CN109465607A - 一种高强度螺栓的加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及螺栓加工技术领域，尤其是一种高强度螺栓的加工工艺，本发明通过原料处理、球化退火、剥壳除鳞、拉拔、冷锻成形、螺纹加工和热处理几个步骤对螺栓进行加工，减小碳的含量，有效提高冷成型的质量，适当提高了锰的含量，从而提高了钢的渗透性而又不影响钢的冷成型性能，球化退火过程中采用先冷却，然后等温，再冷却的方式，从而减少冷镦开裂率，增加成品螺栓的抗拉强度，实际应用性强。

Description

一种高强度螺栓的加工工艺
技术领域
本发明涉及螺栓加工技术领域，尤其涉及一种高强度螺栓的加工工艺。
背景技术
螺栓是一种机械零件，配用螺母的圆柱形带螺纹的紧固件，由头部和螺杆（带有外螺纹的圆柱体）两部分组成的一类紧固件，需与螺母配合，用于紧固连接两个带有通孔的零件， 这种连接形式称螺栓连接，如把螺母从螺栓上旋下，又可以使这两个零件分开，故螺栓连接是属于可拆卸连接，按连接的受力方式分为普通的和有铰制孔用的，按头部形状分为有六角头的，圆头的，方形头的，沉头的等等，其中六角头是最常用的，一般沉头用在要求连接的地方，螺栓在日常生活当中和工业生产制造当中，是少不了的，螺栓也被称为工业之米，可见螺栓的运用之广泛，螺栓的运用范围有：电子产品，机械产品，数码产品，电力设备，机电机械产品，船舶，车辆，水利工程，甚至化学实验上也有用到螺栓，反正是超多地方都有用到螺栓的，特如数码产品上面用到的精密螺栓，DVD，照相机、眼镜、钟表、电子等使用的微型螺栓，电视、电气制品、乐器、家具等之一般螺栓，至于工程、建筑、桥梁则使用大型螺栓、螺帽，交通器具、飞机、电车、汽车等则为大小螺栓并用，螺栓在工业上负有重要任务，只要地球上存在着工业，则螺栓之功能永远重要，而目前市面上的螺栓，其抗拉强度最大只能够达到1200MPa，屈服强度最大只能达 到1080MPa，对于一些需要螺栓具有抗拉强度较大的应用场景，现有的螺栓则会很容易产生 金属疲劳，并且，使用寿命较短，很容易产生安全隐患。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在抗拉强度低的缺点，而提出的一种高强度螺栓的加工工艺。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
设计一种高强度螺栓的加工工艺，包括如下步骤；
步骤1：原料处理，选取特殊的合金钢作为原材料 ，其中，碳的含量为0.25%到0.55%，锰的含量 为0.4%到0.8%，硅的含量为0.3%，硫的含量小于或等于0.035%，；磷的含量小于或等于0.03%，硼的含量小于或等于0.005%；
步骤2：球化退火，将合金材料在火炉中加热，加热温度应该保证在合金材料的临界点的上下温度，加热时间为一个小时，停止加热，炉内的温度冷却到700摄氏度时，保持700摄氏度等温，半个小时后，继续冷却，当炉内的温度冷却到500摄氏度时，将合金从炉中取出，继续由空气冷却，冷却完全后，合金的金相组织由粗变细，由片状变球状；
步骤3：剥壳除鳞，通过相应的机械设备将合金钢盘条表面的氧化铁板除去，当合金钢盘条表面大部分的氧化铁板除去后，然后向合金钢盘条上喷洒相应的化学酸进行完全清理；
步骤4:拉拔，将处理好的合金钢盘条安装在相应的机械设备上进行拉拔处理，从而使得加工的紧固件获得基本的机械性能；
步骤5：冷锻成形，通过在一台自动冷镦机分别在几个成型凹模里进行冲压，镦锻，挤压和缩径等多工位工艺得到成型的螺栓毛胚，然后将毛胚进行整形，最后经过相应的工位处理成型；
步骤6：螺纹加工，取大于或等于螺栓直径的螺纹坯料通过搓丝模，由丝板压力使螺纹成形；
步骤7：热处理，将处理好的螺栓件置于炉中进行热处理，通过现有的热处理设备，将螺栓分别进行上料、加热、淬火、清洗、回火、着色到下线几个过程的自动处理，最后出炉冷却得到最终的螺栓件。
优选的，在步骤1中，将碳的含量控制到最少，可以有效提高冷成型的质量，适当提高了锰的含量，从而提高了钢的渗透性而又不影响钢的冷成型性能，将硅、硫、磷、硼的含量均控制在最小范围内，避免降低钢的冷成型性能和机械性能。
优选的，在步骤2中，合金钢需要在在冷镦前进行球化退火，以便获得均匀细致的球化珠光体，以更好地满足实际生产需要，在球化退火过程中，加热温度不能太高，选择在合金材料的临界点的上下温度，从而避免产生三次渗碳体沿晶界析出，造成冷镦开裂，先冷却，然后等温，再冷却，由片状变球状，这样冷镦开裂率将大大减少。
优选的，在步骤3中，除鳞过程可采用弯曲法和喷九法，弯曲法是用三角形凹槽的圆轮反复弯曲合金钢的盘条，喷九法是将化学酸喷洒在合金钢盘条的表面去除氧化铁皮，因为合金钢的含碳量比较低，所以不能完全用弯曲法进行除鳞，需要弯曲法和喷九法相互结合进行除鳞。
优选的，在步骤4中，拉拔的作用主要是改制原材料的尺寸和通过变形强化作用使得紧固件获得基本的机械性能，在拉拔过程中，润滑过程一定要做好，否则可能造成冷拔盘条钢丝有规律的出现横裂纹，同时，盘条钢丝冷拔过程中，需要调整减面率，如果过大会造成钢丝表面质量恶化，如果过小会造成片状的渗碳体不易破碎，难以获得尽可能多的粒状渗碳体，也就造成渗碳体的球化率低，对钢丝的冷镦性能不利，所以需要将减面率控制在10%到15%的范围内，这样有利于提高钢丝的冷镦性能。
优选的，在步骤5中，将螺栓头部采用冷镦性加工，这样相较于切削加工，优点在于，金属纤维沿产品形状呈连续状，中间无切断，从而提高了产品的强度和机械性能，在镦锻、缩径和正挤压之前，毛胚不需要整形，而毛胚切断后，送到镦粗整形工位进行整形，这样可以提高毛胚的质量，可以使得下一个工位的成型率降低15%到17%，并且可以延长模具的使用寿命。
优选的，在步骤6中，在调质热处理过程中，一般会从炉外带进来一些氧化气体，并且钢丝铁锈或冷拔盘条上的残留物都会在炉内分解，产生一些氧化气体，这些气体会造成脱碳加重，所以需要操作人员控制好炉内的炉气。
本发明提出的一种高强度螺栓的加工工艺，有益效果在于：
1、本发明将碳的含量控制到最少，可以有效提高冷成型的质量，适当提高了锰的含量，从而提高了钢的渗透性而又不影响钢的冷成型性能，将硅、硫、磷、硼的含量均控制在最小范围内，避免降低钢的冷成型性能和机械性能；
2、在球化退火过程中，先冷却，然后等温，再冷却，由片状变球状，这样使得冷镦开裂率将大大减少，从而大大提高成型的螺栓的抗拉强度；
3、将螺栓头部采用冷镦性加工，这样相较于切削加工，优点在于，金属纤维沿产品形状呈连续状，中间无切断，从而提高了产品的强度和机械性能。
附图说明
图1为本发明提出的一种高强度螺栓的加工工艺的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1，一种高强度螺栓的加工工艺，包括如下步骤；
步骤1：原料处理，选取特殊的合金钢作为原材料 ，其中，碳的含量为0.25%到0.55%，锰的含量 为0.4%到0.8%，硅的含量为0.3%，硫的含量小于或等于0.035%，；磷的含量小于或等于0.03%，硼的含量小于或等于0.005%；
步骤2：球化退火，将合金材料在火炉中加热，加热温度应该保证在合金材料的临界点的上下温度，加热时间为一个小时，停止加热，炉内的温度冷却到700摄氏度时，保持700摄氏度等温，半个小时后，继续冷却，当炉内的温度冷却到500摄氏度时，将合金从炉中取出，继续由空气冷却，冷却完全后，合金的金相组织由粗变细，由片状变球状；
步骤3：剥壳除鳞，通过相应的机械设备将合金钢盘条表面的氧化铁板除去，当合金钢盘条表面大部分的氧化铁板除去后，然后向合金钢盘条上喷洒相应的化学酸进行完全清理；
步骤4:拉拔，将处理好的合金钢盘条安装在相应的机械设备上进行拉拔处理，从而使得加工的紧固件获得基本的机械性能；
步骤5：冷锻成形，通过在一台自动冷镦机分别在几个成型凹模里进行冲压，镦锻，挤压和缩径等多工位工艺得到成型的螺栓毛胚，然后将毛胚进行整形，最后经过相应的工位处理成型；
步骤6：螺纹加工，取大于或等于螺栓直径的螺纹坯料通过搓丝模，由丝板压力使螺纹成形；
步骤7：热处理，将处理好的螺栓件置于炉中进行热处理，通过现有的热处理设备，将螺栓分别进行上料、加热、淬火、清洗、回火、着色到下线几个过程的自动处理，最后出炉冷却得到最终的螺栓件。
其中，在步骤1中，将碳的含量控制到最少，可以有效提高冷成型的质量，适当提高了锰的含量，从而提高了钢的渗透性而又不影响钢的冷成型性能，将硅、硫、磷、硼的含量均控制在最小范围内，避免降低钢的冷成型性能和机械性能；在步骤2中，合金钢需要在在冷镦前进行球化退火，以便获得均匀细致的球化珠光体，以更好地满足实际生产需要，在球化退火过程中，加热温度不能太高，选择在合金材料的临界点的上下温度，从而避免产生三次渗碳体沿晶界析出，造成冷镦开裂，先冷却，然后等温，再冷却，由片状变球状，这样冷镦开裂率将大大减少。
在步骤3中，除鳞过程可采用弯曲法和喷九法，弯曲法是用三角形凹槽的圆轮反复弯曲合金钢的盘条，喷九法是将化学酸喷洒在合金钢盘条的表面去除氧化铁皮，因为合金钢的含碳量比较低，所以不能完全用弯曲法进行除鳞，需要弯曲法和喷九法相互结合进行除鳞；在步骤4中，拉拔的作用主要是改制原材料的尺寸和通过变形强化作用使得紧固件获得基本的机械性能，在拉拔过程中，润滑过程一定要做好，否则可能造成冷拔盘条钢丝有规律的出现横裂纹，同时，盘条钢丝冷拔过程中，需要调整减面率，如果过大会造成钢丝表面质量恶化，如果过小会造成片状的渗碳体不易破碎，难以获得尽可能多的粒状渗碳体，也就造成渗碳体的球化率低，对钢丝的冷镦性能不利，所以需要将减面率控制在10%到15%的范围内，这样有利于提高钢丝的冷镦性能。
在步骤5中，将螺栓头部采用冷镦性加工，这样相较于切削加工，优点在于，金属纤维沿产品形状呈连续状，中间无切断，从而提高了产品的强度和机械性能，在镦锻、缩径和正挤压之前，毛胚不需要整形，而毛胚切断后，送到镦粗整形工位进行整形，这样可以提高毛胚的质量，可以使得下一个工位的成型率降低15%到17%，并且可以延长模具的使用寿命；在步骤6中，在调质热处理过程中，一般会从炉外带进来一些氧化气体，并且钢丝铁锈或冷拔盘条上的残留物都会在炉内分解，产生一些氧化气体，这些气体会造成脱碳加重，所以需要操作人员控制好炉内的炉气。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高强度螺栓的加工工艺，其特征在于，包括如下步骤；
步骤1：原料处理，选取特殊的合金钢作为原材料 ，其中，碳的含量为0.25%到0.55%，锰的含量 为0.4%到0.8%，硅的含量为0.3%，硫的含量小于或等于0.035%，；磷的含量小于或等于0.03%，硼的含量小于或等于0.005%；
步骤2：球化退火，将合金材料在火炉中加热，加热温度应该保证在合金材料的临界点的上下温度，加热时间为一个小时，停止加热，炉内的温度冷却到700摄氏度时，保持700摄氏度等温，半个小时后，继续冷却，当炉内的温度冷却到500摄氏度时，将合金从炉中取出，继续由空气冷却，冷却完全后，合金的金相组织由粗变细，由片状变球状；
步骤3：剥壳除鳞，通过相应的机械设备将合金钢盘条表面的氧化铁板除去，当合金钢盘条表面大部分的氧化铁板除去后，然后向合金钢盘条上喷洒相应的化学酸进行完全清理；
步骤4:拉拔，将处理好的合金钢盘条安装在相应的机械设备上进行拉拔处理，从而使得加工的紧固件获得基本的机械性能；
步骤5：冷锻成形，通过在一台自动冷镦机分别在几个成型凹模里进行冲压，镦锻，挤压和缩径等多工位工艺得到成型的螺栓毛胚，然后将毛胚进行整形，最后经过相应的工位处理成型；
步骤6：螺纹加工，取大于或等于螺栓直径的螺纹坯料通过搓丝模，由丝板压力使螺纹成形；
步骤7：热处理，将处理好的螺栓件置于炉中进行热处理，通过现有的热处理设备，将螺栓分别进行上料、加热、淬火、清洗、回火、着色到下线几个过程的自动处理，最后出炉冷却得到最终的螺栓件。
2.根据权利要求1所述的一种高强度螺栓的加工工艺，其特征在于，在步骤1中，将碳的含量控制到最少，可以有效提高冷成型的质量，适当提高了锰的含量，从而提高了钢的渗透性而又不影响钢的冷成型性能，将硅、硫、磷、硼的含量均控制在最小范围内，避免降低钢的冷成型性能和机械性能。
3.根据权利要求1所述的一种高强度螺栓的加工工艺，其特征在于，在步骤2中，合金钢需要在在冷镦前进行球化退火，以便获得均匀细致的球化珠光体，以更好地满足实际生产需要，在球化退火过程中，加热温度不能太高，选择在合金材料的临界点的上下温度，从而避免产生三次渗碳体沿晶界析出，造成冷镦开裂，先冷却，然后等温，再冷却，由片状变球状，这样冷镦开裂率将大大减少。
4.根据权利要求1所述的一种高强度螺栓的加工工艺，其特征在于，在步骤3中，除鳞过程可采用弯曲法和喷九法，弯曲法是用三角形凹槽的圆轮反复弯曲合金钢的盘条，喷九法是将化学酸喷洒在合金钢盘条的表面去除氧化铁皮，因为合金钢的含碳量比较低，所以不能完全用弯曲法进行除鳞，需要弯曲法和喷九法相互结合进行除鳞。
5.根据权利要求1所述的一种高强度螺栓的加工工艺，其特征在于，在步骤4中，拉拔的作用主要是改制原材料的尺寸和通过变形强化作用使得紧固件获得基本的机械性能，在拉拔过程中，润滑过程一定要做好，否则可能造成冷拔盘条钢丝有规律的出现横裂纹，同时，盘条钢丝冷拔过程中，需要调整减面率，如果过大会造成钢丝表面质量恶化，如果过小会造成片状的渗碳体不易破碎，难以获得尽可能多的粒状渗碳体，也就造成渗碳体的球化率低，对钢丝的冷镦性能不利，所以需要将减面率控制在10%到15%的范围内，这样有利于提高钢丝的冷镦性能。
6.根据权利要求1所述的一种高强度螺栓的加工工艺，其特征在于，在步骤5中，将螺栓头部采用冷镦性加工，这样相较于切削加工，优点在于，金属纤维沿产品形状呈连续状，中间无切断，从而提高了产品的强度和机械性能，在镦锻、缩径和正挤压之前，毛胚不需要整形，而毛胚切断后，送到镦粗整形工位进行整形，这样可以提高毛胚的质量，可以使得下一个工位的成型率降低15%到17%，并且可以延长模具的使用寿命。
7.根据权利要求1所述的一种高强度螺栓的加工工艺，其特征在于，在步骤6中，在调质热处理过程中，一般会从炉外带进来一些氧化气体，并且钢丝铁锈或冷拔盘条上的残留物都会在炉内分解，产生一些氧化气体，这些气体会造成脱碳加重，所以需要操作人员控制好炉内的炉气。
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