极化处理；再接着，在成品工件的表面涂覆十六醇润滑层；最后，将成品工件上的十六醇润滑层晾干。

本发明中铝合金高锁螺母按照粗加工-人工时效-精加工(含攻钻内螺纹)-表面处理-收口-检测来加工，其中，人工时效的靠前设置保证了在整个加工过程中，半成品工件和成品工件的硬度、强度以及组织均匀性，表面处理与收口的颠倒设置保证了收口部位的螺纹不会在表面处理中损伤，从而不但缩短了铝合金高锁螺母的加工工艺长度，节省了加工时间，提高了加工效率；而且有效的控制了铝合金高锁螺母的各项机械性能，使得铝合金高锁螺母在检测时的破坏拉力分布一致，锁紧力矩和松脱力矩的衰减速度减缓，进而解决了现有技术中铝合金高锁螺母的加工效率低和废品率的问题。

附图说明

图1是铝合金高锁螺母的结构示意图；

图2是图1的右视图；

图3是图1的A-A向剖视图；

图4是本发明的实施例中经步骤一加工后的半成品结构示意图；

图5是本发明的实施例中经步骤三中车削加工后的半成品结构示意图；

图6是本发明的实施例中经步骤三铣削加工后的半成品结构示意图；

图7是图6的右视图；

图8是本发明的实施例中经步骤四加工后的半成品结构示意图；

图9是本发明的实施例中经步骤五加工后的成品结构示意图。

具体实施方式

本发明的铝合金高锁螺母加工工艺的实施例：如图1至图9所示，包括以下步骤：

步骤一，将基材装入普通车床的卡爪或拉管中，通过普通车床对基材进行粗车加工(见图4)；

步骤二，将粗车后的半成品工件放入时效炉中进行人工时效处理；

步骤三，将时效处理后的半成品工件装夹在普通车床的拉管中车削加工半成品工件的旋转体部分(见图5)，再将半成品工件装夹在普通铣床上铣削半成品工件的六方扳拧部位(见图6和图7)，并去除六方扳拧部位的毛刺；

步骤四，将螺母放置在普通攻丝机上攻制螺纹(见图8)；

步骤五，螺纹加工完成后，以螺纹心轴定位，将半成品工件拧紧在螺纹心轴上通过数控机床对半成品工件进行外形尺寸加工(见图9)，以便获得标准要求的螺母形状、拧断力矩值和破坏拉力值；

步骤六，数控加工完成后，将成品工件进行除油、表面阳极化处理和涂覆十六醇润滑层处理操作，并将十六醇晾干；

步骤七，将成品工件放置在收压模上进行收压加工，获得锁紧力矩、松脱力矩值和预紧力值(见图1至图3)，即完成铝合金高锁螺母的全部加工；

步骤八，根据加工完成的铝合金高锁螺母的批量，按标准随机抽取一定数量的铝合金螺母，在扭力试验机上对螺母进行锁紧力矩等机械性能测试试验，再在拉力试验机上对螺母进行破坏拉力试验，试验合格后，出具机械性能试验报告书，将该批螺母包装入库，即完成整批螺母的加工和验收工作。

其中，步骤一种选用的基材为铝合金棒；步骤二中的人工时效处理为对半成品工件在175℃的温度下回火，回火时间为10小时，以使半成品工件的内部形成了一定范围的亚稳相，并且伴随着硬化的效果。随着时效时间的增加，共相析出开始慢慢消失，非共相析出开始占支配地位，这样就形成了一个共相和非共相范围的存在，但在175℃的高温，部分共相形成的形式更快，时效强度增加的也就更快。人工时效有效的解决了铝合金不能通过油淬或气淬来提高硬度或强度的方法，以及铝合金原材料强度达不到产品标准要求，导致高锁螺母破坏拉力批次性不合格的问题。

本发明颠倒了热处理与机械加工的工序。在常规情况下，机械加工的目的不仅是为了获得高锁螺母标准规定的形状，而且更重要的是为了获得高锁螺母技术规范中规定的螺母拧断力矩，如果按照常规工艺路线先进行机械加工，获得拧断力矩，再进行人工时效强化处理，则机械加工时很难对拧断力矩的范围进行控制。首先，假定购买的每一批铝合金原材料的强度都一致，在这种情况下，1)机械加工时，如果将拧断力矩值控制在标准规定的范围内，则当人工时效强化后，由于螺母得到了强化，则事先加工好的拧断力矩值就会发生变化，通常由于强化的作用就会使拧断力矩值超出规范规定的上限值，导致整批产品报废；2)机械加工时，如果将拧断力矩值控制在标准规定的下限值的某一范围内，则当人工时效强化后，由于强化温度不能每一次都控制在某一个固定的点上，只能是某一温度范围，因此，同一批或不同批的螺母，由于强化温度的不同，导致螺母强化后的强度不同，因此，容易造成有的螺母强化后拧断力矩值正好在标准规定的范围内，有的螺母强化后拧断力矩值低于标准规定的下限值，有的螺母拧断力矩值高于标准规定的上限值，最终导致整批螺母报废。其次，实际情况是，由于冶炼技术的原因，购买的每一批铝合金原材料的强度都不一致，因此在机械加工时，无法确定每一批螺母的拧断力矩值究竟该给一个什么样的范围，更无法确定机械加工后，需要进行人工时效的螺母究竟该采用哪个温度范围进行时效。因此，给生产和技术都造成了非常困难的局面。为了有效的解决这个问题，我们摸索出的这种颠倒工序，行之有效的方法，就可以彻底的解决这一难题。首先，无论是在哪个厂家购买的铝合金原材料，也不论不同批的铝合金原材料的强度差别有多大，只要在投入生产时，将同一个批次的原材料定为一个生产批，该生产批不与别的批次混合，人工时效时，根据该原材料生产厂家提供的材质证明书进行人工时效强化处理，由于是同一个生产厂家提供的同一批原材料，因此，他们的强度相差不大，经过人工时效强化以后，强度得到了强化和均化。再进行机械加工时，由于强度得到了均化，机械加工时根据调试情况，就很容易控制拧断力矩值达到标准规定的范围。而且机械加工后，后续不再对拧断部位进行任何强化或弱化处理，因此拧断力矩不会再发生变化。

人工时效要求：在175±5℃，保温10小时以上，时效后的铝合金强度为σb≥420MPa，σ0.2≥345MPa，δ＞6％。虽然标准对人工时效后强度要求的范围较宽，但在实际加工中，同一批产品的强度范围必须控制一个很窄的范围内，否则机械加工时螺母的拧断力矩就控制不了，加工后的拧断力矩的离散度很大，产品很难合格。

以下列表说明试验情况：

1)同一批产品，先机械加工，后人工时效，拧断力矩值比较

2)先人工时效，后机械加工，拧断力矩值比较

3)同一批产品，先机械加工，后人工时效，拧断力矩值比较

4)先人工时效，后机械加工，拧断力矩值比较

5)同一批产品，先机械加工，后人工时效，拧断力矩值比较

6)先人工时效，后机械加工，拧断力矩值比较

本发明颠倒了表面处理与收口工序。常规情况下，收口工序不仅是为了获得标准规定的锁紧力矩值和松脱力矩值，同时，收口程度的大小和表面润滑程度的好坏又可以直接影响收口后的螺母所获得的锁紧力矩和松脱力矩值的大小。螺母的螺纹表面润滑的好，要想获得合格的锁紧力矩和松脱力矩值，则收口时螺母的收压程度相应的会大一些；如果螺纹表面润滑的不好(欠润滑状态)，则收口时螺母的收压程度相应的会小一些；如果螺纹表面润滑的不好(过润滑状态)，则收口时螺母的收压程度就会更大些。同时，螺母的收口即收压程度是机械式的，是可控的，但螺母螺纹的润滑是化学处理，其润滑层的厚薄是不可控的，因此，如果先进行收口工序，将锁紧力矩控制在一定范围，同时满足松脱力矩合格的情况下，后进行润滑处理，就会得到如下结果：润滑层厚度合适或偏小时，则螺母的锁紧力矩和松脱力矩均合格，润滑层厚度偏厚时，螺母的松脱力矩不合格。如果先进行润滑处理，则无论润滑层的厚度如何，因为收口收压程度可控，均可通过控制螺母的收压程度来控制螺母的锁紧力矩和松脱力矩合格。

1)同一批螺母，先收口，后润滑，锁紧与松脱力矩比较

2)先润滑，后收口，锁紧与松脱力矩比较

3)同一批螺母，先收口，后润滑，锁紧与松脱力矩比较

4)先润滑，后收口，锁紧与松脱力矩比较

5)同一批螺母，先收口，后润滑，锁紧与松脱力矩比较

6)先润滑，后收口，锁紧与松脱力矩比较

因此本发明通过以上几个颠倒工序能够有效的控制成品高锁螺母破坏拉力不合格，锁紧力矩、松脱力矩衰减过快达不到标准要求、拧断力矩不稳定以及预紧力不合格等一系列问题，有效的解决了铝合金高锁螺母机械性能和冶金特性不合格、废品率高、交付周期长、质量不稳定等一系列技术难题。

在上述实施例中，步骤六中的表面处理方法构成了对成品工件的表面处理，在其他实施例中，表面处理也可以包括采用电镀、涂覆防锈漆等工序。

在上述实施例中，步骤三、四、五构成了对半成品工件的外形尺寸的精加工，在其他实施例中，对半成品工件的外形尺寸的精加工也可以直接在数控机床上实现，而省去了在普通车床和普通铣床上的加工工序，并且数控机床上也能够完成在半成品工件的攻钻内螺纹的加工工序。

在上述实施例中，步骤二中的人工时效处理是将半成品工件回火至175摄氏度，在其他实施例中，回火温度也可以处于100摄氏度至175摄氏度或175摄氏度至200摄氏度之间，这个温度范围及在相应的温度下的回火时间属于现有技术，因此不再赘述。

由以上实施例可知，本发明的铝合金高锁螺母加工工艺可通过以下步骤实现，具体步骤如下：

步骤一，根据铝合金高锁螺母的规格对基材进行外形尺寸的粗加工，并得到半成品工件；

步骤二，对半成品工件进行人工时效处理；

步骤三，根据铝合金高锁螺母的规格对经由步骤二处理的半成品进行外形尺寸的精加工，并在半成品工件上攻钻内螺纹，以使半成品工件的外形尺寸满足铝合金高锁螺母的精度要求，并得到成品工件；

步骤四，对经由步骤三加工得来的成品工件进行表面处理；

步骤五，对经由步骤四加工得来的成品工件进行收口加工；

步骤六，对经由步骤五加工得来的成品工件的机械性能进行检测。

Claims (4)

1.一种铝合金高锁螺母加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，根据铝合金高锁螺母的规格对基材进行外形尺寸的粗加工，并得到半成品工件；

步骤二，将半成品工件放入时效炉中，对半成品工件进行人工时效处理；人工时效处理包括以下步骤：先对半成品工件进行温度为175摄氏度的回火，回火时间为10小时；再将回火后的半成品工件自然冷却；

步骤三，根据铝合金高锁螺母的规格对经由步骤二处理的半成品进行外形尺寸的精加工，并在半成品工件上攻钻内螺纹，以使半成品工件的外形尺寸满足铝合金高锁螺母的精度要求，并得到成品工件；所述的精加工包括以下步骤：首先通过普通车床对半成品工件的旋转体部分进行加工；然后，通过普通铣床加工半成品工件的六方扳拧部位；接着，去除半成品工件的六方扳拧部位的毛刺；最后，在攻钻内螺纹之后，将半成品工件旋设在数控机床的螺纹芯轴上，通过数控机床对半成品工件进行外形尺寸加工；

步骤四，对经由步骤三加工得来的成品工件进行表面处理；

步骤五，对经由步骤四加工得来的成品工件进行收口加工；

步骤六，对经由步骤五加工得来的成品工件的机械性能进行检测。

2.根据权利要求1所述的铝合金高锁螺母加工工艺，其特征在于，所述基材为铝合金棒。

3.根据权利要求1所述的铝合金高锁螺母加工工艺，其特征在于，步骤一中所述的粗加工是在普通车床上通过卡爪或拉管夹紧基材后实现。

4.根据权利要求1所述的铝合金高锁螺母加工工艺，其特征在于，步骤四中所述的表面处理包括以下步骤：首先，除去成品工件表面的油渍；接着，对成品工件进行表面阳极化处理；再接着，在成品工件的表面涂覆十六醇润滑层；最后，将成品工件上的十六醇润滑层晾干。