CN107335970A - 一种空心螺栓的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空心螺栓的制备方法，包括如下步骤：备料：选用合适规格的线材；抽线：将线材穿过抽线机进行加压拉伸，将其直径逐步收缩至规定值；成型：将线材按需截断，一端成型成螺栓头，其余部分按需进行搓丝；轴向打孔：完成搓丝后的坯料送入打孔机，打孔机上固定有紧固螺母，完成搓丝的坯料与紧固螺母螺纹连接，坯料的螺栓头由夹钳紧固，打孔机上设有的钻头的轴线与坯料的轴线重合，启动钻头即可在坯料上进行轴向打孔；径向打孔：将完成轴向打孔的半成品置于专用的螺栓打孔机上进行径向打孔。本发明的有益效果是：提供了一种简单方便、高效且节能的空心螺栓制备方法。
Description
技术领域
本发明属于螺栓制造工艺领域，具体是一种空心螺栓的制备方法。
背景技术
空心螺栓是一种专用螺栓，其轴向上设有开口于螺杆端部的盲孔，而螺杆的近螺栓头部还设有若干贯通螺杆壁的通孔。这种空心螺栓在管道工程及设备上有广泛的应用。中国专利文献CN103990937A，于2014年8月20日公开了“一种六角螺栓的生产工艺”，截取胚料后，第一次冷墩成型为预成型的头部以及螺杆部，第二次冷墩将预成型头部冷墩成型为在其上端面有预留槽、其上下表面外沿均有圆滑过渡圆角的半成型头部，第三次冷墩将将半成型的头部冷墩为扁状的圆柱形螺栓头，螺栓头的上下表面设有30°的倒角并在螺杆部上设倒角，第四次冷墩成型将所述扁状的圆柱形螺栓头冷墩挤压成型为六角螺栓头，最后用搓丝机将螺杆部搓出螺纹完成生产。该工艺仅适用于常规螺栓的制造，并不能用来生产空心螺栓。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，现有的螺栓制备工艺无法生产空心螺栓，从而提供一种空心螺栓的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种空心螺栓的制备方法，包括如下步骤：
备料：选用合适规格的线材；
抽线：将线材穿过抽线机进行加压拉伸，将其直径逐步收缩至规定值；
成型：将线材按需截断，一端成型成螺栓头，其余部分按需进行搓丝；
轴向打孔：完成搓丝后的坯料送入打孔机，打孔机上固定有紧固螺母，完成搓丝的坯料与紧固螺母螺纹连接，坯料的螺栓头由夹钳紧固，打孔机上设有的钻头的轴线与坯料的轴线重合，启动钻头即可在坯料上进行轴向打孔；
径向打孔：将完成轴向打孔的半成品置于专用的螺栓打孔机上进行径向打孔；
所述螺栓打孔机包括机架和台钻，所述机架上设有夹紧机构，夹紧机构包括相对设置的夹具和夹紧气缸；夹具的夹持位置可与轴线沿水平方向放置的待处理螺栓的螺栓头适配；夹具上设有分度盘，分度盘的圆心位于待处理螺栓的轴线上；夹具上设有退料气缸，退料气缸的活塞杆端部在夹具的夹持位置范围内可往复运动；夹紧气缸连接夹紧端子的固定端，夹紧端子为圆柱形，轴线与待处理螺栓的轴线重合，夹紧端子的自由端的直径大于待处理螺栓的螺杆端开口直径；所述夹具与夹紧端子可相对运动；所述台钻的钻头轴线与待处理螺栓的轴线相交，且台钻与夹具的位置相对固定。
在本方案中，在传统的成型阶段完成后，还安排了轴向打孔和径向打孔步骤。轴向打孔时，将已经完成搓丝的坯料紧固在打孔机上，打孔机上设有专用的夹具，夹具包括与坯料螺纹适配的固定式螺母，和可以夹住螺栓头的夹钳，打孔机的钻头轴线与坯料的轴线重合，此时与螺母螺纹连接的坯料在轴向和周向上均无法位移，打孔机的钻头即可沿坯料的轴线对螺栓进行轴向打孔。轴向打孔完毕后，再将坯料送至专用的螺栓打孔机机芯径向打孔。螺栓打孔机包括一个机架，机架上固定了一个夹紧机构，以适配的夹紧待处理螺栓。该夹紧机构包括一个夹具，夹住螺栓的螺栓头，使螺栓不会轴向运动、轴向转动；然后再设计了一个夹紧端子，夹紧端子轴线与螺栓轴线重合，夹紧端子的固定端连接在夹紧气缸的气缸顶杆上，自由端的直径大于螺栓的螺杆端开口直径，使夹紧气缸在推动夹紧端子向螺栓移动后，夹紧端子的自由端抵住螺栓的螺杆开口位置，确保螺杆不会晃动。经过这样的紧固，整个螺杆都被牢牢的固定住。本方案中台钻是与夹具相对固定的，台钻的钻头轴线与螺杆的轴线垂直相交，使用台钻的钻头沿钻头轴线向螺杆方向移动，就能在螺杆上精确的打出垂直于螺杆轴线的孔。如果钻头轴线与螺栓轴线相交而不垂直，则可以打出与螺杆轴线成一定夹角的通孔。如果需要间隔角度打孔，则计算并调整螺栓的周向角度再次打孔即可。为了提高效率，加快完成打孔的螺栓从夹具上快速退料，因此专门设计退料气缸进行退料。由于退料改成了气动式，无需人工退料，操作安全也得到了保证。使用分度盘来精确的调节螺栓在周向上的转动角度，可以保证打孔位置的精确性，更是大幅度减少了角度转动时间，无需人工测量、转动螺栓并再次夹紧的费时费力操作。整个螺栓打孔机可以通过PLC控制器进行自动控制，操作人员仅需人工上料即将待处理螺栓装上夹具即可，剩余工作均由PLC控制器控制各个部件按顺序动作，直至最终完成打孔的螺栓被退料气缸推动退出夹具。使用这种螺栓打孔机可以均匀的在坯料上精确的进行周向径向打孔。
作为优选，备料和抽线步骤之间还设有退火步骤，将线材放入真空炉中加热到730±10℃，降压至-1Mpa，保温15-16小时，然后退出真空炉，在空气中自然冷却至常温，冷却后抗拉强度 ≥940N/mm2，屈服强度≥640N/mm2。退火的目的是使线材的硬度降低，便于后续的加工。其中降压工艺可以使退火效果更均匀，线材晶体结构更松软，后续加工时工件消耗量可以大幅减少，能耗也可以大幅降低。
作为优选，在退火步骤后紧跟有酸洗步骤，将线材置于酸洗槽内，以浓度10-15%、温度45-55℃的盐酸进行酸洗，时间300±30秒，然后在漂洗池中浸泡漂尽酸液后取出沥干。酸洗可以清除线材表面的氧化层，有助于后续加工，对产品质量的提高有益。本方案中盐酸的浓度比传统方案大幅降低，可以节约原料；而温度的适当提升，可以加快酸洗速度，提高生产效率。盐酸也可以选用磷酸等其他无机酸替代。
作为优选，径向打孔步骤之后还设有淬火步骤，将打孔后的螺栓加温至350-400℃后，快速浸入温度为120-160℃的冷却油中，冷却后送入清洗槽洗净残油。由于空心螺栓主要应用在管道工程中，因此对硬度要求不高，所以本方案中的淬火温度不高，在保证质量的前提下可以节约能源消耗。
作为优选，淬火步骤后还设有涂蜡步骤，将完成淬火的螺栓浸渍在螺栓蜡水中数分钟，捞出沥干、离心甩干即可。经过涂蜡处理后，螺纹的接触面会覆盖上一层很薄的蜡，两个螺纹接触面之间的手感就会因为蜡层而变得非常顺滑。
作为优选，退火步骤中使用到了线材退火料架；线材退火料架包括一个底盘，底盘上设有螺栓孔，所述底盘为圆环形，底盘上沿圆环形的内径向上固定有圆筒形的架体；所述架体的侧壁上贯通有若干通气孔；通气孔的排列方式为，沿架体的轴向等距设置成排，沿架体的周向等距设置成列；架体内侧壁沿轴向固定有架体加强筋，位于相邻两列通气孔之间；底盘上设有若干底盘加强筋，底盘加强筋围绕底盘圆心呈放射状排列，内侧端与架体的下端外侧壁固定；架体的上端设有导向机构。使用本线材退火料架，可以更好的进行退火作业。
综上所述，本发明的有益效果是：提供了一种简单方便、高效且节能的空心螺栓制备方法。
附图说明
图1是本发明的螺栓打孔机的结构示意图。
图2是图1的侧视图。
图3是本发明的线材退火料架的结构示意图。
图4是图3的俯视图。
其中：1机架，2台钻，3夹具，4夹紧气缸，5分度盘，6退料气缸，7夹紧端子，8钻头，11底盘，12螺栓孔，13架体，14通气孔，15架体加强筋，16底盘加强筋，17导向机构。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
一种空心螺栓的制备方法，包括如下步骤：
备料：选用合适规格的线材，要求符合 GB/T1221-2007的S51525牌号的规定；
退火：将线材进行退火以降低硬度，方便后续加工；
酸洗：用酸液清洗坯料表面的氧化物；
抽线：将线材穿过抽线机进行加压拉伸，将其直径逐步收缩至规定值；
成型：将线材按需截断，一端成型成螺栓头，其余部分按需进行搓丝；可以使用冷墩法或者热墩法；
轴向打孔：完成搓丝后的坯料送入打孔机，打孔机上固定有紧固螺母，完成搓丝的坯料与紧固螺母螺纹连接，坯料的螺栓头由夹钳紧固，打孔机上设有的钻头的轴线与坯料的轴线重合，启动钻头即可在坯料上进行轴向打孔；
径向打孔：将完成轴向打孔的半成品置于专用的螺栓打孔机上进行径向打孔；
淬火：强化产品的硬度；
涂蜡：对产品表面涂蜡，形成保护膜，既可以防锈，又可以增加螺纹匹配时的润滑感。
其中的退火步骤是，将线材放入真空炉中加热到730℃，降压至-1Mpa，保温15小时，然后退出真空炉，在空气中自然冷却至常温，冷却后保证线材强度达到抗拉强度 ≥940N/mm2，屈服强度≥640N/mm2。退火过程中应用到了线材退火料架，本例的线材退火料架包括底盘11和架体13。底盘是一个外径1200mm、内径700mm、厚20mm的从钢板上裁切下来圆环，架体是一个直径700mm、高2000mm、厚12-14mm的钢制圆筒。架体的下端与底板的内径焊接在一起，且底盘上围绕圆心放射状的均布有12条底盘加强筋16，两条底盘加强筋之间设有贯通底盘的螺栓孔12。加强筋的下方与底盘焊接，内侧端与架体的下端外侧壁焊接，底盘加强筋长500mm，高50mm，厚20mm。架体上沿周向均匀设有4列、沿上下轴向均匀设有2列共8个通气孔14，每个通气孔直径200mm。架体的的内侧壁上，位于两列通气孔之间的位置，焊接有上下方向的架体加强筋15，共2条。架体的上端设有导向机构17，本例选用的导向机构是圆锥形的。
其中的酸洗步骤是，将线材置于酸洗槽内，以浓度15%、温度50℃的盐酸进行酸洗，时间30030秒，然后在漂洗池中浸泡漂尽酸液后取出沥干。
其中的径向打孔步骤中，使用了专用的螺栓打孔机。该螺栓打孔机为4联机设置，包括一个高670mm的机架1，机架上并列的排列有4个夹紧机构和对应的4套台钻2。每个夹紧机构包括位于左侧的夹具3和位于右侧的夹紧气缸4。夹具用来夹住待处理螺栓的螺栓头，防止螺栓周向转动，螺栓的轴线沿左右方向水平放置，夹具的左侧安装有退料气缸6，退料气缸的活塞杆端部在夹具的夹持位置范围内可往复运动，用来将完成打孔的螺栓推出夹具。夹具上还安装有气动式分度盘5，用来精确的测量并转动螺杆的周向角度位置，本例的分度盘为型号为GH140CCW12的12度气动分度盘。夹紧气缸的活塞杆连接夹紧端子7，夹紧端子是一个圆柱体，其轴线与夹在夹具中的待处理螺栓的轴线重合。夹紧端子的固定端固定连接夹紧气缸的活塞杆，另一端为自由端，设有直径大于待处理螺栓的螺杆端开口直径的圆球形突起，夹紧气缸在动作时，可以推动夹紧端子向夹具运动，将夹紧端子自由端的的圆球形突起顶住待处理螺栓的螺杆端开口，使待处理螺栓在轴向上无法移动，也消除了螺杆一侧在径向受力时的晃动和偏位。本例中使用的台钻是西菱台钻Z4116型，配有550W电机，其钻头8轴线与待处理螺栓的轴线相交。机架下方设有水箱和水泵，水箱内设有冷却液，通过水泵和水管，将冷却液泵送至钻头附近，可以对工作中的钻头进行喷淋冷却。机架下方的左侧设置有电气箱，右侧安装有PLC控制器，PLC控制器通过内置程序来控制每个单机的退料气缸、夹紧气缸、分度盘、台钻的运动顺序，以及4联机的相对时间顺序。整个设备的工作状态由机架下方右侧外面设置的数字显示系统进行显示，方便观察。
其中的淬火步骤是，将打孔后的螺栓加温至375℃后，快速浸入温度为140℃的冷却油中，冷却后送入清洗槽洗净残油。
其中的涂蜡步骤是，将完成淬火的螺栓浸渍在螺栓蜡水中数分钟，捞出沥干、离心甩干即可包装出货。
Claims (6)
1.一种空心螺栓的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
备料：选用合适规格的线材；
抽线：将线材穿过抽线机进行加压拉伸，将其直径逐步收缩至规定值；
成型：将线材按需截断，一端成型成螺栓头，其余部分按需进行搓丝；
轴向打孔：完成搓丝后的坯料送入打孔机，打孔机上固定有紧固螺母，完成搓丝的坯料与紧固螺母螺纹连接，坯料的螺栓头由夹钳紧固，打孔机上设有的钻头的轴线与坯料的轴线重合，启动钻头即可在坯料上进行轴向打孔；
径向打孔：将完成轴向打孔的半成品置于专用的螺栓打孔机上进行径向打孔；
所述螺栓打孔机包括机架（1）和台钻（2），所述机架上设有夹紧机构，夹紧机构包括相对设置的夹具（3）和夹紧气缸（4）；夹具的夹持位置可与轴线沿水平方向放置的待处理螺栓的螺栓头适配；夹具上设有分度盘（5），分度盘的圆心位于待处理螺栓的轴线上；夹具上设有退料气缸（6），退料气缸的活塞杆端部在夹具的夹持位置范围内可往复运动；夹紧气缸连接夹紧端子（7）的固定端，夹紧端子为圆柱形，轴线与待处理螺栓的轴线重合，夹紧端子的自由端的直径大于待处理螺栓的螺杆端开口直径；所述夹具与夹紧端子可相对运动；所述台钻的钻头（8）轴线与待处理螺栓的轴线相交，且台钻与夹具的位置相对固定。
2.根据权利要求1所述的一种空心螺栓的制备方法，其特征是，备料和抽线步骤之间还设有退火步骤，将线材放入真空炉中加热到730±10℃，降压至-1Mpa，保温15-16小时，然后退出真空炉，在空气中自然冷却至常温，冷却后抗拉强度 ≥940N/mm2，屈服强度≥640N/mm2。
3.根据权利要求2所述的一种空心螺栓的制备方法，其特征是，在退火步骤后紧跟有酸洗步骤，将线材置于酸洗槽内，以浓度10-15%、温度45-55℃的盐酸进行酸洗，时间300±30秒，然后在漂洗池中浸泡漂尽酸液后取出沥干。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种空心螺栓的制备方法，其特征是，径向打孔步骤之后还设有淬火步骤，将打孔后的螺栓加温至350-400℃后，快速浸入温度为120-160℃的冷却油中，冷却后送入清洗槽洗净残油。
5.根据权利要求4所述的一种空心螺栓的制备方法，其特征是，淬火步骤后还设有涂蜡步骤，将完成淬火的螺栓浸渍在螺栓蜡水中数分钟，捞出沥干、离心甩干即可。
6.根据权利要求2所述的一种空心螺栓的制备方法，其特征是，退火步骤中使用到了线材退火料架；线材退火料架包括一个底盘（11），底盘上设有螺栓孔（12），所述底盘为圆环形，底盘上沿圆环形的内径向上固定有圆筒形的架体（13）；所述架体的侧壁上贯通有若干通气孔（14）；通气孔的排列方式为，沿架体的轴向等距设置成排，沿架体的周向等距设置成列；架体内侧壁沿轴向固定有架体加强筋（15），位于相邻两列通气孔之间；底盘上设有若干底盘加强筋（16），底盘加强筋围绕底盘圆心呈放射状排列，内侧端与架体的下端外侧壁固定；架体的上端设有导向机构（17）。
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