螺栓的制造

螺栓是工程和建筑中最基本的部件之一,但是螺栓的生产已成为一个包含多个步骤的先进高科技程序。下面让我们来了解原钢如何变成高精度的金属器具。

螺栓有多种不同的尺寸和形状,但是基本的生产过程大同小异。首先将钢丝冷锻成合适的形状,然后通过热处理提高强度,再通过表面处理提高耐用性,最后打包发货。然而,对于更先进的螺栓设计而言,生产过程可能会加入一些额外环节。

作为汽车行业紧固件的领先供应商之一,瑞典制造商Bulten对螺栓生产的每一个步骤和各个方面都了如指掌。Bulten瑞典Hallstahammar工厂的技术经理Henrik Oscarson表示:「我们不生产目录零件──我们出品的所有东西都是根据客户的要求度身设计。而生产合适的螺栓有多种不同方案,具体要看紧固件是用在什么地方。」

冷锻成形之前,大号钢丝材需要经过开卷,并切至定长。根据ISO 898‑1的要求,整个行业的钢材等级均标准化。之后,使用特殊工具将钢丝冷锻成正确的形状。钢在室温高压下通过一系列压模在模具中基本冲压成型。模具本身可能相当复杂,包含多达二百个不同部分,公差只有百分之几毫米。一旦完善,冷锻可确保快速、大批量、高统一性地生产螺栓。

对于不能仅凭冷锻成型的复杂螺栓设计,可能需要一些额外的车削或钻削工序。车削是利用高速旋转螺栓,切削钢材以达到所需的形状和设计。钻削则是在螺栓上打孔。如设计需要,一些螺栓也可能会在这个阶段加上垫圈。

热处理是所有螺栓的标准工序,将螺栓放在高温下使钢硬化。在热处理之前,当钢质地较软时,通常通过滚制或切削(参阅侧栏文章比较两种方法)来加工螺纹。滚制作业与冷锻相似,是通过模具滚压使钢成型并形成螺纹,而切削则是通过切割和削剥来形成螺纹。

由于热处理会改变钢的特性,使之变硬,所以预先加工螺纹更容易,也更具成本效益。然而,在热处理后加工螺纹意味着更佳的抗疲劳表现。

Henrik Oscarson解释:「热处理可能会使螺栓出现热痕和轻微损坏。由于这个原因,一些客户会要求在热处理后车螺纹,特别是引擎和气缸盖螺栓等应用。因为需要让更硬的钢材成形,所以这个工序的成本更高,但螺纹能够更好地保持形状。」

对于螺栓长度超过直径十倍的长螺栓,热处理会使钢材回复到原始钢丝的圆形。因此,往往需要进行矫直过程。

采用何种表面处理取决于螺栓应用和客户要求。通常,紧固件的主要关注点是抗腐蚀能力,因此通过电解处理添加镀锌涂层是常见的解决方案。在这个步骤中,螺栓会浸入含锌液体中,然后通电使锌在螺栓上形成涂层。然而,电解处理会增加氢脆的风险。另一个选择是锌片,它可以使螺栓具有更高的抗腐蚀能力,但价格也更高。

如果不用考虑抗腐蚀能力──例如在引擎内部或经常接触油的应用中,使用磷酸盐是一种更具成本效益的选择。经过表面处理后,标准螺栓通常可以进入包装阶段。但是,更先进的设计可能需要一些额外的组装,例如支架。其他螺栓也将需要某种形式的补丁,例如锁定补丁或液体补丁。锁定补丁是在螺纹上加上厚尼龙层,提高螺栓的抓力,而液体补丁则有助于提高滚牙螺纹的扭矩。

完成这些步骤后,螺栓便大功告成。现在只剩下一些质量控制措施,以确保螺栓在可以打包发货前的统一性和一致性。

生产过程

1. 钢丝
开卷、拉直并切至定长。

2. 冷锻
在室温下将钢材铸成合适的形状。

3. 螺栓头
在高压下将钢材压入不同压模,逐步成型。

4. 车螺纹
通过滚制或切削形成螺纹。参阅侧栏文章。

5. 热处理
螺栓放入高温使钢硬化。

6. 表面处理
具体取决于应用。镀锌是提高抗腐蚀能力的常用方法。

7. 包装/存储
在经过质量控制确保统一性和一致性后,将螺栓打包好。

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