螺栓选材及产品加工工艺研究

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摘要：随着我国对机械化生产的大力推进，对机械化中的各个零件也提出了全新的质量标准要求，引发了行业内的深入讨论。而高强度螺栓因为其强度高，塑性优良等天然优势，引起了越来越多人的广泛关注。本文作者根据研究高强度螺栓多年的实际经验，对高强度螺栓的选材及其产品加工工艺展开了深入的研究和探讨，并给出了高强度螺栓发展趋势的前景展望，希望能对高强度螺栓的优化和改良起到一定的启发作用。

关键词：高强度螺栓；选材；加工工艺

在机械制造行业中，需要应用到大量的螺栓类零件，螺栓类零件又根据其基础性质和性能的不同，分成了相应的10个品级，其中性能等级大于8.8级的螺栓零件我们称之为高强度螺栓。高强度螺栓拥有更高的强度和表面的硬度，能够在金属冶炼以及机械制造行业中得到广泛应用，我们应该充分研究高强度螺栓的选材以及加工工艺，从而保证高强度螺栓能够满足相关行业的使用需求，进而使各个行业的产品能够进行有效的质量保证，提高产品的安全性和实用性，进而提升相关行业的经济效益和社会效益。

1高强度螺栓的材料选择分析

高强度螺栓的材料选择应该充分结合其实际的应用方案进行选择。高强度螺栓的材料选择可能影响到使用时的螺栓寿命与加工方法，所以在选择材料时一定要非常谨慎，接下来提供几种高强度螺栓的常用选材进行相应的选材研究分析。当前在高强度螺栓材料选材时，比较倾向于优质的不锈钢以及优质合金结构钢和高温合金钢。其中优质不锈钢也就是304不锈钢，密度为7.93g/cm3，业内也称为18/8不锈钢，耐高温性为800度，具有良好的加工性能，并且强度和韧性较高。目前常见的标示方法有00Cr19Ni10，SUS304，前者表示国标标准生产，后者表示日标标准生产。高温合金是指以铁镍钴为基础元件，能够在600℃以上的高温及高强度应力下长期工作的一类金属钢材，它有非常高的高温强度，有着良好的抗氧化性能和抗腐蚀性，有着良好的抗疲劳性能和断裂韧性，高温合金的合金化程度较高，所以也被成为超合金，高温合金在高强度螺栓的加工中有着广泛应用。微合金化钢即是在高强度螺栓用的钢材中加入一些元素来改变钢材的性能，来提高其材料的性能以及稳定程度，每一种元素都有其本身的作用。钢在使用时要根据元素的和含量的不同进行生产工艺的调整。当前广泛使用的ML35钢在螺栓的生产中还存在着一些问题，容易造成淬裂以及变形的现象，所以用CH35ACR冷镦钢与ML35钢进行替换，CH35钢更适合较大尺寸规格的螺栓制造，与ML35钢相比较，Si和Mn的含量各有不同，前者提升了Cr的添加，减少了P、S的含量，提升了钢材的抗回火性能，提升了元件加工后的刚度。我国合金化钢技术也得到了一定的发展，在钢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]。一般情况下中碳结构钢在经过相应的热处理后，强度与塑形会进行相互之间的消长，而高强度螺栓更需要强度与韧性的有机结合。而在低碳结构钢淬火后的研究中，发现其低碳马氏体拥有较高的强度和屈服强度，还拥有良好的韧性以及塑形，所以研究低碳马氏体结构钢对高强度螺栓的开发有着重要的意义。15Mn-V-B低碳马氏体钢能够生产8.8-10.9级的螺栓，而20Mn-V-B低碳马氏体钢的螺栓强度性能比40Cr螺栓提高了35％，承载能力提升了45％到70％，能够有效的应用在机械制造业的重要螺栓结构中，比如连杆螺栓、缸盖螺栓以及半轴螺栓，能够极大程度的提升螺栓的成品率，保证了螺栓结构的稳定性以及支护作用，减少了机械构造内部存在的安全隐患，创造了良好的社会价值[2]。

2高强度螺栓的加工工艺分析

高强度螺栓是一种重要的标准件，它拥有多种种类和形状设计，也拥有多种外部尺寸设计，然而其主要构造和整体外形设计是存在一定的相似度的。我们根据高强度螺旋的相似度将螺栓分为螺栓头部、螺栓杆部以及螺纹部分。高强度螺栓在加工时，一般不需要特制的专用作业机床，在普通的加工机械上即可完成。螺栓加工工艺也根据其外形构造而分成三部分，分别是螺栓头部加工、螺栓杆部加工以及螺纹加工，三个部分的加工工艺存在着一定的关联性。高强度螺栓头部的主要加工工艺为选用冷拉方钢的形式进行螺栓毛坯的处理，六角头的螺栓选用冷拉六角钢的工艺。螺栓的头部应该根据设计的具体需求来选择相应的工艺，如果要求螺栓头部的精准度，则应该使用锻件毛坯，同时要进行预加工量的整体留存，一般情况下长度方向要留存4毫米左右的预留量，头部内端面预留1.5毫米的余量。高强度螺栓在加工时为了保证其足够的抗拉强度，一般会在内端面处要求倒角，倒角数值为Rt±0.2。螺栓的头部应该采取镦制成型的加工工艺，一般工艺流程为下料-镦锻-酸洗-切边-勒光六方S面。高强度螺栓杆部要求能够起到有效的导向能力作用，使其能够与螺栓头部的接触产生圆角，以避免高强度作业时该部位发生断裂，另外加工时应该注意工艺不能对杆部上部造成裂纹。杆部的加工工艺应该考虑到螺栓杆部的粗细度，细长的杆部应该预留1.5毫米左右的余量，同时要尽量防止热处理时产生较大变形，硬度方面一般螺栓杆部要求在HRC32左右。锻件表面的缺陷度应该不大于0.3毫米，且锻件应该采取正火处理，以使其能够适应后续的加工作业。杆部加工的核心工艺在于杆外圆的加工，一般采取车削与磨削结合的加工形式进行加工，能够有效保证螺栓杆部尺寸符合工艺需求，应该使用大切深与大进给量结合的形式来进行作业，同时要有效降低切削速度；如果对螺栓杆部有明确的尺寸精度要求，应该在双边预留0.3毫米左右的余量[3]。螺栓螺纹部位是高强度螺栓的核心部位，在加工工艺中要注意螺距以及牙型半角的设计，保证螺纹与其他配件的配合精度，也要注意其生产的效率。高强度螺栓螺纹一般采用滚压式加工工艺进行加工，能够有效的保证螺纹的生产率。将材料重新组合以形成需要的形状，滚压操作后，工件毛坯会相对而增长。螺纹的滚压成功很大程度上与要形成的形状有关，如果螺栓头部有相应垂直要求的螺栓，其螺纹要以砂轮打磨的形式进行精确修整。滚压加工工艺能够有效的节省百分之16以上的原材料，螺纹下端需要预留一定的退刀距离，大约在2至3毫米。对于有抗疲劳要求的螺栓，应该进行严格的热处理，并采用调质滚丝加工工艺，控制滚丝轮的制造工艺，从而保证螺纹牙底的圆滑，防止螺纹内部产生折叠，并对头下圆角进行滚压强化，从而防止产生过大的应力集中。

3高强度螺栓产品的发展趋势

随着机械行业的多元化发展，对机械内部的紧固件也提出了愈加严苛的要求。车辆的紧固件要满足高性能化和轻型化设计，这不仅提升了零件制造的成本，而且也增加了机器的整体造价，目前只有通过高强度螺栓产品的应用才能有效满足机械行业紧固件的要求。在未来的发展历程中，高强度螺栓产品必将广泛应用于机械行业中，其足够的力学强度与较高的韧性与塑形都会提升机械行业与机械加工的品质，随着时代的不断发展与变革，高强度螺栓会随着机械制造行业的发展不断优化自身产品属性，从而为相关行业提供更符合需求的高品质螺栓[4]。

4结束语

高强度螺栓能够为相关行业提供高强度以及高韧性的螺栓结构，从而减少相关行业的成本负担，提高各个行业的经济效益。本文以高强度螺栓的选材作为切入点，深入探讨了高强度螺栓应用的几种材料，并对螺栓的头部、杆部以及螺纹三种位置的加工工艺进行了分别论述，从而促进高强度螺栓的改良与优化，提升其强度、韧性以及塑性，加强其在机械行业中的广泛应用，从而促进相关行业实现其本身的经济价值和社会效益。

参考文献：

[1]赵宏敏，解延鹏，丁宁杰，张建周.高强度螺栓加工新工艺[J].机械工程师，2015（10）：45-46.

[2]肖九梅.紧固件的金属电镀工艺及其质量控制[J].2012，42-14.

[3]王荣滨.高强度螺栓选材与热处理工艺研究[J].热处理，2015（1）：23-26.

[4]冯琴.轮毂车轮高强度螺栓选材[J].金属制品，2016（1）：53-56.

作者:孙定彬 单位:贵州航太精密制造有限公司