專利名稱：短收尾輕型螺栓收尾段滾壓強化方法及強化滾輪的制作方法
技術領域：
本發明屬于表面強化技術，涉及一種用于飛行器的短收尾輕型螺栓收尾段的強化方法及強化滾輪。
背景技術：
緊固件在飛機等飛行器上得到廣泛應用，隨著先進技術的發展，僅靠采用鈦合金等輕型材料來達到減重的目的是遠遠不夠的。國外于上世紀七十年代末開始通過改變緊固件結構，縮短長度來減輕重量，出現了短收尾輕型螺栓。由于此種螺栓具有減重、抗疲勞等優點，目前在世界上的各種先進軍民用飛機上大量采用，一架波音747飛機上使用的英制鈦合金短收尾輕型螺栓約為7萬件。美國專利U. S. Patents 4326825，4485510和4957401中，公開了一種短收尾輕型螺栓的大致結構，但未給出收尾段的結構參數，也未給出強化的工藝方法和強化滾輪的結構。目前，普通螺栓的外形結構參見圖1，長收尾螺栓螺紋收尾部 分的局部剖視圖參見圖2，其收尾部分的長度為2P，P為螺紋的螺距。短收尾輕型螺栓螺紋收尾部分的局部剖視圖參見圖3，其收尾部分的長度為I. 5P。該收尾部分是一個環形槽，該環形槽右側壁為螺紋段根部的齒面，該環形槽左側槽壁由環形槽底部圓弧半徑rl經旋轉形成的曲面和一個錐面組成。短收尾輕型螺栓的收尾短了，與之相配的高鎖螺母的高度也可降低了。因此，安裝后的重量大大降低，與普通長收尾螺栓相比，可平均減重13%。對于短收尾輕型螺栓，需要對收尾部分進行強化，未檢索到國內外有關的公開文獻。
發明內容
本發明的目的是提出一種用于飛行器的短收尾輕型螺栓螺紋收尾段的強化方法及強化滾輪。本發明的技術方案是短收尾輕型螺栓收尾段滾壓強化方法，其特征在于，采用滾絲機和強化滾輪對短收尾輕型螺栓收尾段進行滾壓強化，滾壓強化的步驟如下I、加工短收尾輕型螺栓滾壓毛坯短收尾輕型螺栓滾壓毛坯I由光桿段la、待滾壓螺紋段Ib和連接光桿段Ia與待滾壓螺紋段Ib的收尾段組成；收尾段由左錐面lc、內圓弧面Id和右錐面Ie組成，左錐面Ic的大直徑端和光桿段Ia連接，右錐面Ie的大直徑端和待滾壓螺紋段Ib連接，內圓弧面Id連接左錐面Ic的小直徑端和右錐面Ie的小直徑端，左錐面Ic與垂直面的夾角α=20° 30° ,右錐面Ie與垂直面的夾角β=40° 60°，內圓弧面Id的圓弧半徑r2=0. 2mm O. 5mm;2、安裝強化滾輪將兩個結構相同的強化滾輪2對稱安裝在滾絲機的主軸上，位于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯的兩側；3、短收尾輕型螺栓滾壓毛坯定位將短收尾輕型螺栓毛坯I置于滾絲機工作臺的支板3上，調整短收尾輕型螺栓毛坯I相對于強化滾輪2的位置，將強化滾輪2的凸齒2a與短收尾輕型螺栓毛坯I收尾段的位置對正；4、強化滾壓啟動滾絲機開關，強化滾輪2轉動，使兩個強化滾輪2沿徑向自動同步進給，進行滾壓強化，滾壓參數如下
螺栓規格(mm) 滾壓壓力MPa進給速度mm/s滾壓時間s
4 ~ 6 2. O ~ 3. OIO. 4 ~ O. 7
8 4. OI. I ~ I. 30.8 ~ 0.9
IU- 12 4.5I. 5-1. 6I. O-1. 2
14 ~ 185. OI. 5 ~ I. 6I. 5 ~ I. 8滾壓強化后卸下短收尾輕型螺栓滾壓毛坯。用于強化短收尾輕型螺栓收尾段的強化滾輪2，它由滾輪主體和位于滾輪主體圓柱面上的凸齒2a組成；凸齒2a左邊的圓柱面2b的直徑小于凸齒2a右邊的圓柱面2c的直徑，兩者的直徑差δ等于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯光桿段Ia和待滾壓螺紋段Ib的直徑差；凸齒2a由凸齒左錐面2al、外圓弧面2a2和凸齒右錐面2a 3組成，凸齒左錐面2al與垂直面的夾角Y小于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯收尾段左錐面Ic與垂直面的夾角α，α-γ = Λ γ，Λ γ=1° 5° ;凸齒右錐面2a 3與垂直面的夾角Θ小于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯收尾段右錐面Ie與垂直面的夾角β，β - θ =Λ θ，Λ Θ =1° 5° ;外圓弧面2a2的圓弧半徑R不大于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯收尾段內圓弧面Id的圓弧半徑r2。本發明的優點是提出了一種用于飛行器的短收尾輕型螺栓螺紋收尾段的強化方法及強化滾輪，解決了用于飛行器的短收尾輕型螺栓的制造難題。
圖I是普通螺栓的外形結構示意圖。圖2是一種長收尾螺栓螺紋收尾部分的局部剖視圖。圖3是一種短收尾輕型螺栓螺紋收尾部分的局部剖視圖。圖4是一種短收尾輕型螺栓滾壓毛坯的結構示意圖。圖5是用于本發明方法的強化滾輪的結構示意圖。圖6是強化滾輪上凸齒的局部放大圖。圖7是本發明的滾壓強化示意圖。圖8是圖7的俯視圖。
具體實施例方式下面對本發明做進一步詳細說明。參見圖4至圖8，短收尾輕型螺栓收尾段滾壓強化方法，其特征在于，采用滾絲機和強化滾輪對短收尾輕型螺栓收尾段進行滾壓強化，滾壓強化的步驟如下I、加工短收尾輕型螺栓滾壓毛坯短收尾輕型螺栓滾壓毛坯I由光桿段la、待滾壓螺紋段Ib和連接光桿段Ia與待滾壓螺紋段Ib的收尾段組成；收尾段由左錐面lc、內圓弧面Id和右錐面Ie組成，左錐面Ic的大直徑端和光桿段Ia連接，右錐面Ie的大直徑端和待滾壓螺紋段Ib連接，內圓弧面Id連接左錐面Ic的小直徑端和右錐面Ie的小直徑端，左錐面Ic與垂直面的夾角α=20° 30° ,右錐面Ie與垂直面的夾角β=40° 60°，內圓弧面Id的圓弧半徑r 2=0. 2mm O. 5mm;2、安裝強化滾輪將兩個結構相同的強化滾輪2對稱安裝在滾絲機的滾輪軸上，位于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯的兩側；3、短收尾輕型螺栓滾壓毛坯定位將短收尾輕型螺栓毛坯I置于滾絲機工作臺的支板3上，調整短收尾輕型螺栓毛坯I相對于強化滾輪2的位置，將強化滾輪2的凸齒2a與短收尾輕型螺栓毛坯I收尾段的位置對正；4、強化滾壓啟動滾絲機開關，強化滾輪2轉動，使兩個強化滾輪2沿徑向自動同
步進給，進行滾壓強化，滾壓參數如下
螺栓規格(mm) 滾壓壓力MPa進給速度mm/s滾壓時間s
4-6 2. O - 3. OIO. 4 ~ O. 7
8 4. OI. 1-1. 3O. 8 ~ 0.9
10-12 4. 5I. 5-1.61.0~ 1.2
14 ~ 185. OI. 5-1.61.5-1.8滾壓強化后卸下短收尾輕型螺栓滾壓毛坯。用于強化短收尾輕型螺栓收尾段的強化滾輪2，它由滾輪主體和位于滾輪主體圓柱面上的凸齒2a組成；凸齒2a左邊的圓柱面2b的直徑小于凸齒2a右邊的圓柱面2c的直徑，兩者的直徑差δ等于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯光桿段Ia和待滾壓螺紋段Ib的直徑差；凸齒2a由凸齒左錐面2al、外圓弧面2a2和凸齒右錐面2a 3組成，凸齒左錐面2al與垂直面的夾角Y小于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯收尾段左錐面Ic與垂直面的夾角α，α-γ = Λ γ，Λ γ=1° 5° ;凸齒右錐面2a 3與垂直面的夾角Θ小于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯收尾段右錐面Ie與垂直面的夾角β，β - θ =Λ θ，Λ Θ =1° 5° ;外圓弧面2a2的圓弧半徑R不大于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯收尾段內圓弧面Id的圓弧半徑r2。實施例I :采用滾絲機和強化滾輪對公制8mm短收尾輕型螺栓收尾段進行滾壓強化，滾壓強化的步驟如下①加工短收尾輕型螺栓滾壓毛坯短收尾輕型螺栓滾壓毛坯I由光桿段la、待滾壓螺紋段Ib和連接光桿段Ia與待滾壓螺紋段Ib的收尾段組成；收尾段由左錐面lc、內圓弧面Id和右錐面Ie組成，左錐面Ic的大直徑端和光桿段Ia連接，右錐面Ie的大直徑端和待滾壓螺紋段Ib連接，內圓弧面Id連接左錐面Ic的小直徑端和右錐面Ie的小直徑端,左錐面Ic與垂直面的夾角α =23° +1° ,右錐面Ie與垂直面的夾角β =45° +1° ,內圓弧面Id的圓弧半徑r2=0. 25mm±0. 05;②安裝強化滾輪將兩個結構相同的強化滾輪2對稱安裝在滾絲機的滾輪軸上，位于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯的兩側；③短收尾輕型螺栓滾壓毛坯定位將短收尾輕型螺栓毛坯I置于滾絲機工作臺的支板3上，調整短收尾輕型螺栓毛坯I相對于強化滾輪2的位置，將強化滾輪2的凸齒2a與短收尾輕型螺栓毛坯I收尾段的位置對正；④強化滾壓啟動滾絲機開關，強化滾輪2轉動，使兩個強化滾輪2沿徑向自動同步進給，進行滾壓強化，滾壓壓力4. OMPa,進給速度I. I I. 3mm/s,滾壓時間O. 8
O.9s0滾壓強化后卸下短收尾輕型螺栓滾壓毛坯。
用于強化短收尾輕型螺栓收尾段的強化滾輪2，它由滾輪主體和位于滾輪主體圓柱面上的凸齒2a組成；凸齒2a左邊的圓柱面2b的直徑小于凸齒2a右邊的圓柱面2c的直徑，兩者的直徑差δ等于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯光桿段Ia和待滾壓螺紋段Ib的直徑差；凸齒2a由凸齒左錐面2al、外圓弧面2a2和凸齒右錐面2a3組成，凸齒左錐面2al與垂直面的夾角Y小于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯收尾段左錐面Ic與垂直面的夾角α，α - Y = Δ y , Δ γ=3° ±1° ;凸齒右錐面2a 3與垂直面的夾角Θ小于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯收尾段右錐面Ie與垂直面的夾角β，β - θ =Λ θ，Λ Θ =3° ±1° ;外圓弧面2a2的圓弧半徑R不大于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯收尾段內圓弧面Id的圓弧半徑r2。實施例2 采用滾絲機和強化滾輪對公制4mm短收尾輕型螺栓收尾段進行滾壓強化，滾壓強化的步驟如下①加工短收尾輕型螺栓滾壓毛坯短收尾輕型螺栓滾壓毛坯I由光桿段la、待滾壓螺紋段Ib和連接光桿段Ia與待滾壓螺紋段Ib的收尾段組成；收尾段由左錐面lc、內圓弧面Id和右錐面Ie組成，左錐面Ic的大直徑端和光桿段Ia連接，右錐面Ie的大直徑 端和待滾壓螺紋段Ib連接，內圓弧面Id連接左錐面Ic的小直徑端和右錐面Ie的小直徑端,左錐面Ic與垂直面的夾角α=20° +1° ,右錐面Ie與垂直面的夾角β=42° +1°，內圓弧面Id的圓弧半徑r2=0. 2mm±0. 05;②安裝強化滾輪將兩個結構相同的強化滾輪2對稱安裝在滾絲機的滾輪軸上，位于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯的兩側；③短收尾輕型螺栓滾壓毛坯定位將短收尾輕型螺栓毛坯I置于滾絲機工作臺的支板3上，調整短收尾輕型螺栓毛坯I相對于強化滾輪2的位置，將強化滾輪2的凸齒2a與短收尾輕型螺栓毛坯I收尾段的位置對正；④強化滾壓啟動滾絲機開關，強化滾輪2轉動，使兩個強化滾輪2沿徑向自動同步進給，滾壓壓力2. OMPa,進給速度lmm/s,滾壓時間O. 4s。滾壓強化后卸下短收尾輕型螺栓滾壓毛坯。用于強化短收尾輕型螺栓收尾段的強化滾輪2，它由滾輪主體和位于滾輪主體圓柱面上的凸齒2a組成；凸齒2a左邊的圓柱面2b的直徑小于凸齒2a右邊的圓柱面2c的直徑，兩者的直徑差δ等于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯光桿段Ia和待滾壓螺紋段Ib的直徑差；凸齒2a由凸齒左錐面2al、外圓弧面2a2和凸齒右錐面2a 3組成，凸齒左錐面2al與垂直面的夾角Y小于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯收尾段左錐面Ic與垂直面的夾角α，α - Y = Δ y , Λ γ =3° ±1° ;凸齒右錐面2a3與垂直面的夾角Θ小于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯收尾段右錐面Ie與垂直面的夾角β，β - θ =Λ θ，Λ Θ =3° ±1° ;外圓弧面2a2的圓弧半徑R不大于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯收尾段內圓弧面Id的圓弧半徑r2。實施例3 采用滾絲機和強化滾輪對公制14mm短收尾輕型螺栓收尾段進行滾壓強化，滾壓強化的步驟如下①加工短收尾輕型螺栓滾壓毛坯短收尾輕型螺栓滾壓毛坯I由光桿段la、待滾壓螺紋段Ib和連接光桿段Ia與待滾壓螺紋段Ib的收尾段組成；收尾段由左錐面lc、內圓弧面Id和右錐面Ie組成，左錐面Ic的大直徑端和光桿段Ia連接，右錐面Ie的大直徑端和待滾壓螺紋段Ib連接，內圓弧面Id連接左錐面Ic的小直徑端和右錐面Ie的小直徑端,左錐面Ic與垂直面的夾角α=25° +1° ,右錐面Ie與垂直面的夾角=45° +1°，內圓弧面Id的圓弧半徑r 2=0. 3mm±0. 05;②安裝強化滾輪將兩個結構相同的強化滾輪2對稱安裝在滾絲機的滾輪軸上，位于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯的兩側；③短收尾輕型螺栓滾壓毛坯定位將短收尾輕型螺栓毛坯I置于滾絲機工作臺的支板3上，調整短收尾輕型螺栓毛坯I相對于強化滾輪2的位置，將強化滾輪2的凸齒2a與短收尾輕型螺栓毛坯I收尾段的位置對正；④強化滾壓啟動滾絲機開關，強化滾輪2轉動，使兩個強化滾輪2沿徑向自動同步進給，進行滾壓強化，滾壓壓力5. OMPa，進給速度I. 5mm/s，滾壓時間I. 5s。滾壓強化后卸下短收尾輕型螺栓滾壓毛坯。用于強化短收尾輕型螺栓收尾段的強化滾輪2，它由滾輪主體和位于滾輪主體圓柱面上的凸齒2a組成；凸齒2a左邊的圓柱面2b的直徑小于凸齒2a右邊的圓柱面2c的直徑，兩者的直徑差δ等于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯光桿段Ia和待滾壓螺紋段Ib的直徑差；凸齒2a由凸齒左錐面2al、外圓弧面2a2和凸齒右錐面2a 3組成，凸齒左錐面2al與垂直面的夾角Y小于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯收尾段左錐面Ic與垂直面的夾角α，α - Y = Δ y , Δ γ=3° ±1° ;凸齒右錐面2a 3與垂直面的夾角Θ小于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯收尾段右錐面Ie與垂直面的夾角β，β - θ =Λ θ，Λ Θ =3° ±1° ;外圓弧面2a2的圓弧半徑R不大于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯收尾段內圓弧面Id的圓弧半徑r2。·
權利要求
1.短收尾輕型螺栓收尾段滾壓強化方法，其特征在于，采用滾絲機和強化滾輪對短收尾輕型螺栓收尾段進行滾壓強化，滾壓強化的步驟如下 I. I、加工短收尾輕型螺栓滾壓毛坯短收尾輕型螺栓滾壓毛坯(I)由光桿段(la)、待滾壓螺紋段(Ib)和連接光桿段(Ia)與待滾壓螺紋段(Ib)的收尾段組成；收尾段由左錐面(lc)、內圓弧面(Id)和右錐面(Ie)組成，左錐面(Ic)的大直徑端和光桿段(Ia)連接，右錐面(Ie)的大直徑端和待滾壓螺紋段(Ib)連接，內圓弧面(Id)連接左錐面(Ic)的小直徑端和右錐面(Ie)的小直徑端，左錐面(Ic)與垂直面的夾角α=20° 30°，右錐面(Ie)與垂直面的夾角β=40° 60° ,內圓弧面(Id)的圓弧半徑r 2=0. 2mm O. 5mm; I. 2、安裝強化滾輪將兩個結構相同的強化滾輪(2)對稱安裝在滾絲機的主軸上，位于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯的兩側； I. 3、短收尾輕型螺栓滾壓毛坯定位將短收尾輕型螺栓毛坯(I)置于螺紋滾絲機工作臺的支板(3)上，調整短收尾輕型螺栓毛坯(I)相對于強化滾輪(2)的位置，將強化滾輪(2)的凸齒(2a)與短收尾輕型螺栓毛坯(I)收尾段的位置對正； 1.4、強化滾壓啟動滾絲機開關，強化滾輪(2)轉動，使兩個強化滾輪(2)沿徑向自動同步進給，進行滾壓強化，滾壓參數如下 螺栓規格(mm )滾壓壓力MPa進給速度mm/s滾壓時間s 4 ~ 62. O ~ 3. OIO, 4 O, 7 84.0L 1-1. 30.8 - 0.9 10-124. 5I. 5-1.6I. 0-1.214 ~ 185. OI. 5 ~ I. 6L 5 ~ I. 8 滾壓強化后卸下短收尾輕型螺栓滾壓毛坯。
2.用于強化短收尾輕型螺栓收尾段的強化滾輪(2)，它由滾輪主體和位于滾輪主體圓柱面上的凸齒(2a)組成；凸齒(2a)左邊的圓柱面(2b)的直徑小于凸齒(2a)右邊的圓柱面(2c)的直徑，兩者的直徑差δ等于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯光桿段(Ia)和待滾壓螺紋段(Ib)的直徑差；凸齒(2a)由凸齒左錐面(2al)、外圓弧面(2a2)和凸齒右錐面(2a3)組成，凸齒左錐面(2al)與垂直面的夾角Y小于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯收尾段左錐面(Ic)與垂直面的夾角α，α - γ = Δ y , Λ γ =1° 5° ;凸齒右錐面(2a 3)與垂直面的夾角Θ小于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯收尾段右錐面(Ie)與垂直面的夾角β，β-θ=Δ Θ ,Δ θ=1° 5° ;外圓弧面(2a2)的圓弧半徑R不大于短收尾輕型螺栓滾壓毛坯收尾段內圓弧面(Id)的圓弧半徑r2。
全文摘要
本發明屬于表面強化技術，涉及一種用于飛行器的短收尾輕型螺栓收尾段的強化方法及強化滾輪。本發明滾壓強化的步驟如下加工短收尾輕型螺栓滾壓毛坯；安裝強化滾輪；短收尾輕型螺栓滾壓毛坯定位；強化滾壓。本發明的強化滾輪由滾輪主體和位于滾輪主體圓柱面上的凸齒(2a)組成。本發明提出了一種用于飛行器的短收尾輕型螺栓螺紋收尾段的強化方法及強化滾輪，解決了用于飛行器的短收尾輕型螺栓的制造難題。
文檔編號B23P9/02GK102935577SQ20121047572
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月21日 優先權日2012年11月21日
發明者劉風雷, 趙慶云, 任翀, 徐鑫良, 劉華東 申請人:中國航空工業集團公司北京航空制造工程研究所