西安高強度螺栓加工工藝
西安高強度螺栓加工工藝
熱軋盤條－（冷撥）－球化（軟化）退火－機械除鱗－酸洗－冷撥－冷鍛成形－螺紋加工－熱處理－檢驗
1、鋼材設計
在緊固件製造中，正確選用緊固件材料是重要一環，因為緊固件的性能和其材料有著密切的關係。如材料選擇不當或不正確，可能造成性能達不到要求，使用壽命縮短，甚至發生意外或加工困難，製造成本高等，因此緊固件材料的選用是非常重要的環節。 冷鐓鋼是采用冷鐓成型工藝生產的互換性較高的緊固件用鋼。由於它是常溫下利用金屬塑性加工成型，每個零件的變形量很大，承受的變形速度也高，因此，對冷鐓鋼原料的性能要求十分嚴格。 在長期生產實踐和用戶使用調研的基礎上，結合 GB/T6478-2001 《冷鐓和冷擠壓用鋼技術條件》 GB/T699-1999 《上等碳素結構鋼》及目標 JISG3507-1991 《冷鐓鋼用碳素鋼盤條》的特點，以 8.8 級， 9.8 級螺栓螺釘的材料要求為例，各種化學元素的確定。 C 含量過高，冷成形性能將降低；太低則無法滿足零件機械性能的要求，因此定為 0.25 %－ 0.55 %。 Mn 能提高鋼的滲透性，但添加過多則會強化基體組織而影響冷成形性能；在零件調質時有促進奧氏體晶粒長大的傾向，故在國際的基礎上適當提高，定為 0.45 %－ 0.80 %。 Si 能強化鐵素體，促使冷成形性能降低，材料延伸率下降定為 Si 小於等於 0.30 %。 S.P. 為雜質元素，它們的存在會沿晶界產生偏析，導致晶界脆化，損害鋼材的機械性能，應儘可能降低，定為 P 小於等於 0.030 %， S 小於等於 0.035 %。 B. 含硼量*大值均為 0.005
%，因為硼元素雖然具有顯著提高鋼材滲透性等作用，但同時會導致鋼材脆性增加。含硼量過高，對螺栓，螺釘和螺柱這類需要良好綜合機械性能的工件是十分不利的。
2、球化退火
沉頭螺釘，內六角圓柱頭螺栓采用冷鐓工藝生產時，鋼材的原始組織會直接影響著冷鐓加工時的成形能力。冷鐓過程中局部區域的塑性變形可達 60 %－ 80 %，為此要求鋼材必須具有良好的塑性。當鋼材的化學成分一定時，金相組織就是決定塑性優劣的關鍵性因素，通常認為粗大片狀珠光體不利於冷鐓成形，而細小的球狀珠光體可顯著地提高鋼材塑性變形的能力。 對高強度螺栓用量較多的中碳鋼和中碳合金鋼，在冷鐓前進行球化（軟化）退火，以便獲得均勻細致的球化珠光體，以更好地滿足實際生產需要。 對中碳鋼盤條軟化退火而言，其加熱溫度多選擇在該鋼材臨界點上下保溫，加熱溫度一般不能太高，否則會產生三次滲碳體沿晶界析出，造成冷鐓開裂，而對於中碳合金鋼的盤條采用等溫球化退火，在 AC1+(20-30%) 加熱後，爐冷到略低於 Ar1 ，溫度約 700 攝氏度等溫一段時間，然後爐冷至 500 攝氏度左右出爐空冷。鋼材的金相組織由粗變細，由片狀變球狀，冷鐓開裂率將大大減少。 35\45\ML35\SWRCH35K 鋼軟化退火溫度一般區域為 715 － 735 攝氏度；而 SCM435\40Cr\SCR435 鋼球化退火加熱溫度一般區域為 740 － 770 攝氏度，等溫溫度 680 － 700 攝氏度。
3、剝殼除鱗
冷鐓鋼盤條去除氧化鐵板工序為剝亮，除鱗，有機械除鱗和化學酸洗兩種方法。用機械除鱗取代盤條的化學酸洗工序，既提高了生產率，又減少了環境汙染。此除鱗過程包括彎曲法（普遍使用帶三角形凹槽的圓輪反覆彎曲盤條），噴九法等，除鱗效果較好，但不能使殘餘鐵鱗去淨（氧化鐵皮**率為 97 %），尤其是氧化鐵皮粘附性很強時，因此，機械除鱗受鐵皮厚度，結構和應力狀態的影響，使用於低強度緊固件（小於等於 6.8 級）用的碳鋼盤條。高強度螺栓（大於等於 8.8 級）用盤條在機械除鱗後，為除淨所有的氧化鐵皮，再經化學酸洗工序即複合除鱗。 對低碳鋼盤條而言，機械除鱗殘留的鐵皮容易造成粒拔模不均勻磨損。當粒拔模孔由於盤條鋼絲摩擦外溫時粘附上鐵皮，使盤條鋼絲表麵產生縱向粒痕，盤條鋼絲冷鐓凸緣螺栓或圓柱頭螺釘時，頭部出現微裂紋的原因， 95 %以上是鋼絲表麵在拉拔過程中產生的劃痕所引起。因此，機械除鱗法不宜用來高速拉拔。
4、拉拔
拉拔工序有兩個目的，一是改製原材料的尺寸；二是通過變形強化作用使緊固件獲得基本的機械性能，對於中碳鋼，中碳合金鋼還有一個目的，即是使盤條控冷後得到的片狀滲碳體在拉拔過程中儘可能的破解，為隨後的球化（軟化）退火得到粒狀滲碳體做好準備，然而，有些廠家為降低成本，任意減少拉拔道次，過大的減麵率增加了盤條鋼絲的加工硬化傾向，直接影響了盤條鋼絲的冷鐓性能。 如果各道次的減麵率分配不合適，也會使盤條鋼絲在拉拔過程中產生扭轉裂紋，這種沿鋼絲縱向分布，周期一定的裂紋在鋼絲冷鐓過程中暴露。此外，拉拔過程中如潤滑不好，也可造成冷拔盤條鋼絲有規律地出現橫裂紋。 盤條鋼絲出出粒絲模口上卷同時的切線方向與拉絲模不同心，會造成拉絲模單邊孔型的磨損加劇，使內孔失圓，造成鋼絲圓周方向的拉拔變形不均勻，使鋼絲的圓度超差，在冷鐓過程中鋼絲橫截麵應力不均勻而影響冷鐓合格率。 盤條鋼絲拉拔過程中，過大的部分減麵率使鋼絲的表麵質量惡化，而過低的減麵率卻不利於片狀滲碳體的破碎，難以獲得儘可能多的粒狀滲碳體，即滲碳體的球化率低，對鋼絲的冷鐓性能極為不利，采用拉拔方式生產的棒料和盤條鋼絲，部分減麵率直控製在 10 %－ 15 %的範圍內。
5、冷鍛成形
通常，螺栓頭部的成形采用冷鐓塑性加工，同切削加工相比，金屬纖維（金屬留線）沿產品形狀呈連續狀，中間無切斷，因而提高了產品強度，特彆是機械性能優良。 冷鐓成形工藝包括切料與成形，分單工位單擊，雙擊冷鐓和多工位自動冷鐓。一台自動冷鐓機分彆在幾個成型凹模裡進行衝壓，鐓鍛，擠壓和縮徑等多工位工藝。 單工位或多工位自動冷鐓機使用的原始毛坯的加工特點是由材料尺寸長 5 － 6 米的棒料或重量為 1900 － 2000KG 的盤條鋼絲的尺寸決定的，即加工工藝的特點在於冷鐓成型不是采用預先切好的單件毛坯，而是采用自動冷鐓機本身由棒料和盤條鋼絲切取和鐓粗的（必要時）毛坯。 在擠壓型腔之前，毛坯必須進行整形。通過整形可得到符合工藝要求的毛坯。在鐓鍛，縮徑和正擠壓之前，毛坯不需整形。毛坯切斷後，送到鐓粗整形工位。該工位可提高毛坯的質量，可使下一個工位的成型力降低 15 － 17 %，並能延長模具壽命，製造螺栓可采用多次縮徑。 冷鐓成型所能達到的精度還同成型方法的選擇和所采用的工序有關。此外，它還取決於所用的設備的結構特點，工藝特點及其狀態，工模具精度，壽命和磨損程度。 冷鐓成型和擠壓使用的高合金鋼，硬質合金模具的工作表麵粗糙度不應大 Ra=0.2um， 這類模具工作表麵的粗糙度達到 Ra=0.025-0.050um 時，具有*高壽命。
6、螺紋加工
螺栓螺紋一般采用冷加工，使一定直徑範圍內的螺紋坯料通過搓（滾）絲板（模），由絲板（滾模）壓力使螺紋成形。可獲得螺紋部分的塑性流線不被切斷，強度增加，精度高，質量均一的產品，因而被廣泛采用。 為了製出*終產品的螺紋外徑，所需要的螺紋坯徑是不同的，因為它受螺紋精度，材料有無鍍層等因素限製。 滾（搓）壓螺紋是指利用塑性變形使螺紋牙成形的加工方法。它是用帶有和被加工的螺紋同樣螺距和牙形的滾壓（搓絲板）模具，一邊擠壓圓柱形螺坯，一邊使螺坯轉動，*終將滾壓模具上的牙形轉移到螺坯上，使螺紋成形。 滾（搓）壓螺紋加工的共同點是滾動轉數不必太多，如果過多，則效率低，螺紋牙表麵容易產生分離現象或者亂扣現象。反之，如果轉數太少，螺紋直徑容易失圓，滾壓初期壓力異常增高，造成模具壽命縮短。滾壓螺紋常見的缺陷：螺紋部分表麵裂紋或劃傷；亂扣；螺紋部分失圓。這些缺陷若大量發生，就會在加工階段被發現。如果發生的數量較少，生產過程注意不到這些缺陷就會流通到用戶，造成麻煩。因此，應歸納加工條件的關鍵問題，在生產過程控製這些關鍵因素。
7、處理
高強度緊固件根據技術要求都要進行調質處理。熱處理調質是為了提高緊固件的綜合機械性能，以滿足產品規定的抗拉強度值和屈強比。 熱處理工藝對高強度緊固件尤其是它的內在質量有著至關重要的影響，因此，要想生產出上等的高強度緊固件，必須要有先進的熱處理技術裝備。 由於高強度螺栓生產量大，價格低廉，螺紋部分又是比較細微相對精密的結構，因此，要求熱處理設備必須具備生產能力大，自動化程度高，熱處理質量好的能力。進入 20 世紀 90 年代以來帶有保護氣氛的連續式熱處理生產線已占主導地位，震底式，網帶爐尤其適用於中小規格緊固件的熱處理調質。調質線除了爐子密封性能好以外，還具有先進的氣氛，溫度和工藝參數計算機控製，設備故障報警和顯示功能。高強度緊固件從上料－清洗－加熱－淬火－清洗－回火－著色到下線，全部自動控製運行，有效保證了熱處理質量。 螺紋的脫碳會導致緊固件在未達到機械性能要求的抗力時先發生脫扣，使螺紋緊固件失效，縮短使用壽命。由於原料的脫碳，如果退火不當，更會使原材料脫碳層加深。調質熱處理過程中，一般會從爐外帶進來一些氧化氣體。棒料鋼絲的鐵鏽或冷拔後盤條鋼絲表麵上的殘留物，入爐加熱後也會分解，反應生成一些氧化性氣體。例如，鋼絲的表麵鐵鏽，它的成分是碳酸鐵及氫氧化物，在加熱後將分解成CO₂及H₂O，從而加重了脫碳。研究表明，中碳合金鋼的脫碳程度較碳鋼嚴重，而*快的脫碳溫度在 700 － 800 攝氏度之間。由於鋼絲表麵的附著物在一定條件下分解化合成二氧化碳和水的速度很快，如果連續式網帶爐爐氣控製不當，也會造成螺絲脫碳超差。 高強度螺栓當采用冷鐓成形時，原材料和退火的脫碳層不但仍然存在，而且被擠壓到螺紋的頂部，對於需要淬火的緊固件表麵，得不到所要求的硬度，其機械性能（特彆是強度和耐磨性）降低。另外，鋼絲表麵脫碳，表層與內部組織不同而具有不同的膨脹係數，淬火時有可能產生表麵裂紋。 為此，在淬火加熱時要保護螺紋頂部不脫碳，還要對原材料已脫碳的緊固件進行適度的覆碳，把網帶爐中的保護氣氛的優勢調到和被覆碳的零件原始含碳量基本相等，使已脫碳的緊固件慢慢恢複到原來的含碳量，碳勢設定在 0.42 %－ 0.48 %為宜，覆碳溫度與淬火加熱相同，不能在高溫下進行，以免晶粒粗大，影響機械性能。 緊固件在調質淬火過程中可能出現的質量問題主要有：淬火態硬度不足；淬火態硬度不均；淬火變形超差；淬火開裂。現場出現的這類問題往往與原材料，淬火加熱和淬火冷卻有關，正確製訂熱處理工藝，規範生產操作過程，往往可以避免此類質量事故。
8、檢驗
綜上所述，影響高強度緊固件品質的工藝因素有鋼材設計，球化退火，剝殼除鱗，拉撥，冷鐓成形，螺紋加工，熱處理等方麵，有時則是諸種因素的疊加。