螺栓的生產(chǎn)加工全過程工藝講解

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螺栓在日常生活當(dāng)中和工業(yè)生產(chǎn)制造當(dāng)中是不可或缺的。螺栓也被稱為工業(yè)之米，可見螺栓的運(yùn)用范圍之廣。其應(yīng)用領(lǐng)域包括電子產(chǎn)品、機(jī)械產(chǎn)品、數(shù)碼產(chǎn)品、電力設(shè)備、機(jī)電機(jī)械產(chǎn)品、船舶、車輛和水利工程，甚至化學(xué)實(shí)驗(yàn)上也有用到螺栓。螺栓在工業(yè)上負(fù)有重要任務(wù)，只要地球上存在著工業(yè)，螺栓的功能就永遠(yuǎn)重要。
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本文將為大家簡(jiǎn)要介紹一下螺栓的生產(chǎn)加工工藝，希望對(duì)大家有所幫助。
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6 e2 I2 n! w- f4 {( d螺栓加工工藝流程：材料選擇-球化（軟化）退火-剝殼除鱗-冷撥-冷鍛成形-螺紋加工-熱處理。
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螺栓加工常用材料

2 o/ [7 I. z/ @. F根據(jù)螺栓的強(qiáng)度級(jí)別采用不同的材料：目前市場(chǎng)上標(biāo)準(zhǔn)件主要有碳鋼、不銹鋼和銅三種材料。

6 g6 r. n" d6 g! ]7 f+ W: n, {（1）碳鋼  我們以碳鋼料中碳的含量區(qū)分低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼以及合金鋼。
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低碳鋼C%≤0.25% 國(guó)內(nèi)通常稱為A3鋼。國(guó)外基本稱為1008、1015、1018和1022 等。主要用于4.8級(jí)螺栓及4級(jí)螺母、小螺絲等無硬度要求的產(chǎn)品。（注：鉆尾釘主要用1022材料） 。

中碳鋼0.25%<C%≤0.45% 國(guó)內(nèi)通常稱為35號(hào)、45號(hào)鋼，國(guó)外基本稱為1035、CH38F、1039和40ACR 等。主要用于8級(jí)螺母、8.8級(jí)螺栓及8.8級(jí)內(nèi)六角產(chǎn)品。

- E9 y0 i- x8 z  }6 g* z0 V5 t" ]% S高碳鋼C%>0.45%。目前市場(chǎng)上基本沒有使用。

2 |" Z! _, @( ^2 y5 `合金鋼，即在普碳鋼中加入合金元素，增加鋼材的一些特殊性能：如35、40 鉻鉬、SCM435和10B38。芳生螺絲主要使用SCM435鉻鉬合金鋼，主要成分有C、Si、Mn、P、S、Cr和Mo。

（2）不銹鋼

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45、50、60、70、80，主要分奧氏體（18%Cr、8%Ni），耐熱性好，耐腐蝕性好并且可焊性好。

: K. {' r# j# x# NA1、A2、A4，馬氏體（13%Cr），耐腐蝕性較差，強(qiáng)度高且耐磨性好。

  X* d1 l' d) g: u* t$ ]; c, pC1、C2、C4，鐵素體不銹鋼（18%Cr），鐓鍛性較好 ，耐腐蝕性強(qiáng)于馬氏體。

（3）銅  常用材料為黃銅、鋅銅合金。市場(chǎng)上主要用H62、H65和H68銅做標(biāo)準(zhǔn)件。

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球化（軟化）退火

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1）球化（軟化）退火沉頭螺釘，內(nèi)六角圓柱頭螺栓采用冷鐓工藝生產(chǎn)時(shí)，鋼材的原始組織會(huì)直接影響著冷鐓加工時(shí)的成形能力。

2）冷鐓過程中局部區(qū)域的塑性變形可達(dá)60%~80%，為此要求鋼材必須具有良好的塑性。當(dāng)鋼材的化學(xué)成分一定時(shí)，金相組織就是決定塑性優(yōu)劣的關(guān)鍵性因素，通常認(rèn)為粗大片狀珠光體不利于冷鐓成形，而細(xì)小的球狀珠光體可顯著地提高鋼材塑性變形的能力。

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3）對(duì)高強(qiáng)度緊固件用量較多的中碳鋼和中碳合金鋼，在冷鐓前進(jìn)行球化（軟化）退火，以便獲得均勻細(xì)致的球化珠光體，以更好地滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。

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4）對(duì)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(diǎn)上下保溫，加熱溫度一般不能太高，否則會(huì)產(chǎn)生三次滲碳體沿晶界析出，造成冷鐓開裂。
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5）中碳合金鋼的盤條采用等溫球化退火，在AC1+（20%~30%）加熱后，爐冷到略低于Ar1，溫度約700℃等溫一段時(shí)間，然后爐冷至500℃左右出爐空冷。鋼材的金相組織由粗變細(xì)，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(qū)域?yàn)?15℃~735℃。
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剝殼除鱗
冷鐓鋼盤條去除氧化鐵板工序?yàn)閯兞粒怀[分為有機(jī)械除鱗和化學(xué)酸洗兩種方法。
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1）用機(jī)械除鱗取代盤條的化學(xué)酸洗工序，既提高了生產(chǎn)率，又減少了環(huán)境污染。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，但不能使殘余鐵鱗去凈（氧化鐵皮清除率為97%），尤其是氧化鐵皮粘附性很強(qiáng)時(shí)。因此，機(jī)械除鱗受鐵皮厚度、結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)的影響，適用于低強(qiáng)度緊固件（小于等于6.8級(jí)）用的碳鋼盤條。

2）高強(qiáng)度緊固件（大于等于8.8級(jí)）用盤條在機(jī)械除鱗后，為除凈所有的氧化鐵皮，再經(jīng)化學(xué)酸洗工序即復(fù)合除鱗。對(duì)低碳鋼盤條而言，機(jī)械除鱗殘留的鐵皮容易造成粒拔模不均勻磨損。當(dāng)粒拔模孔由于盤條鋼絲摩擦外溫時(shí)粘附上鐵皮，使盤條鋼絲表面產(chǎn)生縱向粒痕，盤條鋼絲冷鐓凸緣螺栓或圓柱頭螺釘時(shí)，頭部出現(xiàn)微裂紋的原因，95%以上是鋼絲表面在拉拔過程中產(chǎn)生的劃痕所引起。因此，機(jī)械除鱗法不宜用來高速拉拔。

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冷拔

1 l  ~" @& i4 ^6 T6 A+ ?1）冷拔工序有兩個(gè)目的，一是改制原材料的尺寸；二是通過變形強(qiáng)化作用使緊固件獲得基本的機(jī)械性能。對(duì)于中碳鋼、中碳合金鋼還有一個(gè)目的，即是使盤條控冷后得到的片狀滲碳體在拉拔過程中盡可能的破裂，為隨后的球化（軟化）退火得到粒狀滲碳體做好準(zhǔn)備。然而有些廠家為降低成本，任意減少拉拔道次，過大的減面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。

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2）如果各道次的減面率分配不合適，也會(huì)使盤條鋼絲在拉拔過程中產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)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(rùn)滑不好，也可造成冷拔盤條鋼絲有規(guī)律地出現(xiàn)橫裂紋。
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3）盤條鋼絲出出粒絲模口上卷同時(shí)的切線方向與拉絲模不同心，會(huì)造成拉絲模單邊孔型的磨損加劇，使內(nèi)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面應(yīng)力不均勻而影響冷鐓合格率。

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4）盤條鋼絲拉拔過程中，過大的部分減面率使鋼絲的表面質(zhì)量惡化，而過低的減面率卻不利于片狀滲碳體的破碎，難以獲得盡可能多的粒狀滲碳體，即滲碳體的球化率低，對(duì)鋼絲的冷鐓性能極為不利，采用拉拔方式生產(chǎn)的棒料和盤條鋼絲，部分減面率直控制在10%~15%。
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冷鍛

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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(chǎn)品形狀呈連續(xù)狀，中間無切斷，因而提高了產(chǎn)品強(qiáng)度，特別是機(jī)械性能優(yōu)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(dòng)冷鐓。

1）用半封閉切料工具切割毛坯，最簡(jiǎn)單的方法是采用套筒式切料工具；切口的角度不應(yīng)大于3度；而當(dāng)采用開口式切料工具時(shí)，切口的斜角可達(dá)5~7度。

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2）短尺寸毛坯在由上一個(gè)工位向下一個(gè)成型工位傳遞過程中，應(yīng)能翻轉(zhuǎn)180度，這樣能發(fā)揮自動(dòng)冷鐓機(jī)的潛力，加工結(jié)構(gòu)復(fù)雜的緊固件，提高零件精度。

3）在各個(gè)成型工位上都應(yīng)該裝有沖頭退料裝置，凹模均應(yīng)帶有套筒式頂料裝置。
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4）成型工位的數(shù)量（不包括切斷工位）一般應(yīng)達(dá)到3~4個(gè)工位（特殊情況下5個(gè)以上）。
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5）在有效使用期內(nèi)，主滑塊導(dǎo)軌和工藝部件的結(jié)構(gòu)都能保證沖頭和凹模的定位精度。
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6）在控制選料的擋板上必須安裝終端限位開關(guān)，必須注意鐓鍛力的控制。在自動(dòng)冷鐓機(jī)上制造高強(qiáng)度緊固件所使用的冷撥盤條鋼絲的不圓度應(yīng)在直徑公差范圍內(nèi)，而較為精密的緊固件，其鋼絲的不圓度則應(yīng)限制在1/2直徑公差范圍內(nèi)。如果鋼絲直徑達(dá)不到規(guī)定的尺寸，則零件的鐓粗部分或頭部就會(huì)出現(xiàn)裂痕，或形成毛刺，如果直徑小于工藝所要求的尺寸，則頭部就會(huì)不完整、棱角或漲粗部分不清晰。
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7）冷鐓成型所能達(dá)到的精度還同成型方法的選擇和所采用的工序有關(guān)。此外，它還取決于所用的設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工藝特點(diǎn)及其狀態(tài)，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(zhì)合金模具的工作表面粗糙度不應(yīng)大Ra=0.2μm,這類模具工作表面的粗糙度達(dá)到Ra=0.025~0.050μm時(shí)，具有最高壽命。

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螺紋加工
1）螺栓螺紋一般采用冷加工，使一定直徑范圍內(nèi)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(qiáng)度增加、精度高且質(zhì)量均一的產(chǎn)品，因而被廣泛采用。
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2）為了制出最終產(chǎn)品的螺紋外徑，所需要的螺紋坯徑是不同的，因?yàn)樗苈菁y精度，材料有無鍍層等因素限制。

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3）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(zhuǎn)動(dòng)，最終將滾壓模具上的牙形轉(zhuǎn)移到螺坯上，使螺紋成形。

4）滾（搓）壓螺紋加工的共同點(diǎn)是滾動(dòng)轉(zhuǎn)數(shù)不必太多，如果過多，則效率低，螺紋牙表面容易產(chǎn)生分離現(xiàn)象或者亂扣現(xiàn)象。反之，如果轉(zhuǎn)數(shù)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。

5）滾壓螺紋常見的缺陷：螺紋部分表面裂紋或劃傷、亂扣和螺紋部分失圓。這些缺陷若大量發(fā)生，就會(huì)在加工階段被發(fā)現(xiàn)。如果發(fā)生的數(shù)量較少，生產(chǎn)過程注意不到這些缺陷就會(huì)流通到用戶，造成麻煩。因此，應(yīng)歸納加工條件的關(guān)鍵問題，在生產(chǎn)過程控制這些關(guān)鍵因素。

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熱處理

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1）熱處理高強(qiáng)度緊固件根據(jù)技術(shù)要求都要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。

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2）熱處理調(diào)質(zhì)是為了提高緊固件的綜合機(jī)械性能，以滿足產(chǎn)品規(guī)定的抗拉強(qiáng)度值和屈強(qiáng)比。
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3）熱處理工藝對(duì)高強(qiáng)度緊固件尤其是它的內(nèi)在質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響，因此，要想生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的高強(qiáng)度緊固件，必須要有先進(jìn)的熱處理技術(shù)裝備。

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4）由于高強(qiáng)度螺栓生產(chǎn)量大、價(jià)格低廉，螺紋部分又是比較細(xì)微相對(duì)精密的結(jié)構(gòu)，因此要求熱處理設(shè)備必須具備生產(chǎn)能力大、自動(dòng)化程度高且熱處理質(zhì)量好的能力。

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5）螺紋的脫碳會(huì)導(dǎo)致緊固件在未達(dá)到機(jī)械性能要求的抗力時(shí)先發(fā)生脫扣，使螺紋緊固件失效，縮短使用壽命。由于原料的脫碳，如果退火不當(dāng)，更會(huì)使原材料脫碳層加深。調(diào)質(zhì)熱處理過程中，一般會(huì)從爐外帶進(jìn)來一些氧化氣體。

6）棒料鋼絲的鐵銹或冷拔后盤條鋼絲表面上的殘留物，入爐加熱后也會(huì)分解，反應(yīng)生成一些氧化性氣體。例如，鋼絲的表面鐵銹，它的成分是碳酸鐵及氫氧化物，在加熱后將分解成CO2和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(yán)重，而最快的脫碳溫度在700℃~800℃。

7）由于鋼絲表面的附著物在一定條件下分解化合成CO2和H2O速度很快，如果連續(xù)式網(wǎng)帶爐爐氣控制不當(dāng)，也會(huì)造成螺絲脫碳超差。

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8）高強(qiáng)度緊固件當(dāng)采用冷鐓成形時(shí)，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(duì)于需要淬火的緊固件表面，得不到所要求的硬度，其機(jī)械性能（特別是強(qiáng)度和耐磨性）降低。另外，鋼絲表面脫碳，表層與內(nèi)部組織不同而具有不同的膨脹系數(shù)，淬火時(shí)有可能產(chǎn)生表面裂紋。

9）緊固件在調(diào)質(zhì)淬火過程中可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題主要有：淬火態(tài)硬度不足、淬火態(tài)硬度不均、淬火變形超差和淬火開裂。
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10）現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的這類問題往往與原材料，淬火加熱和淬火冷卻有關(guān)，正確制訂熱處理工藝，規(guī)范生產(chǎn)操作過程，往往可以避免此類質(zhì)量事故。

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