發動機用帶鍵鎖緊螺套的加工

劉前峰，鄭高峰，王文超，韋波，金宏，劉樂，周為，楊保健，萬志慧

河南航天精工制造有限公司，河南省緊固連接技術重點實驗室 河南信陽 464000

1 序言

鋁鎂合金具有耐腐蝕、比強度高等優點，廣泛用于發動機殼體制造。由于鋁鎂合金材質硬度低，螺紋聯接結構中內螺紋損傷嚴重，因此在聯接結構中，多使用螺紋襯套對內螺紋進行保護。近年來，歐美國家開發出一種在普通螺紋襯套的基礎上，增加了鎖緊防松機構的新型緊固件——帶鍵鎖緊螺套，其內、外螺紋的防松特性，對發動機的可靠服役、延長箱體螺紋壽命具有重要意義。帶鍵鎖緊螺套作為目前一種有效、快捷和經濟的內螺紋增強、修復產品，廣泛應用于鋁鎂合金鑄造箱體的螺紋孔，可明顯提高螺紋聯接的防松性能及結構強度，有效解決了內螺紋強度低、防松性能差以及易損壞的問題。

2 產品結構特點

帶鍵鎖緊螺套如圖1所示，由鎖緊螺套、銷鍵組成。按鎖緊位置可分為中間鎖緊型帶鍵螺套（見圖1a）和端頭鎖緊型帶鍵螺套（見圖1b）。鎖緊螺套如圖2所示，由鎖緊結構，內、外螺紋同心體和鍵槽區組成。外螺紋用于螺套與基體之間的聯接，內螺紋與螺栓、螺釘及螺柱等產品聯接，鍵槽區用于安裝銷鍵。中間鎖緊型螺套結構如圖2a所示，端頭鎖緊型螺套結構如圖2b所示。銷鍵如圖3所示，由鍵舌和鍵柄組成。鍵舌預先裝入螺套鍵槽內，鍵柄外置，裝配時起扳擰作用。螺套旋入基體后，將銷鍵完全錘擊到基體內，銷鍵與基體內螺紋發生干涉，使得螺套牢固地固定在基體螺孔內。其中鍵柄結構設計成“V”形，可容納塑性變形的螺牙屑，有利于裝配。設計時可以根據產品規格大小，調整銷鍵數量。螺套內螺紋與擰入的螺栓等組成具有防松效果的螺紋副，該螺紋副的防松主要來自內螺紋收口，產生塑性變形后，與螺栓等螺紋形成干涉摩擦，產生自鎖。

圖1 帶鍵鎖緊螺套

圖2 鎖緊螺套

圖3 銷鍵

螺套螺紋主要有美制螺紋和MJ螺紋兩種，外螺紋選用精度主要有2A、5h6h或4h6h三種，內螺紋選用精度主要有3B和4H5H兩種。美制螺紋和MJ螺紋通過采用加大螺紋牙底圓弧半徑的方式，提高螺紋的抗疲勞強度，主要用于航空和航天產品。

3 選材及處理

該系列產品選材有高溫合金（A286/YZGH2132）和馬氏體沉淀硬化型不銹鋼（17-4PH）。高溫合金具有良好的抗氧化、抗熱腐蝕和抗疲勞性能，以及優異的高溫強度，可在600～1200℃高溫下保持正常工作。17-4PH馬氏體沉淀硬化型不銹鋼強度高，同時又具有良好的塑性、韌性、耐蝕性和可加工性，可應用于要求具有抗氧化性，耐弱酸、堿和鹽腐蝕且強度高的工況，目前在歐美航空航天領域得到廣泛應用，在國內也得到迅速普及。

產品經熱處理強化后，硬度為36～42HRC。表面處理方式均為鈍化+涂MoS2，在提高產品耐蝕能力的同時，干膜潤滑劑MoS2的使用減少了螺紋副間的摩擦力，降低了安裝時螺紋咬死的機率。

4 技術指標

該系列產品技術指標有鎖緊性能、抗扭試驗、抗拔試驗、抗拉試驗、硬度及冶金特性（含裂紋、折疊和螺紋缺陷等）共六項。

鎖緊性能是檢測產品在反復使用后鎖緊結構防止螺紋聯接松動的能力。抗拉試驗是檢測產品軸向承載能力，在載荷作用下，不應產生斷裂或任何其他破壞。抗拔試驗和抗扭試驗分別檢查產品抵抗從箱體被拔出的力值和抵抗轉動的力矩。

5 加工工藝

（1）外螺紋的加工 螺套外螺紋為滾壓而成。這種加工工藝的好處在于螺紋形成了連續的金屬流線，提高了螺紋的抗拉載荷和疲勞壽命；同時，一次滾壓成形可以很好地保證螺紋精度和表面粗糙度。

（2）內螺紋的加工 螺套內螺紋為絲錐攻制而成。采用專用的工裝夾具，選用氮鋁鈦涂層的先端絲錐攻制內螺紋，保證了內螺紋與外螺紋的同軸度，提高了螺紋的表面質量。

（3）燕尾槽的加工 螺套的燕尾槽采用線切割加工。使用φ0.2mm鉬絲以慢走絲的方式加工，可減少割槽后電流對槽表面的燒蝕；同時為保證槽內的表面粗糙度，線切割后采用專用刀具去除燒蝕層。

6 螺套的安裝

（1）安裝孔的加工 根據螺紋的規格以及箱體材料，確定安裝孔尺寸；按產品圖樣標示的位置，采用鉆孔等方式制出螺紋底孔，注意鉆孔深度，保證攻螺紋后螺紋的有效長度符合要求，然后使用螺旋槽絲錐或擠壓絲錐加工內螺紋。

（2）安裝步驟 帶鍵螺套的安裝過程如圖4所示，具體為：①采用相應規格鉆頭加工底孔。②采用锪鉆進行锪孔。③采用和螺套外螺紋相同規格的螺紋絲錐加工螺紋。④采用專用螺套安裝工具將螺套擰入加工好的箱體螺紋中。⑤將銷鍵錘擊到箱體螺紋孔內。⑥退出安裝工具，螺套安裝完畢。

圖4 帶鍵螺套的安裝過程

7 維修措施

螺套經過反復使用后，螺紋產生磨損，當精度不符合要求時，需要更換已安裝的螺套；或者螺套安裝失敗后，可以使用專用拆解工具進行拆除。螺套的拆解過程如圖5所示，具體為：①用鉆頭除掉銷鍵間的螺套材料。②取出銷鍵。③取出螺套剩余材料（注意不要碰壞基體的螺孔）。④用相同的螺套裝入原來的孔中。

圖5 螺套的拆解過程

8 結束語

帶鍵螺套代替了鎖片與普通螺母的組合，便于安裝且防松性能好，使用壽命長。不僅可簡化發動機的裝配和分解，提高工作可靠性，而且對保證發動機的總體性能起到積極作用。