輕型螺栓緊固件的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于航空航天的輕型螺栓緊固件。其過渡部母線設(shè)計為呈近似正弦曲線的光滑曲線，過渡部錐段傾斜角相對較小，過渡部相對較短，結(jié)構(gòu)比較合理；螺栓尾部的六角梅花形扳擰孔扳擰力矩較大、扳擰孔相對較短，方便了安裝，也減小了螺栓的整體長度，從而起到減重的作用；使用輕型螺栓過渡部車-滾軋R的模具，巧妙地強(qiáng)化了過渡部應(yīng)力薄弱之處，滾軋R的模具簡單、成本低、操作簡便、效率更高；與該輕型螺栓緊固件配套使用的扳擰銷，比六方形扳擰銷能承載更大的扳擰力矩，并進(jìn)一步減小了扳擰銷的長度、延長了扳擰銷的使用壽命。
【專利說明】輕型螺栓緊固件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于航空航天的輕型螺栓緊固件(也稱高鎖螺栓)。本實用新型還涉及這種螺栓緊固件上的過渡部的加工方法及滾軋R的模具。
[0002]【背景技術(shù)】
[0003]在航空、航天領(lǐng)域，輕型螺栓緊固件由于其具有重量輕、強(qiáng)度高、疲勞性能好等特點，被大量地應(yīng)用于機(jī)體結(jié)構(gòu)和重要部件的連接。
[0004]西方發(fā)達(dá)國家在該領(lǐng)域的研究與生產(chǎn)起步較早。目前、主要有法國的LiSi，美國的SPS和美鋁，其各家對輕型螺栓緊固件外形結(jié)構(gòu)及加工工藝都有著各自的方法，并形成了一些比較成熟的專利。如美國美鋁旗下的赫克國際公司，在1999年10月5日申請了名稱為《輕型螺紋緊固件及滾軋模具》、專利號為99812743的專利，其螺栓緊固件的主要特點是:“螺紋毛坯具有一個大直徑桿部和一個小直徑桿部，小直徑桿部由一個過渡部從大直徑光滑連接至小直徑；過渡部的錐段相對于垂直于螺栓的軸向的一條直線延伸一個傾斜角，傾斜角在25°?35°之間，在某些情況下可采用25°?55° ”。該專利的優(yōu)點是，輕型螺栓緊固件的收尾< 1.0P，不足之處是過渡部的錐段的傾斜角在25°?35°之間，甚至可采用25°?55°的設(shè)計保守，輕型螺栓緊固件的長度相對還長，減重相對較小。
[0005]在國內(nèi)，主要有航天精工(天津)、694廠、3117廠、3536廠、625所等緊固件生產(chǎn)廠家。其中、航天精工(天津)在2012年7月10號申請了名為《帶溝槽收尾的高鎖螺栓、其加工方法及滾輪》、專利號為201210236979的專利，其主要的特點是:“一種帶溝槽收尾的高鎖螺栓，包括螺帽、光桿段、螺紋段和收尾段，其特征在于:所述收尾段為一溝槽，所述溝槽的圓周面是一圓錐面，圓錐面的小端與光桿段連接，圓錐面的大端與螺紋段連接，所述溝槽與光桿段、螺紋段的連接處均為圓弧面過渡連接；收尾段的溝槽采用滾輪滾壓而成”。而貴州航天精工(即3536廠)在2008年4月21日申請了名為《高鎖螺栓》、專利號為200820300593的專利，其主要的特點是:“一種高鎖螺栓，它螺栓頭、螺桿和螺紋段構(gòu)成，其特征在于:在螺紋段的端部設(shè)有內(nèi)六方孔”。
[0006]綜上所述，國內(nèi)、外緊固件公司主要圍繞輕型螺栓過渡段的結(jié)構(gòu)、過渡段的加工方法、加工模具及其尾部扳擰孔等進(jìn)行了研究并申請了相關(guān)專利，但目前都面臨著輕型螺栓收尾設(shè)計及其加工優(yōu)化的問題(如圖1)。
[0007]目前，我國航空航天正處于蓬勃發(fā)展階段，對輕型螺栓緊固件的需要巨大，而進(jìn)口的價格昂貴，存在著英制與米制標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化問題，且交貨周期無法保證。為滿足航空航天的發(fā)展和國產(chǎn)化的要求，迫切需要我們改進(jìn)優(yōu)化或設(shè)計新型的緊固件，以突破國外的技術(shù)封鎖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實用新型旨在提供一種結(jié)構(gòu)合理、易于安裝、充分達(dá)到減重目的的輕型螺栓緊固件，該緊固件的過渡部相對較短，錐段傾斜角相對較小，過渡部結(jié)構(gòu)較合理；螺栓尾部的扳擰孔扳擰力矩較大、扳擰孔相對較短，方便了安裝，減小了螺栓的整體長度，從而起到減重的作用。本實用新型同時提供了輕型螺栓過渡部車-滾軋R的模具，強(qiáng)化了過渡部應(yīng)力薄弱之處，車-滾軋R的模具結(jié)構(gòu)簡捷、成本低、操作簡便、效率高。本實用新型還提供了與該輕型螺栓緊固件配套使用的安裝工具。
[0009]本實用新型采用的技術(shù)措施之一是:將輕型螺栓過渡部的母線，設(shè)計為呈近似正弦曲線的光滑曲線，過渡部的錐段傾斜角進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，具體技術(shù)方案如下:
[0010]輕型螺栓緊固件，由螺栓頭和螺桿構(gòu)成，所述螺栓頭可以為平頭或沉頭，也可以適用于任意頭部形狀的螺栓；所述螺桿包括一個一端始于螺栓頭具有圓柱形光滑桿部的光桿段、一個位于螺桿軸向末端帶有外螺紋的螺紋段、以及一個光滑過渡連接于所述光桿段與螺紋段之間的相對較短的過渡部。所述光桿段的直徑大于螺紋段的直徑，所述過渡部始于大直徑的光桿段并呈外徑逐漸減少的過渡趨勢最終與小直徑的螺紋段的根部連接。
[0011]所述過渡部由第一弧段、第二弧段、前錐段、第三弧段、后錐段首尾圓滑過渡連接而成，所述第一弧段具有相對較大的半徑，其始于光桿段的末端并逐漸向內(nèi)徑向延伸至與具有較小半徑的第二弧段相連接，所述第二弧段與第三弧段之間由一個內(nèi)公切于兩弧段之間的前錐段光滑連接，所述第三弧段的末端逐漸向外徑向延伸并與后錐段相連，所述后錐段經(jīng)由常規(guī)的圓角過渡連接到螺紋段的相鄰端。
[0012]所述前錐段或其延伸線與垂直于螺栓軸向的一條直線之間的夾角為前錐段傾斜角At，所述前錐段傾斜角At的角度范圍為10°≤At <25° ;
[0013]所述后錐段或其延伸線與平行于螺栓軸向的一條直線之間的夾角為后錐段傾斜角A0，所述后錐段傾斜角AO的角度范圍為15°≤AO≤45°。
[0014]本實用新型采 用的技術(shù)措施之二是:對螺栓尾部的扳擰孔進(jìn)行了重新設(shè)計，將常規(guī)的內(nèi)六方扳抒孔改為一種內(nèi)六角梅花扳抒孔。
[0015]現(xiàn)有的輕型螺栓緊固件的螺栓尾部設(shè)有內(nèi)六方扳擰孔，其深度和形狀對螺栓強(qiáng)度性能的影響不能超過標(biāo)準(zhǔn)值，且要求達(dá)到安裝力矩時不會產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。這種常規(guī)的內(nèi)六方扳擰孔必須達(dá)到一定的深度才能保證其承載足夠的扳擰力矩，這就必然會增加螺紋段的長度和整體螺栓的重量；為了能夠盡量減少螺栓的螺紋長度、達(dá)到螺栓減重的目的，本實用新型將原有的內(nèi)六方扳擰孔改進(jìn)設(shè)計為內(nèi)六角梅花扳擰孔，具體結(jié)構(gòu)為突出的、均布于圓周方向的六個光滑的弧狀夾緊瓣，具有該弧狀夾緊瓣的內(nèi)六角梅花扳擰孔能夠在相對短的軸向深度承載更大的扳擰力矩，進(jìn)而減小了螺栓螺紋段及扳擰銷的長度、達(dá)到螺栓減重及延長扳抒銷的使用壽命。
[0016]本實用新型采用的技術(shù)措施之三是:輕型螺栓過渡部有一個應(yīng)力薄弱之處，要求冷加工至滿足物理性能。為此，本實用新型提供一種輕型螺栓過渡部的加工方法，利用車削類機(jī)床進(jìn)行車削，然后利用常規(guī)的滾軋工藝對過渡部進(jìn)行滾軋，即對過渡部采用先車后滾的加工工藝，強(qiáng)化了過渡部應(yīng)力薄弱之處。一種應(yīng)用于先車后滾加工工藝中的模具，包括通過螺釘7安裝于刀桿6上的反車刀8、以及通過軸承11和滾軸12安裝于刀柄13上的滾輪10。利用車削類機(jī)床夾持輕型螺栓9，先反車R后滾壓R至冷加工要求的尺寸，則有效地強(qiáng)化了過渡部應(yīng)力薄弱處。該滾軋R的模具相對于動輒數(shù)萬元的對擠滾擠輪來說，結(jié)構(gòu)簡單、成本低、操作簡便、效率更高。
[0017]本實用新型采用的技術(shù)措施之四是:提供了一種與本實用新型的輕型螺栓尾部的內(nèi)六角梅花扳擰孔配套使用的安裝工具，該安裝工具具有安裝頭14、扳擰桿15及扳擰頭16，所述扳擰頭16改常規(guī)的六方形結(jié)構(gòu)為六角梅花形結(jié)構(gòu)，比六方形扳擰銷能承載更大的扳擰力矩，并進(jìn)一步減小了扳擰銷的長度、延長了扳擰銷的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是輕型螺栓結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是輕型螺栓過渡部母線及過渡部前錐段Zt傾斜角At及后錐段ZO傾斜角AO示意圖；
[0020]圖3-4是輕型螺栓尾部扳擰孔為內(nèi)六角梅花孔的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5是輕型螺栓過渡部要求冷加工至滿足物理性能之處的放大示意圖；
[0022]圖6是輕型螺栓過渡部車-滾軋R的模具示意圖；
[0023]圖7-8是六角梅花形扳擰銷的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0024]以下參照附圖，給出本實用新型的【具體實施方式】，用來對本實用新型的構(gòu)成進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0025]實施例1
[0026]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的闡述。如圖1所示，本實用新型提供一種輕型螺栓緊固件，由螺栓頭1、光桿段2、過渡部3和螺紋段4組成。所述過渡部3始于大直徑的光桿段2并呈外徑逐漸減少的過渡趨勢最終與小直徑的螺紋段4的根部連接。本實用新型將輕型螺栓過渡部3的母線(即從光桿段上最大夾緊長度的近末端到螺紋段上形成完整螺紋的始端的過渡線)，設(shè)計為呈近似正弦曲線的光滑曲線，由第一弧段L1、第二弧段L2、前錐段Zt、第三弧段L3、后錐段ZO首尾圓滑過渡連接而成，所述第一弧段LI具有相對較大的半徑，其始于光桿段的末端并逐漸向內(nèi)徑向延伸至與具有較小半徑的第二弧段L2相連接，所述第二弧段L2與第三弧段L3之間由一個內(nèi)公切于兩弧段之間的前錐段Zt光滑連接，所述第三弧段L3的末端逐漸向外徑向延伸并與后錐段ZO相連，所述后錐段ZO經(jīng)由常規(guī)的圓角過渡連接到螺紋段的相鄰端。過渡部3的前錐段Zt傾斜角At(前錐段Zt或其延伸線與垂直于螺栓軸向的一條直線之間的夾角)在10°?25° (<25° )之間，后錐段ZO傾斜角AO (后錐段ZO或其延伸線與平行于螺栓軸向的一條直線之間的夾角)在15°?45°之間，如圖2所示。當(dāng)R2、R3和R4尺寸一定時，At過大或AO過小則過渡部3軸向長度相對較長，不利于減小螺栓長度、達(dá)到螺栓減重的目的；At過小過渡部3的母線前錐段Zt不能光滑成形，AO過大過渡部3的母線后錐段ZO滾制螺紋時易產(chǎn)生折疊、翻邊和裂紋等缺陷。
[0027]圖3?4是輕型螺栓尾部扳擰孔5為內(nèi)六角梅花孔的示意圖。現(xiàn)行輕型螺栓(無論國內(nèi)國外)尾部扳擰孔均為內(nèi)六方孔，因其扳擰力矩相對較小、易打滑，故內(nèi)六方孔相對較深，對輕型螺栓的承載強(qiáng)度有一定影響。將輕型螺栓尾部扳擰孔5設(shè)計為內(nèi)六角梅花孔，具體結(jié)構(gòu)突出的、均布于圓周方向的六個光滑的弧狀夾緊瓣，具有該弧狀夾緊瓣的內(nèi)六角梅花扳擰孔能夠在相對短的軸向深度承載更大的扳擰力矩，進(jìn)而減小了螺栓螺紋長度及扳擰銷的長度、達(dá)到螺栓減重及延長扳擰銷的使用壽命。
[0028]圖5是輕型螺栓過渡部要求冷加工至滿足物理性能之處的放大示意圖，也即該過渡部有一個應(yīng)力薄弱之處，要求冷加工至滿足物理性能。為此，本實用新型提供一種在輕型螺栓過渡部進(jìn)行車-滾軋R工藝的模具，如圖6所示，由刀桿6、螺釘7、反車刀8、滾輪10、軸承11、滾軸12和刀柄13組成。利用車削類機(jī)床夾持輕型螺栓9，先反車R后滾壓R至冷加工要求的尺寸，則有效地強(qiáng)化了過渡部應(yīng)力薄弱處。該滾軋R的模具相對于動輒數(shù)萬元的對擠滾擠輪來說，結(jié)構(gòu)簡單、成本低、操作簡便、效率更高。
[0029]圖7?8是六角梅花形扳擰銷的示意圖，是與該輕型螺栓的內(nèi)六角梅花扳擰孔配套使用的扳擰銷。通常扳擰銷是夾裝在輕型螺栓安裝工具上的，具體的結(jié)構(gòu)為突出的、均布于圓周方向的六個光滑的弧狀夾緊瓣，，當(dāng)安裝輕型螺栓緊固件時，用來固定輕型螺栓不被轉(zhuǎn)動。該六角梅花形扳擰銷比六方形扳擰銷能承載更大的扳擰力矩，并進(jìn)一步減小了扳擰銷的長度、延長了扳擰銷的使用壽命。
[0030]實施例2
[0031]本實施例與實施例1的不同之處在于
[0032]所述前錐段或其延伸線與垂直于螺栓軸向的一條直線之間的夾角為前錐段傾斜角At，其角度范圍為24° ;所述后錐段或其延伸線與平行于螺栓軸向的一條直線之間的夾角為后錐段傾斜角A0，其角度范圍為45°。
[0033]實施例3
[0034]本實施例與實施例1的不同之處在于
[0035]所述前錐段或其延伸線與垂直于螺栓軸向的一條直線之間的夾角為前錐段傾斜角At，其角度范圍為15° ;所述后錐段或其延伸線與平行于螺栓軸向的一條直線之間的夾角為后錐段傾斜角A0，其角度范圍為25°。
[0036]綜上所述，本實用新型提供了四種技術(shù)措施，使得錐段傾斜角相對較小，過渡部相對較短，減小螺栓長度，過渡部呈近似正弦曲線的光滑曲線，結(jié)構(gòu)較為合理；螺栓尾部的六角梅花形扳擰孔扳擰力矩較大、扳擰孔相對較短，方便了安裝，也減小了螺栓的整體長度，從而起到減重的作用；輕型螺栓過渡部車-滾軋R的模具，巧妙地強(qiáng)化了過渡部應(yīng)力薄弱之處，滾軋R的模具簡單、成本低、操作簡便、效率更高；與該輕型螺栓緊固件配套使用的扳擰銷，比六方形扳擰銷能承載更大的扳擰力矩，并進(jìn)一步減小了扳擰銷的長度、延長了扳擰銷的使用壽命。
【權(quán)利要求】
1.輕型螺栓緊固件，由螺栓頭、光桿段、過渡部和螺紋段組成，其特征在于:所述過渡部的母線設(shè)計為光滑曲線，過渡部前錐段Zt傾斜角At的角度范圍為10°≤At <25°，過渡部后錐段ZO傾斜角AO的角度范圍為15°≤AO≤45° ; 所述過渡部由第一弧段、第二弧段、前錐段、第三弧段、后錐段首尾圓滑過渡連接而成，所述第一弧段具有相對較大的半徑，其始于光桿段的末端并逐漸向內(nèi)徑向延伸至與具有較小半徑的第二弧段相連接，所述第二弧段與第三弧段之間由一個內(nèi)公切于兩弧段之間的前錐段光滑連接，所述第三弧段的末端逐漸向外徑向延伸并與后錐段相連，所述后錐段經(jīng)由常規(guī)的圓角過渡連接到螺紋段的相鄰端； 所述過渡部前錐段傾斜角At是指垂直于螺栓軸向的一條直線與過渡部前錐段或其延伸線之間的夾角； 所述過渡部后錐段傾斜角AO是指平行于螺栓軸向的一條直線與過渡部的后錐段或其延伸線之間的夾角。
2.如權(quán)利要求1所述輕型螺栓緊固件，其特征在于:所述螺紋段尾部的扳擰孔設(shè)計為內(nèi)六角梅花孔。
3.如權(quán)利要求2所述輕型螺栓緊固件，其特征在于 所述內(nèi)六角梅花孔的具體結(jié)構(gòu)為突出的、均布于圓周方向的六個光滑的弧狀夾緊瓣。
4.如權(quán)利要求1所述輕型螺栓緊固件，其特征在于所述螺栓頭為平面的平圓頭形或帶錐度的沉頭形。
【文檔編號】B25B23/00GK203743162SQ201320721575
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】李順安, 高慎金, 王曉亮, 李建華 申請人:東方藍(lán)天鈦金科技有限公司