螺栓、螺絲是最基本的機(jī)械部件，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、產(chǎn)業(yè)機(jī)械和建設(shè)等各種產(chǎn)業(yè)。與焊接和鉚接不同，螺栓的最大特征是即使在緊固后也能簡(jiǎn)單卸下，可以通過(guò)再緊固再利用。
1 制作工藝
螺栓的制作材料一般是盤(pán)卷狀的線(xiàn)材，經(jīng)酸洗、潤(rùn)滑、退火和拉絲等二次加工后，采用冷鍛壓法對(duì)螺栓的螺頭和螺紋進(jìn)行成形加工、熱處理和表面處理。因產(chǎn)品種類(lèi)的不同，有的需在螺紋部成形前進(jìn)行熱處理，有的無(wú)需進(jìn)行熱處理或表面處理。二次加工一般是由專(zhuān)業(yè)處理人員進(jìn)行處理，但有時(shí)是在螺栓制作廠(chǎng)內(nèi)進(jìn)行處理。
1.1 螺頭部的成形
一般把使用頂鐓機(jī)或頂桿機(jī)之類(lèi)的鍛壓機(jī)械對(duì)螺栓頭部進(jìn)行冷鍛壓成形的工序稱(chēng)為“頂鐓加工”。所謂冷鍛壓，就是在常溫下進(jìn)行加工，它是與坯料加熱后的溫加工和熱加工相對(duì)的稱(chēng)法。
鍛壓的過(guò)程就是將盤(pán)卷狀的鋼材剪切成適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，用幾個(gè)鍛模裝置對(duì)材料進(jìn)行鍛壓。鍛壓包括鐓鍛、深沖、反向擠壓、修整等4個(gè)工序。鐓鍛就是把材料從一端擠死，使其膨脹到比原來(lái)直徑大的加工；深沖則相反，就是把材料從一端擠死，使其縮小到比原來(lái)直徑小的加工；反向擠壓就是從材料的端面向比材料直徑小的鍛模內(nèi)擠壓，使材料一邊向外擠出，一邊穿孔的加工；修整就是用鍛模把多余的厚度去掉的加工。根據(jù)加工產(chǎn)品的形狀，可以將這些加工法分開(kāi)使用，或組合使用進(jìn)行成形。產(chǎn)品的形狀越復(fù)雜，就越需要增加加工的工序，慢慢進(jìn)行成形加工，但普通螺栓只需2-5個(gè)加工工序就可加工成形。
1.2 螺紋部的成形加工
在螺栓的螺紋成形工序中使用滾軋成形機(jī)對(duì)螺紋進(jìn)行冷鍛壓成形，成形方法與螺栓頭部的成形方法相同。
螺紋形狀的加工是將坯料放在2個(gè)1組的鍛模之間進(jìn)行夾持，一面轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)鍛模中的一個(gè)鍛模，一面使坯料旋轉(zhuǎn)，通過(guò)塑性加工變成螺紋形狀。用于螺紋成形的鍛模被稱(chēng)作“滾軋成形模”。
滾軋成形機(jī)有平鍛模滾軋成形機(jī)、圓鍛模滾軋成形機(jī)和行星式滾軋成形機(jī)3種。平鍛模滾軋成形機(jī)裝有兩塊普通的滾軋成形鍛模，將一方固定，讓另一方前后移動(dòng)對(duì)坯料進(jìn)行滾軋成形。圓鍛模滾軋成形機(jī)將平行安裝的兩個(gè)圓筒形滾軋成形鍛模沿相同方向旋轉(zhuǎn)，對(duì)夾在兩個(gè)鍛模之間的坯料進(jìn)行滾軋成形。行星式滾軋成形機(jī)的加工方法是將坯料夾在圓筒形鍛模和扇形鍛模之間，通過(guò)旋轉(zhuǎn)圓筒形鍛模進(jìn)行滾軋成形。
1.3 熱處理
冷鍛壓成形的螺栓一般使用硬度適合塑性加工的材料來(lái)制作。碳含量高的材料或添加合金元素的材料由于自身材質(zhì)硬，不容易加工，因此有的需要通過(guò)退火處理使材質(zhì)變軟。大部分材質(zhì)在冷鍛壓的情況下并不能滿(mǎn)足所要求的強(qiáng)度。熱處理就是在冷鍛壓后進(jìn)行的處理，它可以使螺栓具有所要求的強(qiáng)度和力學(xué)性能，是螺栓制作工序中最重要的工序。
螺栓按照使用部位和用途可以分為各種強(qiáng)度等級(jí)。為使成形后的螺栓具有各自所要求的力學(xué)性能，需要進(jìn)行熱處理。
1.4 表面處理
用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的螺栓由于常常粘附著潤(rùn)滑油，因此即使不進(jìn)行表面處理，也不會(huì)生銹。但是，這種螺栓僅僅是很小一部分，大部分螺栓是在腐蝕環(huán)境下使用，因此如果不進(jìn)行表面處理，很快就會(huì)生銹。生銹的螺栓如果就此放置，腐蝕后就會(huì)無(wú)法螺開(kāi)，嚴(yán)重時(shí)螺栓會(huì)發(fā)生折斷釀成大的事故。因此，在腐蝕環(huán)境下使用的螺栓需要進(jìn)行電鍍等表面處理。
螺栓的表面處理大致可分為電鍍和涂敷兩種。最廣泛使用的是電鍍法，它具有成本低、耐蝕性好的優(yōu)點(diǎn)。在耐蝕性要求比電鍍高的情況下，可以使用鍍鋅鐵和鍍鋅鎳等合金電鍍，或涂敷鋅鋁復(fù)合皮膜。
2 汽車(chē)用螺栓的發(fā)展動(dòng)向
近年來(lái)，汽車(chē)廠(chǎng)家要求降低零部件成本、輕量化和高強(qiáng)度等。同時(shí)，為應(yīng)對(duì)環(huán)保問(wèn)題，必須減少CO2排放，為降低燃耗，必須盡量減輕車(chē)身重量。
在螺栓的制作成本中，坯料成本占主要部分，因此最有效的辦法是降低材料本身的成本。日本各汽車(chē)廠(chǎng)家為降低材料的供應(yīng)成本，正在研究使用海外的廉價(jià)材料。
為滿(mǎn)足用戶(hù)的要求，螺栓制作廠(chǎng)家也進(jìn)行了各種使螺栓輕量化的研究。作為使螺栓輕量化的措施，有的使用鋁或鈦等輕金屬，有的減小螺栓尺寸。
減小螺栓尺寸，雖然可以減輕重量，但如果減小相同強(qiáng)度等級(jí)的螺栓尺寸，由于螺栓斷面積的減小，螺栓的緊固力會(huì)下降。因此，為確保相同程度的堅(jiān)固力，又減小螺栓尺寸，必須提高螺栓的強(qiáng)度。
在目前的JIS等公共標(biāo)準(zhǔn)和汽車(chē)廠(chǎng)家自有的標(biāo)準(zhǔn)中，只對(duì)強(qiáng)度等級(jí)在12.9以下的螺栓做出規(guī)定。普通的調(diào)質(zhì)型螺栓當(dāng)強(qiáng)度等級(jí)超過(guò)12.9時(shí)，遲延斷裂特性會(huì)一下子變差。在一些已使用10.9或12.9的高強(qiáng)度等級(jí)螺栓的地方，如果想通過(guò)減小尺寸來(lái)達(dá)到輕量化，就必須使用強(qiáng)度等級(jí)超過(guò)12.9的螺栓，并采用某種方法改善遲延斷裂特性。
調(diào)質(zhì)型螺栓為實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度，有的通過(guò)添加合金元素來(lái)改善延遲斷裂特性。雖然添加合金元素多少可以改善延遲斷裂特性，但由于合金元素價(jià)格高，因此成本的上升是不可避免的。
另一個(gè)措施就是使用非調(diào)質(zhì)型螺栓。非調(diào)質(zhì)型螺栓就是在成形后無(wú)需進(jìn)行調(diào)質(zhì)（熱處理），主要是通過(guò)材料的加工硬化來(lái)確保強(qiáng)度。非調(diào)質(zhì)螺栓的金屬組織與調(diào)質(zhì)螺栓的完全不同，它具有很強(qiáng)的抗延遲斷裂特性。非調(diào)質(zhì)螺栓使用的是碳含量比調(diào)質(zhì)螺栓高的材料，通過(guò)在坯料階段的控制冷卻和熱處理，能獲得高的斷面收縮率，經(jīng)拉絲加工形成加工硬化后，在螺栓的成形階段進(jìn)一步的加工硬化可確保螺栓的強(qiáng)度。普通螺栓在成形后雖然沒(méi)進(jìn)行調(diào)質(zhì)，但為了通過(guò)冷鍛壓來(lái)消除螺栓內(nèi)部的應(yīng)變，因此必須進(jìn)行發(fā)藍(lán)處理。缺點(diǎn)是材料的硬度比調(diào)質(zhì)型的高，非常難以成形。
目前，用于發(fā)動(dòng)機(jī)的非調(diào)質(zhì)型螺栓的強(qiáng)度為1600MPa，用于車(chē)身的非調(diào)質(zhì)型螺栓的強(qiáng)度已達(dá)1400MPa?？梢灶A(yù)計(jì)今后對(duì)這種高強(qiáng)度螺栓的需求將進(jìn)一步擴(kuò)大。
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