一种高锁紧防裂纹的芯轴及其收口方法
阅读说明：本技术 一种高锁紧防裂纹的芯轴及其收口方法 (High-locking anti-crack mandrel and closing method thereof ) 是由 郭双双 魏亮亮 刘玉生 齐增星 单垄垄 于 2021-08-02 设计创作，主要内容包括：本发明创造提供了一种高锁紧防裂纹的芯轴及其收口方法,包括以下步骤：S1：在螺母内穿入芯轴,芯轴穿入位置应包含住螺母上要收口的位置；S2：使用收口模具对螺母进行收口,螺母收口部位的内螺纹受到收口模和芯轴的挤压,其内螺纹的螺纹牙的形态产生受控变化。本发明创造所述的一种高锁紧防裂纹的芯轴及其收口方法,能够在常温下进行,可产生较高的锁紧力矩,可防止出现裂纹。(The invention provides a high-locking anti-crack mandrel and a closing method thereof, which comprise the following steps: s1: a core shaft penetrates into the nut, and the penetrating position of the core shaft comprises a position to be closed on the nut; s2: and closing the nut by using a closing-up die, wherein the internal thread at the closing-up part of the nut is extruded by a closing-up die and a mandrel, and the shape of the thread teeth of the internal thread is subjected to controlled change. The high-locking anti-crack mandrel and the closing method thereof can be carried out at normal temperature, can generate higher locking torque and can prevent cracks.)
技术领域
本发明创造属于紧固件制造技术领域，尤其是涉及一种高锁紧防裂纹的芯轴及其收口方法。
背景技术
全金属自锁螺母是自带防松效果的螺母，其应用范围和应用量巨大。螺母的锁紧结构种类很多，按其工作原理可分为机械固定的锁紧结构和增大摩擦力的锁紧结构，其中增大摩擦力的锁紧结构根据锁紧原理，又可分为有效力矩型锁紧结构和自由旋转型锁紧结构。有效力矩是指螺纹连接副在不承受轴向载荷的情况下，当平稳旋转螺母时所测得的转动力矩。该力矩有阻抗螺纹连接副之间相对转动的锁紧功能。这种螺母的锁紧性能不完全取决于螺纹连接副的预紧力。如：自锁螺母。有效力矩型自锁螺母可分为全金属自锁螺母和非金属嵌件自锁螺母。全金属自锁螺母的工作原理为：对自锁螺母的锁紧结构进行收压变形，当其锁紧部位的螺纹与螺栓旋合时，受到螺栓螺纹的挤压而恢复原状，从而使螺母产生弹性变形和弹性变形力，由于弹性变形力对螺栓螺纹的干涉作用，产生阻止旋转的摩擦力矩，即自锁螺母的锁紧力矩。
一般为了产生更高的锁紧力矩，需要进行更大量的收口变形，但是，随着收口变形量的加大，内螺纹上出现裂纹的风险也随着增加。保证足够锁紧力矩的同时保证内螺纹无裂纹，难度非常大。常用的改进方法是加热收口，通过加热螺母提升塑性，于是降低了裂纹出现的风险。但加热带来了加热方式、加热转移、温度控制、螺母材质受热影响、螺母表面受热影响、收口模热胀冷缩尺寸变化、收口模受热工作寿命、受热防护等一系列难题。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种高锁紧防裂纹的芯轴及其收口方法，本该方法是在常温下进行，可产生较高的锁紧力矩，可防止出现裂纹。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种用于螺母收口的芯轴，芯轴的外壁上设有外螺纹，所述外螺纹的牙型角、中径、小径和螺距等于螺母内螺纹所对应螺栓外螺纹的牙型角、中径、小径和螺距，所述外螺纹的大径小于螺母内螺纹所对应螺栓外螺纹的大径。
所述芯轴外螺纹的大径范围为：d2-(d1-d3)/4≤d≤d2+(d1-d3)/4；
螺母内螺纹对应的螺栓外螺纹的大径是d1；
螺母内螺纹对应的螺栓外螺纹的中径是d2；
螺母内螺文对应的螺栓外螺纹的小径是d3；
芯轴外螺纹的大径是d。
进一步的，所述芯轴内螺纹的大径处为平面或曲面。
进一步的，所述轴芯为固定实体结构。
进一步的，所述轴芯为可胀缩的分体结构，轴芯包括固定轴、螺纹芯轴内芯、若干个螺纹芯轴多瓣外壳，螺纹芯轴内芯设置在固定轴内，若干个螺纹芯轴多瓣外壳沿圆周设置在固定轴的一端，若干个螺纹芯轴多瓣外壳的内侧壁设置在缝隙的圆周上，芯轴的外壁上的外螺纹位于螺纹芯轴多瓣外壳的外壁上，固定轴上设有与缝隙同轴的通孔，通孔的直径至少为螺纹芯轴内芯的直径，缝隙的直径小于通孔的直径。
进一步的，所述螺纹芯轴内芯的一端为圆锥形，所述固定轴的通孔与缝隙连接处设有变径过渡段。
进一步的，所述轴芯的材质为柔性材料或弹性材料，如铍铜，镍钛合金，弹簧钢，橡胶，乳胶，螺纹芯轴多瓣外壳的材质为为金属材料。
一种高锁紧防裂纹的芯轴及其收口方法，包括如下步骤：
S1：在螺母内穿入芯轴，芯轴穿入位置应包含住螺母上要收口的位置；
S2：使用收口模具对螺母进行收口，螺母收口部位的内螺纹受到收口模和芯轴的挤压，其内螺纹的螺纹牙的形态产生受控变化。
进一步的，所述轴芯为固定实体结构，轴芯在S1和将芯轴卸出中直接通过螺纹旋合穿入和卸出螺母。
进一步的，所述轴芯为可胀缩的分体结构，在S1和将芯轴卸出中直接通过螺纹旋合穿入，在S1中通过将螺纹芯轴内芯插入到螺纹芯轴多瓣外壳的缝隙内，将螺纹芯轴内芯从螺纹芯轴多瓣外壳内拔出后，螺纹芯轴多瓣外壳的外螺纹的中径和小径会缩小。
进一步的，所述的芯轴多瓣外壳的瓣数等于S2中收口模头数，所述S2中收口模的收压位置应在螺纹芯轴多瓣外壳的中间位置上，不能位于收口模在螺纹芯轴多瓣外壳的边缘位置，且不能位于收压在螺纹芯轴多瓣外壳之间的缝隙上。
相对于现有技术，本发明创造所述的一种高锁紧防裂纹的芯轴及其收口方法具有以下有益效果：
本发明的一种高锁紧防裂纹的芯轴及其收口方法，能够在常温下，以较小的收口变形量，产生较大的锁紧力矩，且不出现裂纹等缺陷，使用可胀缩的分体结构的螺纹，在螺纹旋合穿入和卸出螺母的过程时，可以通过螺纹芯轴多瓣外壳中径和小径的胀缩获得更多的便利，便于拆卸。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1是尚未进行收口变形的一种自锁螺母的示意图；
图2是将图1所示螺母用传统方式收口后得到的收口效果示意图；
图3是图2收口部位内螺纹出现裂纹的显微照片；
图4是本发明的一种固定实体结构的芯轴的示意图；
图5是将本发明的芯轴穿入螺母后的螺纹示意图；
图6是将图1所示螺母采用本发明的方法做收口后的效果示意图；
图7是图6收口部位内螺纹的显微照片；
图8是本发明的一种可胀缩的分体结构的芯轴内芯拔出状态的示意图；
图9是本发明的一种可胀缩的分体结构的芯轴内芯塞入状态的示意图。
附图说明
1-位置一；2-位置二；3-空隙；4-位置三；5-螺纹芯轴多瓣外壳；6-缝隙。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，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创造和简化描述，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创造的限制。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。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，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创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
一种高锁紧防裂纹的收口方法，分为三个步骤：步骤一、在螺母内穿入芯轴，芯轴穿入位置应包含住螺母上要收口的位置；步骤二、使用收口模具对螺母进行收口，螺母收口部位的内螺纹受到收口模和芯轴的挤压，其螺纹牙的形态产生受控变化；步骤三、将芯轴卸出。其中步骤三可选择不进行。
上述螺母指的是要进行收口变形，但尚未进行收口变形的自锁螺母，其包含内螺纹结构。
上述芯轴，指的是带有特制外螺纹的芯轴，该芯轴可通过其特制的外螺纹与尚未收口的螺母进行自由旋合来拧入拧出。该特制外螺纹的牙型是在螺母内螺纹所对应的螺栓外螺纹基础上，进行修改后获得。该特制外螺纹的牙型角、中径、小径和螺距等于螺母内螺纹所对应螺栓外螺纹的牙型角、中径、小径和螺距。该特制外螺纹的大径小于螺母内螺纹所对应螺栓外螺纹的大径，约等于螺母内螺纹所对应螺栓外螺纹的中径，该特制外螺纹的大径处可以是平的，也可以有一定的翘曲。特制外螺纹的牙型如此设计，使得芯轴拧入螺母后，在芯轴的外螺纹大径和螺母的内螺纹大径之间出现特定形态特定体积的空间。该空间的作用是，在上述步骤二中，让受到挤压的内螺纹变形流动到该特定空间内，从而使得内螺纹牙的形态产生特定的变化。当螺母收口位置内螺纹牙的形态产生上述特定变化后，螺母同螺栓之间的螺纹副由整体的间隙配合变成了局部干涉配合，通过本方法可在收口量较小时，便产生足够大的锁紧力矩。在上述步骤二中，螺母受挤压后，其变形空间受控，不易产生裂纹。
上述芯轴的螺纹部位的结构分为两种。第一种是固定实体结构的螺纹，即为在实体圆柱上制作有特制外螺纹。第一种结构的螺纹芯轴在上述收口步骤一和步骤三中直接通过螺纹旋合穿入和卸出螺母。第二种是可胀缩的分体结构的螺纹，分体结构螺纹主要由两部分结构组成，分别是螺纹芯轴多瓣外壳和螺纹芯轴内芯，将螺纹芯轴内芯塞入螺纹芯轴多瓣外壳内，可以使得螺纹芯轴多瓣外壳膨胀，膨胀后的螺纹中径和小径等于螺母内螺纹所对应外螺纹的中径和小径，将螺纹芯轴内芯从螺纹芯轴多瓣外壳内拔出后，螺纹芯轴多瓣外壳的中径和小径会缩小。第二种结构的螺纹芯轴在上述收口步骤一和步骤三中，在螺纹旋合穿入和卸出螺母的过程时，可以通过螺纹芯轴多瓣外壳中径和小径的胀缩获得更多的便利。螺纹芯轴多瓣外壳的瓣数等于步骤二收口压头数，在步骤二收口时，收口压头的收压位置应在螺纹芯轴多瓣外壳实体的中间位置上，而不能收压在外壳的边缘位置，不能收压在外壳之间的缝隙上。
实施例一
图4中实线所示即为本发明的一种固定实体结构的芯轴的示意图。该芯轴带有特制外螺纹，该特制外螺纹的牙型是在螺母内螺纹所对应的螺栓外螺纹基础上，进行修改后获得。该特制外螺纹的牙型角、中径、小径和螺距等于螺母内螺纹所对应螺栓外螺纹的牙型角、中径、小径和螺距。该特制外螺纹的大径小于螺母内螺纹所对应螺栓外螺纹的大径，约等于螺母内螺纹所对应螺栓外螺纹的中径。图4中虚线所示即为本发明的芯轴外螺纹同螺母所对应螺栓外螺纹的不同之处。
使用本发明的三个步骤对图1所示螺母进行收口：步骤一、在螺母内通过螺纹旋合将图4所示芯轴穿入至图5所示，这时芯轴穿入位置已包含住螺母上要收口的位置，在芯轴的外螺纹大径和螺母的内螺纹大径之间出现特定形态特定体积的空隙3；步骤二、使用收口模具对螺母进行收口，本实施例中采用本发明的收口量仅为传统方法收口量的三分之一，收口时，螺母收口部位的内螺纹受到收口模和芯轴的挤压，于是内螺纹金属实体向上述的空隙3内变形流动，如图6中位置三4所示；步骤三、将芯轴旋转卸出，获得了产品标准要求的锁紧力矩且无裂纹的自锁螺母。其收口部位内螺纹的显微金相照片如图7所示。
实施例二
图8是本发明的一种可胀缩的分体结构的芯轴内芯拔出状态的示意图，图9是本发明的一种可胀缩的分体结构的芯轴内芯塞入状态的示意图，本实施例中螺纹芯轴多瓣外壳的瓣数是三。使用该芯轴对螺母收口分为三个步骤：步骤一、在螺母内穿入图8所示芯轴，芯轴穿入位置应包含住螺母上要收口的位置，然后将内芯塞入芯轴使得芯轴变成图9所示状态，或者先让芯轴变成图9状态后将芯轴旋入螺母中；步骤二、使用收口模具对螺母进行收口，收口位置应对应芯轴的螺纹芯轴多瓣外壳5的中间位置，而不能对应螺纹芯轴多瓣外壳5的边缘位置且不能对应缝隙6，螺母收口部位的内螺纹受到收口模和芯轴的挤压，其螺纹牙的形态产生受控变化；步骤三、将内芯从芯轴内拔出，使得芯轴变成图8所示状态，然后将芯轴从螺母内卸出。
对比例1
图1是尚未进行收口变形的一种自锁螺母，用传统方式对其进行三点收口后得到的收口效果如图2所示，图中位置一1所示即为收口留下的外表面压痕，在相对应的位置二2处内螺纹也发生了变形，为了达到产品标准要求的锁紧力矩，需要收口变形量足够大。
表1实施例1、实施例2、对比例1的收口量和锁紧力矩
实施例1
实施例2
对比例1
收口量
0.1mm
0.1mm
0.3mm
锁紧力矩
3.2Nm
3.1Nm
3Nm
通过表1能够看出，实施例1和实施例2的收口量为0.1，对比例1的收口量为0.3，实施例1的锁紧力矩为3.2Nm，实施例2的锁紧力矩为3.1Nm，对比例1的锁紧力矩为3Nm，能够在常温下，以较小的收口变形量，产生较大的锁紧力矩，从图2的位置二2处能够看出对比例2中的内螺纹发生了变形，从图6中能够看出实施例1中的内螺纹发生的型变量小。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
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