高強度自鎖螺母工藝攻關(guān)

宋碧秋 楊鵬 周輝 王熔

（中航動力株洲航空零部件制造有限公司，湖南 株洲 412002）

一、概述

目前公司已生產(chǎn)的自鎖螺母材料主要以合金鋼和不銹鋼為主，自鎖變形多為兩點收口形式，執(zhí)行的標準是1983年版的航標，試驗項目僅有5項。目前航空發(fā)動機用自鎖螺母多以高溫合金材料為主，自鎖變形有兩點、三點、四點、開直槽等收口形式，執(zhí)行的標準有HB、GJB、以及各專用技術(shù)條件，標準所要求的試驗項目增加。高溫合金類材料自鎖螺母我公司目前僅加工過材料GH2132的自鎖螺母。因此，公司要進一步研究并熟悉高強度自鎖螺母標準，開展制造工藝、試驗工裝的研究制造，并確定了零件材料為GH738的高強度自鎖螺母作為首批試制產(chǎn)品。

二、工藝分析

（一）設(shè)計圖熱處理要求

零件材料均為GH738，熱處理要求固溶、時效HRC32-42。

（二）零件加工特點

需滿足《使用溫度高于450℃的自鎖螺母通用規(guī)范》技術(shù)條件，按規(guī)范要求需進行微觀組織、表面不連續(xù)性、80%軸向載荷、100%軸向載荷、扳擰性能、室溫下15次鎖緊力矩、五次加溫加載后空冷到室溫檢查鎖緊力矩、永久變形、振動試驗共9項試驗，該兩個零件收口采用兩點收口及三點收口兩種方式。

三、加工難點和解決措施

（一）產(chǎn)品加工難點

零件均采用鐓制毛坯，零件十二角型面毛坯鐓制成型，從零件圖可以看出，零件外形結(jié)構(gòu)加工工藝不存在加工難點，按技術(shù)條件要求，零件自鎖力矩要求最大為5.3N.m。加工難點主要體現(xiàn)在目前我公司無加工GH738自鎖螺母加工經(jīng)驗，且HB、GJB技術(shù)標準對英制螺紋收口尺寸無可參考、借鑒資料查詢，為滿足零件自鎖性能要求，零件收口尺寸需摸索、驗證，同時我公司從未加工過在十二角型面進行三點收口的零件，對收口夾具結(jié)構(gòu)需進行分析、驗證。以往試驗用工裝能否滿足試驗要求需摸索、驗證。因此摸索決GH738材料零件收口量及收口方式、設(shè)計合理的試驗工裝是確保產(chǎn)品試制成功的關(guān)鍵。

經(jīng)工藝分析、研究，制定了如下工藝方案并通過了工藝評審：

毛坯—固溶—車工（加工螺紋底孔及端面）—攻螺紋—車工（去端面余量）—車工（定長）—鉗工—檢驗—壓扁收口—檢驗—時效—熒光檢驗—微觀組織檢查—鍍銀—檢驗—80%軸向載荷——100%軸向載荷——扳擰性能——室溫下15次鎖緊力矩——五次加溫加載后空冷到室溫檢查鎖緊力矩—永久變形—振動試驗—檢驗——組合——檢驗

（二）產(chǎn)品試制工藝實施過程及解決措施

1.收口尺寸確定

結(jié)合以往加工經(jīng)驗，前期025產(chǎn)品試制對收口尺寸進行了工藝數(shù)據(jù)摸索，從表1可見，進行了兩組數(shù)據(jù)摸索，一組按設(shè)計圖收口要求收口前外圓尺寸為φ7.18，一組按φ7.55加工，隨著零件壁厚的增加、收口量適度降低的情況下，零件的性能更好，經(jīng)咨詢設(shè)計，設(shè)計提出收口部位尺寸φ7.18工藝可作為參考尺寸進行，但零件加工需滿足性能要求及不影響扳擰使用，因此確定了零件收口部位工藝要求：收口前尺寸為φ7.55，收口尺寸為φ7，并按自鎖螺母通用規(guī)范和自鎖螺母試驗規(guī)范要求進行了自鎖性能驗證，各項性能試驗滿足設(shè)計圖樣要求。

029根據(jù)試驗結(jié)果也確定了零件收口尺寸，并按自鎖螺母通用規(guī)范和自鎖螺母試驗規(guī)范要求進行了自鎖性能驗證，各項性能試驗滿足設(shè)計圖樣要求，但因零件收口位置為毛坯表面，零件收口尺寸與以往加工的產(chǎn)品收口尺寸公差要求有所不同，此次零件毛坯為同一模具加工，十二角收口處尺寸變化不大，零件收口部位工藝要求：收口前尺寸為7.07min，收口尺寸為φ7，在后續(xù)加工中還需根據(jù)不同毛坯尺寸確定收口量，不斷積累數(shù)據(jù)，確保零件性能滿足設(shè)計要求。

表1 025收口、性能試驗數(shù)據(jù)

表2 029收口、性能試驗數(shù)據(jù)

2.收口夾具設(shè)計及驗證。

自鎖螺母兩點收口方法為我公司成熟工藝，025零件收口不存在技術(shù)難點，完全能滿足加工要求。但029自鎖螺母需在十二角頭毛坯面徑向收口則為我公司首次加工，無可借鑒的產(chǎn)品，通過工藝研究，確定了零件裝夾定位方法及收口夾具形式，采用零件十二角型面定位，在液壓機床上夾具通過錐套、滑塊將軸向力轉(zhuǎn)換為徑向力實現(xiàn)零件徑向三定收口，經(jīng)驗證能滿足零件收口加工需求。

3.組合工藝的確定

805帶墊圈的自鎖螺母組件由025(十二角自鎖螺母)及016(墊圈)組成。

零件組合采用錐面配合，以保證墊圈與自鎖螺母組合后連接可靠，墊圈采用沖壓加工成型，10°（見圖示箭頭處）單件錐面不加工，在組件中收口的工藝，但墊圈加工工藝與設(shè)計要求存在尺寸10°單件保證要求不一致，需與設(shè)計協(xié)調(diào)完善。經(jīng)自制組合加工，加工的零件滿足設(shè)計要求。

4.扭力試驗工裝的設(shè)計

自鎖螺母試驗工序按自鎖螺母試驗規(guī)范要求，對試驗用工裝進行了完善，并結(jié)合試驗規(guī)范，在進行軸向載荷試驗、室溫下15次循環(huán)鎖緊性能試驗、永久變形試驗、振動試驗時均要求試驗用心棒強度等于被試螺母強度等級的要求，對試驗用螺紋心棒的材料、硬度及螺紋尺寸進行了明確。試驗工裝見下圖所示，所設(shè)計的試驗工裝滿足了試驗要求。

5.五次加溫加載后空冷到室溫檢查鎖緊力矩試驗試驗參數(shù)的計算

五次加溫加載后空冷到室溫檢查鎖緊力矩試驗按試驗規(guī)范要求試驗螺母旋入試驗螺栓2倍螺距并滿足最大鎖緊力矩值，擰緊螺母使試驗螺栓伸長△L以施加最大工作載荷，△L值要求精確到±0.001mm?！鱈=σ/E（M+3H/4+Ld32/d2-L）

式中：σ-螺栓的軸向強度，MPa；

M-襯套長度

E-螺栓的彈性模量，MPa

L-螺栓光桿的長度（不包括不完全螺紋），mm

H-被試螺母的總高度，mm

d3-螺栓螺紋小徑最大值，mm

d-被試螺栓桿的實際直徑（在L范圍內(nèi)測量），mm

組合件加載后，在室溫下保持1h，再測量伸長量，必要時，重新調(diào)整伸長量，以保證要求的預(yù)載荷。加熱組合件到產(chǎn)品標準規(guī)定的溫度并保溫到規(guī)定時間，取出組合件，緩慢空冷到室溫，然后清刷螺栓伸出部分螺紋。擰出半圈，卸除軸向載荷，停頓一下之后，自鎖螺母鎖緊裝置與螺栓仍處于全旋合狀態(tài)的情況下，測量螺栓相對于螺母開始松動的最小鎖緊力矩，應(yīng)符合標準的規(guī)定。這種通過拉伸試驗螺栓伸長△L以施加最大工作載荷的方法與以往加工的HB5642標準直接規(guī)定施加載荷量不同，需工藝根據(jù)實際工裝尺寸精確計算。

四、結(jié)論

通過合理的安排工藝路線及完善工藝裝備，同時與各位專家、操作者的共同努力、按現(xiàn)行工藝規(guī)程加工能滿足產(chǎn)品加工需求，所加工的產(chǎn)品滿足設(shè)計圖樣要求,各項性能試驗符合技術(shù)條件要求。同時填補了我公司加工高強度（GH738）材料自鎖螺母及十二角型面自鎖螺母三點收口的空白，為后續(xù)該類型零件加工積累了加工經(jīng)驗。