王利強(qiáng)

高鎖螺母與普通螺母的主要區(qū)別是高鎖螺母安裝后可以獲得規(guī)定的鎖緊力矩與松脫力矩，而在使用過程中不易松動(dòng)和脫落，具有高的安全性。因此，高鎖螺母廣泛用于航空航天產(chǎn)品。高鎖螺母預(yù)期的鎖緊力矩和松脫力矩是通過收口工序獲得的。因此，收口工序是高鎖螺母必須進(jìn)行的一道工序。收口工序在專用收口機(jī)上進(jìn)行。

圖1是收口機(jī)的工作面板，收口機(jī)工作時(shí)滑動(dòng)錐套沿垂直于工作臺(tái)面向上滑移，從而推動(dòng)壓頭向工件中心軸線水平前進(jìn)，當(dāng)壓頭擠壓到螺母螺紋所在部位的外圓時(shí)，螺母螺紋發(fā)生變形，使得螺母螺紋與相配合螺栓螺紋裝配時(shí)形成過盈配合從而達(dá)到規(guī)定的鎖緊力矩和松脫力矩，這個(gè)過程稱為收口（見圖2）。收口過程中壓頭擠壓工件時(shí)向前移動(dòng)的速度稱為工進(jìn)速度，壓頭擠壓工件的變形量稱為收口量。

圖3為我公司研制的一款高鎖螺母，該螺母與GJB134.1抗剪型高鎖螺母（見圖4）結(jié)構(gòu)類似。由于該螺母是用于航空產(chǎn)品，眾所周知，航空產(chǎn)品的零件重量越小越好。所以，該螺母設(shè)計(jì)的收口部外圓尺寸遠(yuǎn)小于GJB134.1高鎖螺母，也正是由于這樣的差異，給該螺母制造增添了很大難度，特別是收口工序。

微觀組織連續(xù)性是該螺母必須保證的關(guān)鍵指標(biāo)之一，設(shè)計(jì)要求螺母各部不能出現(xiàn)開裂等微觀組織不連續(xù)性缺陷。參照加工GJB134.1高鎖螺母收口工藝加工完的首批螺母，經(jīng)金相檢驗(yàn)螺母螺紋牙底部有較深裂紋，位置在收口處，很明顯裂紋是由于收口擠壓產(chǎn)生的。經(jīng)分析，導(dǎo)致收口工序產(chǎn)生裂紋的主要原因有以下三個(gè)方面：螺母本身問題，收口參數(shù)不合理，收口壓頭不合理。

圖1 收口機(jī)工作面板

圖2 收口完成的工件

圖3 某型高鎖螺母

圖4 GJB134.1高鎖螺母

螺母本身問題主要體現(xiàn)在螺母收口部位壁厚太薄，收口外圓與螺紋大徑間的厚度最大只有0.75mm，加之材料選用超硬鋁，變形困難，所以收口擠壓很容易產(chǎn)生裂紋。但由于螺母結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計(jì)已定，無法改變。所以，只能從收口工藝出發(fā)研究解決裂紋問題。

收口參數(shù)主要包括快進(jìn)速度、工進(jìn)速度、保壓時(shí)間、收口量等。對(duì)連續(xù)產(chǎn)生影響的主要是工進(jìn)速度和收口量?jī)蓚€(gè)因素。如果工進(jìn)速度設(shè)置過大，由于擠壓時(shí)變形過快，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。收口量過大、擠壓變形過大，也會(huì)導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。收口量主要根據(jù)鎖緊力矩和松脫力矩試驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定，在保證鎖緊力矩和松脫力矩合格前提下，收口量越小，則越不容易產(chǎn)生裂紋。

首批有裂紋的螺母，設(shè)置工進(jìn)速度300μm/s，從鎖緊力矩和松脫力矩試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，收口量也偏大。隨后我們將收口量減小到極限，分別以200μm/s、100μm/s、80μm/s、60μm/s工進(jìn)速度進(jìn)行收口，完工后經(jīng)檢驗(yàn)，螺紋牙底仍有不同程度裂紋，但裂紋深度隨工進(jìn)速度降低而呈減小趨勢(shì)。緊接著我們以20μm/s工進(jìn)速度進(jìn)行試驗(yàn)，由于擠壓時(shí)間過長(zhǎng)，螺紋牙底形成了很多處不規(guī)則的撕裂。通過大量試驗(yàn)，得出了比較合適的工件速度60～80μm/s，但單純改變工進(jìn)速度仍然不能完全避免裂紋的產(chǎn)生。

之前收口使用的均是平頭形收口壓頭（見圖5），其厚度t決定著收口壓印高度，當(dāng)收口壓頭厚度太小時(shí)，由于擠壓受力面積小，螺母收口位置要承受很大剪切力。

圖5 平頭形收口壓頭示意

另外，由于收口變形面積越小，螺母與配合螺栓旋合時(shí)，摩擦面積小，所以需要較大收口量方能達(dá)到規(guī)定鎖緊力矩和松脫力矩，從而對(duì)螺母顯微組織的連續(xù)性產(chǎn)生影響。我們將壓頭厚度從最初P(P為螺紋螺距)分別調(diào)整到1.2P、1.4P、1.5P、1.7P、2P、2.3P、2.5P，并將壓頭各部銳邊倒鈍成圓角過渡進(jìn)行收口試驗(yàn)。

經(jīng)金相檢驗(yàn)，隨著壓頭厚度的增加，裂紋深度逐漸變淺，但收口寬度超過2.3P后，鎖緊力矩變得不穩(wěn)定，根據(jù)試驗(yàn)，壓頭厚度1.7P≤t≤2P比較合適，但仍然不能完全避免裂紋的產(chǎn)生。

通過仔細(xì)分析，我們最終設(shè)計(jì)出了圖6的圓弧形收口壓頭，圓弧形收口壓頭與平頭形收口壓頭相比，優(yōu)點(diǎn)在于圓弧形壓頭與螺母接觸面積增大，受力面積相應(yīng)增加，這樣收口量比平頭要小很多即可達(dá)到規(guī)定的鎖緊力矩和松脫力矩，同時(shí)受力由集中變得均勻分散。采用圓弧形收口壓頭收口后，經(jīng)公司檢測(cè)中心和第三方檢測(cè)中心檢驗(yàn)，均未發(fā)現(xiàn)裂紋等不連續(xù)性缺陷，收口研究取得成功。

圖6 圓弧形收口壓頭示意