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1、「轻量化连接专栏」铝合金螺栓的开发与应用2、铝型材连接专用螺母大集合3、航空紧固件
「轻量化连接专栏」铝合金螺栓的开发与应用
铝，一直是轻的代名词。
随着工程中，越来越大通过减轻重量来保持能量,铝的使用量注定要增长。
铝制紧固件的重量，是其同类钢制紧固件重量的1/3。这种经常被使用的合金的强度特性出奇的好。
实际上,在强质比上,铝制紧固件比其它任何一种工贸易用材料制成的紧固件都要高。
铝是不可磁化的。铝的热电传导性很好,约为同体积下铜传导性能的2/3。铝有很好的加工特性,易于冷成型和热锻。
在正常环境下,铝有足够的抗腐蚀能力。而且当预计的暴露环境很恶劣时,它的抗腐蚀能力可以通过阳极处理得到极大的改善。
阳极处理是一种在金属表面形成氧化膜的电加工工艺。阳极处理不仅增强了抗腐蚀的能力,同时还增强了对磨损和划伤的保护能力。阳极镀层出于装饰和辨认的目的有着很多种颜色。在大气腐蚀中,铝在表面形成一层淡灰色的氧化膜。这些腐蚀产物不会污染铝的表面,或者蔓延到毗邻的表面上,它和其他很多金属在腐蚀作用下的表现在这一点上不一样。
此外，铝合金螺栓还可以解决钢、铝联接导致的电化学腐蚀，以及钢制螺栓与铝制被联接件因热膨胀系数的不一致，当温度变化会导致螺纹联接副的附加应力，增加铝合金的蠕变风险，削弱预紧力的保持能力。
01 工 艺
铝合金基本工艺路线如下：
冷成型－清洗－热处理(退火+时效硬化)－辗制螺纹－清洗－润滑－验收。
02 线 材
纯铝的抗拉强度约为13,000psi,增加少量合金元素而极大进步强度是可能的。2XXX、6XXX、7XXX的铝合金对热处理的效果很好。因此,实际上所有用于载荷传递的螺纹紧固件都由这三大类铝合金制成。
有四种铝合金几乎是专用的。
2024-T4型铝合金(含4.5%的铜,1.6%的锰,1.5%的镁,其余为铝)是重负荷合金。它在强度、抗腐蚀性、制造性、经济性的结合上达到了的平衡,广泛地应用于螺纹紧固件的制造。
用7075-T73型铝合金(含1.6%的铜,2.5%的锰,0.3%的铬,其余为铝)制成的螺栓、螺钉和双头螺栓在强度上有了微小的进步,而且由于“T73”特殊的热处理工艺,使它能在很大程度上阻止应力腐蚀的发生。但昂贵的造价使它的普及受到限制。
6061-T6型铝合金(含0.6%的硅,0.25%的铜,1%的镁,0.2%的铬,其余为铝)可用于设计对抗腐蚀能力有更高要求的内、外螺纹紧固件。
6062-T9型铝合金(含0.6%的硅,0.25%的铜,1%的镁,0.09%的铬,0.5%的铅,其余为铝)几乎为设计螺母专用。这种合金比6061-T6型铝合金强度更高并有相对较好的抗腐蚀性。
6063-T9型铝合金制成的全厚度螺母有足够的强度用来配合2024-T4或7075-T73型铝合金制成的螺栓。机用螺钉、螺母和其它1/4英寸及更小尺寸的螺母用2024-T4型铝合金制成。
已经提到的四种铝合金在螺纹承载紧固件的制造中应用最为广泛,而其它的铝合金则用于其它类型紧固件的制造业。小固体、半管和盲铆钉分别由1100-F、5052-F、5056-F型铝合金制得。可热处理的2017-T4、2117-T4、2024-T4、6061-T6型铝合金和相对新研制出的7075-T73型铝合金有着优越的抗剪强度,并且不需要进行“预传动处理”就可以传动。
平垫圈通常由镀铝的2024-T4合金制得;螺旋弹簧垫圈通常用7075-T6合金制得;攻牙螺钉可利用7075-T6合金制得;自攻螺钉由同材料合金通过阳极处理得到。2011-T3型铝合金(含5.5%的铜,0.5%的铅,0.5%的铋,其余为铝)可用于制造螺纹切削机的零件。
03 性能
外螺纹紧固件铝合金材料2024-T4、6061-T6和7075-T73的强度特性在B-158页的ASTMF468有具体论述;螺母铝合金材料2024-T4、6061-T6和6062-T9的强度特性在B-184页的ASTMF467中有具体论述。
在这里有必要说明一下铝合金制螺纹紧固件和其它金属材料制紧固件在机械性能上的两点差别。
第一点就是:计算零件的负载能力时,要测定横截面牙底部分的区域而不是面积更大的拉应力区域。只有在ASTMF468的表格2中给定的机械测试样本的抗拉、屈服强度值才是真正的强度值。在对整个尺寸的紧固件做强度计算时,可以做适当的调整。这样在将应力值与螺纹受力区域面积相乘以计算以磅为单位的负载能力时,计算结果大约即是表中“真值”与更小的牙底区域面积的乘积。
第二点是:铝合金紧固件的硬度区别很小,而且象检查准则一样没什么意义。作为硬度测试的替换,通常引进抗剪强度测试。
表面处理
螺栓采用氧化处理及封孔处理。基于阳极氧化和微弧氧化处理有很好的提升抗晶界腐蚀的作用，本铝合金螺栓采用表面氧化处理。由于铝合金线材其表面耐蚀性不强，须通过阳极氧化进行表面处理以增加铝螺栓的抗蚀性、耐磨性及外表的美观度。
其主要过程为：
(1)、表面预处理。
用化学或物理的方法对螺栓表面进行清洗，裸露出纯净的基体，以利于获得完整、致密的人工氧化膜。还可以通过机械手段获得镜面或无光(亚光)表面；
(2)、阳极氧化。
经表面预处理的螺栓，在一定的工艺条件下，基体表面发生阳极氧化，生成一层致密、多孔、强吸附力的AL203膜层；
(3)、封孔。
将阳极氧化后生成的多孔氧化膜的膜孔孔隙封闭，使氧化膜防污染、抗蚀和耐磨性能增强。氧化膜是无色透明的，利用封孔前氧化膜的强吸附性，在膜孔内吸附沉积一些金属盐，可使型材外表显现本色(银白色)以外的许多颜色，如:黑色、古铜色、金黄色及不锈钢色等。
氧化处理及封孔处理要求:GB/T8013．1的V级；耐盐雾腐蚀性(CASS)为72h，级别≥9;耐碱性≥125s;耐磨性f≥300g/μm。
04 螺纹辗制
螺纹辗制安排在热处理工艺之后，使螺栓机械性能进一步优化、晶间腐蚀的敏感性最小、提高了疲劳强度(降低螺纹牙底影响)以及螺纹损坏的风险最小。
并且，铝的材料性质决定了必须采用多工位冷成型设备对整个杆部包括螺栓颈部冷成型。需要注意的是，铝合金螺栓制造过程中应避免与钢制螺栓和螺钉制造用设备、工装(模具、刀具等)混用。
05 摩擦系数的控制
采用浸渍方式涂覆摩擦系数稳定剂，并作为整个制造过程最后一道工序，实现了拧紧速度的有效控制，有效降低了量产紧固件间摩擦系数值的变异差以稳定拧紧扭矩、增进紧固件在震动摆动环境下的锁紧力。
采用了含高分子聚合物的水性胶状分散液摩擦系数稳定剂，是一种特殊的干式润滑剂。可采用浸渍方式涂覆，经烘干固化后以形成一附着性佳的透明润滑薄膜。
且因这种特殊的干式润滑因为膜层极薄，避免了产生影响公差的问题。预涂润滑水蜡的零件可储存备用，随时供应组装并符合自动化操作。
06 应 用
奔驰 7速、9速 变速箱壳体连接
奥迪 B系列 铝合金发动机壳体与铝合金变速箱壳体连接
07 总 结
1、铝合金螺栓是汽车轻量化目标下，紧固件连接的理想选择。
2、与碳钢螺栓相比,可减重达65%(0.5-1kg/变速箱)应用于镁/铝合金部件，可避免接触部位电化学腐蚀防腐蚀效果强于镀层或者组合垫圈。
3、用于镁合金部件连接时，可大幅减少高温情况下的预紧力松弛。
今天的话题，就分享到这里，不当之处，欢迎批评指正；若您有任何疑问或建议，或需要进群交流的小伙伴，可关注螺丝君微信公众号：GAF螺丝君（GAF-luosijun）
铝型材连接专用螺母大集合
螺栓螺母是铝型材配件中比较基础的产品之一，可以说每一种铝型材框架的安装都需要螺母来辅助固定。都知道和螺母配套使用的一定是螺栓，但是大家不一定知道螺母的种类有多少，都是怎么安装的？这里小编就来给大家简单介绍下螺母的种类，希望对大家有所帮助。
1. 法兰螺母，法兰螺母通常与T型螺栓配套使用，安装角件等型材配件时使用。法兰螺母的材料是表面镀锌或铬碳钢。常见的型号有M6和M8，这里的M6和M8指的是螺母中间孔径的规格。
法兰螺母
2. T型螺母块，T型螺母块可将其他连接件简单安全的固定至型材槽坑上，装配过程中能自动定位和锁紧。材料是镀锌钢。这种螺母块的常见规格有M4、M5/M6/M8，其中M4和M5是用于20系列型材的，M5/M6是用于30系列型材，而M6/M8则可用于40和45系列型材。
T型螺母块
3. 弹性螺母块，弹性螺母块能直接塞进铝型材槽坑中的任意装配点，它背部的弹簧钢珠能固定它的位置，使安装十分简单可靠，它是型材连接中使用比较多的配件之一。它的材料也是镀锌钢，它的型号也和T型螺母一致按照所用型材来划分的。
弹性螺母块
4. 方型螺母块，方形螺母块安装时需要预塞至铝型材槽坑内，用于型材上连接各种配件。方形螺母的材料可以是镀锌钢但是常见的也有铝合金材质的。型号和T型螺母以及弹性螺母块差不多但是多了个M10的型号，用于45系列型材。
方型螺母块
以上的螺母块材质也可以做成不锈钢的，只是常见的是镀锌钢而已。都是可以定制的。美诚铝业工业铝型材相关配件厂家直供现货直销,库存充足，是标准化铝型材框架的必需品。
航空紧固件
2014-08-08航佳技术(aero-expert),欢迎订阅！
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航空紧固件的作用：将飞机的成千上万个作用：将飞机的成千上万个零部件连接组成一个整体；承载时在零部件直径传递载荷、协调变形。
带螺纹的紧固件
螺纹紧固件：螺栓、螺钉、垫圈和螺帽－多次拆卸和装配
螺旋线------动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。
螺纹------平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。
螺纹类型、配合等级和标识符号
一、螺纹类型
标准：AmericanNational Coarse
? American National Fine
? ?American Standard United Coarse
? ?American Standard United Fine
区别：1、同尺寸号数的粗牙螺纹系列与细牙螺纹系列的螺纹具有相同 ? 的螺纹公称直径，只是每英寸长度具有的牙数不同
2、公差的分布不同；还有对直径为1英寸的螺纹规 定不同：
? ? NF规定——每英寸14牙，用1——14NF表示
? ? UNF规定—— 每英寸12牙，用1——l2UNF表示
二、配合等级
? ?螺纹还有等级之分，螺纹的等级表示螺纹副具有的配合松紧程度， ?它设有五级:
? ? 1级－松配合（只需用手指即可轻松拧转螺母）
? ? 2级－自由配合（航空螺钉采用）
? ? 3级－中度配合（大多数航空螺栓采用）
? ? 4、5级－紧配合（需要用扳手才能拧上螺母）
等级数愈大，螺纹副配合的紧度愈紧。
三、标识符号
标识：螺栓直径、长度、材质等
注：直径计量单位1/16in，机体螺栓的杆长计量单位1/8 in；螺栓的制造材料是以英文字母或符号来表示，如
? ?“C”表示不锈钢；
? ?“DD”表示2024铝合金；
? ? “－”表示镍合金钢。
带螺纹紧固件的类型和应用
螺栓－传递剪切和拉伸载荷
应用：较大集中载荷或需要拆卸的部位
分类：受拉为主
受剪为主
一、标准航空螺栓
1、通用螺栓
?一种具有六方头的螺栓，它广泛用于飞机结构装配，能承受拉伸和剪切载荷。这种螺栓是按AN型号规格标准制造的，螺栓的螺纹为细牙螺纹(NF)。?螺栓的材料: 镀铬镍钢 不锈钢 2024铝合金
螺栓标记：
AN系列螺栓 AN 3 DD 14A 为例说明：
AN---为美国空军海军规格的标准型螺栓
“3”---表示螺栓直径为3/16in的机体螺栓
DD---表示该螺栓用2024铝合金制造
“14”---表示螺栓杆长为1.5in
A----表示螺杆尾无保险孔
AN 6 H 34 A ：
AN---为美国空军海军规格的标准型螺栓
“6”---表示螺栓直径为6/16in的机体螺栓
H--表示该螺栓用来将螺旋桨叶固定在法兰盘上
“34”---表示螺栓杆长为3.5in
A----表示螺杆尾无保险孔
2、头部钻孔的发动机螺栓
AN73到AN81 MS20073 MS20074 如图：
发动机螺栓的形状与机体螺栓一样，只是它的头部稍厚且有穿保险丝的通孔。它与机体螺栓具有相同的拉伸和剪切强度。
发动机螺栓的螺纹有：
细牙螺纹（无“A”字母）
粗牙螺纹（螺纹直径数字后加上“A”字母）
3、紧公差螺栓(AN173～AN186和NAS80～NAS86）
螺栓光杆段的直径制造精度比通用型的高，螺栓经研磨或磨削加工，它的直径误差在0，－0.0005in之间。
4、内六角螺栓 (MS20004～MS20024)
构造：螺栓的头部是圆柱形或圆锥台形的，在螺栓头上制有内六方孔。
材料：是用高强度钢制造，它的强度比AN系列的六角 头螺栓的强度高，因而它与AN系列的六角头螺栓不能互换使用。
应用：内六角螺栓主要用于承受拉伸和剪切复合应力的部位。它的头部与螺杆连接处有圆角，避免尖角相连，提高疲劳寿命。
注意： 1、安装于钢件上时，安装孔口要划窝使圆角沉入孔内；
2、安装于铝合金件上时，它的头下要安装MS20002C垫圈。
型号规格编码：MS20004～MS20024
其末两位数字分别为04、05、06、07、08、09、10、12、14、16、18、20、22和24，它们表示螺栓直径为4/16英寸～24/16英寸，即1/4英寸～3/2英寸。
5、带槽扁圆头螺栓(AN2l～AN36)
特点：轴销螺栓的头部为圆头，圆头上有一字或十字槽，螺杆部分光杆与螺纹杆段之间一般都有一空刀槽。
螺纹：采用细牙螺纹(NF)。
型号规格编码:
AN2l、AN22、和AN23中的第二位数字“1”、“2”和“3”分别表示“6－40”、“8－36”和“10－32”螺纹。从AN24到AN36螺杆直径以1/16英寸为单位。轴销螺栓的杆长也以1/16英寸为单位。
应用： 轴销螺栓只能承受剪切载荷，常在转动部件 中作为铰接点的轴销；与之配合的剪切螺帽与螺栓螺纹紧密配合，并用开口销进行保险。
例：AN 2 4 - 14 A
“A”------表示螺栓杆尾无保险孔，在这种情况下 ，与该螺杆配合的螺母要用自锁螺母。如无“A”则表示螺栓杆尾部有保险孔.
“14”----螺栓杆长14/16英寸
“-”----螺杆材料为镍合金钢
“4”----螺栓直径4/16英寸
“2”-----轴销螺栓
“AN”----美国空军海军规格标准
二、螺帽
1、标准航空螺帽
l）AN310 槽顶螺帽(castlenut)
名称：这种类型的螺母又称为堞型螺母
应用：它是与AN3～AN2O机体螺栓配合使用
螺纹：为NF(细牙螺纹)
材料：有镍合金钢、不锈钢和2024铝合金
? ? “－”、 “C” 和“D”
例1: 标记 AN3l0 C 6
表示为：不锈钢制造与AN6螺栓配合使用的槽顶螺帽；
（2） AN320
名称:剪切槽顶螺帽(shear castlenut)
应用:仅有剪切应力的部位，它与AN2l～AN36轴销螺栓配合使用。
构造、制造材料:与AN310螺母的相同，只是螺母的厚度稍薄一些。
例: 标记AN320D6
表示为:2024铝合金制与AN26轴销螺栓配合使用的抗剪型六角槽形扁螺母。
3）AN315
名称： 普通螺帽
应用：用于受大拉力的部位。它的缺点是必须再用一 个防松螺帽或一个弹性垫圈来保证其紧固性。
材料：与AN310螺帽的相同。
螺纹：有右旋螺纹和左旋螺纹两种。
例: 标记 AN315－7R
表示：镍合金钢制、与AN7螺栓配用的右旋螺纹螺帽。
标记：AN3l5C4L
表示：不锈钢制、螺纹直径为1/4英寸的左旋螺纹螺帽。
（4）AN316
名称：防松螺帽
特点：这是一种采用双螺帽防松措施中的六角防松螺帽。它用于AN315普通螺帽之上，防止普通螺帽松脱。但由于比其它类型的防松措施增加的重量大，所以目前在飞机上很少应用。
（5）AN340和AN345
? ? 名称：机械螺钉螺帽
? ? 应用：与机械螺钉配合使用的，因此，其螺纹规格是按螺钉的规格制造的。
? ? 螺纹：AN340为粗牙螺纹螺帽； AN345为细牙螺纹螺帽。
? ? 材料：有碳合金钢(－)，不锈钢(C)、黄铜(B)和2024铝合金(DD)。
? ? 例: 标记AN340B6
表示为：由黄铜制造、与6－32安装螺钉配合使用的粗牙螺纹螺母。
（6）AN350
? ? 名称：蝶形螺帽
? ? 应用：专门用于拆装频繁，而且只需用手指拧紧即可的装配件。这种螺母可与安装螺钉或螺栓配合使用。配合安装螺钉的螺母由螺钉的号数给出。
? ? 材料：为合金钢或黄铜。
? ? 例: 标记AN350－6
? ? 表示：与6－40安装螺钉配合使用的螺母。而配合螺栓使用的螺母则以1/16英寸制螺栓规格给出，同时加数字16。
2、自锁螺帽
（1）低温自锁螺帽及锁紧原理
型号：AN365、AN364
锁紧原理：低温自锁螺帽在螺纹中插入一个弹性环，内径比之配合的螺纹略小。当转动螺母使螺栓拧过底段螺纹后而欲进入顶段螺纹时，必须克服弹性环的阻力，才能使螺栓的螺纹与螺母顶段螺纹协调啮合。在螺栓全部拧紧后，弹性环段就迫使顶段螺纹紧紧咬住螺栓螺纹从而达到防松目的。
（2）高温自锁螺帽及锁紧原理
型号：AN363
这两种自锁螺母都是在拧紧后收口胀开，靠弹性锁紧。它们可以多次重复使用，由于其制造工艺较为简单，所以这两种自锁螺母在飞机上的应用日益广泛。
（3）自锁螺帽的应用
应用：固定减摩轴承、操纵系统的滑轮、发动机摇臂箱口盖、排气管
注意事项：
1、飞机使用自锁螺帽有限制，应符合要求；
2、低温自锁螺帽使用环境温度T《2500F；
3、自锁螺帽拧进螺栓时，要有足够深度；
4、承受转动力矩的螺栓不能用自锁螺帽。
三、垫圈
垫圈的作用：
1、是使螺帽或螺栓头下面受力均匀。
2、并可用来调整螺纹到构件表面之间的距离。
3、有锁紧、防松、保护和预紧指示等作用。
1、普通垫圈
AN960为最常用的普通垫圈(图(a))，
应用：它广泛用于六角螺母之下。
材料：有碳、钢、黄铜、不锈钢和铝合金。
规格：有从与1号安装螺钉配合使用的规格到与1英寸螺栓配合使用的规格。
2、AN935开口式弹性垫圈(图(d))
3、AN936B型外齿型弹性垫圈(图(e)
4、AN936A型内齿型弹性垫圈(图(f)))。
AN936内、外齿型弹性垫圈，弹力均匀，防松效果较好。外齿型应用较多。
四、螺钉
制造螺钉的材料往往低于制造螺栓所用材料的强度。
因为它应用在非结构性的连接上及整流罩，可拆卸面板
等非主要受力结构上。
特点：
1)它的结构与螺栓的类似，螺钉杆身一般为全螺纹杆身，螺纹按2级自由配合精度制造。
2)钉尾有平头和尖头的两种。
3)安装时，螺钉一般都是拧装于构件上的螺孔内， 通常拧转螺钉来达到紧固目的。
按用途分类：1、机械螺钉 2、结构螺钉 3、自攻螺钉
1、机械螺钉
机械螺钉常用在非结构件上，如轻小型机件以及齿轮箱盖板等铸铝件的装配。
特点：
1）螺钉头端面的螺刀槽与结构螺钉的相同
2）螺钉杆身为全螺纹杆段
3）螺纹有粗牙和细牙两种
材料：有低碳钢、不锈钢、黄铜和铝合金等
常见型号有:
(l)AN500为粗牙圆头螺钉 AN501为细牙圆头螺钉
(2)AN505为粗牙82°埋头螺钉 AN507为细牙82°埋头螺钉
(3)AN515为粗牙圆头螺钉 AN526为细牙大圆头螺钉
2、结构螺钉
材料：合金钢制成
特点：
1）其拉伸和剪切强度与同尺寸、材质的AN型螺栓相同
2）该型螺钉具有同尺寸螺栓完全相同的长度
3）钉杆身有光杆(无螺纹)段，螺纹为NF，螺杆的配合精度也与AN型六角头螺栓同级，因此可作为结构螺栓来使用。
螺钉的头型: 有圆头、扁圆头、100°埋头等型。
螺钉头的螺刀槽口: 十字式(phillips） 尖十字式(Reed-prince)一字槽
常见结构螺钉的型号有:
(1)AN509 100°平头螺钉
(2)AN525 垫圈头螺钉，这种螺钉有一个类似垫圈的大头，承载面积较大。
(3)AN502和AN503圆头螺钉
AN502为细牙圆头螺钉，AN503为粗牙圆头螺钉，这两种螺钉的圆头钉头上有一字槽并有一穿保险丝的小孔
3、自攻螺钉
自攻螺钉常用于薄金属板，塑料板等的紧固特点：
1）靠自身在装配孔里攻丝而紧固的。
2）自攻螺钉的头型有： 扁圆头、100°埋头、大扁圆头等，
3）钉尾有：尖头(A型) 钝头(B型)
常见型号有:
(l)AN504和AN506它们常用来安装诸如标牌之类的可拆卸件。
(2)AN530和AN531它们是用于金属板料的自攻螺钉。AN530为扁圆头、AN531为埋头自攻螺钉－B型
4、螺钉型号
标记AN501B－416－7
表示：416——直径4/16英寸，7——杆长7/16英寸，B —— 表示材料为黄铜 ，AN ——空、海军标准 501—— 凹槽圆柱头，细牙螺纹。
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