一种宇航结构用抗剪型十二角自锁螺母及其加工工艺的制作方法

本发明属于紧固件及其生产制造技术领域，尤其是涉及一种宇航结构用抗剪型十二角自锁螺母及其加工工艺。

背景技术：

随着航空航天工业的发展，以航空宇航为代表的高温腐蚀环境对紧固件提出了愈加苛刻的要求，对具有超高强度、结构尺寸小、重量轻、高耐蚀性和优良的持久断裂性能的紧固件的需求变得愈加迫切。

机械装备螺纹连接结构通用采用六角螺母与外螺纹紧固件配套使用，并根据承载能力的不同和使用场合的要求，将螺母其设计成普通六角螺母、六角锁紧螺母、薄六角螺母、厚六角螺母、六角槽型螺母等多种形式，多与垫圈一起配合使用，但由于普遍承载能力不强，结构尺寸偏大、安装时较易打滑，防松能力较弱，因而只适用于常规连接结构中。

而在航空航天领域则主要采用凸缘六角自锁螺母、单耳托板自锁螺母、双耳自锁托板螺母、游动自锁托板螺母、高锁螺母、游动高锁螺母、开槽自锁螺母等，为提升螺母的防松能力，常采用串保险丝成组使用、收口或和采用非金属嵌件一起来进行防松，同时可采用加大支撑面的面积，从而提高螺纹连接的防松能力，较为常见的是采用尼龙嵌件六角自锁螺母、六角法兰面自锁螺母、十二角法兰自锁螺母。

相对于六角自锁螺母而言，十二角头自锁螺母和十二花键头自锁螺母所需的可实施扳拧的空间小得多，同时，十二角头自锁螺母的结构尺寸较同等承载能力的六角头自锁螺母小，有利于螺母的减重，因此非常适合于布局紧凑的航空航天等行业的结构领域。

尽管如此，目前采用的十二角自锁螺母均采用抗拉型结构，抗拉型十二角螺母如图1所示，这可以很好地适用于抗拉载荷为主和拉剪复合载荷的服役环境，而对于以抗剪为主的工况环境，抗拉型十二角自锁螺母结构安全裕度过大，不必要地增大了安装空间要求、并增大了结构重量，不符合轻量化设计要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种宇航结构用抗剪型十二角自锁螺母及其加工工艺，以解决上述问题，可推广应用于航空航天、发动机、船舶、核能等武器装备领域的重要承剪结构中。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种宇航结构用抗剪型十二角自锁螺母，包括收口台、十二角支撑台和内螺纹孔，所述收口台为带锥度的收口台，收口台的广口端与十二角支撑台的一侧端面连接，且收口台与十二角支撑台同轴，以该轴线为轴心的收口台上开有内螺纹孔，内螺纹孔贯穿十二角支撑台。

进一步的，所述收口台的锥度为5°～15°。

进一步的，所述收口台(1)的锥度为10°。

进一步的，所述收口台与所述十二角支撑台组成的螺母的高度为内螺纹孔上的内螺纹公称直径的0.8倍。

进一步的，所述内螺纹孔上的内螺纹为mj或unj螺纹。

进一步的，所述收口台的广口端的壁部厚度大于窄口端的壁部厚度。

进一步的，所述十二角支撑台(2)包括支撑台，支撑台的外圆周上均匀的分布有十二个角。

进一步的，所述内螺纹孔(3)和收口台(1)收口后的横截面积分别为椭圆形。

进一步的，所述收口台(1)和十二角支撑台(2)分别为高温合金材料制成的收口台(1)和十二角支撑台(2)。

本发明还提供一种宇航结构用抗剪型十二角自锁螺母的加工工艺方法。

所述宇航结构用抗剪型十二角自锁螺母的加工工艺包括如下工艺步骤：

1)、下料：单颗坯件准备，将原材料棒截断成所需尺寸；

2)、十二角头成型：螺母的十二角区域采用热镦成型加工或者采用线切割加工；

3)、螺纹孔加工：车床车螺母上的飞边，车螺母端面并倒角，然后钻镗孔，最后对镗孔进行攻丝；

4)、锥形收口台成型：将坯件的一端加工成锥形收口台，收口台的锥度为5°～15°；

5)、锁紧区域收口加工：使用收口机对收口台的锁紧区域进行收口，收口的标准以收口试验合格为准；

6)、热处理：本螺母采用高温合金材料制造而成，热处理采用时效和稳定化处理，从而进一步提高强度和稳定组织，提高尺寸的稳定性；

7)、喷砂去除表面氧化皮；

8)、探伤检测：进行无损探伤检测；

9)、表面处理：在高温工作环境下，对螺母表面进行镀银处理，防止在高温工作温度下粘结或螺纹咬死，低温工作环境下采用镀镉加二硫化钼进行处理，起润滑和防止接触腐蚀的作用；

10)、检验入库。

相对于现有技术，本发明所述的一种宇航结构用抗剪型十二角自锁螺母及其加工工艺具有以下优势：

(1)本发明所述的自锁螺母具有扳拧力矩大、结构尺寸小、重量轻、防松可靠、强度高、耐热耐蚀性能好、抗疲劳性能优异等优点，可推广应用于航空航天、发动机、船舶、核能等武器装备领域的重要承剪结构区域的连接中；

(2)本发明所述的螺母没有法兰台，比通常所见的抗拉型十二角自锁螺母的高度小30％以上，降低了安装空间要求，并实现了结构减重，加工时具有很大的灵活性和适应性，降低了加工成本；

(3)本发明所述的为螺母收口台的形状为锥形，提高了螺母的结构刚度，靠近十二角支撑台的收口台壁部较厚，减少了安装时产生的变形，远离十二角支撑台的收口台锁紧区域的壁部较薄，有利于变形并形成自锁功能。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的抗拉型十二角自锁螺母整体结构示意图；

图2为本发明实施例所述的抗剪型十二角自锁螺母整体结构示意图；

图3为图2的主视图；

图4为本发明实施例所述的抗剪型十二角自锁螺母的锁紧区收口前的俯视图；

图5为本发明实施例所述的抗剪型十二角自锁螺母的锁紧区收口后的俯视图。

附图标记说明：

1-收口台；2-十二角支撑台；3-内螺纹孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明所述的宇航结构用抗剪型十二角自锁螺母，如图2-3所示包括收口台1、十二角支撑台2和内螺纹孔3，所述收口台1为带锥度的收口台1，提升了螺母的结构刚度，收口的锥度为5°～15°，优选的收口台1的锥度选择10°。收口台1的广口端与十二角支撑台2的一侧端面固接，收口台1的广口端的壁部厚度大于窄口端的壁部厚度，收口台1与十二角支撑台2同轴设置。内螺纹孔3与收口台1同轴心，内螺纹孔3贯穿收口台1和十二角支撑台2，内螺纹孔3上的内螺纹为mj或unj螺纹，抗疲劳性更强。本螺母没有法兰盘，螺母的整体高度为内螺纹孔3上的内螺纹公称直径的0.8倍，这比通常所见的抗拉型十二角自锁螺母的高度小30％以上，降低了安装空间要求，并实现结构减重。十二角支撑台2包括支撑台，支撑台的外圆周上均匀的分布有十二个角。本螺母在承受剪切力的环境下，剪切力主要影响螺母十二角支承台2里的前三个牙螺纹，所以螺母的十二角的内切圆比现有的抗拉型自锁螺母的十二角的内切圆的尺寸大，这样同时也增大了螺母的支承面积和表面摩擦力，提高了防松性能。

为了增加螺母的自锁性能，内螺纹孔3和收口台1收口后的横截面积分别为椭圆形，这样可以通过异形结构达到螺母自锁的效果。收口台1和十二角支撑台2分别为gh4169、gh159等高温合金材料制造，此材质结构强度高，其抗拉强度均超过1300mpa，且有良好的抗疲劳，以及较好的加工性能、焊接性能和长期组织稳定性，相同工况环境下，可以选用更小的产品规格，非常适合于对重量要求严苛的宇航结构部件连接。

加工此宇航结构用抗剪型十二角自锁螺母的加工工艺包括如下工艺步骤：

1)、下料：单颗坯件准备，将原材料棒截断成所需尺寸；

2)、十二角头成型：螺母的十二角区域能采用热镦成型，热镦成型需使用专用模具，同时需金相检查产品组织，加工要求高，结构尺寸不便调整，固定成本高，生产准备时间长，大量生产加工效率高，适合大量生产，也能采用线切割加工，线切割加工不需要专用模具，也不需要进行金相检查，加工方便，可随时调整结构尺寸，无模具消耗，可快速组织加工，但加工效率较低，适合产品试制和小批生产；

3)、螺纹孔加工：车床车螺母上的飞边，加工螺母端面倒角，然后钻镗孔，最后对镗孔进行攻丝；

4)、锥形收口台成型：将坯件的一端加工成锥形收口台，收口台的锥度为5°～15°；

5)、锁紧区域收口加工：使用收口机对收口台的锁紧区域进行收口，收口的标准以收口试验合格为准，如图4所示是螺母锁紧区域收口前结构示意图，如图5所示是螺母锁紧区域收口后结构示意图；

6)、热处理：本螺母采用高温合金材料制造而成，热处理采用时效和稳定化处理，从而进一步提高强度和稳定组织，提高尺寸的稳定性，热处理工序必须放在收口工序之后，以稳定尺寸，获得较高的锁紧性能；

7)、喷砂去除表面氧化皮；

8)、探伤检测：进行无损探伤检测；

9)、表面处理：在高温工作环境下，对螺母表面进行镀银处理，防止在高温工作温度下粘结或螺纹咬死，低温工作环境下采用镀镉加二硫化钼进行处理，起润滑和防止接触腐蚀的作用；

10)、检验入库。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。