一种开槽自锁螺母成形方法及模具设计

简介

张静

摘 要：本论文讲述了一种开槽自锁螺母成形方法及装置的设计思路。通过对零件结构的分析，制定模具设计方案，并对关键件的结构及尺寸做出详细论述。

关键词：开槽自锁螺母；四点均匀收口；斜锲结构；准确定位

1引言

开槽自锁螺母是航空发动机领域常用的零件，螺母自锁端均布开有多处槽，属于带颈收口的类型，主要目的是通过内螺纹变形以产生摩擦力，从而防止螺母因振动产生脱松现象。

现有的螺母收口加工过程通常采用三爪卡盘或液压设备，通过单点挤压收口或对称挤压收口方式对螺母的外圆进行收口加工，以达到螺母多点收口的目的。图1为一种四处开槽自锁螺母的结构示意图。以四点收口为例，即先使产品在一个径向X轴上两点收口（如图2），然后旋转90°，再从另一个垂直的径向Y轴上两点收口，以此达到螺母四点收口的要求。此加工方式操作不便，劳动强度大，且加工出产品四点（多点）收口值不均匀，尺寸稳定性差，且精度较差。

2自锁螺母结构分析

参见图1所示，要满足四段同心圆弧收口尺寸一致，通过模具实现可行性较高。自锁螺母外形尺寸为φ22×7.5（mm），零件尺寸偏小，且径向开槽φ18×3.8（mm），轴向均布开槽四处，这样导致零件加工定位面小，加工定位困难，模具整体结构分布性差。

零件材料为高温合金GH2132，冲压变形过程中其材料变形回弹量未知，这样增加模具设计难度，模具行程难以确定。零件要求收口后，非自锁变形区用通端螺纹塞规拧入非变形螺纹部位不少于2扣，需同时考虑螺纹变形量的控制。

3模具结构分析

螺母自锁端均布开有四处槽，自锁螺母要求收口后内螺纹尺寸为φ12.7mm，可采用挤压内螺纹对应的同心外圆弧（即四處宽8mm±0.2的外圆弧，下文中称为锁紧瓣）来实现收口目的。本零件加工所提供设备为液压机Y41-10A，设备主轴为立式，模具闭合方向即为垂直方向。由图1可知，零件四点收口方向为径向，要将垂直方向动作转换为水平方向，且四个水平动作同步，则选用斜锲结构[ ]最为合适。

可采用螺纹心棒定位零件中心，由于零件内螺纹分为自锁变形区与非自锁变形区，这样既准确定位零件，同时也防止非自锁变形区螺纹变形，螺纹心棒高度控制在3mm以便保证非自锁变形区螺纹至少2扣。

4模具结构

综上所述，模具结构设计如图3。

该收口模具主要由下模板、定位圈、上模板、冲头、定位环等部分组成。

该模具主要通过斜锲形式将轴向运动转换为径向运动，从而实现对产品的冲压收口动作。模具设计两处限位部分：件9为限位套筒，控制上模板下移行程，进而控制件18冲头径向冲压尺寸值，由于零件变形回弹量未知，故可通过调节件9高度来控制冲压值；件19为限位挡销，防止机床卸载后冲头反弹到件10定位环上。

模具总体结构紧凑，整体规格较小，同时受制于冲压设备的自身条件，未设置导柱导套及打杆，考虑到模具上下模对心问题，此处采用均布四处件4角向销以便模具上下定心。如上所述，采用件14螺纹心棒和件16挡圈定位装夹零件，故冲压零件后，只需将螺纹心棒、挡圈、零件一起拿出即可，无需打杆或打板卸料。

模具实现动作的步骤：

1、件16挡圈与件14螺纹心棒组合后（过盈配合），将螺母产品旋入至挡圈，最后将组合体插入下模板中。（件16与件14组合用来控制螺母旋入时螺纹心棒的位置）

2、件5上模板与件18冲头组成斜锲结构；加压，件5下移作用于件18，件18径向运动冲压产品。

3、件2卸料螺钉和件3矩形弹簧组成自动复位机构，上述动作完成后，减压，4处均布冲头自动复位，直至遇到件19挡料销。

5结论

本模具已投入实际生产，经多次试模调试，得到材料变形回弹量为预压值的50%，收口后零件四段同心弧同轴度达到0.02mm，满足零件精度要求，最终加工生产出合格的产品零件。

相比以往的收口方式，此模具实现了产品零件的有效定位，操作方便，满足了收口后产品的精度，调试模具简单，减少劳动强度，为后序加工及试验提供可靠保障。