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    离合器拉环选材及其产品加工工艺

    文章作者:博世弹簧发布时间:2018/7/15 16:04:26浏览次数:

      头部主要作用是在螺母与螺栓配合时施加一个反向力矩,保证螺母有足够拧紧力矩。形式种类较多,主要有方头、半圆头、六角头等形式。另外,一些非标准件高强度螺栓头部形式由设计者根据装配需要特别设计。螺栓头部形状直接决定产品毛坯形式。一般来说,离合器拉环方头螺栓毛坯可选用冷拉方钢,六角头螺栓毛坯可选用冷拉六角钢,半圆头螺栓毛坯应选用锻件毛坯;头部形状特别设计的螺栓应根据具体形状具体分析选用毛坯,为避免增加头部加工工序,在技术要求允许的情况下建议选用锻件毛坯;头部最大被包容尺寸和杆部外圆尺寸相差较大或者整体长度尺寸较大的,为减少材料浪费和减少加工工时,建议选用锻件毛坯。毛坯预留加工余量:对于型钢类毛坯来说,预留加工余量主要指长度方向。一般情况下长度方向预留4mm余量即可,同时保证下料利用率,如果单件毛坯长度较小,可考虑一坯料制多件零件。对于锻件毛坯来说,在技术要求允许的前提下,头部形状最好直接锻打成型,头部内端面预留1.5mm余量。头部成形加工在普通车床上加工即可完成。一些高强度螺栓内端面与杆部中心线有端面跳动和垂直度要求,一般在0.04~0.10mm之间,这时粗加工时头部宽度一般预留0.2mm的加工余量,精加工杆部外圆时选用精度较高,机床依靠机床本身精度来保证头部内端面形位公差的要求。为保证高强度螺栓抗拉强度,内端面处要求倒角数值一般为凡±0.2.杆部主要起导向作用,特别是导径螺栓,装配后承受一定的径向剪切力,要求与孔小间隙配合,对杆部外圆精度和粗糙度要求严格。一些装配后只承受轴向拉伸力的螺栓对杆部要求不是很严格,外圆尺寸公差较大。对高强度螺栓来说,杆部与头部接触部位要求一定圆角,避免承受较大拉力时该部位断裂,同时避免热处理冷却时产生裂纹,是加工重点注意要素。

      杆部外圆单边预留加工1.5mm余量,对于杆部细长的螺栓为避免热处理时变形较大,可以预留2mm余量,或者直接将毛坯调质到要求硬度,但硬度不易过高,一般在HRC32以下。锻件毛坯技术要求中规定表面缺陷层、头部与杆部同轴度要求,具体数值视产品要求而定,一般数值不大于0.3mm.锻后如无特殊要求,锻件应正火处理,降低硬度,适应后续机械加工。杆部的加工主要是外圆表面加工,车削和磨削是其主要加工方法。车削外圆,当螺栓杆部外圆尺寸精度和表面粗糙度要求不高时车削可以获得外圆的最终尺寸和精度,一般粗车精度可达IT12~mi,表面粗糙度Ra值约为50~12.5pm,一般采用较大的切深,较大的进给量以及较低的切削速度;半精车精度可达IT10~IT9,表面粗糙度Ra值约为6.3~3.2pm,切深和进给量较粗车小。车削外圆时螺栓头部为夹紧部位,头部宽度较小,需要另一端面以中心孔辅助夹紧定位。这就需要车削外圆表面前钻端面的中心孔,大小根据螺栓大小及材料种类而定。当外圆表面尺寸精度和表面粗糙度要求较高时,车外圆后需要增加其他工序,主要指磨削,双边预留0.2~0.45mm余量,杆部长径比较大或者需多次磨削加工的,余量取大值。

      螺纹部分是螺栓最主要部分??梢苑殖捎行菸撇糠?,收尾部分(退刀部分)和螺纹末端三部分;螺纹三个主要要素:螺距、牙形半角和螺距,直接影响螺纹配合精度,也是加工重点注意要素。磨削外圆一般采用无心外圆磨削,其生产效率高,操作简单方便,但调整机床较费事,砂轮的打磨也需要一定技术水平,特别是头部内端面有跳动和垂直度要求的螺栓,其形位公差由砂轮精度来保证,砂轮一定要严格修整。螺纹加工方法很多,可以车削、铣削、磨削和滚压等,对高强度螺栓来说,滚压螺纹是最好选择。滚压螺纹是一种无屑加工工艺,螺纹是靠毛坯表面塑性变形而成,这种加工工艺生产率高,精度可达到4h,表面粗糙度可达Ra0.2pm,滚压螺纹时,工件材料纤维不但未被切断,反而得到进一步强化,滚压螺纹由于加工硬化及表面粗糙度低,还可提高疲劳强度,由于螺纹是挤压成形的,滚压螺纹的坯料直径较切削螺纹的坯料直径小,从而可节省16%~25%.但滚压螺纹对坯径尺寸精度要求较高。坯径的加工可以磨床加工,也可以普通车床加工。螺纹末端收尾处需预留一定退刀空间,大约2~3mm. 2高强度螺栓的钢材选用在紧固件制造中,正确选用紧固件材料是重要一环,因为紧固件的性能和其材料有着密切的关系。如材料选择不当或不正确,可能造成性能达不到要求,使用寿命缩短,甚至发生意外或加工困难,制造成本高等,因此紧固件材料的选用是非常重要的环节。冷镦钢是采用冷镦成型工艺生产的互换性较高的紧固件用钢。由于它是常温下利用金属塑性加工成型,每个零件的变形量很大,承受的变形速度也高,因此,对冷镦钢原料的性能要求十分严格。在长期生产实践和用户使用调研的基础上,结合GB/T6478-2001冷镦和冷挤压用钢技术条件GB/T699-1999优质碳素结构钢及目标ISG3507-1991冷镦钢用碳素钢盘条的特点,以8.8级,9.8级螺栓螺钉的材料要求为例,各种化学元素的确定。C含量过高,冷成形性能将降低;太低则无法满足零件机械性能的要求,因此定为0.25%~0.55%.微合金化钢也就是通过钢中加人少量的某种元素来改变钢的性能,用以提高紧固件的工作强度。由于每一种元素都有自己的特点。根据钢中其他元素的含量,生产工艺以及使用要求的不同,这些元素可以分别或综合使用。长期以来,通常8.8级螺栓用ML35钢,经调质处理后制成。无论在生产还是使用上都存在一定问题,如冷镦开裂、热处理时容易淬裂和脱碳,在装拆及服役过程中,存在滑扣,变形(拉长、颈缩、弯曲)、断裂、六角头磨圆等问题。CH35ACR冷镦钢是替代ML35钢制造身M14的较大规格螺栓材料,将CH35钢与ML35钢对比,在Si、Mn含量方面有差异,前者添加了Ci元素,并减少了P、S含量,不仅在油中冷却的淬火临界直径增加为18~20mm,而且在相同的高温回火后的硬度差比较大,抗回火稳定性能强。近年来,钢的冷镦合金化技术有了很大发展,一方面合金化有了很大发展,另一方面参人少量<0.1%碳化物元素,如Ti、V、Ci,加人低碳C-Mn钢中。

      用非调质钢制造螺栓可省略螺栓冷拔前的球化退火和螺栓成形后的淬火回火处理,还可减轻螺纹牙尖的脱碳倾向,提高螺栓成品率,经济效果十分明显。由于非调质钢线材在冷加工时的硬度较通常为高,这使得加工模具寿命有所降低。因此,非调质钢制造的螺栓主要为8.8级,加工量少的10.9级双头螺栓也可采用非质钢,其用量正在逐步扩大。目前使用的非调质钢,组织上为低碳和锰的铁素体+珠光体型和贝氏体型。在生产方面,采用炉外精炼减少夹杂物并控制成分在较窄的范围,通过控制轧制和控制冷却,细化组织以提高韧性并产生析出强化。ML08Mn2Si双相冷镦钢是为替代ML35钢开发研制的,它具有高强度和优良的冷加工成型性能,主要表现在可提高钢材的冷镦性,增加钢材的利用率。它通过冷拔变形强化而达到螺栓的强度要求,因而简化了紧固件热加工工序,节约能耗,有较高经济价值和社会效益。

      一般中碳(合金)结构钢经常规热处理后,其强度与塑性是一对互为消长的矛盾,为了追求高的塑性和韧性,采用淬火,高温回火(调质处理)等措施,势必牺牲强度,若欲保持高强度水平,采用淬火,低温回火,又是显得塑性、韧性不足。离合器拉环低碳(合金)结构钢淬火后的组织为低碳马氏体+板条相界残余奥氏体和夹杂期间的细小而分散碳化物,这种结构为晶间位错结构,具有较高的强度(硬度45~50HRC),屈服强度为1000~1300MPa,良好的塑性A身10%、Z身40%和韧性Ah身59,以及良好的冷加工性,可焊性和热处理畸变小等优点,因此,研究开发低碳马氏体结构钢有重要的理论和实际意义。汽车上重要螺栓,如连杆螺栓、缸盖螺栓、半轴螺栓等,过去一般采用40Cr或35CrM钢制造,由于其冷镦性能差,常常因冷镦开裂、掉头而产生大量废品,而使用单位由于螺栓存在不确定质量隐患而导致事故发生。

      Mn能提高钢的渗透性,但添加过多则会强化基体组织而影响冷成形性能;在零件调质时有促进奥氏体晶粒长大的倾向,故在国标的基础上适当提高,定为0.45%~0.80%.Si能强化铁素体,促使冷成形性能降低,材料延伸率下降定为Si小于等于0.30%S、P为杂质元素,它们的存在会沿晶界产生偏析,导致晶界脆化,损害钢材的机械性能,应尽可能降低,定为P小于等于0.030%,S小于等于0.035%B含量最大值均为0.005%,因为硼元素虽然具有显著提高钢材渗透性等作用,但同时会导致钢材脆性增加。含硼量过高,对螺栓、螺钉和螺柱这类需要良好综合机械性能的工件是十分不利的。Mn-V-B冷镦钢的开发,在M20以下可保证获得全部马氏体组织,其淬火态和200回火态为典型的位错板条马氏体,这就可用来取代40Cr调质处理,具有优良的综合力学性能。既具有较高的强度又有良好的韧性和低的冷脆转化温度。

      连杆螺栓、缸盖螺栓,20Mn-V-B钢生产CA488发动机螺栓静强度比40Cr螺栓提高了约35%,从而使螺栓承载能力提高了45%~70%.现有的低碳(合金)钢,如制造汽车前后拦板用的8.8级、9.8级铆接螺栓,内三点焊接用SWRCH22A或20Mn,经过不同淬火介质淬火,获得低碳马氏体后,可以满足螺栓的服役要求。此外,采用低碳(合金)钢冷拔冷镦不易开裂,冷拔模具、冷镦模具、搓丝板、滚丝轮等不易损坏,可使螺栓的工艺性能获得显著改善。低碳马氏体钢的开发,为紧固件制造增添了可选择的新钢种,其特点是强韧性匹配好,基本上避免了中碳钢制造的螺栓所易产生的缺陷。

      多钢种的调质硬度明显提高,因此在汽车紧固件方面,用硼元素取代贵重稀有元素,可收到较好的经济效益。单就硼元素而言,对钢的冷加工没有明显的影响,只是在热处理时比较明显,碳硼钢具有高韧性、强塑性、回火温度低、强度高的特点,很适合生产高强度紧固件。为了进一步提高冷加工性能和省略球化退火处理,开发低成本的低中碳高强度硼钢。其成分设计的基本原则是降低含碳量,改善钢的冷变形能力,加人微量硼以弥补因降碳而造成的强度和淬透性的损失。另外根据需要还可加人适量Cr、Mn等合金元素,进一步提高淬透性。由于少量硼代替大量合金元素,钢材成本降低,碳和合金素含量低,冷加工性能良好,轧材可以直接拉拔和冷镦加工,不需要预先球化退火处理,节约了螺栓的制造成本。通常8.8级螺栓用40B、40MnB,而9.8级和10.9级螺栓用MnB123H钢。该钢系日本神户钢厂自行研制牌号,为了在425以上温度回火时得到1000MPa以上的强度,碳含量控制在0.25%左右,同时控制Mn、B的含量,并降低杂质元素P、S的含量,因而在900~1100MPa级的强度范围内的耐延迟断裂性能相当于或优于SCM435钢。日本采用低碳硼钢生产高强度螺栓已经比较普遍,像汽车、拖拉机等行业的高强度螺栓已经大量使用碳硼钢。通过硼元素的使用,可以减少其他合金元素使用。在过去的几年中,碳硼钢的优良特性在某些环节并未引起人们的重视,这是由于一些不适当的生产环节和其他错误使用造成的。碳硼钢的生产需要在钢材冶炼过程中严格控制,以供紧固件行业的生产。

      3高强度螺纹紧固件产品的冷镦成形和螺纹加工高强度螺纹紧固件生产的工艺过程为原材料改制冷镦成形螺纹加工(滚丝或者搓丝)热处理表面处理分选包装,10.9级以上一般采用热处理后滚丝工艺。螺纹紧固件的质量除材料外,成形设备和螺纹加工设备及模具(生产工艺及其装备)是保证其质量的关键因素。尤其是大批量多品种供货状态下,对加工精度要求高的汽车紧固件,如何保证产品的一致性及缺陷的预防是紧固件生产面临的问题之一。常见缺陷有尺寸和形位公差超差、头部折迭、螺纹流线镦断、齿部皱纹和裂纹等。目前,国内紧固件厂限于资金或其他原因,较多采用国产设备和台湾设备来生产汽车用紧固件,对于保证大规模生产高端紧固件产品的尺寸公差和形位公差,应该加大在线监控手段和模具制作水平。消除生产中的不合格品,从而保证主机厂、整车厂的装配质量。

      通常,螺栓头部的成形采用冷镦塑性加工,同切削加工相比,金属纤维沿产品形状呈连续状,中间无切断,因而提高了产品强度,特别是机械性能优良。冷镦成形工艺包括切料与成形,分单工位单击、双击冷镦和多工位自动冷镦。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。单工位或多工位自动冷镦机使用的原始毛坯的加工特点是由材料尺寸长5~6m的棒料或重量为1900~2000kg的盘条钢丝的尺寸决定的,即加工工艺的特点在于冷镦成型不是采用预先切好的单件毛坯,而是采用自动冷镦机本身由棒料和盘条钢丝切取和镦粗的(必要时)毛坯。在挤压型腔之前,毛坯必须进行整形。通过整形可得到符合工艺要求的毛坯。在镦锻,缩径和正挤压之前,毛坯不需整形。毛坯切断后,送到镦粗整形工位。该工位可提高毛坯的质量,可使下一个工位的成型力降低15%~17%,并能延长模具寿命,制造螺栓可采用多次缩径。

      用半封闭切料工具切割毛坯,最简单的方法是采用套筒式切料工具;切口的角度不应大于3°;而当采用开口式切料工具时,切口的斜角可达5 ~7°。短尺寸毛坯在由上一个工位向下一个成型工位传递过程中,应能翻转180°,这样能发挥自动冷镦机的潜力,加工结构复杂的紧固件,提高零件精度。在各个成型工位上都应该装有冲头退料装置,凹模均应带有套筒式顶料装置。成型工位的数量一般应达到3~4个工位。在有效使用期内,主滑块导轨和工艺部件的结构都能保证冲头和凹模的定位精度。在控制选料的挡板上必须安装终端限位开关,必须注意镦锻力的控制。

      在自动冷镦机上制造高强度紧固件所使用的冷拨盘条钢丝的不圆度应在直径公差范围内。而较为精密的紧固件,其钢丝的不圆度则应限制在1/2直径公差范围内。如果钢丝直径达不到规定的尺寸,则零件的镦粗部分或头部就会出现裂痕,或形成毛刺。如果直径小于工艺所要求的尺寸,则头部就会不完整,棱角或胀粗部分不清晰。冷镦成型所能达到的精度还与成型方法的选择和所采用的工序有关。此外,它还取决于所用的设备的结构特点、工艺特点及其状态、工模具精度、寿命和磨损程度。

      盘条钢丝拉拔工序有两个目的,一是改制原材料的尺寸;二是通过变形强化作用使紧固件获得基本的机械性能,对于中碳钢还有一个目的,即是使盘条控冷后得到的片状渗碳体在拉拔过程中尽可能的破解,为随后的球化(软化)退火得到粒状渗碳体做好准备。拉拔过程中如润滑不好,可造成冷拔盘条钢丝有规律地出现横裂纹。盘条钢丝出粒丝??谏暇硗钡那邢叻较蛴肜磕2煌?,会造成拉丝模单边孔型的磨损加剧,使内孔失圆,造成钢丝圆周方向的拉拔变形不均,使钢丝的圆度超差,在冷镦过程中钢丝横截面应力不均而影响冷镦合格率。盘条钢丝拉拔过程中,过大的部分减面率使钢丝的表面质量恶化,而过低的减面率却不利于片状渗碳体的破碎,难以获得尽可能多的粒状渗碳体,即渗碳体的球化率低,对钢丝的冷镦性能极为不利,采用拉拔方式生产的棒料和盘条钢丝,部分减面率直控制在10%>~15%c的范围内。

      螺栓螺纹一般采用冷加工,使一定直径范围内的螺纹坯料通过搓(滚)丝板(模),由丝板(滚模)压力使螺纹成形,可获得螺纹部分的塑性流线不被切断、强度增加、精度高、质量均一的产品,因而被广泛采用。为了制出最终产品的螺纹外径,所需要的螺纹坯径是不同的,因为它受螺纹精度,材料有无镀层等因素限制。滚(搓)压螺纹是指利用塑性变形使螺纹牙成形的加工方法。它是用带有和被加工的螺纹同样螺距和牙形的滚压(搓丝板)模具,一边挤压圆柱形螺坯,一边使螺坯转动,最终将滚压模具上的牙形转移到螺坯上,使螺纹成形。滚(搓)压螺纹加工的共同点是滚动转数不必太多,如果过多,则效率低,螺纹牙表面容易产生分离现象或者乱扣现象。反之,如果转数太少,螺纹直径容易失圆,滚压初期压力异常增高,造成模具寿命缩短。滚压螺纹常见的缺陷:螺纹部分表面裂纹或划伤;乱扣;螺纹部分失圆。这些缺陷若大量发生,就会在加工阶段被发现。如果发生的数量较少,生产过程注意不到这些缺陷就会流通到用户,造成麻烦。因此,应归纳加工条件的关键问题,在生产过程控制这些关键因素。

      4高强度螺纹紧固件产品的热处理热处理调质是为了提高紧固件的综合力学性能,满足产品规定的抗拉强度值和屈强比。调质热处理工艺对原材料、炉温控制、炉内气氛控制、淬火介质等都有严格的要求。主要控制缺陷有材料的心部碳偏析、材料及退火过程中的表面脱碳、冷镦裂纹、调质中的淬火开裂和变形。高强度紧固件从上料-清洗-加热-淬火-清洗-回火-着色到下线,全部自动控制运行,有效保证了热处理质量。热处理工艺对高强度紧固件,尤其是它的内在质量有着至关重要的影响,因此,要想生产出优质的高强度紧固件,必须要有先进的热处理技术装备。由于高强度螺栓生产量大,价格低廉,螺纹部分又是比较细微相对精密的结构,因此,要求热处理设备必须具备生产能力大,自动化程度高,热处理质量好的能力。我国的紧固件企业80%左右有热处理设备,且采用台湾热处理工艺线居多;工艺线设备为连续式网带炉,带气氛?;?,并由计算机控制气氛、温度和工艺参数。存在的问题有淬火介质缺少冷却性能测定、碳势控制不稳定、炉温校验周期过长等容易引起热处理缺陷的环节。

      进人20世纪90年代以来,带有?;て盏牧饺却砩咭颜贾鞯嫉匚?,震底式、网带炉尤其适用于中小规格紧固件的热处理调质。调质线除了炉子密封性能好以外,还具有先进的气氛、温度和工艺参数计算机控制,设备故障报警和显示功能。螺纹的脱碳会导致紧固件在未达到机械性能要求的抗力时先发生脱扣,使螺纹紧固件失效,缩短使用寿命。由于原料的脱碳,如果退火不当,更会使原材料脱碳层加深。调质热处理过程中,一般会从炉外带进来一些氧化气体。棒料钢丝的铁镑或冷拔后盘条钢丝表面上的残留物,人炉加热后也会分解,反应生成一些氧化性气体。例如,钢丝的表面铁镑,它的成分是碳酸铁及氢氧化物,在加热后将分解成C2及H2O,从而加重了脱碳。研究表明,中碳合金钢的脱碳程度较碳钢严重,而最快的脱碳温度在700~800之间。由于钢丝表面的附着物在一定条件下分解化合成CO2和H2O的速度很快,如果连续式网带炉的炉气控制不当,也会造成螺丝脱碳超差。

      高强度紧固件当采用冷镦成形时,原材料和退火的脱碳层不但仍然存在,而且被挤压到螺纹的顶部,对于需要淬火的紧固件表面,得不到所要求的硬度,其机械性能(特别是强度和耐磨性)降低。另外,钢丝表面脱碳,表层与内部组织不同而具有不同的膨胀系数,淬火时有可能产生表面裂纹。为此,在淬火加热时要?;ぢ菸贫ゲ坎煌烟?,还要对原材料已脱碳的紧固件进行适度的覆碳,把网带炉中的?;て盏挠攀频鞯胶捅桓蔡嫉牧慵己剂炕鞠嗟?,使已脱碳的紧固件慢慢恢复到原来的含碳量。

      碳势设定在0.42%~0.48%为宜,覆碳温度与淬火加热相同,不能在高温下进行,以免晶粒粗大,影响机械性能。紧固件在调质淬火过程中,可能出现的质量问题主要有:淬火态硬度不足;淬火态硬度不均;淬火变形超差;淬火开裂。现场出现的这类问题往往与原材料,淬火加热和淬火冷却有关,正确制订热处理工艺,规范生产操作过程,往往可以避免此类质量事故。

      用低碳马氏体钢和中碳调质钢进行静拉伸、偏斜拉伸、冲击韧性、疲劳强度和延迟断裂强度等试验结果表明,与中碳调质钢相比,低碳马氏体钢的强度提高1/3以上,同时保持较高的塑性和韧性,螺栓的承载能力提高45%c~70%c,而缺口偏斜敏感性并不显著升高;螺栓的疲劳强度与中碳钢调质态螺栓大体相同;低碳马氏体钢的延迟断裂敏感性比相同强度水平的40Cr钢小,并且在盐水和水中对延迟断裂是不敏感的。因此选用低碳马氏体钢作高强度螺栓材料,不仅在综合机械性能方向有许多优点,而且其优良的工艺性能更是中碳钢不能比拟的。

      沉头螺钉,内六角圆柱头螺栓采用冷镦工艺生产时,钢材的原始组织会直接影响着冷镦加工时的成形能力。冷镦过程中局部区域的塑性变形可达60%~80%,为此要求钢材必须具有良好的塑性。当钢材的化学成分一定时,金相组织就是决定塑性优劣的关键性因素,通常认为粗大片状珠光体不利于冷镦成形,而细小的球状珠光体可显著地提高钢材塑性变形的能力。对高强度紧固件用量较多的中碳钢和中碳合金钢,在冷镦前进行球化(软化)退火,以便获得均细致的球化珠光体,以更好地满足实际生产需要。对中碳钢盘条软化退火而言,其加热温度多选择在该钢材临界点上下保温,加热温度一般不能太高,否则会产生三次渗碳体沿晶界析出,造成冷镦开裂,而对于中碳合金钢的盘条采用等温球化退火,在ACi+(20%~30%)加热后,炉冷到略低于An,温度约700等温一段时间,然后炉冷至500左右出炉空冷。钢材的金相组织由粗变细,由片状变球状,冷镦开裂率将大大减少。5/45/ML35/SWRCH35K钢软化退火温度一般区域为加热温度一般区域为740~770,等温温度冷镦钢盘条去除氧化铁皮工序为剥亮,除鳞,有机械除鳞和化学酸洗两种方法。用机械除鳞取代盘条的化学酸洗工序,既提高了生产率又减少了环境污染。此除鳞过程包括弯曲法(普遍使用带三角形凹槽的圆轮反覆弯曲盘条),喷丸法等,除鳞效果较好,但不能使残余铁鳞去净(氧化铁皮清除率为97%),尤其是氧化铁皮粘附性很强时,因此,机械除鳞受铁皮厚度,结构和应力状态的影响,使用于低强度紧固件用的碳钢盘条。高强度紧固件(大于等于8.8级)用盘条在机械除鳞后,为除净所有的氧化铁皮,再经化学酸洗工序即复合除鳞。

      5高强度螺栓产品加工工艺的未来趋势随着汽车、摩托车、机械行业的发展,对各类紧固件提出了愈来愈高的要求。如汽车、摩托车的高性能化和轻型化对钢材提出了新的功能要求,这虽未必能降低零件本身的成本但却有可能降低机器或部件的总成本。实践表明由于添加Ni、Cr、Mo等元素材料本身成本势必增高,但螺栓的耐延迟破坏强度也得到了提高。和原来相比,由于螺栓直径减小,螺栓安装孔相应减小,作为被紧固构件尺寸亦相应减小,从而达到整体降低成本之目的。据世界金属导报报载,北京钢铁研究总院在42CrM.钢的基础上,通过降低S、P、Si、Mn的含量,添加微量合金元素V、Nb,并增加Mo的含量,成功地开发出一种1300MPa级的高强度螺栓钢42CrMoVNbAPFl,其综合力学性能有较大幅度提高。高强度螺栓钢大多是中碳钢和中碳合金钢,都在调质态淬火高温回火使用,因此常把机械制造用钢、合金结构钢和调质钢混合起来称呼。目前我国这类钢年产量已超过1500万吨,仅中碳钢就在1000万吨/年左右。经调质后其显微组织是回火马氏体碳化物。通过对淬火前的奥氏体超细化,证明其力学性能可以提高。与42CrM.钢传统的细晶热处理奥氏体晶粒度在ASTM8级左右、即20~30m左右相比,当细化至10pm以下时,所有的力学性能强度、塑性、韧性都有显明的改善。

      毛坯的设计制造不仅影响毛坯的制造成本,而且影响后续工序的经济性和环境的影响。综合起来,尽可能利用如精锻等加工精度高的工艺,这样可以大大减少机械加工量,充分利用资源;结合具体的生产条件,考虑外协的可能性,实现毛坯的专业化生产,从而可以在大批量生产的模式下采用新工艺和新技术。

      高强度螺栓的毛坯也是如此,随着锻造技术的发展,现在很多毛坯专业厂采用先进的精锻技术生产的毛坯,可以直接锻造出高强度螺栓的外形,减少了车杆径工序,从而减少了资源和能源的消耗;随着未来锻造技术的发展,高强度螺栓的毛坯将会进一步发展,螺纹坯径和杆径都可以锻造出来,加工工艺可以简化为螺纹的加工和热处理,这样将会大大减少加工成本,还可以减少资源和能源的消耗。

      切削液是现代切削加工中经常使用的,但现在使用的切削液中经常含有有毒物质,对环境的危害较大,增大了环境负担,同时也不利于工人的身体健康?;诖?,在高强度螺栓加工过程中,未来可能的方式为干切削。干切削是消除切削液污染,实现清洁化生产的有效途径,但干切削在很大程度上要依赖新型刀具的开发和应用。

      陶瓷刀具由于具有高耐热性和良好的化学稳定性,非常适合用于干切削,但陶瓷材料脆性大、强度及韧性差等固有物理特性限制了陶瓷刀具在干切削中的应用。为了解决这一难题,通常采用减小陶瓷晶粒尺寸及提高材料纯度的新型陶瓷材料刀具;设计合理的纳米涂层,可使刀具的硬度和韧性显著增加,使其具有优异的抗磨损及自润滑性能。