某型密封托板自锁螺母产业化技术研究

谢松武

【摘要】随着航天航空、高铁及船舶等现代工业的快速发展，军机、民机、高铁、舰船等领域新型号不断投入研制，严酷环境下使用的某型密托板自锁螺母需求量与日俱增，因此该密封托板自锁螺母产业化技术研究刻不容缓，否则难以解决这对旷日持久的供需茅盾。

【关键词】自锁螺母     产业化   技术研究

1、研究背景

目前常用的托板自锁螺母使用环境温度通常在100℃左右，远远不能满足高温环境温度下正常工作的要求，常用的托板自锁螺母在生产、调试及交付使用过程中存在耐高低温性能不足，密封性能差、抗震性和防松效果不好、使用寿命短等缺陷。经过多年研究，某型密封托板自锁螺母最高工作温度可达到300℃，最低工作温度可达到-50℃;工作介质为水、空气、煤油、汽油;工作压力可达2MPa，它具有防松、抗振、密封、耐高低温特性。不失为航空航天、船舶、高铁等行业中工作温差范围大、环境恶劣条件下所需的大量具有高密封性、高锁紧性的一种密封型托板自锁螺母，有望大力推动航空航天、高铁、船舶等领域紧固件技术进步，市场前景看好。这种产品所用到的材料种类多，不但有高温合金、优质钢还要用到塑料橡胶等，因此制作工艺也很复杂。

2、产业化情况

在此之前，我国航空航天、高铁及船舶行业已有密封性托板自锁螺母，但还没有耐高低温范围超过100℃的，尤其高温工作温度从未有能达到300℃的密封性托板自鎖螺母，该产品研制成功后，填补了国内该项产品空白，为国内航空航天、船舶及高铁行业在安装中提供高标准、高性能的高温密封性托板自锁螺母。

产品的研究成功，改善了目前航空航天、高铁及船舶行业装配中自锁螺母耐高低温环境工作性能的不稳定的缺陷和密封性能不佳的弊端，为航空、船舶及高铁业高温密封型托板自锁螺母紧固件的生产提供新的生产技术参考。对于促进航空基础件自主生产有积极影响，社会效益显著。产品销往国内各大飞机、航空发动机、船舶工业集团等国有大中型企业，性能稳定、质量良好、可靠性高，广受业界好评。

3、技术研制内容

3.1产业化中的螺母体收口工艺完善，收口冲力控制在42t±1t之间;优化热处理参数，由淬火变更为热蒸，热蒸温度450℃±10℃;

3.2螺纹切削加工方法研究，新设计凸台模具，保证各分零件装配后的密封性能;

3.3研究工作环境下气密试验稳定的方法，保证密封稳定性，提高生产效率;

3.4产品研究完成了各分零件间的配合密封性能。合理设计各零件的形状与各配合部位之间的尺寸，使产品装配后在不同温度、环境下能长久满足使用和保持良好密封。

3.5建立密封托板自锁螺母生产专线，以实现产品批量生产需要。

4、产品、技术及生产工艺创新情况

4.1、产品情况

这种密封托板自锁螺母最高工作温度可达到300℃，最低工作温度可达-50℃;工作介质为水、空气、煤油、汽油;工作压力可达2atm，它具有防松、抗振、密封、耐高低温特性，一般游动托板自锁螺母工作温度在100℃。其技术创新为解决航空航天、船舶、高铁等行业中工作温差大、环境恶劣条件下所需的大量具有高密封性、高锁紧性的一种密封型托板自锁螺母，推动了国内航空航天、高铁、船舶等领域紧固件技术进步。

4.2技术及生产工艺创新情况

4.2.1研究使项目产品工作温度达到-50℃～+300℃。针对不同工作介质，选择螺母体材料、密封材料，并对镦制、热处理工艺参数进行优化设定和控制，以达到工作温度要求;

4.2.2研究在工作温度下气密试验稳定性的方法。合理设计工装夹具对产品加工和试验进行保障;

4.2.3托板螺母体的制造工艺研究。镦制参数的设定、收口数据的确定、冷压成型过程的弹性控制以及热处理参数及过程控制等。

4.2.4各分零件间的配合密封性能研究。合理设计各零件的形状与各配合面之间的尺寸，使产品装配后在不同温度、环境下能长久满足使用密封压力。

4.2.5工艺路线：备料→冷镦→滚光→退火→磷化处理→精压→清洗→数控车→清洗→切边冲孔→去毛刺→攻丝→数控车→收口→热处理→喷砂→探伤→表面处理→总检→包装入库。

4.2.6关键技术及难点，密封圈、密封垫材料选配：通过选择合理的材料，并进行特殊工艺处理，使其具有优良的弹性和耐磨性，较好的耐老化性，优异的耐高温和耐低温性能，且易于加工。螺母体及密封件创新设计：通过对螺母体凸台式设计，并与密封圈和密封垫的优化配合，使其密封性能更加优越。产品结构及工、模具创新设计：通过对螺母体、密封罩、密封圈和密封垫的优化组合设计，以及收口工装的锥度设计，达到锁紧和密封的稳定性。

5存在问题分析

5.1奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti加工螺母基体研究，1Cr18Ni9Ti不锈钢具有良好的天然防磁性能，非常适合作为螺母基体材料，但是一种难切削材料，相对可切削性约为0.3-0.5之间，其难加工性主要表现在：高温强度和高温硬度高，一般钢材切削时，随着切削温度的升高其强度会明显降低，切屑易被切离，而1Cr18Ni9Ti在加工时不能随着切削温度的升高降低其机械性能，切屑不易切离、卷曲和折断，切屑变形所消耗的功能增多，大部分的热量被刀具吸收，粘附现象严重，致使刀具的温度升高，加剧刀具磨损。

5.2改善螺母体材料及密封材料性能，优化控制冷镦、热处理工艺参数进行优化设定和控制，提高工作温度研究。在使用的过程中，密封材料和螺母体是挤压接触，被挤压的密封材料对螺栓产生一个很大的回弹力，增大了摩擦，这个力使得螺栓不容易松动，保持很好的密封性，实现锁紧的作用。而密封圈和螺栓之间的挤压变形除了与密封材料自身形变量有关系外，还与密封圈和螺母基体之间的尺寸配合有重要关系。若密封圈和基体尺寸间隙过大，在使用中就会导致尼龙圈和螺栓之间的摩擦减小，容易导致松动和泄漏。若间隙过小，不仅会螺栓拧入过程麻烦，而且容易发生撕裂的情况。

5.3在随着温度的升高中，橡胶类密封材料有易脆、易老化的特点，而在生产过程中优化密封圈、垫材料的性能，是项目产品解决耐高低温性能的关键。为此，将在对密封材料进行特殊工艺处理，改变其温度特性;同时优化设计螺母体的热处理工艺参数，提高其密封性能和耐高低温性能。

结束语

密封托板自锁螺母产业化技术研究成功，改善了目前航空航天、高铁及船舶行业装配中自锁螺母耐高低温环境工作性能的不稳定的缺陷和密封性能不佳的弊端，为航空、船舶及高铁业高温密封型托板自锁螺母紧固件的生产提供新的生产技术。对于促进航空基础件自主生产有积极影响，社会效益显著。

参考文献

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