短收尾轻型螺栓收尾段滚压强化方法及强化滚轮

摘要

本发明属于表面强化技术，涉及一种用于飞行器的短收尾轻型螺栓收尾段的强化方法及强化滚轮。本发明滚压强化的步骤如下：加工短收尾轻型螺栓滚压毛坯；安装强化滚轮；短收尾轻型螺栓滚压毛坯定位；强化滚压。本发明的强化滚轮由滚轮主体和位于滚轮主体圆柱面上的凸齿(2a)组成。本发明提出了一种用于飞行器的短收尾轻型螺栓螺纹收尾段的强化方法及强化滚轮，解决了用于飞行器的短收尾轻型螺栓的制造难题。

说明书

技术领域

本发明属于表面强化技术，涉及一种用于飞行器的短收尾轻型螺栓收尾段的强化方法及强化滚轮。

背景技术

紧固件在飞机等飞行器上得到广泛应用，随着先进技术的发展，仅靠采用钛合金等轻型材料来达到减重的目的是远远不够的。国外于上世纪七十年代末开始通过改变紧固件结构，缩短长度来减轻重量，出现了短收尾轻型螺栓。由于此种螺栓具有减重、抗疲劳等优点，目前在世界上的各种先进军民用飞机上大量采用，一架波音747飞机上使用的英制钛合金短收尾轻型螺栓约为7万件。美国专利U.S.Patents 4326825,4485510和4957401中，公开了一种短收尾轻型螺栓的大致结构，但未给出收尾段的结构参数，也未给出强化的工艺方法和强化滚轮的结构。目前，普通螺栓的外形结构参见图1，长收尾螺栓螺纹收尾部分的局部剖视图参见图2，其收尾部分的长度为2P，P为螺纹的螺距。短收尾轻型螺栓螺纹收尾部分的局部剖视图参见图3，其收尾部分的长度为1.5P。该收尾部分是一个环形槽，该环形槽右侧壁为螺纹段根部的齿面，该环形槽左侧槽壁由环形槽底部圆弧半径r1经旋转形成的曲面和一个锥面组成。短收尾轻型螺栓的收尾短了，与之相配的高锁螺母的高度也可降低了。因此，安装后的重量大大降低，与普通长收尾螺栓相比，可平均减重13%。对于短收尾轻型螺栓，需要对收尾部分进行强化，未检索到国内外有关的公开文献。

发明内容

本发明的目的是：提出一种用于飞行器的短收尾轻型螺栓螺纹收尾段的强化方法及强化滚轮。

本发明的技术方案是：短收尾轻型螺栓收尾段滚压强化方法，其特征在于，采用滚丝机和强化滚轮对短收尾轻型螺栓收尾段进行滚压强化，滚压强化的步骤如下：

1、加工短收尾轻型螺栓滚压毛坯：短收尾轻型螺栓滚压毛坯1由光杆段1a、待滚压螺纹段1b和连接光杆段1a与待滚压螺纹段1b的收尾段组成；收尾段由左锥面1c、内圆弧面1d和右锥面1e组成，左锥面1c的大直径端和光杆段1a连接，右锥面1e的大直径端和待滚压螺纹段1b连接，内圆弧面1d连接左锥面1c的小直径端和右锥面1e的小直径端，左锥面1c与垂直面的夹角α=20°～30°，右锥面1e与垂直面的夹角β=40°～60°，内圆弧面1d的圆弧半径r2=0.2mm～0.5mm;

2、安装强化滚轮：将两个结构相同的强化滚轮2对称安装在滚丝机的主轴上，位于短收尾轻型螺栓滚压毛坯的两侧；

3、短收尾轻型螺栓滚压毛坯定位：将短收尾轻型螺栓毛坯1置于滚丝机工作台的支板3上，调整短收尾轻型螺栓毛坯1相对于强化滚轮2的位置，将强化滚轮2的凸齿2a与短收尾轻型螺栓毛坯1收尾段的位置对正；

4、强化滚压：启动滚丝机开关，强化滚轮2转动，使两个强化滚轮2沿径向自动同步进给，进行滚压强化，滚压参数如下：

滚压强化后卸下短收尾轻型螺栓滚压毛坯。

用于强化短收尾轻型螺栓收尾段的强化滚轮2，它由滚轮主体和位于滚轮主体圆柱面上的凸齿2a组成；凸齿2a左边的圆柱面2b的直径小于凸齿2a右边的圆柱面2c的直径，两者的直径差δ等于短收尾轻型螺栓滚压毛坯光杆段1a和待滚压螺纹段1b的直径差；凸齿2a由凸齿左锥面2a1、外圆弧面2a2和凸齿右锥面2a 3组成，凸齿左锥面2a1与垂直面的夹角γ小于短收尾轻型螺栓滚压毛坯收尾段左锥面1c与垂直面的夹角α，α-γ=Δγ，Δγ=1°～5°；凸齿右锥面2a 3与垂直面的夹角θ小于短收尾轻型螺栓滚压毛坯收尾段右锥面1e与垂直面的夹角β，β-θ=Δθ，Δθ=1°～5°；外圆弧面2a2的圆弧半径R不大于短收尾轻型螺栓滚压毛坯收尾段内圆弧面1d的圆弧半径r2。

本发明的优点是：提出了一种用于飞行器的短收尾轻型螺栓螺纹收尾段的强化方法及强化滚轮，解决了用于飞行器的短收尾轻型螺栓的制造难题。

附图说明

图1是普通螺栓的外形结构示意图。

图2是一种长收尾螺栓螺纹收尾部分的局部剖视图。

图3是一种短收尾轻型螺栓螺纹收尾部分的局部剖视图。

图4是一种短收尾轻型螺栓滚压毛坯的结构示意图。

图5是用于本发明方法的强化滚轮的结构示意图。

图6是强化滚轮上凸齿的局部放大图。

图7是本发明的滚压强化示意图。

图8是图7的俯视图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。参见图4至图8，短收尾轻型螺栓收尾段滚压强化方法，其特征在于，采用滚丝机和强化滚轮对短收尾轻型螺栓收尾段进行滚压强化，滚压强化的步骤如下：

1、加工短收尾轻型螺栓滚压毛坯：短收尾轻型螺栓滚压毛坯1由光杆段1a、待滚压螺纹段1b和连接光杆段1a与待滚压螺纹段1b的收尾段组成；收尾段由左锥面1c、内圆弧面1d和右锥面1e组成，左锥面1c的大直径端和光杆段1a连接，右锥面1e的大直径端和待滚压螺纹段1b连接，内圆弧面1d连接左锥面1c的小直径端和右锥面1e的小直径端，左锥面1c与垂直面的夹角α=20°～30°，右锥面1e与垂直面的夹角β=40°～60°，内圆弧面1d的圆弧半径r 2=0.2mm～0.5mm;

2、安装强化滚轮：将两个结构相同的强化滚轮2对称安装在滚丝机的滚轮轴上，位于短收尾轻型螺栓滚压毛坯的两侧；

3、短收尾轻型螺栓滚压毛坯定位：将短收尾轻型螺栓毛坯1置于滚丝机工作台的支板3上，调整短收尾轻型螺栓毛坯1相对于强化滚轮2的位置，将强化滚轮2的凸齿2a与短收尾轻型螺栓毛坯1收尾段的位置对正；

4、强化滚压：启动滚丝机开关，强化滚轮2转动，使两个强化滚轮2沿径向自动同步进给，进行滚压强化，滚压参数如下：

滚压强化后卸下短收尾轻型螺栓滚压毛坯。

用于强化短收尾轻型螺栓收尾段的强化滚轮2，它由滚轮主体和位于滚轮主体圆柱面上的凸齿2a组成；凸齿2a左边的圆柱面2b的直径小于凸齿2a右边的圆柱面2c的直径，两者的直径差δ等于短收尾轻型螺栓滚压毛坯光杆段1a和待滚压螺纹段1b的直径差；凸齿2a由凸齿左锥面2a1、外圆弧面2a2和凸齿右锥面2a 3组成，凸齿左锥面2a1与垂直面的夹角γ小于短收尾轻型螺栓滚压毛坯收尾段左锥面1c与垂直面的夹角α，α-γ=Δγ，Δγ=1°～5°；凸齿右锥面2a 3与垂直面的夹角θ小于短收尾轻型螺栓滚压毛坯收尾段右锥面1e与垂直面的夹角β，β-θ=Δθ，Δθ=1°～5°；外圆弧面2a2的圆弧半径R不大于短收尾轻型螺栓滚压毛坯收尾段内圆弧面1d的圆弧半径r2。

实施例1：

采用滚丝机和强化滚轮对公制8mm短收尾轻型螺栓收尾段进行滚压强化，滚压强化的步骤如下：①加工短收尾轻型螺栓滚压毛坯：短收尾轻型螺栓滚压毛坯1由光杆段1a、待滚压螺纹段1b和连接光杆段1a与待滚压螺纹段1b的收尾段组成；收尾段由左锥面1c、内圆弧面1d和右锥面1e组成，左锥面1c的大直径端和光杆段1a连接，右锥面1e的大直径端和待滚压螺纹段1b连接，内圆弧面1d连接左锥面1c的小直径端和右锥面1e的小直径端，左锥面1c与垂直面的夹角α=23°＋1°，右锥面1e与垂直面的夹角β=45°＋1°，内圆弧面1d的圆弧半径r2=0.25mm±0.05;②安装强化滚轮：将两个结构相同的强化滚轮2对称安装在滚丝机的滚轮轴上，位于短收尾轻型螺栓滚压毛坯的两侧；③短收尾轻型螺栓滚压毛坯定位：将短收尾轻型螺栓毛坯1置于滚丝机工作台的支板3上，调整短收尾轻型螺栓毛坯1相对于强化滚轮2的位置，将强化滚轮2的凸齿2a与短收尾轻型螺栓毛坯1收尾段的位置对正；④强化滚压：启动滚丝机开关，强化滚轮2转动，使两个强化滚轮2沿径向自动同步进给，进行滚压强化，滚压压力4.0MPa，进给速度1.1～1.3mm/s，滚压时间0.8～0.9s。

滚压强化后卸下短收尾轻型螺栓滚压毛坯。

用于强化短收尾轻型螺栓收尾段的强化滚轮2，它由滚轮主体和位于滚轮主体圆柱面上的凸齿2a组成；凸齿2a左边的圆柱面2b的直径小于凸齿2a右边的圆柱面2c的直径，两者的直径差δ等于短收尾轻型螺栓滚压毛坯光杆段1a和待滚压螺纹段1b的直径差；凸齿2a由凸齿左锥面2a1、外圆弧面2a2和凸齿右锥面2a3组成，凸齿左锥面2a1与垂直面的夹角γ小于短收尾轻型螺栓滚压毛坯收尾段左锥面1c与垂直面的夹角α，α-γ=Δγ，Δγ=3°±1°；凸齿右锥面2a 3与垂直面的夹角θ小于短收尾轻型螺栓滚压毛坯收尾段右锥面1e与垂直面的夹角β，β-θ=Δθ，Δθ=3°±1°；外圆弧面2a2的圆弧半径R不大于短收尾轻型螺栓滚压毛坯收尾段内圆弧面1d的圆弧半径r2。

实施例2：

采用滚丝机和强化滚轮对公制4mm短收尾轻型螺栓收尾段进行滚压强化，滚压强化的步骤如下：①加工短收尾轻型螺栓滚压毛坯：短收尾轻型螺栓滚压毛坯1由光杆段1a、待滚压螺纹段1b和连接光杆段1a与待滚压螺纹段1b的收尾段组成；收尾段由左锥面1c、内圆弧面1d和右锥面1e组成，左锥面1c的大直径端和光杆段1a连接，右锥面1e的大直径端和待滚压螺纹段1b连接，内圆弧面1d连接左锥面1c的小直径端和右锥面1e的小直径端，左锥面1c与垂直面的夹角α=20°＋1°，右锥面1e与垂直面的夹角β=42°＋1°，内圆弧面1d的圆弧半径r2=0.2mm±0.05;②安装强化滚轮：将两个结构相同的强化滚轮2对称安装在滚丝机的滚轮轴上，位于短收尾轻型螺栓滚压毛坯的两侧；③短收尾轻型螺栓滚压毛坯定位：将短收尾轻型螺栓毛坯1置于滚丝机工作台的支板3上，调整短收尾轻型螺栓毛坯1相对于强化滚轮2的位置，将强化滚轮2的凸齿2a与短收尾轻型螺栓毛坯1收尾段的位置对正；④强化滚压：启动滚丝机开关，强化滚轮2转动，使两个强化滚轮2沿径向自动同步进给，滚压压力2.0MPa，进给速度1mm/s，滚压时间0.4s。

滚压强化后卸下短收尾轻型螺栓滚压毛坯。

用于强化短收尾轻型螺栓收尾段的强化滚轮2，它由滚轮主体和位于滚轮主体圆柱面上的凸齿2a组成；凸齿2a左边的圆柱面2b的直径小于凸齿2a右边的圆柱面2c的直径，两者的直径差δ等于短收尾轻型螺栓滚压毛坯光杆段1a和待滚压螺纹段1b的直径差；凸齿2a由凸齿左锥面2a1、外圆弧面2a2和凸齿右锥面2a 3组成，凸齿左锥面2a1与垂直面的夹角γ小于短收尾轻型螺栓滚压毛坯收尾段左锥面1c与垂直面的夹角α，α-γ=Δγ，Δγ=3°±1°；凸齿右锥面2a3与垂直面的夹角θ小于短收尾轻型螺栓滚压毛坯收尾段右锥面1e与垂直面的夹角β，β-θ=Δθ，Δθ=3°±1°；外圆弧面2a2的圆弧半径R不大于短收尾轻型螺栓滚压毛坯收尾段内圆弧面1d的圆弧半径r2。

实施例3：

采用滚丝机和强化滚轮对公制14mm短收尾轻型螺栓收尾段进行滚压强化，滚压强化的步骤如下：①加工短收尾轻型螺栓滚压毛坯：短收尾轻型螺栓滚压毛坯1由光杆段1a、待滚压螺纹段1b和连接光杆段1a与待滚压螺纹段1b的收尾段组成；收尾段由左锥面1c、内圆弧面1d和右锥面1e组成，左锥面1c的大直径端和光杆段1a连接，右锥面1e的大直径端和待滚压螺纹段1b连接，内圆弧面1d连接左锥面1c的小直径端和右锥面1e的小直径端，左锥面1c与垂直面的夹角α=25°＋1°，右锥面1e与垂直面的夹角=45°＋1°，内圆弧面1d的圆弧半径r 2=0.3mm±0.05;②安装强化滚轮：将两个结构相同的强化滚轮2对称安装在滚丝机的滚轮轴上，位于短收尾轻型螺栓滚压毛坯的两侧；③短收尾轻型螺栓滚压毛坯定位：将短收尾轻型螺栓毛坯1置于滚丝机工作台的支板3上，调整短收尾轻型螺栓毛坯1相对于强化滚轮2的位置，将强化滚轮2的凸齿2a与短收尾轻型螺栓毛坯1收尾段的位置对正；④强化滚压：启动滚丝机开关，强化滚轮2转动，使两个强化滚轮2沿径向自动同步进给，进行滚压强化，滚压压力5.0MPa，进给速度1.5mm/s，滚压时间1.5s。

滚压强化后卸下短收尾轻型螺栓滚压毛坯。

用于强化短收尾轻型螺栓收尾段的强化滚轮2，它由滚轮主体和位于滚轮主体圆柱面上的凸齿2a组成；凸齿2a左边的圆柱面2b的直径小于凸齿2a右边的圆柱面2c的直径，两者的直径差δ等于短收尾轻型螺栓滚压毛坯光杆段1a和待滚压螺纹段1b的直径差；凸齿2a由凸齿左锥面2a1、外圆弧面2a2和凸齿右锥面2a 3组成，凸齿左锥面2a1与垂直面的夹角γ小于短收尾轻型螺栓滚压毛坯收尾段左锥面1c与垂直面的夹角α，α-γ=Δγ，Δγ=3°±1°；凸齿右锥面2a 3与垂直面的夹角θ小于短收尾轻型螺栓滚压毛坯收尾段右锥面1e与垂直面的夹角β，β-θ=Δθ，Δθ=3°±1°；外圆弧面2a2的圆弧半径R不大于短收尾轻型螺栓滚压毛坯收尾段内圆弧面1d的圆弧半径r2。