Болты и винты являются основными механическими компонентами, широко используемыми в различных отраслях промышленности, таких как автомобилестроение, промышленное оборудование и строительство. В отличие от сварки и клепки, самой важной характеристикой болтов является то, что их можно легко снять даже после затяжки и использовать повторно, -затянув повторно.
Процесс производства титановых болтов
Материалом для изготовления болтов обычно является спиральная проволока. После вторичной обработки, такой как травление, смазка, отжиг и волочение проволоки, головка болта и резьба формуются, подвергаются термо-обработке и поверхностной-обработке методом холодной ковки. В зависимости от типа изделия некоторые требуют термической обработки перед нарезанием резьбы, а другие — нет. Вторичная обработка обычно выполняется специализированным персоналом, но иногда она выполняется на заводе по производству болтов.
Формование головки болта обычно относится к процессу холодной ковки головки болта с использованием ковочного оборудования, такого как машина для высадки или машина для толкателя, называемая «высадкой». Холодная ковка, также известная как холодное прессование, подразумевает обработку при комнатной температуре. Этот термин противопоставляется теплой и горячей обработке, при которых материал нагревается перед обработкой. Процесс ковки включает в себя резку рулонной стали на нужную длину и последующее прессование материала с помощью нескольких ковочных штампов. Ковка включает в себя четыре этапа: высадку, глубокую вытяжку, обратную экструзию и чистовую обработку. Высадка предполагает сдавливание материала с одного конца, чтобы расширить его за пределы первоначального диаметра; глубокая вытяжка, наоборот, сжимает материал с одного конца, сокращая его до меньшего диаметра; обратная экструзия включает вдавливание материала с одного конца в матрицу меньшего диаметра, в результате чего он выдавливается наружу, одновременно создавая отверстие; финишная обработка включает удаление лишней толщины с помощью ковочного штампа. В зависимости от формы изделия эти методы могут использоваться отдельно или в сочетании. Более сложные формы требуют большего количества этапов обработки для постепенного формирования изделия, но обычные болты можно сформировать всего за 2–5 этапов.
Процесс формирования резьбовой части включает использование прокатного формовочного станка для холодной ковки и придания формы резьбе в процессе формирования резьбы болта. Метод формирования тот же, что и для головки болта. Форма резьбы формируется путем зажима заготовки между двумя наборами ковочных штампов, вращения одной из матриц при одновременном вращении заготовки и придания ей формы резьбы посредством пластической формовки. Ковочные штампы, используемые для нарезания резьбы, называются «прокатными штампами». Существует три типа формовочных машин: формовочные машины для плоской ковки, прокатные машины для круглой ковки и формовочные машины с планетарной прокаткой. В машинах для формовки плоской ковки используются две обычные штампы для штамповки; один зафиксирован, а другой перемещается вперед и назад, раскатывая заготовку и придавая ей форму. Профилегибочные машины для круглой ковки используют две параллельные цилиндрические формовочные матрицы, которые вращаются в одном направлении для прокатки и придания формы заготовке, зажатой между двумя матрицами. Планетарные прокатные формовочные машины зажимают заготовку между цилиндрической ковочной матрицей и веерообразной ковочной матрицей, а затем прокатывают ее и придают ей форму, вращая цилиндрическую ковочную матрицу.
Болты, полученные методом холодной ковки и термической обработки, обычно изготавливаются из материалов с твердостью, подходящей для обработки пластмасс. Материалы с высоким содержанием углерода или добавленными легирующими элементами по своей природе тверды и сложны в обработке, поэтому некоторые из них требуют отжига для их размягчения. Большинство материалов не могут обеспечить требуемую прочность в условиях холодной ковки. Термическая обработка, выполняемая после холодной ковки, придает болту необходимые прочностные и механические свойства и является важнейшим этапом изготовления болта. Болты подразделяются на различные классы прочности в зависимости от их применения и использования. Термическая обработка необходима для того, чтобы формованные болты обладали соответствующими необходимыми механическими свойствами.
Болты, используемые в автомобильных двигателях, часто прилипают к смазочному маслу, поэтому они не ржавеют даже без обработки поверхности. Однако это лишь малая часть болтов; большинство из них используются в агрессивных средах и поэтому быстро ржавеют без обработки поверхности. Если не лечить ржавые болты, коррозия не позволит их отвинтить, а в тяжелых случаях они могут сломаться, что приведет к серьезным авариям. Поэтому болты, используемые в агрессивных средах, требуют обработки поверхности, например гальваники. Обработку поверхности болтов можно условно разделить на гальванику и покрытие. Наиболее широко используемым методом является гальваника, преимущества которого заключаются в низкой стоимости и хорошей коррозионной стойкости. Если требуется более высокая коррозионная стойкость, чем при гальваническом покрытии, можно использовать гальваническое покрытие из сплавов, таких как оцинкованное железо и цинк-никель, или можно нанести цинк-композитное покрытие из алюминия.
Направление развития автомобильных болтов
В последние годы автопроизводители потребовали снижения затрат на компоненты, облегчения веса и повышения прочности. Одновременно для решения экологических проблем необходимо сократить выбросы CO2, а для снижения расхода топлива необходимо минимизировать вес транспортного средства. В затратах на производство болтов большую часть составляет стоимость заготовки; поэтому наиболее эффективным методом является снижение стоимости самого материала. Японские автопроизводители исследуют возможность использования недорогих зарубежных материалов для снижения затрат на поставку материалов. Чтобы удовлетворить требования клиентов, производители болтов также провели различные исследования по снижению веса болтов. В качестве меры по уменьшению веса болта некоторые используют легкие металлы, такие как алюминий или титан, а другие уменьшают размер болта. Хотя уменьшение размера болта может снизить вес, если уменьшить размер болта для того же класса прочности, усилие затяжки болта уменьшится из-за уменьшения площади поперечного-сечения.
Следовательно, чтобы обеспечить тот же уровень прочности при уменьшении размера болта, его прочность необходимо увеличить. Действующие государственные стандарты, такие как JIS, и собственные стандарты автопроизводителей устанавливают требования только к болтам с классом прочности ниже 12,9. Для обычных закаленных и отпущенных болтов характеристики замедленного разрушения резко ухудшаются, когда класс прочности превышает 12,9. В некоторых случаях, когда уже используются болты высокой-прочности 10,9 или 12,9, для достижения снижения веса за счет уменьшения размера необходимо использовать болты с классом прочности выше 12,9 и применять методы улучшения характеристик отсроченного разрушения. Для достижения высокой прочности некоторые закаленные и отпущенные болты улучшают характеристики замедленного разрушения за счет добавления легирующих элементов. Хотя добавление легирующих элементов может в некоторой степени улучшить характеристики замедленного разрушения, высокая цена этих элементов неизбежно увеличивает затраты.
Другой подход – использовать незакаленные и отпущенные болты-. Не-закаленные и отпущенные болты не требуют термической обработки после формовки; их прочность обеспечивается в первую очередь закалкой. Микроструктура незакаленных и отпущенных болтов полностью отличается от микроструктуры закаленных и отпущенных болтов, демонстрируя высокую устойчивость к замедленному разрушению. В незакаленных болтах- используются материалы с более высоким содержанием углерода, чем в закаленных болтах. За счет контролируемого охлаждения и термообработки на этапе заготовки можно добиться значительного уменьшения площади. После наклепа путем волочения проволоки дальнейшая наклевка на этапе формирования болта обеспечивает прочность болта. Хотя обычные болты не подвергаются отпуску после формовки, они должны подвергаться воронению, чтобы устранить внутренние напряжения при холодной ковке. Недостатком является то, что твердость материала выше, чем у закаленных болтов, что затрудняет их формование. В настоящее время прочность незакаленных болтов, применяемых в двигателях, составляет 1600 МПа, а прочность незакаленных болтов, применяемых в кузовах транспортных средств, достигла 1400 МПа. Ожидается, что спрос на эти высокопрочные болты-в будущем будет расти.
