沈馨娥 何東敏 邢利君

（沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

概述

隨著高強(qiáng)螺栓加工行業(yè)的發(fā)展，一些復(fù)雜環(huán)境下使用的高強(qiáng)螺栓的用量正在不斷增加，高強(qiáng)螺栓加工在緊固件行業(yè)中處于非常重要地位，也是當(dāng)前國(guó)內(nèi)該行業(yè)關(guān)注的課題。

由于高強(qiáng)螺栓是在飛機(jī)領(lǐng)域中使用，場(chǎng)合具有特殊性，該零件對(duì)尺寸及性能方面要求及其嚴(yán)格，雖然其看似結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但在雙六角頭高強(qiáng)螺栓加工中如何達(dá)到性能要求卻是一個(gè)難題，下面作以簡(jiǎn)要介紹。

1 高強(qiáng)螺栓的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

螺栓的承載旋合螺紋上的載荷分布是很不均勻的，在彈性范圍內(nèi)，靠近螺母支承面的第一圈螺紋的載荷最大，而其余旋合螺紋的分擔(dān)載荷漸小。螺紋牙底應(yīng)呈圓弧型，牙底的圓弧半徑不應(yīng)小于0.1螺距。不應(yīng)采用三角形尖牙底或平牙底。螺紋和螺桿之間的退刀槽應(yīng)圓滑過度，圓弧半徑R為0.3螺紋直徑。螺栓頭和螺桿之間應(yīng)有過渡圓角。細(xì)牙螺紋端面和螺紋軸線的垂直度不大于0.08。

2 高強(qiáng)度螺栓加工工藝

2.1 分析、確定加工難點(diǎn)

高強(qiáng)度螺栓材料多為難加工鎳基高溫合金或高溫抗腐蝕合金，由于零件含Ni量高，機(jī)加難度很大，存在以下難點(diǎn)；

2.1.1 含Ni量極高的高強(qiáng)螺栓螺紋滾壓技術(shù)。

2.1.2 高強(qiáng)螺栓性能的保證。

2.2 加工工藝

零件鐓制-熱處理-加工檢測(cè)硬度試件-滾制加工-清洗-熒光檢查-檢驗(yàn)-機(jī)械性能檢測(cè)-最終檢驗(yàn)-入庫(kù) ，零件結(jié)構(gòu)圖如下：

3 高強(qiáng)螺栓的材料

3.1 高強(qiáng)螺栓對(duì)材料的性能要求

有較好的抗松弛性，使螺栓在較低的預(yù)緊應(yīng)力下，經(jīng)過一個(gè)設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)間后，其殘余緊應(yīng)力仍高于最小密封應(yīng)力。強(qiáng)度和塑性的良好配合，蠕變?nèi)笨诿舾行孕　＝M織穩(wěn)定，熱脆性傾向小。良好的抗氧化性能，防止長(zhǎng)期運(yùn)行后因螺紋氧化而發(fā)生螺栓和螺母咬死現(xiàn)象。

3.2 高強(qiáng)螺栓的材料

在高強(qiáng)螺栓制造中，零件材料為鎳基高溫合金。設(shè)計(jì)要求頭部應(yīng)有熱鐓或冷鐓成型，我們采用冷鐓成型，冷鐓鋼是采用冷鐓成型工藝生產(chǎn)的互換性較高的鎳基鐓制坯料，它是常溫下利用金屬塑性加工成型，每個(gè)零件的變形量很大，承受的變形速度也高，所以，對(duì)零件原料的性能要求也十分嚴(yán)格。

4 冷鐓工藝技術(shù)

高強(qiáng)螺栓頭部采用冷鐓塑形加工，和切削加工相比，金屬流線沿零件形狀呈連續(xù)狀，中間無切斷，使得零件的強(qiáng)度得到提高，機(jī)械性能優(yōu)良。

冷鐓成形工藝包括切料與成形。冷鐓機(jī)分別在幾個(gè)成型凹模里進(jìn)行，多工位自動(dòng)冷鐓機(jī)使用的原始毛坯的加工特點(diǎn)是由盤條鋼絲的尺寸決定的，通過整形可得到符合工藝要求（滿足設(shè)計(jì)性能）的毛坯。在自動(dòng)冷鐓機(jī)上制造高強(qiáng)度緊固件所使用的冷撥盤條鋼絲的不圓度應(yīng)在直徑公差范圍內(nèi)。冷鐓成型所能達(dá)到的精度還同成型方法的選擇和所采用的工序有關(guān)。此外，它還取決于所用的設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工藝特點(diǎn)及其狀態(tài)，壽命和磨損程度。

5 熱處理工藝技術(shù)

高強(qiáng)螺栓根據(jù)技術(shù)要求要在局部滾制加工前進(jìn)行熱處理。熱處理是為了提高緊固件的綜合機(jī)械性能，以滿足螺栓規(guī)定的抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，因此，要想生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的高強(qiáng)度緊固件，必須要有先進(jìn)的熱處理技術(shù)裝備。 由于高強(qiáng)度螺栓生產(chǎn)量大，螺紋部分又是比較細(xì)微的精密的結(jié)構(gòu)，因此，要求熱處理設(shè)備必須具備生產(chǎn)能力大，自動(dòng)化程度高，熱處理質(zhì)量好的能力。要求保證整個(gè)零件加工過程中受熱溫度均勻，應(yīng)配備自動(dòng)溫度控制器和數(shù)據(jù)記錄器。

6 局部滾制工藝

螺紋加工的方法有多種，其中滾壓螺紋方法是提高螺紋性能有效的手段之一。

局部滾制加工強(qiáng)化工藝已成為提高高強(qiáng)螺栓競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段，高強(qiáng)螺栓經(jīng)局部滾制加工后壽命可提高70%左右。滾壓螺紋是零件無余量、縮性變形過程，只是零件材料流線的改變，產(chǎn)生冷作硬化現(xiàn)象，使表層材料存在殘余壓應(yīng)力等作用，這對(duì)于提高零件的耐磨性以及抗疲勞強(qiáng)度等具有明顯效果。

高強(qiáng)度螺栓材料為鎳基高溫合金，強(qiáng)度、硬度都很高，塑性變形能力強(qiáng)，進(jìn)行滾壓比較困難。必需在滾壓過程中產(chǎn)生較大的塑性變形才能滿足零件對(duì)形狀，尺寸和表面質(zhì)量的要求，這就增加了滾壓的難度。

高強(qiáng)螺栓局部滾制加工情況比較復(fù)雜，它跟螺栓結(jié)構(gòu)、材料的延伸率等有著密切的關(guān)系，是各種因素綜合作用的結(jié)果。在實(shí)際生產(chǎn)中，只有通過工藝試驗(yàn)，選擇合適材料和規(guī)格的滾絲輪，調(diào)整正確的托板高度和導(dǎo)輪和切削輪轉(zhuǎn)速、主動(dòng)輪的進(jìn)給量、牙型修正時(shí)間等合理的工藝參數(shù)，固化參數(shù)從而正確地指導(dǎo)生產(chǎn)。

7 力學(xué)性能要求

經(jīng)試驗(yàn)滿足雙六角頭高強(qiáng)螺栓性能要求：硬度、室溫下的極限抗拉強(qiáng)度、一定溫度下的極限抗拉強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度。

8 性能及質(zhì)量的保證

由于特殊環(huán)境下應(yīng)用的螺栓，應(yīng)具有優(yōu)異的抗松弛和抗蠕變性能、持久性能、抗應(yīng)力腐蝕性能，所以高強(qiáng)螺栓必須滿足以下要求：螺紋表面應(yīng)光潔、平滑，不應(yīng)有凹痕、裂口、銹蝕毛刺和其他會(huì)引起應(yīng)力集中的缺陷。著色或熒光檢查：不允許有裂紋。100%光譜檢驗(yàn)化學(xué)成分。100%硬度檢查。檢查毛料材質(zhì)單應(yīng)有低倍組織檢驗(yàn)的合格證。機(jī)械性能檢查。100%超聲波探傷。

9 結(jié)論

本論文通過對(duì)高強(qiáng)螺栓工藝的研究，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，采用提高高強(qiáng)螺栓強(qiáng)度的有效工藝方法等方法進(jìn)行研制，完成了雙六角頭高強(qiáng)度螺栓的制造工藝，解決了高強(qiáng)度下螺栓力學(xué)性能的保證問題。研究和試驗(yàn)表明：高強(qiáng)螺栓工藝，滿足設(shè)計(jì)圖尺寸、技術(shù)條件及性能的要求，圓滿地完成了《雙六角頭高強(qiáng)螺栓工藝的研究》攻關(guān)課題。

10 結(jié)語

高強(qiáng)螺栓于2009年7月20日完成了首件試制。該件的成功試制使我們?cè)诟邚?qiáng)螺栓加工方面積累了加工經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)通過大量的試驗(yàn)也積累了提高高強(qiáng)螺栓強(qiáng)度的有效工藝方法，完成了高硬度、高強(qiáng)度螺栓的工藝研究，對(duì)此類零件的制造技術(shù)水平的提高有著重要的意義。

[1]美制螺紋標(biāo)準(zhǔn).

[2]金屬材料學(xué).

[3]刀具手冊(cè).