CN101890618A - 高强度螺栓加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到螺栓的加工方法，尤其是高强度螺栓加工方法。采用SCM440和42CrMoVNb材质生产，通过选材，线材球化、酸洗抽线所需的线材直径，经过在多工位冷锻机上3～4次挤压成型所需的螺栓的头型和杆部，经滚制搓牙搓出所需的螺纹及螺纹长度。经热处理淬火回火打到所需硬度和强度。采用本发明的冷挤压工艺进行的高强度螺栓加工方法，提高了螺栓的强度，达到了12.9和14.9级高强度螺栓所需的硬度值、强度值，解决了高强度下螺栓的延迟断裂和疲劳断裂，在使用中连接可靠，不易折断，提高了螺栓寿命，满足了社会上各行业对高强度螺栓的使用需求。

Description

高强度螺栓加工方法

技术领域

本发明涉及到螺栓的加工方法，尤其是高强度螺栓加工方法。

背景技术

高强度螺栓是机械行业中常用的紧固件，目前的加工方式一般为车削的成型，强度往往难以保证，有时在使用中产生掉头、杆部断裂等不不安全现象，对工业生产危害很大。因此对高强度螺栓生产方法加以研究和改进，确保高强度螺栓的质量稳定性，对技术和经济的发展具有重要作用。此外，螺栓处于相对潮湿的环境中时，容易生锈腐蚀，最终导致断裂或裂纹，形成潜在的事故源。

鉴于此，有必要提供一种高强度螺栓的加工方法，生产更耐腐蚀的高强度螺栓。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种高强度螺栓的加工方法。

本发明的目的通过以下技术措施实现：

高强度螺栓加工方法，加工步骤包括：

（一）整径

（1）对原料做酸洗除锈；

（2）对酸洗后的原料做球化退火处理，原料经760°-780°均温7－10小时缓慢冷却；

（3）对球化退火处理后的原料做酸洗；酸洗后对原料进行磷化处理；

（4）依照螺栓的线径要求，对经过步骤（3）处理的原料进行抽线，以使所述原料收缩到螺栓所需的线径；

（二）冷镦

将所述原料切断至螺栓所需的长度，在常温下将切断后的原料放入模具型腔内，以镦锻力使原料形成螺栓所需的头部和杆部尺寸；

（三）搓牙

通过牙板挤压所述原料，形成带有螺纹的螺栓；

（四）热处理

（1）将搓牙形成的螺栓在940°±10°下，用淬火油进行淬火；

（2）将淬火后的螺栓在500℃下进行回火，持续时间150分钟；

（五）表面处理

将经回火后的螺栓置于发热型瓦斯变成炉内，采用瓦斯与空气燃烧产生氧化性气体对螺栓进行发黑处理，即得成品螺栓。

所述原料为SCM435、SCM440或42CrMoVNb。

所述步骤（二）冷镦采用多工位机生产，步骤包括：

（1）第一工位冷挤压成型

切断后的原料在常温下，通过夹具传送到第一工位的公模和母模之间，并由公模给予原料压力，送至母模第一次成型杆部，公模第一次成型头部；

2）第二工位冷挤压成型

第一工位第一次成型的原料通过夹具传送到第二工位的公模和母模之间，并由公模给予原料压力，送至母模第二次成型杆部，公模第二次成型头部，形成成品螺栓头部的雏形；

3）第三工位冷挤压成型

第二工位第二次成型的原料通过夹具传送到第三工位，所述原料在第三工位成型头部，同时成型杆部和缩径出搓牙有效径。

本发明的高强度螺栓加工方法，采用冷挤压工艺螺栓加工，提高了螺栓的强度，达到了12.9和14.9级高强度螺栓所需的硬度值、强度值，解决了高强度下螺栓的延迟断裂和疲劳断裂，在使用中连接可靠，不易折断，提高了螺栓寿命，满足了社会上各行业对高强度螺栓的使用需求。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述：

实施例1

高强度螺栓的加工方法，能够制造14.9和12.9级螺栓。首先在选材上要能确保高强度螺栓所必须达到的抗拉强度、硬度值、屈服强度、延伸率和收缩率的实现，通过无削冷挤压加工成型实现各种指标，12.9/14.9高强度螺栓的加工步骤如下：

1、材料选择

材料选择盘元料，以SCM440和SCM435生产12.9级螺栓，以42CrMoVNb生产14.99级高强度螺栓。

选择一个正确合适的材料，是衡量高强度紧固件综合力学性能的前提，为提高高强度螺栓的抗拉强度、硬度、屈服强度、断后延伸率、断面收缩率等指标，本方法采用宝钢SCM435、SCM440材质生产12.9级高强度螺栓和汽车螺栓。

ADF1（42CrMoVNb）钢通过降低P.S.Mr和Si的含量和提高Mo含量来减轻晶界偏析，强化晶界利用MoV二次硬化来提高钢的回火温度和强度，控制碳化物状态和分布，添加V、Nb细化奥氏体晶料。上述措施和工艺创新对提高金相组织与改善延迟断裂性能均起到关键作用。

2、品质检查

针对盘元料严格按照GB/T6478-2001（ISO4954-993）对原料进行必要的品质检查，对尺寸精度、表面品质、内部品质、化学成分、金相组织、脱碳层、晶粒度等相关检测，合格后入库待用。

3、线材整径加工工艺

采用酸洗→球化→酸洗→抽线工序。

1）酸洗

所有原料必须先经酸洗除锈，以避免球化退火后脱碳。

2）球化

引进台湾先进球化炉，全程电脑自动完成各工序，自动控制保护气氛。将盘元线材首先进行球化退火处理，入炉前进行酸洗除锈，后进入球化炉，为避免球化退火后脱碳，原料经760°-780°均温7－10小时后缓慢冷却，达到5－6级球化组织，硬度控制在HRB78－85°之间，降低材料硬度，提高塑性及韧性，为冷镦成型提供良好的可塑性，也有利于后续热处理淬火需要，便于后续抽线需要。

3）球化退火后酸洗

酸洗生产线，温度实时采用电器控制，采用盐酸脱离氧化层，减少了线材氧脱现象。将表面的氧化物剥离，使线材表面清洁，减少抽线摩擦力。

4）磷化

磷化采用磷酸锌钙化和硬质钠皂两种原料有机结合，同线材反应成良好润滑层皮膜，保证良好的润滑性、大大提高了轴线和成型时线材的可塑性，保证螺栓成型表面质量及模具寿命。

5）抽线

使用先进的抽线设备，选用高质量的钨钢抽线模，依照产品的线径要求，选用不同线径的盘条线材，抽出符合尺寸要求的，具有镜面光度的，经过抽线模延伸缩小到所需尺寸的线径。

4、冷镦成型

设备采用多工位机，不同规格大小的螺栓选择不同镦位的多工位冷镦机。

在冷态下将原料放入模具型腔之内，在强大的镦锻力和一定速度之下，迫使原料在模腔内成型，从而获得所需的头部形状和杆部尺寸，以及具有一定的力学性能的冷镦挤压件。冷镦的型材对头形锻造，使头部更加坚固，增强抗疲劳强度。

1）第一工位冷挤压成型

切断后的原料在常温下，通过夹具传送到第一工位的公模和母模之间，并由公模给予原料一定压力，送至母模第一次成型杆部，公模第一次成型头部，以减小头部镦制时材料裂纹，防止头部开裂。

2）第二工位冷挤压成型

第一工位第一次成型的原料通过夹具传送到第二工位的公模和母模之间，于第二工位的母模处第二次成型杆部，第二工位的公模处第二次成型头部，形成成品螺栓头部的雏形。

3）第三工位冷挤压成型

第二工位第二次成型的原料通过夹具传送到第三工位，所述原料在第三工位成型头部，同时成型杆部和缩径出搓牙有效径。由于金属流向佳，使螺栓强度增加，增加了抗疲劳强度。

如根据螺栓成型需要，本发明还可采用四工位机成型。

5、搓牙

通过对应牙板对光钉的挤压，生成高饱和度的不同精度等级的螺栓牙型，增加了螺纹的抗剪力和抗疲劳强度。

6、热处理

热处理工序使用产品质量好、工艺稳定、生产效率高、自动化程度高，适应大批量生产的台湾“三永公司”大型连续热处理炉。

1）12.9级热处理工艺及硬度

淬火：820°－870℃，70分钟，淬火硬度达到54－56HRC；

回火：采用高温回火，500℃，150分钟，回火后硬度40－42HRC，趋于12.9级硬度范围中间值。

通过淬火，回火处理，使螺栓达到标准所要求的机械性能、抗拉强度、硬度值、伸长率及端面的收缩率。

2）14.99级热处理工艺及强度

淬火：采用940°±10°油淬，淬火硬度达到55－57HRC；

回火：500℃，回火后硬度45－46HRC。

7、表面处理

采用发热型瓦斯变成炉（DX发生机）产生氧化气体使螺栓表明快速氧化。根据无碳析出倾向原理，得到良好的发黑效果，得到的产品颜色一致，防锈效果好，经盐雾试验，其防锈期均可达到一年半以上，并且环保无污染，增强螺栓的抗腐蚀性。

表面处理的工序为：瓦斯＋空气→燃烧→冷却→冷冻→脱湿。经过表面处理后即得到成品。

8、盐雾试验

对表面处理后得到的螺栓成品进行盐雾试验，证明其防锈期在1年半以上，且环保无污染。

9、成品包装入库

根据本发明的高强度螺栓加工方法生产的螺栓，经过检测试验其机械性能数值如下：

本发明的有益效果在于：

1、本发明细化了材质的整形加工工艺，使线材硬度适中，表面具有良好的磷化皮膜，润滑性能好，线材无氢脆，可塑性好；

2、本发明12.9级和14.99级高强度螺栓进行了3－4次冷镦挤压成型，提高了高强度螺栓整体强度，螺栓精度高，质量好，生产效率高，无切削无废料，单位成本大大下降。得到了整体金属流向方向一致的螺栓，大大提高了其抗拉强度；

3、热处理工艺的发明突破了高强度螺栓传统热处理的合金钢材的极限，其超强超韧性的特色已领先国内紧固件行业水平；

4、表面处理的发黑工艺采用发热型瓦斯变成炉（DX发生器）而产生氧化气体使螺栓表面快速氧化。根据无碳析出倾向原理来发黑，得到了良好的效果，颜色一致，防锈力强，可达一年半以上无污染环境。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.高强度螺栓加工方法，其特征在于：加工步骤包括：

（一）整径

（1）对原料做酸洗除锈；

（2）对酸洗后的原料做球化退火处理，原料经760°-780°均温7－10小时缓慢冷却；

（3）对球化退火处理后的原料做酸洗；酸洗后对原料进行磷化处理；

（4）依照螺栓的线径要求，对经过步骤（3）处理的原料进行抽线，以使所述原料收缩到螺栓所需的线径；

（二）冷镦

将所述原料切断至螺栓所需的长度，在常温下将切断后的原料放入模具型腔内，以镦锻力使原料形成螺栓所需的头部和杆部尺寸；

（三）搓牙

通过牙板挤压所述原料，形成带有螺纹的螺栓；

（四）热处理

（1）将搓牙形成的螺栓在940°±10°下，用淬火油进行淬火；

（2）将淬火后的螺栓在500℃下进行回火，持续时间150分钟；

（五）表面处理

将经回火后的螺栓置于发热型瓦斯变成炉内，采用瓦斯与空气燃烧产生氧化性气体对螺栓进行发黑处理，即得成品螺栓。

2.根据权利要求1所述的高强度螺栓加工方法，其特征在于：所述原料为SCM435、SCM440或42CrMoVNb。

3.根据权利要求1所述的高强度螺栓加工方法，其特征在于：

所述步骤（二）冷镦采用多工位机生产，步骤包括：

（1）第一工位冷挤压成型

切断后的原料在常温下，通过夹具传送到第一工位的公模和母模之间，并由公模给予原料压力，送至母模第一次成型杆部，公模第一次成型头部；

2）第二工位冷挤压成型

第一工位第一次成型的原料通过夹具传送到第二工位的公模和母模之间，并由公模给予原料压力，送至母模第二次成型杆部，公模第二次成型头部，形成成品螺栓头部的雏形；

3）第三工位冷挤压成型

第二工位第二次成型的原料通过夹具传送到第三工位，所述原料在第三工位成型头部，同时成型杆部和缩径出搓牙有效径。