螺栓選材及產品加工工藝研究

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摘要：隨著我國對機械化生產的大力推進，對機械化中的各個零件也提出了全新的質量標準要求，引發了行業內的深入討論。而高強度螺栓因為其強度高，塑性優良等天然優勢，引起了越來越多人的廣泛關注。本文作者根據研究高強度螺栓多年的實際經驗，對高強度螺栓的選材及其產品加工工藝展開了深入的研究和探討，并給出了高強度螺栓發展趨勢的前景展望，希望能對高強度螺栓的優化和改良起到一定的啟發作用。

關鍵詞：高強度螺栓；選材；加工工藝

在機械制造行業中，需要應用到大量的螺栓類零件，螺栓類零件又根據其基礎性質和性能的不同，分成了相應的10個品級，其中性能等級大于8.8級的螺栓零件我們稱之為高強度螺栓。高強度螺栓擁有更高的強度和表面的硬度，能夠在金屬冶煉以及機械制造行業中得到廣泛應用，我們應該充分研究高強度螺栓的選材以及加工工藝，從而保證高強度螺栓能夠滿足相關行業的使用需求，進而使各個行業的產品能夠進行有效的質量保證，提高產品的安全性和實用性，進而提升相關行業的經濟效益和社會效益。

1高強度螺栓的材料選擇分析

高強度螺栓的材料選擇應該充分結合其實際的應用方案進行選擇。高強度螺栓的材料選擇可能影響到使用時的螺栓壽命與加工方法，所以在選擇材料時一定要非常謹慎，接下來提供幾種高強度螺栓的常用選材進行相應的選材研究分析。當前在高強度螺栓材料選材時，比較傾向于優質的不銹鋼以及優質合金結構鋼和高溫合金鋼。其中優質不銹鋼也就是304不銹鋼，密度為7.93g/cm3，業內也稱為18/8不銹鋼，耐高溫性為800度，具有良好的加工性能，并且強度和韌性較高。目前常見的標示方法有00Cr19Ni10，SUS304，前者表示國標標準生產，后者表示日標標準生產。高溫合金是指以鐵鎳鈷為基礎元件，能夠在600℃以上的高溫及高強度應力下長期工作的一類金屬鋼材，它有非常高的高溫強度，有著良好的抗氧化性能和抗腐蝕性，有著良好的抗疲勞性能和斷裂韌性，高溫合金的合金化程度較高，所以也被成為超合金，高溫合金在高強度螺栓的加工中有著廣泛應用。微合金化鋼即是在高強度螺栓用的鋼材中加入一些元素來改變鋼材的性能，來提高其材料的性能以及穩定程度，每一種元素都有其本身的作用。鋼在使用時要根據元素的和含量的不同進行生產工藝的調整。當前廣泛使用的ML35鋼在螺栓的生產中還存在著一些問題，容易造成淬裂以及變形的現象，所以用CH35ACR冷鐓鋼與ML35鋼進行替換，CH35鋼更適合較大尺寸規格的螺栓制造，與ML35鋼相比較，Si和Mn的含量各有不同，前者提升了Cr的添加，減少了P、S的含量，提升了鋼材的抗回火性能，提升了元件加工后的剛度。我國合金化鋼技術也得到了一定的發展，在鋼材中加入小于百分之0.1的碳化物元素，比如Ti、V、以及Cr[1]。一般情況下中碳結構鋼在經過相應的熱處理后，強度與塑形會進行相互之間的消長，而高強度螺栓更需要強度與韌性的有機結合。而在低碳結構鋼淬火后的研究中，發現其低碳馬氏體擁有較高的強度和屈服強度，還擁有良好的韌性以及塑形，所以研究低碳馬氏體結構鋼對高強度螺栓的開發有著重要的意義。15Mn-V-B低碳馬氏體鋼能夠生產8.8-10.9級的螺栓，而20Mn-V-B低碳馬氏體鋼的螺栓強度性能比40Cr螺栓提高了35％，承載能力提升了45％到70％，能夠有效的應用在機械制造業的重要螺栓結構中，比如連桿螺栓、缸蓋螺栓以及半軸螺栓，能夠極大程度的提升螺栓的成品率，保證了螺栓結構的穩定性以及支護作用，減少了機械構造內部存在的安全隱患，創造了良好的社會價值[2]。

2高強度螺栓的加工工藝分析

高強度螺栓是一種重要的標準件，它擁有多種種類和形狀設計，也擁有多種外部尺寸設計，然而其主要構造和整體外形設計是存在一定的相似度的。我們根據高強度螺旋的相似度將螺栓分為螺栓頭部、螺栓桿部以及螺紋部分。高強度螺栓在加工時，一般不需要特制的專用作業機床，在普通的加工機械上即可完成。螺栓加工工藝也根據其外形構造而分成三部分，分別是螺栓頭部加工、螺栓桿部加工以及螺紋加工，三個部分的加工工藝存在著一定的關聯性。高強度螺栓頭部的主要加工工藝為選用冷拉方鋼的形式進行螺栓毛坯的處理，六角頭的螺栓選用冷拉六角鋼的工藝。螺栓的頭部應該根據設計的具體需求來選擇相應的工藝，如果要求螺栓頭部的精準度，則應該使用鍛件毛坯，同時要進行預加工量的整體留存，一般情況下長度方向要留存4毫米左右的預留量，頭部內端面預留1.5毫米的余量。高強度螺栓在加工時為了保證其足夠的抗拉強度，一般會在內端面處要求倒角，倒角數值為Rt±0.2。螺栓的頭部應該采取鐓制成型的加工工藝，一般工藝流程為下料-鐓鍛-酸洗-切邊-勒光六方S面。高強度螺栓桿部要求能夠起到有效的導向能力作用，使其能夠與螺栓頭部的接觸產生圓角，以避免高強度作業時該部位發生斷裂，另外加工時應該注意工藝不能對桿部上部造成裂紋。桿部的加工工藝應該考慮到螺栓桿部的粗細度，細長的桿部應該預留1.5毫米左右的余量，同時要盡量防止熱處理時產生較大變形，硬度方面一般螺栓桿部要求在HRC32左右。鍛件表面的缺陷度應該不大于0.3毫米，且鍛件應該采取正火處理，以使其能夠適應后續的加工作業。桿部加工的核心工藝在于桿外圓的加工，一般采取車削與磨削結合的加工形式進行加工，能夠有效保證螺栓桿部尺寸符合工藝需求，應該使用大切深與大進給量結合的形式來進行作業，同時要有效降低切削速度；如果對螺栓桿部有明確的尺寸精度要求，應該在雙邊預留0.3毫米左右的余量[3]。螺栓螺紋部位是高強度螺栓的核心部位，在加工工藝中要注意螺距以及牙型半角的設計，保證螺紋與其他配件的配合精度，也要注意其生產的效率。高強度螺栓螺紋一般采用滾壓式加工工藝進行加工，能夠有效的保證螺紋的生產率。將材料重新組合以形成需要的形狀，滾壓操作后，工件毛坯會相對而增長。螺紋的滾壓成功很大程度上與要形成的形狀有關，如果螺栓頭部有相應垂直要求的螺栓，其螺紋要以砂輪打磨的形式進行精確修整。滾壓加工工藝能夠有效的節省百分之16以上的原材料，螺紋下端需要預留一定的退刀距離，大約在2至3毫米。對于有抗疲勞要求的螺栓，應該進行嚴格的熱處理，并采用調質滾絲加工工藝，控制滾絲輪的制造工藝，從而保證螺紋牙底的圓滑，防止螺紋內部產生折疊，并對頭下圓角進行滾壓強化，從而防止產生過大的應力集中。

3高強度螺栓產品的發展趨勢

隨著機械行業的多元化發展，對機械內部的緊固件也提出了愈加嚴苛的要求。車輛的緊固件要滿足高性能化和輕型化設計，這不僅提升了零件制造的成本，而且也增加了機器的整體造價，目前只有通過高強度螺栓產品的應用才能有效滿足機械行業緊固件的要求。在未來的發展歷程中，高強度螺栓產品必將廣泛應用于機械行業中，其足夠的力學強度與較高的韌性與塑形都會提升機械行業與機械加工的品質，隨著時代的不斷發展與變革，高強度螺栓會隨著機械制造行業的發展不斷優化自身產品屬性，從而為相關行業提供更符合需求的高品質螺栓[4]。

4結束語

高強度螺栓能夠為相關行業提供高強度以及高韌性的螺栓結構，從而減少相關行業的成本負擔，提高各個行業的經濟效益。本文以高強度螺栓的選材作為切入點，深入探討了高強度螺栓應用的幾種材料，并對螺栓的頭部、桿部以及螺紋三種位置的加工工藝進行了分別論述，從而促進高強度螺栓的改良與優化，提升其強度、韌性以及塑性，加強其在機械行業中的廣泛應用，從而促進相關行業實現其本身的經濟價值和社會效益。

參考文獻：

[1]趙宏敏，解延鵬，丁寧杰，張建周.高強度螺栓加工新工藝[J].機械工程師，2015（10）：45-46.

[2]肖九梅.緊固件的金屬電鍍工藝及其質量控制[J].2012，42-14.

[3]王榮濱.高強度螺栓選材與熱處理工藝研究[J].熱處理，2015（1）：23-26.

[4]馮琴.輪轂車輪高強度螺栓選材[J].金屬制品，2016（1）：53-56.

作者:孫定彬 單位:貴州航太精密制造有限公司