CN104955590A - 用于提高金属的销状固定部件、销状固定部件和螺栓的强度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种螺栓（6），具有在通过滚轧加工的螺纹（3）与通过顶锻成形的头部（4）之间的无螺纹段（8）。本发明建议，使无螺纹柄杆（8）的直径在通过顶压顶锻头部（4）以后通过例如一个模具（9）的顶压以例如0.1mm减小。由此提高屈服强度和0.2%的延展强度并因此提高螺栓（6）柄杆（8）的弯曲强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分所述特征的用于提高金属的销状固定部件强度的方法，以及一个具有权利要求7前序部分所述特征的通过本方法制成的金属的销状固定部件，尤其一个具有权利要求8前序部分所述特征的螺栓。
背景技术
已知由钢、一般由金属包括金属合金制成的螺栓。它们具有在一端上的螺栓头和螺纹。螺纹可以一直达到头部或者在头部与螺纹之间存在无螺纹的柄杆。本发明尤其针对后一种螺栓或者一般性地针对金属的销状固定部件。除了螺栓，它们例如也可以是锚栓、涨栓、锚杆。在这里没有详细列举。
已知由轧制线材加工螺栓，即，由通过毛坯变形制成的线材。接着拉伸轧制线材或其它线材，即，通过拉力负荷变形。在此拉伸线材，即，线材延长并且其横截面缩小。通过拉伸、即拉伸变形提高线材的抗拉强度和屈服强度、即强度。在拉伸后加工螺纹和头部，其中原则上顺序是任意的并且也可以同时进行。能够切屑地实现螺纹加工，一般轧制螺纹，也称为“滚轧螺纹”。滚轧螺纹同样是一种变形。但是，螺纹加工的形式和是否加工螺纹或者加工金属的无螺纹的销状固定部件，对于本发明没有意义。
已知通过顶锻加工头部，其中可以在一步或多步中顶锻。顶锻同样是一种变形，其中在这里首先通过顶压力变形。在头部顶锻时同样顶锻螺栓杆，通过顶锻力、它是顶压力加载螺栓杆。螺栓的抗拉强度通过顶锻几乎不变化，而屈服强度在通过顶锻力加载的杆部位明显减小。屈服强度减小导致螺栓弯曲强度相应地较低。
屈服强度减小的原因可能是所谓的鲍氏效应。当金属塑性变形时，产生鲍氏效应。然后在相反方向上变形时减小弹性强度并由此减小屈服强度。在加工螺栓时拉伸线材，即拉伸变形，然后至少一部分形成螺栓柄杆的线材在顶锻头部时承受压力。顶锻头部、也加载螺栓柄杆降低在接着柄杆拉负荷时的弹性强度，屈服强度和弯曲强度减小。
发明内容
本发明的目的是，在顶锻头部以后或者一般地在拉伸变形并接着顶压变形以后再提高屈服强度。
这个目的通过在权利要求1中给出的方法得以实现。如同公知的那样，通过拉伸线材、加工螺纹和顶锻头部加工金属的螺栓，其中可以在加工头部之前、之后或者同时加工螺纹。按照本发明在通过变形顶锻头部的同时或者最好在之后使螺栓柄杆横截面或者一般使销状固定部件横截面通过变形、即塑性变形减小。该横截面可以在销状固定部件的整个长度上或者在相邻的长度部位中实现，该部位直接或以短的距离连接在头部上。已经证实，通过变形又提高在横截面减小时的屈服强度，其中屈服强度达到在顶锻头部之前的值，或者甚至还超过。抗拉强度基本保持不变。通过在保持抗拉强度时加大屈服强度提高螺栓的弯曲强度。
本发明不局限于螺栓，而是如上所述一般性地针对金属的销状固定部件。代替头部一般可以通过顶锻成形横截面加大，除了头部例如可以是法兰或环绕的凸起。横截面加大不必一定在销状固定部件的一端上。
对于本发明不重要的是，屈服强度加大是否是鲍氏效应或者反向的鲍氏效应，即，在顶锻头部时的顶压负荷并接着在相反方向上的负荷、即在横截面缩小时的拉负荷。可想像的其它解释是提高屈服强度或者一般地与滚轧时相比提高强度。
所述横截面最好只很少地缩小，其中1/10mm范围或者横尺寸约1-2%范围的缩小视为“很少”。本发明的扩展结构规定通过拉伸或最好通过顶压、例如通过冲挤或最好挤压缩小直径。
如上所述，本发明尤其规定螺栓的加工。同样包括针对一般销状的固定部件，在其上通过顶锻成形头部、扩涨锥或其它横截面加大，在成形前已经发生拉伸变形。这种固定部件可以是销轴、销子、锚栓、锚杆和类似的更多部件。
在加工螺栓时本发明的扩展结构规定，在顶锻头部的同时或之后螺栓在螺栓头部与螺纹之间的柄杆横截面按照本发明通过变形缩小。
由于加工技术的原因本发明的扩展结构规定，横截面的缩小直到接近头部或者一般直到接近横截面加大，由此横截面的缩小随着缩短与头部或者一般与横截面加大的距离结束。在螺栓承受弯曲负荷时弯曲应力向着螺栓头部接近零，因此靠近头部高强度或者高屈服强度意义不大。
权利要求8的内容是通过按照本发明的方法加工金属的销状固定部件，该固定部件已经在上面通过按照本发明方法的解释解释过。
此外，本发明涉及一个金属的螺栓，它具有直径缩小，缩小随着缩短与螺栓头部的距离结束并且通过锥度过渡到螺栓头部的底面，该锥度也可以是球形或空心圆形，必要时由圆柱段实现。例如在顶压在所使用的模具口承上时产生通过短的锥体和必要时短的圆柱段从柄杆过渡到头部。
本发明的扩展结构规定，螺栓的无螺纹柄杆的横截面或直径在顶锻头部以后通过变形缩小到螺纹芯的直径。如果芯的直径在螺纹长度上变化，则无螺纹的柄杆直径在芯的后端部上的直径减小，在后端部上螺纹的芯过渡到无螺纹的柄杆。本发明的这个扩展结构可以看出，螺栓在从螺纹芯到无螺纹柄杆的过渡上没有直径变化。
附图说明
下面利用在附图中示出的实施例详细解释本发明。附图示出相互衔接的加工步骤：
图1示出轧制线材；
图2示出图1的线材在拉伸变形以后；
图3示出由线材成形的螺栓毛坯；
图4示出由螺栓毛坯按照本发明加工的螺栓。
附图是简化的示意图。
具体实施方式
按照本发明方法的初始产品在下面解释的本发明实施例中是由钢、Cq15Mn钢制成的轧制线材1，具有圆形横截面，如同在图1中所示那样，在本实施例中具有7.5mm直径。这种线材1也称为轧制线材。当然通过轧制制成的线材对于本发明不是强制的，线材1也可以通过其它的方式制成。在第一方法步骤中使线材1拉伸变形，即，通过拉伸负荷塑性变形，并且现在也可以称为拉伸的线材2（图2）。其直径在本实施例中减小到6.4mm，即以15%减小，抗拉强度Rm从490N/mm2提高到670N/mm2，即以大于三分之一提高，并且0.2%延伸强度Rp 0.2（它在这里代替屈服强度Re使用）通过拉伸变形从310N/mm2提高到550N/mm2，即以几乎80%提高。
在线材2拉伸变形以后通过滚轧成形螺纹3并且通过顶锻成形头部3（图3）。滚轧螺纹与拉伸变形一样是变形工艺，在本实施例中螺纹3是木螺栓螺纹，具有7mm的螺纹直径和6.3mm的螺纹3芯5直径，它也可以称为芯径或螺纹芯径。芯5的直径通过滚轧螺纹从拉伸线材2的6.4mm减小到螺纹3芯5的6.3mm。
螺栓6的头部4可以在滚轧螺纹3之前、同时或之后顶锻。在本实施例中头部4是沉头，具有锥台形底面7。在本实施例中头部4在两个步骤中顶锻。在顶锻头部4时螺栓6轴向支承在螺纹3部位，在螺纹3与头部4之间的无螺纹柄杆8通过为了顶锻头部4施加的顶锻力加载。顶锻力是顶压力。在顶锻时柄杆8径向被未示出的管防止扩大和弯曲地支承。
在滚轧螺纹和顶锻头部4以后抗拉强度Rm在螺纹3部位几乎不变，在本实施例中抗拉强度以20 N/mm2从拉伸的线材2的670 N/mm2提高到在螺栓6的螺纹3部位中的690 N/mm2。在无螺纹柄杆8部位抗拉强度Rm以670 N/mm2相对于拉伸的线材2保持不变。0.2%延伸强度RP 0.2通过滚轧螺纹从拉伸线材2的550 N/mm2提高到在螺栓6的螺纹3部位中的660 N/mm2，即，提高20%。与此不同，0.2%延伸强度Rp 0.2通过顶锻头部4在螺栓6的无螺纹柄杆8部位从拉伸线材2的550 N/mm2减小到无螺纹柄杆8的430 N/mm2，即以22%减小。随着延伸强度或屈服强度降低无螺纹柄杆8的弯曲强度也降低，对于弯曲强度抗拉强度与延伸或屈服强度的比例是重要的。
在顶锻头部4以后无螺纹柄杆8的直径通过变形缩小。在本实施例中螺栓6的无螺纹柄杆8的直径通过穿过模具9的顶压（挤压）缩小（图4）。模具9是两体的并且直接在螺纹3后面安置在无螺纹的柄杆8上，如同在图4的中心通过虚线表明的那样，并且通过模具9顶压螺栓6。也可以反过来，使模具9向着螺栓6的头部4运动并且固定螺栓6。在终端位置模具9如同在图4中左侧看到的那样顶靠在螺栓6头部4的底面7上。在螺纹3与头部4之间的无螺纹的螺栓6柄杆8的直径以十分之一或十分之几毫米或者更少或者说以约1-2%的直径减小。在本实施例中无螺纹的柄杆8的直径以0.1mm从6.4mm减小到6.3mm，即以约1.5%减小。另一尺度是无螺纹柄杆8的直径在螺纹3后端部上、即在从螺纹3到无螺纹柄杆8的过渡上缩小到螺纹3的芯5的直径。在这种情况下在螺栓6的螺纹3芯5与无螺纹的柄杆8之间不再存在直径变化，无论如何看不到从螺纹3芯5到螺栓6的无螺纹柄杆8的直径变化。
通过变形使螺纹3与头部4之间的螺栓6的无螺纹柄杆8直径的略微缩小提高柄杆8的强度；在本实施例中在由钢制成的螺栓6时，它具有6.4或6.3mm的柄杆直径和7mm的螺纹直径，其抗拉强度Rm以超过4%从670 N/mm2提高到700 N/mm2，0.2%延伸强度RP0.2以超过200 N/mm2或者说以超过50%从430 N/mm2提高到650 N/mm2。由此使0.2%延伸强度RP0.2大于拉伸线材2的0.2%延伸强度RP0.2。
在为了缩小螺栓6的无螺纹柄杆8的直径顶压时，螺栓6相对于模具9这样远地运动，直到模具9顶靠在螺栓6的头部4底面7上，如同在图4中左侧所示那样。在模具面对头部4的一侧上模具9具有锥形口承10，在口承内部无螺纹柄杆8的直径缩小。锥形口承10在螺栓6的无螺纹柄杆8上在头部4以下形成短的锥台形段11，具有约1或2mm的长度。如果在柄杆直径缩小之前，模具9的锥形口承10敞开到比螺栓6的无螺纹柄杆8的直径更大的直径上，即在本实施例中敞开到大于6.4mm的直径，在头部4底面7与柄杆8的锥台形段11之间保留短的圆柱段12，因为模具9顶靠在头部4的底面7上，该圆柱段在柄杆直径缩小之前具有不变的柄杆8直径，即在本实施例中6.4mm的直径。这个圆柱段12同样具有约1或2mm的轴向长度。如果模具9的锥形口承10在柄杆直径缩小之前扩大到螺栓6的无螺纹柄杆8的直径上，则无螺纹柄杆8的锥台形段11直接、即没有圆柱段12地过渡到头部4的同样锥台形底面7。锥台形段11或者圆柱段12（如果存在）在向头部4的过渡上形成向着头部4底面7的环绕的槽，因为锥台形段11比头部4底面7更锐角。在头部4底面7上可以看到无螺纹柄杆8的锥台形段11和圆柱形段12（如果存在）并且是通过按照本发明的方法加工螺栓6的证明。
如果螺栓6通过其螺纹3旋入到例如锚接基础或者涨栓里面，它支承在螺纹3部位，由此在螺纹3部位没有弯矩起作用。如果螺栓6在无螺纹柄杆8上和/或在头部4上以横向力加载，则柄杆8承受弯曲。因此在螺栓6的无螺纹的柄杆8部位中高的弯曲刚性或弯曲强度是重要的。对于高弯曲刚性如上所述抗拉强度Rm与0.2%延伸强度Rp 0.2或与屈服强度Re的比例是重要的，其中在屈服强度Re的位置在这里使用0.2%延伸强度Rp 0.2。通过按照本发明在顶锻头部4以后缩小柄杆8直径提高0.2%延伸强度RP0.2并通过它提高螺栓6的无螺纹柄杆8的屈服强度Re。
如果螺栓6的无螺纹的柄杆8在顶锻头部以后具有670N/mm2的抗拉强度Rm和430N/mm2的0.2%延伸强度RP 0.2，通过以0.1mm缩小无螺纹柄杆8的直径使0.2%延伸强度RP 0.2在几乎不变的抗拉强度时提高到650N/mm2。这意味着使螺栓6的强度等级从7.6提高到7.9。
除了螺栓按照本发明的方法一般可以应用于金属的销状固定部件，例如扩涨锚栓、套锚栓、螺栓锚栓或者锚杆。如果在这种销状固定部件上通过顶锻、即通过顶压变形例如成形头部、法兰、环绕的凸起或扩涨锥，并且销状固定部件或销状固定部件的柄杆以顶锻力作为压力加载，通过上面利用螺栓6解释的通过变形的直径缩小可以提高屈服强度和0.2%延伸强度并由此提高弯曲强度。直径可以在整个长度或在有限的、连接在头部、法兰、环绕的凸起或扩涨锥的截段上缩小。
附图标记清单
1 线材
2 拉伸的线材
3 螺纹
4 头部
5 芯
6 螺栓
7 底面
8 无螺纹的柄杆
9 模具
10 口承
11 锥台形段
12 圆柱段
Claims (10)
1. 一种用于提高金属的销状固定部件强度的方法，在固定部件上通过顶锻成形横截面加大，其特征在于，在顶锻同时或者以后通过变形使销状固定部件（6）的横截面在连接在横截面加大的长度范围中变小。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在通过拉伸变形顶锻横截面加大之前通过拉伸变形提高所述销状固定部件的屈服强度和抗拉强度。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述横截面略微减小。
4. 如权利要求1－3中任一项所述的方法，其特征在于，所述横截面通过顶压减小。
5. 如权利要求1－4中任一项所述的方法，其特征在于，所述固定部件是螺栓（6）。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，在螺栓（6）头部（4）与螺纹（3）之间的螺栓（6）柄杆（8）的横截面在顶锻头部（4）的同时或者以后通过变形减小。
7. 如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述横截面的减小随着缩短与横截面加大的距离结束。
8. 一种金属的销状固定部件，其特征在于，它按照权利要求1－7中之一制成。
9. 一个金属的螺栓，具有头部（4）、螺纹（3）和在头部（4）与螺纹（3）之间的无螺纹柄杆（8），其特征在于，所述无螺纹柄杆（8）在与螺栓（6）头部（4）缩短的距离中具有微小的直径缩小。
10. 如权利要求9所述的螺栓，其特征在于，所述无螺纹柄杆（8）的直径与螺栓（6）螺纹（3）的芯（5）直径一样大。
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