高強(qiáng)度螺栓加工工藝為:熱軋盤條-(冷撥)-球化(軟化)退火-機(jī)械除鱗-酸洗-冷撥-冷鍛成形-螺紋加工-熱處理-檢驗(yàn)
一、鋼材設(shè)計(jì) 在緊固件制造中,正確選用緊固件材料是重要一環(huán),由于緊固件的性能和其材料有著密切的關(guān)系。如材料選擇不當(dāng)或不正確,可能造成性能達(dá)不到要求,使用壽命縮短,甚至發(fā)生意外或加工困難,制造本錢高等,因此緊固件材料的選用是非常重要的環(huán)節(jié)。 冷鐓鋼是采用冷鐓成型工藝生產(chǎn)的互換性較高的緊固件用鋼。由于它是常溫下利用金屬塑性加工成型,每個(gè)零件的變形量很大,承受的變形速度也高,因此,對(duì)冷鐓鋼原料的性能要求十分嚴(yán)格。 在長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐和用戶使用調(diào)研的基礎(chǔ)上,結(jié)合GB/T6478-2001《冷鐓和冷擠壓用鋼技術(shù)條件》GB/T699-1999《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》及目標(biāo)JISG3507-1991《冷鐓鋼用碳素鋼盤條》的特點(diǎn),以8.8級(jí),9.8級(jí)螺栓螺釘的材料要求為例,各種化學(xué)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(jī)械性能的要求,因此定為0.25%-0.55%。 Mn能進(jìn)步鋼的滲透性,但添加過多則會(huì)強(qiáng)化基體組織而影響冷成形性能;在零件調(diào)質(zhì)時(shí)有促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的傾向,故在國(guó)際的基礎(chǔ)上適當(dāng)進(jìn)步,定為0.45%-0.80%。 Si能強(qiáng)化鐵素體,促使冷成形性能降低,材料延伸率下降定為Si小于即是0.30%。 S.P.為雜質(zhì)元素,它們的存在會(huì)沿晶界產(chǎn)生偏析,導(dǎo)致晶界脆化,損害鋼材的機(jī)械性能,應(yīng)盡可能降低,定為P小于即是0.030%,S小于即是0.035%。 B.含硼量最大值均為0.005%,由于硼元素固然具有顯著進(jìn)步鋼材滲透性等作用,但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致鋼材脆性增加。含硼量過高,對(duì)螺栓,螺釘和螺柱這類需要良好綜合機(jī)械性能的工件是十分不利的。
二、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。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,通常以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進(jìn)步鋼材塑性變形的能力。 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。 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,而對(duì)于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攝氏度等溫一段時(shí)間,然后爐冷至500攝氏度左右出爐空冷。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攝氏度;而SCM435\40Cr\SCR435鋼球化退火加熱溫度一般區(qū)域?yàn)?40-770攝氏度,等溫溫度680-700攝氏度。
三、剝殼除鱗 冷鐓鋼盤條往除氧化鐵板工序?yàn)閯兞粒[,有機(jī)械除鱗和化學(xué)酸洗兩種方法。用機(jī)械除鱗取代盤條的化學(xué)酸洗工序,既進(jìn)步了生產(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復(fù)彎曲盤條),噴九法等,除鱗效果較好,但不能使殘余鐵鱗往凈(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,使用于低強(qiáng)度緊固件(小于即是6.8級(jí))用的碳鋼盤條。高強(qiáng)度緊固件(大于即是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)械除鱗殘留的鐵皮輕易造成粒拔模不均勻磨損。當(dāng)粒拔?子捎诒P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。
四、拉拔 拉拔工序有兩個(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解,為隨后的球化(軟化)退火得到粒狀滲碳體做好預(yù)備,然而,有些廠家為降低本錢,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。 假如各道次的減面率分配分歧適,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。 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。 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%的范圍內(nèi)。
五、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)品外形呈連續(xù)狀,中間無切斷,因而進(jìn)步了產(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,雙擊冷鐓和多任務(wù)位自動(dòng)冷鐓。一臺(tái)自動(dòng)冷鐓機(jī)分別在幾個(gè)成型凹模里進(jìn)行沖壓,鐓鍛,擠壓和縮徑等多任務(wù)位工藝。 單工位或多任務(wù)位自動(dòng)冷鐓機(jī)使用的原始毛坯的加工特點(diǎn)是由材料尺寸長(zhǎng)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(diǎn)在于冷鐓成型不是采用預(yù)先切好的單件毛坯,而是采用自動(dòng)冷鐓機(jī)本身由棒料和盤條鋼絲切取和鐓粗的(必要時(shí))毛坯。 在擠壓型腔之前,毛坯必須進(jìn)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。毛坯切斷后,送到鐓粗整形工位。該工位可進(jìn)步毛坯的質(zhì)量,可使下一個(gè)工位的成型力降低15-17%,并能延長(zhǎng)模具壽命,制造螺栓可采用多次縮徑。 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。 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,進(jìn)步零件精度。 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。 4.成型工位的數(shù)目(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)。 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。 6.在控制選料的擋板上必須安裝終端限位開關(guān),必須留意鐓鍛力的控制。 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),假如鋼絲直徑達(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)裂縫,或形成毛刺,假如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楚。 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=0.2um,這類模具工作表面的粗糙度達(dá)到Ra=0.025-0.050um時(shí),具有最遐齡命。
六、螺紋加工 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?色@得螺紋部分的塑性流線不被切斷,強(qiáng)度增加,精度高,質(zhì)量均一的產(chǎn)品,因而被廣泛采用。 為了制出終極產(chǎn)品的螺紋外徑,所需要的螺紋坯徑是不同的,由于它受螺紋精度,材料有無鍍層等因素限制。 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),終極將滾壓模具上的牙形轉(zhuǎn)移到螺坯上,使螺紋成形。 滾(搓)壓螺紋加工的共同點(diǎn)是轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)數(shù)不必太多,假如過多,則效率低,螺紋牙表面輕易產(chǎn)生分離現(xiàn)象或者亂扣現(xiàn)象。反之,假如轉(zhuǎn)數(shù)太少,螺紋直徑輕易失圓,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:螺紋部分表面裂紋或劃傷;亂扣;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)。假如發(fā)生的數(shù)目較少,生產(chǎn)過程留意不到這些缺陷就會(huì)流通到用戶,造成麻煩。因此,應(yīng)回納加工條件的關(guān)鍵題目,在生產(chǎn)過程控制這些關(guān)鍵因素。
七、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。熱處理調(diào)質(zhì)是為了進(jìn)步緊固件的綜合機(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。 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。 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,熱處理質(zhì)量好的能力。進(jìn)進(jìn)20世紀(jì)90年代以來帶有保護(hù)氣氛的連續(xù)式熱處理生產(chǎn)線已占主導(dǎo)地位,震底式,網(wǎng)帶爐尤其適用于中小規(guī)格緊固件的熱處理調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)線除了爐子密封性能好以外,還具有先進(jìn)的氣氛,溫度和工藝參數(shù)計(jì)算機(jī)控制,設(shè)備故障報(bào)警和顯示功能。高強(qiáng)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(dòng)控制運(yùn)行,有效保證了熱處理質(zhì)量。 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,假如退火不當(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。棒料鋼絲的鐵銹或冷拔后盤條鋼絲表面上的殘留物,進(jìn)爐加熱后也會(huì)分解,反應(yīng)天生一些氧化性氣體。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(yán)重,而最快的脫碳溫度在700-800攝氏度之間。由于鋼絲表面的附著物在一定條件下分解化合成CO2 和H2O 的速度很快,假如連續(xù)式網(wǎng)帶爐爐氣控制不當(dāng),也會(huì)造成螺絲脫碳超差。 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。 為此,在淬火加熱時(shí)要保護(hù)螺紋頂部不脫碳,還要對(duì)原材料已脫碳的緊固件進(jìn)行適度的覆碳,把網(wǎng)帶爐中的保護(hù)氣氛的上風(fēng)調(diào)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復(fù)到原來的含碳量,碳勢(shì)設(shè)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(jìn)行,以免晶粒粗大,影響機(jī)械性能。 緊固件在調(diào)質(zhì)淬火過程中可能出現(xiàn)的質(zhì)量題目主要有:淬火態(tài)硬度不足;淬火態(tài)硬度不均;淬火變形超差;淬火開裂,F(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的這類題目往往與原材料,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)操縱過程,往往可以避免此類質(zhì)量事故。
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