專利名稱：螺栓及螺栓的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種螺栓及該螺栓的制造方法，該螺栓對(duì)于在外螺紋上產(chǎn)生 重復(fù)應(yīng)力的部位而使用的螺栓有效。
背景技術(shù)：
作為在外螺紋上產(chǎn)生重復(fù)應(yīng)力的部位而使用的螺栓，例如，有燃?xì)廨啓C(jī)
的轉(zhuǎn)子主軸螺栓或發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱的雙頭螺栓等。下面，參照?qǐng)D10及圖11說(shuō)
明燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子主軸螺栓。
圖10中，符號(hào)"100"是燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子。所述轉(zhuǎn)子100包括 通過(guò)轉(zhuǎn)子主軸螺栓(燃?xì)廨啓C(jī)用緊固螺栓)即螺栓101及螺母102緊固的多 個(gè)盤103、固定于所述多張盤103的動(dòng)翼104。另外，所述多張盤103通過(guò)大 致等間隔配置于圓周方向的多根所述螺栓101及多個(gè)所述螺母102緊固。
在所述轉(zhuǎn)子100中，伴隨燃?xì)廨啓C(jī)的起動(dòng)或停止產(chǎn)生熱伸縮差，另外， 由于推力、離心力或自重彎曲狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)等而增加變動(dòng)負(fù)荷，從而產(chǎn)生伸 縮，因此，所述螺栓101及所述螺母102的緊固力發(fā)生變化。因此，如圖11 所示，在所述螺栓101的外螺紋和所述螺母102的內(nèi)螺紋的嚙合部即螺紋嚙 合部105負(fù)載變動(dòng)應(yīng)力(拉伸應(yīng)力或彎曲應(yīng)力)。而且，在所述螺紋嚙合部105 負(fù)載變動(dòng)應(yīng)力時(shí)，在所述螺紋嚙合部105容易引起磨損和疲勞損傷。于是， 需要改善所述螺紋嚙合部105、尤其是所述螺栓101的外螺紋的疲勞強(qiáng)度(尤 其是，磨蝕(微振磨損)疲勞強(qiáng)度)。
以往就有改善螺紋緊固構(gòu)件(例如，螺栓及螺母、雙頭螺栓等)的疲勞 強(qiáng)度的技術(shù)(例如，專利文獻(xiàn)l、專利文獻(xiàn)2)。下面，對(duì)現(xiàn)有的螺紋緊固構(gòu) 件的螺栓進(jìn)行說(shuō)明?，F(xiàn)有的螺紋緊固構(gòu)件的螺栓是將與內(nèi)螺紋嵌合的外螺紋 向拉伸方向整形成為尖細(xì)的形狀(專利文獻(xiàn)l)。另外，使螺栓頭下圓角部形 成制品螺栓頭下圓角部曲率半徑的1.2-3.0倍范圍的螺4全，對(duì)該螺栓頭下圓 角部實(shí)施冷軋加工，整形加工成規(guī)定的曲率半徑(專利文獻(xiàn)2)。
但是，前者(專利文獻(xiàn)l)中，將外螺紋沿拉伸方向整形成尖細(xì)形狀且使
作用在外螺紋的拉伸應(yīng)力均勻化，不能提高外螺紋的表面硬度且不會(huì)對(duì)外螺 紋施加壓縮殘留應(yīng)力。因此，前者在改善外螺紋的疲勞強(qiáng)度方面有一定限度。 另外，后者(專利文獻(xiàn)2)中，對(duì)螺栓頭下圓角部實(shí)施冷軋加工而提高螺栓頭 下圓角部的表面硬度且對(duì)螺栓頭下圓角部施加壓縮殘留應(yīng)力，但是，不能提 高外螺紋的表面硬度且不會(huì)對(duì)外螺紋施加壓縮殘留應(yīng)力。因此，后者也和前 者同樣，在改善外螺紋的疲勞強(qiáng)度方面有一定限度。
專利文獻(xiàn)1:(日本)特公昭56-53651號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:(日本)特開平7-180714號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
該發(fā)明要解決的問(wèn)題在于，解決現(xiàn)有的螺紋緊固構(gòu)件的螺栓中改善外螺 紋的疲勞強(qiáng)度有一定限度的問(wèn)題。
該發(fā)明(權(quán)利要求1 )其特征在于，在螺栓的至少外螺紋的表面設(shè)置表面 硬度提高且被施加了壓縮殘留應(yīng)力的表面硬化部。
另外，該發(fā)明(權(quán)利要求2)其特征在于，表面硬化部通過(guò)使能通過(guò)篩孔 尺寸為#150的篩孔的粒徑以下的粒子與螺栓的至少外螺紋的表面碰撞的加工 處理而設(shè)置。
另外，該發(fā)明(權(quán)利要求3)其特征在于，包括形成螺栓的外螺紋的切 削加工工序；至少在螺栓的外螺纟丈的表面設(shè)置表面硬度提高且被施加了壓縮 殘留應(yīng)力的表面硬化部的加工處理工序。
再另外，該發(fā)明(權(quán)利要求4)其特征在于，至少在螺栓的外螺紋的表 面設(shè)置表面硬化部的加工處理為，使能通過(guò)篩孔尺寸為#150的篩孔的粒徑以 下的粒子與螺栓的至少外螺紋的表面碰撞的加工處理。
該發(fā)明(權(quán)利要求1 )的螺栓中，通過(guò)至少在外螺紋的表面設(shè)置的表面硬 化部，提高外螺紋的表面硬度，且在外螺紋額表面施加壓縮殘留應(yīng)力。因此， 該發(fā)明(權(quán)利要求l)的螺栓能夠改善外螺紋的疲勞強(qiáng)度，因此，對(duì)于使用于 外螺紋上產(chǎn)生重復(fù)應(yīng)力的部位有效。
另外，該發(fā)明(權(quán)利要求2)的螺栓中，使能通過(guò)篩孔尺寸為#150的 篩孔的粒徑以下的粒子與至少外螺紋的表面碰撞，在外螺紋的表面加工處理 表面硬化部。因此，該發(fā)明(權(quán)利要求2)的螺栓可提高外螺紋的表面硬度，
且在外螺紋的表面施加壓縮殘留應(yīng)力，另一方面，外螺紋的表面粗糙度不會(huì) 對(duì)外螺紋的疲勞強(qiáng)度改善造成影響。其結(jié)果是，該發(fā)明(權(quán)利要求2)的螺栓 能夠可靠地改善外螺紋的疲勞強(qiáng)度。
另外，該發(fā)明(權(quán)利要求3)的螺栓的制造方法中，在切削加工工序形成 的外螺紋的表面用加工處理工序設(shè)置有表面硬化部，因此，通過(guò)該表面硬化 部可提高外螺紋的表面硬度，且在外螺紋的表面施加壓縮殘留應(yīng)力。因此，
該發(fā)明(權(quán)利要求3)的螺栓的制造方法能夠改善外螺紋的疲勞強(qiáng)度，因此，
能夠制造對(duì)于在外螺紋上產(chǎn)生重復(fù)應(yīng)力的部位而有效使用螺栓。
另外，該發(fā)明(權(quán)利要求4)的螺栓的制造方法中，使能通過(guò)篩孔尺寸 為#150的篩孔的粒徑以下的粒與至少外螺紋的表面碰撞，在外螺紋的表面加 工處理表面硬化部。因此，該發(fā)明(權(quán)利要求4)的螺栓的制造方法可提高外 螺紋的表面硬度，且在外螺紋的表面施加壓縮殘留應(yīng)力，另一方面，由于外 螺紋的表面粗糙度不會(huì)對(duì)外螺紋的疲勞強(qiáng)度改善造成影響。其結(jié)果是，該發(fā) 明(權(quán)利要求4 )的螺栓的制造方法能夠制造可以確實(shí)地改善外螺紋的疲勞強(qiáng) 度的螺栓。


圖1 (A) (B)是表示該發(fā)明螺栓的一實(shí)施例的局部放大剖面圖； 圖2 (A) (B)是表示該發(fā)明螺栓的制造方法的一實(shí)施例的說(shuō)明圖； 圖3是表示使用了耐疲勞強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn)裝置的耐疲勞強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn)的狀 態(tài)的說(shuō)明圖4是表示使用了現(xiàn)有的產(chǎn)品和本發(fā)明的產(chǎn)品1的耐疲勞強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn) 裝置的耐疲勞強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn)的結(jié)果的說(shuō)明圖5是表示粒徑的大小對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響的說(shuō)明圖6是表示照射次數(shù)對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響的說(shuō)明圖7是表示照射距離對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響的說(shuō)明圖8 (A) ~ (B)是表示螺母的制造方法的一實(shí)施例的說(shuō)明圖9是表示使用了螺母的試驗(yàn)片的磨蝕疲勞試驗(yàn)(微振磨損疲勞試驗(yàn)) 的實(shí)施結(jié)果的說(shuō)明圖10是表示作為燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子主軸螺栓使用的現(xiàn)有的螺栓的說(shuō)明圖11是表示螺紋的嚙合部分的局部放大的剖面圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明
1、 螺栓
10、 外螺紋
11、 表面石更化部
12、 外螺紋的表面
13、 噴槍
2、 螺母
20、 內(nèi)螺紋
21、 表面軟質(zhì)皮膜部
22、 內(nèi)螺紋的表面
3、 耐疲勞強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn)裝置
30、 臺(tái)座
31、 橫孔
32、 縱孔
33、 壓棒
34、 應(yīng)力測(cè)定器
35、 試驗(yàn)部分
d、外螺紋的有效直徑
D、完成品的內(nèi)螺紋的有效直徑
D0、母材的內(nèi)螺紋的有效直徑
T、表面軟質(zhì)皮膜部的厚度
Tl、外螺紋的表面粗糙度的最大值
T2、內(nèi)螺紋的表面粗糙度的最大值
S、螺栓螺紋齒周速度
V、噴槍移動(dòng)速度
L、照射距離
P、噴射材料供給壓力
100、 轉(zhuǎn)子
101、 螺栓
102、 螺母
103、 盤
104、 動(dòng)翼
105、 螺紋嚙合部
具體實(shí)施例方式
下面，基于圖1~圖7詳細(xì)說(shuō)明該發(fā)明的螺栓的實(shí)施例中之一例及該發(fā)明 的螺栓制造方法的實(shí)施例中之一例。另外，該發(fā)明不限于該實(shí)施例。圖1(A) 是表示螺母的內(nèi)螺紋的結(jié)構(gòu)的局部放大剖面圖，圖1 (B)是表示該實(shí)施例的 螺栓的外螺紋的結(jié)構(gòu)的局部放大剖面圖。圖2 (A)是表示該實(shí)施例的螺栓的 制造方法的表面硬化部的加工處理工序的一例的說(shuō)明圖，圖2 (B)是表示表 面硬化部的加工處理的一條件的說(shuō)明圖。
實(shí)施例
首先，對(duì)該發(fā)明的螺栓的一實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。圖1 ( B )中，符號(hào)1是該 實(shí)施例的螺栓。所述螺栓1例如由鎳系超合金構(gòu)成。例如，作為所述螺栓l, 除鎳系超合金之外，例如也可以由鐵、低合金鋼、不銹鋼、其它超合金構(gòu)成。 另外，所述螺栓1通過(guò)切削加工構(gòu)成頭部、軸部、螺紋部。在所述螺紋部的 外面，通過(guò)切削加工形成有效直徑為d的外螺紋10。而且，至少在所述螺栓 1的外螺紋10的表面設(shè)置有表面硬度提高且被施加了壓縮殘留應(yīng)力的表面硬 化部11。
所述表面硬化部11是^(吏能通過(guò)篩孔尺寸為#150即篩眼為lOO)imx 100 jum的篩孔的粒徑以下的粒子與所述螺栓1的至少外螺紋IO的表面碰撞的加 工處理、例如通過(guò)噴丸(、>3 、乂卜7、、，7卜)和噴丸硬化(、>3 、乂卜匕。一二 乂夕、、)等而設(shè)置。
下面，參照?qǐng)D2 (A)及(B)對(duì)該發(fā)明落栓的制造方法的一實(shí)施例進(jìn)行 說(shuō)明。首先，在切削加工工序中，構(gòu)成螺栓l的頭部、軸部和螺紋部，且在 螺紋部的外面形成有效直徑為d的外螺紋10。接著，在加工處理工序中，至 少在螺栓1的外螺纟文10的表面設(shè)置表面硬度提高且被施加了壓縮殘留應(yīng)力的 表面^更化部11。
所述加工處理工序是，通過(guò)使能通過(guò)篩孔尺寸為#150即篩眼為100mm x 100pm的篩孔的粒徑以下的粒與所述螺栓1的至少外螺紋10的表面碰撞 的加工處理的工序、例如通過(guò)噴丸和噴丸硬化等而進(jìn)^^的加工處理的工序。
所述加工處理工序是在圖2 (A)及(B)所示的條件下對(duì)表面硬化部11
進(jìn)行加工處理。即，使螺栓1的外螺紋10圍繞螺栓1的軸心旋轉(zhuǎn)的速度即螺
栓螺紋齒周速度(S )為80mm/s、使噴槍13相對(duì)于螺栓1的軸心平行移動(dòng)的 速度即噴槍移動(dòng)速度(V)為8mm/s、從噴槍13到螺栓1的外螺紋10的距離 即照射距離(L)為500mm、使來(lái)自噴槍13的噴射材料與螺栓1的外螺紋10 碰撞的力即噴射材料供給壓力(P)為0.55Mpa、來(lái)自噴槍13與螺栓1的外 螺紋10碰撞的噴射材料的粒徑為能通過(guò)篩孔尺寸為#150 (篩眼為lOOjumx 100 Mm)的篩孔的粒徑以下。
該實(shí)施例的螺栓1及通過(guò)該實(shí)施例的螺栓制造方法制造的螺栓1,例如可 以作為圖10所示的燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子主軸螺栓或發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱的雙頭螺栓使 用。即，該實(shí)施例的螺栓1及通過(guò)該實(shí)施例的螺栓制造方法制造的螺栓1作 為在外螺紋10上產(chǎn)生重復(fù)應(yīng)力的部位而使用的螺栓是有效的。
下面，基于使用了圖3所示的耐疲勞強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn)裝置3的耐疲勞強(qiáng)度 驗(yàn)證試驗(yàn)，對(duì)該實(shí)施例的螺栓1及通過(guò)該實(shí)施例的螺栓制造方法制造的螺栓1 的有效性進(jìn)行說(shuō)明。
在所述耐疲勞強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn)裝置3的臺(tái)座30的橫孔31中插通試驗(yàn)用的 螺栓1。在所述螺栓1的一端或兩端緊固螺母2，將所述螺栓1以規(guī)定的拉伸 負(fù)荷固定在所述臺(tái)座30上。另外，在所述臺(tái)座30的豎孔32內(nèi)插通壓棒33 與所述螺栓l接觸。另外，在所述螺栓1上將應(yīng)力測(cè)定器34設(shè)置于試驗(yàn)部分 35的附近。所述應(yīng)力測(cè)定器34是用于判斷所述試驗(yàn)部分35是否產(chǎn)生裂紋的 測(cè)定器，測(cè)定值急劇變化時(shí)表示所述試驗(yàn)部分35產(chǎn)生了裂紋。而且，在室溫 大氣中的試驗(yàn)環(huán)境下，用所述壓棒33給所述螺栓1施加規(guī)定的重復(fù)彎曲載荷， 進(jìn)行所述螺栓1的試驗(yàn)部分35 (螺栓1的齒面和螺紋底)的疲勞試驗(yàn)。另外， 所述規(guī)定的拉伸載荷是所述螺栓1塑性變形的載荷的約三分之二的載荷，另 外，規(guī)定的重復(fù)彎曲載荷是所述螺栓1塑性變形的載荷的約2~2.5%的載荷。
圖4表示使用了所述耐疲勞強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn)裝置3的耐疲勞強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn) 的結(jié)果。另外，圖4的縱軸表示通過(guò)所述壓棒33施加螺栓規(guī)定的重復(fù)彎曲載 荷的次數(shù)。如圖4所示，現(xiàn)有品(現(xiàn)有的螺栓)在規(guī)定的重復(fù)彎曲載荷的次 數(shù)約6.3xlC)S時(shí)，在所述試驗(yàn)部分產(chǎn)生了裂紋。與之相對(duì)，本發(fā)明制品l(該 實(shí)施例的螺栓1及通過(guò)該實(shí)施例的螺栓制造方法制造的螺栓1 )，規(guī)定的重復(fù) 彎曲載荷的次數(shù)超過(guò)約1.2x 107時(shí)，在所述試驗(yàn)部分35沒有產(chǎn)生裂紋。即， 本發(fā)明制品1與現(xiàn)有品比較能夠得到約兩倍以上的疲勞強(qiáng)度。順便說(shuō)一下，
使用了試驗(yàn)片的磨蝕疲勞試驗(yàn)(微振磨蝕疲勞試驗(yàn))，即，將移動(dòng)試驗(yàn)片用接 觸片以一定的面壓力的方式夾持、施加局部的應(yīng)力振幅的試驗(yàn)實(shí)施的結(jié)果， 本發(fā)明制品1的試驗(yàn)片和現(xiàn)有品的試驗(yàn)片比較可以得到約IO倍以上的疲勞強(qiáng)度。
由以上表明，該實(shí)施例的螺栓1及通過(guò)該實(shí)施例的螺栓制造方法制造的
螺栓1和現(xiàn)有的螺栓比較可以得到約2倍以上的疲勞強(qiáng)度，因此，作為如圖 10所示的燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子主軸螺栓或發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱的雙頭螺栓等，作為在外 螺紋10上產(chǎn)生重復(fù)應(yīng)力的部位而使用的螺栓是有效的。
在此，在該實(shí)施例的螺栓1及該實(shí)施例的螺栓的制造方法中，使粒子(噴 射材料)與至少外螺紋10的表面碰撞，至少在外螺紋10的表面通過(guò)加工處 理設(shè)置表面硬度提高且被施加了壓縮殘留應(yīng)力的表面硬化部11。在通過(guò)所述 加工處理設(shè)置所述表面硬化部11時(shí)，至少最重要的因素是與外螺紋10的表
面碰撞的粒子(噴射材料)的粒徑。
即，在該實(shí)施例的螺栓1及該實(shí)施例的螺栓的制造方法中，為提高疲勞
強(qiáng)度而至少以外螺紋10的表面的"硬度提高，，和"壓縮殘留應(yīng)力的施加"作 為目的。但是，至少利用與外螺紋10的表面碰撞的粒子的粒徑，至少使外螺 紋10的表面的"粗糙度"變化，對(duì)螺紋底的疲勞強(qiáng)度造成大的影響。
下面，參照?qǐng)D5說(shuō)明粒徑的大小對(duì)疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生的影響。如圖5所示， 所謂至少外螺紋10的表面的"表面硬度提高，，和"壓縮殘留應(yīng)力的施加，，不 受粒徑的大小的影響。另一方面，至少外螺紋10的表面的"表面粗糙度"受 粒徑大小的影響。即，在篩孔尺寸為#46 (篩眼為355limx 355)am、即噴射 材^f"粒徑的標(biāo)準(zhǔn))、篩孔尺寸為#80(篩眼為180jumx 180um、即噴射材^f粒 徑的標(biāo)準(zhǔn))、篩孔尺寸為#100 (篩眼為150jamx 150|am、即噴射材料粒徑的 標(biāo)準(zhǔn))的粒徑的場(chǎng)合，至少外螺紋10的表面的"表面粗糙度"變大，螺紋底 的疲勞強(qiáng)度和圖4所示的現(xiàn)有品沒有顯著不同。另一方面，在篩孔尺寸為#150 (篩眼為100pmx lOO)im、即噴射材料粒徑的標(biāo)準(zhǔn))、篩孔尺寸為#360 (篩 目艮為70jamx 70jum、即噴射材料粒徑的標(biāo)準(zhǔn))的粒徑的場(chǎng)合，至少外螺紋 IO的表面的"表面粗糙度，，變小，能夠得到和圖4所示的本發(fā)明制品1大致 同樣的螺紋底的疲勞強(qiáng)度。
這樣，在該實(shí)施例的螺栓1及該實(shí)施例的螺栓的制造方法中，使能通過(guò) 篩孔尺寸為#150 (篩眼為100Mmx 100)am)的篩孔的粒徑以下，優(yōu)選篩孔尺
寸為#150 (篩眼為100Mmx 100jum、即噴射材料粒徑的標(biāo)準(zhǔn))、篩孔尺寸為 #360 (篩眼為70 jum x 70 M m、即噴射材料粒徑的標(biāo)準(zhǔn))的粒徑的噴射材料至 少與外螺紋IO碰撞。
其次，作為由噴射材料進(jìn)行的加工處理的條件，作為噴射材料的粒徑以 下的重要的因素，具有噴射材料的照射次數(shù)及從噴槍到外螺紋的照射距離 (L)。下面，參照?qǐng)D6及圖7說(shuō)明噴射材料對(duì)螺栓1的外螺紋10的照射次數(shù) 及從噴槍到外螺紋的照射距離(L)對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。
圖6表示噴射材料的照射次數(shù)和殘留應(yīng)力及表面粗糙度的關(guān)系。橫軸表 示照射次數(shù)，左側(cè)縱軸表示壓縮殘留應(yīng)力，右側(cè)縱軸表示外螺紋表面的表面 粗糙度(Rmax)。壓縮殘留應(yīng)力表示越向縱軸上方越大，越向縱軸下方越小。
圖6表示以圖2(B)所示的條件，用噴射材料的粒徑篩孔尺寸為#150、 改變照射次數(shù)進(jìn)行加工處理的結(jié)果。在該條件下，用照射次數(shù)為4次的條件 得到的螺栓能夠得到和圖4表示的本發(fā)明制品1同樣的疲勞強(qiáng)度。作為基準(zhǔn) 值選擇該場(chǎng)合的壓縮殘留應(yīng)力及表面粗糙度?？v軸的刻度將基準(zhǔn)值作為100 用百分?jǐn)?shù)表示。
在此，說(shuō)明噴射材料的照射次數(shù)的意思。在圖2(A)所示的加工方法中， 邊旋轉(zhuǎn)螺栓邊使噴射材料對(duì)螺栓1的外螺紋10的外表面照射，同時(shí)噴槍在軸 方向移動(dòng)。槍到達(dá)外螺紋的末端后反轉(zhuǎn)，繼續(xù)照射噴射材料且向逆方向移動(dòng)。 ^T重復(fù)進(jìn)行該反復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行外螺紋表面的加工處理。所謂照射次數(shù)表示噴 射材料對(duì)同一表面照射的次數(shù)(頻率)。
圖7表示從噴射材料到外螺紋的照射距離和殘留應(yīng)力及表面粗糙度的關(guān) 系。橫軸表示照射距離，縱軸和圖6同樣。另外，圖7表示作為加工條件將 照射次數(shù)固定為4次，其它的條件選定和圖6同樣的條件，改變照射距離進(jìn) -f亍加工處理的結(jié)果。基準(zhǔn)值及縱軸的考慮方法和圖6同樣。
根據(jù)圖6，在照射次數(shù)為兩次時(shí)，壓縮殘留應(yīng)力相對(duì)于基準(zhǔn)值嚴(yán)重不足， 照射次數(shù)是4次時(shí)達(dá)到基準(zhǔn)值。另外，照射次數(shù)6次時(shí)認(rèn)為壓縮殘留應(yīng)力有 若干的增加。另一方面，照射次數(shù)為二 4次時(shí)，對(duì)表面粗糙度沒有大的變化， 但是，照射次數(shù)為6次時(shí)表面粗糙度有若干增加。照射次數(shù)超過(guò)6次時(shí)表面 粗糙度急劇增加。
根據(jù)圖7,照射距離為200mm時(shí)，壓縮殘留應(yīng)力相對(duì)于基準(zhǔn)值不足，表 面粗糙度大幅提高。照射距離為500mm時(shí)，壓縮殘留應(yīng)力及表面粗糙度都滿
足基準(zhǔn)值。照射距離為750mm時(shí)，壓縮殘留應(yīng)力及表面粗糙度相對(duì)于有若干 降低。但是，照射距離超過(guò)750mm區(qū)域時(shí)，壓縮殘留應(yīng)力顯著降低。
根據(jù)圖6及圖7,照射次數(shù)是4 6次時(shí)殘留應(yīng)力超過(guò)基準(zhǔn)值，另一方面， 表面粗糙度變化比較小，伴隨表面粗糙度的增加對(duì)疲勞強(qiáng)度幾乎沒有影響。 另外，照射距離為500~7500mm時(shí)，壓縮殘留應(yīng)力大致達(dá)到基準(zhǔn)值，即使增 加照射距離壓縮殘留應(yīng)力的降低也比較小。即，若增加照射次數(shù)壓縮殘留應(yīng) 力也增加，但是，照射次數(shù)超過(guò)6次時(shí)，表面粗糙度過(guò)大，導(dǎo)致疲勞強(qiáng)度的 降低。另一方面，照射距離小時(shí)壓縮殘留應(yīng)力變大，但是，表面粗糙度也同 時(shí)增大，因此，反過(guò)來(lái)疲勞強(qiáng)度降低。另外，照射距離超過(guò)750mm時(shí)，噴射 加工處理的效果降低，疲勞強(qiáng)度P務(wù)低。因此，作為加工條件，理想的是選定 照射次數(shù)為4-6次，照射距離為500-750mm。另外，在該加工條件下，表 面硬化部的表面硬度能夠確保螺栓母材以上的硬度。
另外，在該實(shí)施例的螺栓1及該實(shí)施例的螺栓的制造方法中，至少作為 與外螺紋10的表面碰撞的粒子的材質(zhì)，使用不生銹的非鐵材料，例如，紹 (A1203 )、碳化硅(SiC )、 二氧化硅(Si02 )。
下面，參照?qǐng)D1、圖8及圖9對(duì)該發(fā)明的螺栓和構(gòu)成螺紋緊固構(gòu)件的螺母 及其螺母的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。圖8 (A)是表示螺栓的外螺紋的表面粗糙度 及螺母的內(nèi)螺紋的表面粗糙度的局部的放大剖面圖，圖8 (B)是表示螺母的 內(nèi)螺紋的結(jié)構(gòu)的局部的放大剖面圖。
圖1 (A)中，符號(hào)"2"是螺母。所述螺母2例如由鋼制構(gòu)成。另外， 所述螺母2通過(guò)切削加工構(gòu)成螺紋孔。在所述螺紋孔的內(nèi)面，通過(guò)切削加工 形成有內(nèi)螺紋20。在所述螺母2的內(nèi)螺紋20的表面，設(shè)置有硬度比所述螺母 2的母材更低的表面軟質(zhì)薄膜部21。
所述表面軟質(zhì)薄膜部21例如通過(guò)Cu-M-In噴鍍涂層、W涂層(廿一^ 亍^W〕一X^ 乂夕、')、鍍銀、鍍銅等而設(shè)置。如圖S ( A)及(B)所示，所 述表面軟質(zhì)薄膜部21的厚度(膜厚)T比所述螺栓1的外螺紋10的表面l2 的粗糙度的最大值Tl和所述螺母2的內(nèi)螺紋20的表面22的粗糙度的最大值 T2的和更大。其結(jié)果，在將所述螺栓1的外螺紋10和所述螺母2的內(nèi)螺紋 20螺紋接合時(shí)，所述螺栓1的外螺紋10的表面12和所述螺母2的內(nèi)螺紋20 的表面22從所述表面庫(kù)t質(zhì)薄膜部21露出而不相互接觸。
需要通過(guò)所述表面軟質(zhì)薄膜部21的厚度T改變所述螺母2的內(nèi)螺紋20
的有效直徑。即，在所述螺母2中，需要將設(shè)置所述表面軟質(zhì)薄膜部21時(shí)的
內(nèi)螺紋20的有效直徑D0 (即，母材的內(nèi)螺紋的有效直徑DO)相對(duì)于不設(shè)置 所述表面軟質(zhì)薄膜部21時(shí)的內(nèi)螺紋20的有效直徑D (即，完成品的內(nèi)螺紋 的有效直徑D),設(shè)置成和所述表面軟質(zhì)薄膜部21的厚度T大致同樣的尺寸 大小。
另一方面，當(dāng)使所述表面軟質(zhì)薄膜部21的厚度T過(guò)大時(shí)，相對(duì)于完成品 的內(nèi)螺紋的有效直徑D,母材的內(nèi)螺紋的有效直徑DO過(guò)大，本來(lái)應(yīng)有的螺紋 牙頂過(guò)小，因此，有可能導(dǎo)致強(qiáng)度不足。因此，所述表面軟質(zhì)薄膜部21的厚 度T以不使本來(lái)應(yīng)有的螺紋牙頂過(guò)小而不導(dǎo)致強(qiáng)度不足的范圍(X)為最大 值。其結(jié)果是，所述表面軟質(zhì)薄膜部21的厚度T為以下范圍。即，Tl+T2< T< (X)。所述表面軟質(zhì)薄膜部21的厚度T根據(jù)螺紋的公差而不同，例如， 螺紋2級(jí)公差的場(chǎng)合(2級(jí)嵌合的場(chǎng)合)大約為25nm左右。
下面，參照?qǐng)D8 (A)及(B)對(duì)圖1 (A)所示的螺母2的制造方法的一 例進(jìn)行說(shuō)明。首先，在切削加工工序中構(gòu)成螺母2的螺紋孔，且在該螺紋孔 的內(nèi)面形成內(nèi)螺紋20。該內(nèi)螺紋20的有效直徑DO比完成制品的內(nèi)螺紋的有 效直徑D還大出表面軟質(zhì)薄膜部21的厚度T部分。其次，在加工處理工序 中，在螺母2的內(nèi)螺紋20的表面，設(shè)置有硬度比所述螺母2的母材更低的表 面軟質(zhì)薄膜部21，例如，通過(guò)Cu-Ni-In噴鍍涂層、W涂層(廿一乂X/kW〕 一x y夕、、)、鍍銀、鍍銅等而設(shè)置。
圖1 (A)所示的螺母2及通過(guò)圖8 (A)及(B)所示的螺母的制造方法 制造的螺母2,和該實(shí)施例的螺栓1及通過(guò)該實(shí)施例的螺栓的制造方法制造的 螺栓l同樣，例如，可以作為圖IO所示的燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子主軸螺栓或與發(fā)動(dòng) 機(jī)曲軸箱的雙頭螺栓螺合的螺母而使用。即，圖1 (A)所示的螺母2及通過(guò) 圖8 (A)及(B)所示的螺母的制造方法制造的螺母2，和該實(shí)施例的螺栓1 及通過(guò)該實(shí)施例的螺栓的制造方法制造的螺栓1大致相同，作為在螺栓1的 外螺紋10和螺母2的內(nèi)螺紋20的嚙合部發(fā)生重復(fù)應(yīng)力的部位而使用的螺母 是有效的。
下面，基于圖9所示的表示使用了試驗(yàn)片的磨蝕疲勞試驗(yàn)(微振磨損疲 勞試驗(yàn))，即，用接觸片對(duì)移動(dòng)試驗(yàn)片以給與一定的面壓的方式進(jìn)行夾持，且 給與局部的應(yīng)力振幅的試驗(yàn)的實(shí)施結(jié)果說(shuō)明圖，對(duì)圖1 (A)所示的螺母2及 通過(guò)圖8 (A)及(B)所示的螺母的制造方法制造的螺母2的有效性進(jìn)行說(shuō)
明。
圖9的縱軸表示破損重復(fù)次數(shù)。如圖9所示，現(xiàn)有制品(現(xiàn)有的螺母)
破損重復(fù)次數(shù)約為1.1 x 106時(shí)產(chǎn)生破損。與之相對(duì)，本發(fā)明制品2 (圖1 ( A) 所示的螺母2及通過(guò)圖8 (A)及(B)所示的螺母的制造方法制造的螺母2， 表面軟質(zhì)薄膜部21是鍍層的場(chǎng)合)，破損重復(fù)次數(shù)約為1.4 x 106時(shí)產(chǎn)生破損。 另外，本發(fā)明制品3 (圖1 (A)所示的螺母2及通過(guò)圖8 (A)及(B)所示 的螺母的制造方法制造的螺母2，表面軟質(zhì)薄膜部21是Cu-Ni-In噴鍍涂層的 場(chǎng)合)，即使破損重復(fù)次數(shù)超過(guò)1.1 x 107時(shí)也不產(chǎn)生破損。即，本發(fā)明制品2、 3的螺母與現(xiàn)有品的螺母比較，可以得到充分的疲勞強(qiáng)度。
這樣，通過(guò)使用該實(shí)施例的螺栓1及通過(guò)該實(shí)施例的螺栓的制造方法制 造的螺栓l，對(duì)作為圖IO所示的燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子主軸螺栓等、在螺栓l的外 螺紋IO發(fā)生重復(fù)應(yīng)力的部位而使用螺栓是有效的。另外，通過(guò)使用該實(shí)施例 的螺栓1及通過(guò)該實(shí)施例的螺栓的制造方法制造的螺栓1和圖1 ( A)所示的 螺母2及通過(guò)圖8 (A)及(B)所示的螺母的制造方法制造的螺母2，對(duì)作 為在圖IO所示的燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子主軸螺栓及螺母等、在螺栓l的外螺紋IO 和螺母2的內(nèi)螺紋20的嚙合部發(fā)生重復(fù)應(yīng)力的部位而使用的螺栓及螺母更為 有效。
工業(yè)上的可利用性
該發(fā)明的螺栓及該發(fā)明的螺栓的制造方法作為在外螺紋上產(chǎn)生重復(fù)應(yīng)力 的部位而使用的螺栓及螺栓的制造方法是有用的。
權(quán)利要求
1、一種螺栓，具有外螺紋，其特征在于，至少在外螺紋的表面設(shè)置有表面硬度提高且被施加了壓縮殘留應(yīng)力的表面硬化部。
2、 如權(quán)利要求l所述的螺栓，其特征在于，所述表面硬化部通過(guò)使能 通過(guò)篩孔尺寸為#150的篩孔的粒徑以下的粒子與至少外螺紋的表面碰撞的 加工處理而設(shè)置。
3、 一種螺栓的制造方法，所述螺栓具有外螺紋，其特征在于，包括 切削加工工序，該工序形成所述外螺紋；加工處理工序，該工序至少在外螺紋的表面設(shè)置表面硬度提高且被施加 了壓縮殘留應(yīng)力的表面硬化部。
4、 如權(quán)利要求3所述的螺栓的制造方法，其特征在于，至少在外螺紋 的表面設(shè)置所述表面硬化部的所述加工處理為，使能通過(guò)篩孔尺寸為#150 的篩孔的粒徑以下的粒子與至少外螺紋的表面碰撞的加工處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種螺栓，至少在螺栓(1)的外螺紋(10)的表面設(shè)置有表面硬度提高且被施加了壓縮殘留應(yīng)力的表面硬化部(11)。另外，該發(fā)明的螺栓的制造方法包括形成螺栓(1)的外螺紋(10)的切削加工工序；至少在螺栓(1)的外螺紋(10)的表面設(shè)置表面硬度提高且被施加了壓縮殘留應(yīng)力的表面硬化部(11)的加工處理工序。其結(jié)果是，該發(fā)明能夠改善外螺紋(10)的疲勞強(qiáng)度，且作為在外螺紋(10)上產(chǎn)生重復(fù)應(yīng)力的部位而使用的螺栓有效。
文檔編號(hào)F16B33/06GK101379307SQ20078000495
公開日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2007年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月10日
發(fā)明者井筒信幸, 伊原圭佑, 大澤圭, 山本隆一, 廣川一晴, 手塚宣和, 橋本幸弘, 石川博司, 高橋孝二, 鳥越泰治 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社