螺紋緊固件的生產(chǎn)作為緊固件全生命周期的重要一環(huán)，是決定連接副在全生命周期可靠性的重要過(guò)程。螺紋緊固件的主要生產(chǎn)工藝包括：材料改制，毛坯成型，螺紋成型，機(jī)加工，熱處理，表面處理，表后處理以及篩選和包裝。
對(duì)于某個(gè)具體螺紋緊固件，其生產(chǎn)工藝并不一定包含上述所有的過(guò)程，而是上述過(guò)程的部分組合。
例如：六角法蘭面螺栓,其生產(chǎn)工藝過(guò)程為：材料改制→冷鐓成型→螺紋成型(搓絲)→調(diào)質(zhì)熱處理→表面處理→篩選→包裝
1.材料改制
材料改制作為一個(gè)過(guò)程，就是將鋼廠生產(chǎn)的熱軋盤條，經(jīng)過(guò)加工變成適合冷鐓成型的精線。(紅打成型可直接由棒材剪斷下料，無(wú)需改制)
在材料改制過(guò)程中，盤條發(fā)生了三方面的變化:
1.線徑由入廠直徑變成冷鐓工藝要求直徑，并保證了圓度；
2.線材內(nèi)部組織由鋼廠熱軋片狀珠光體組織變成球狀珠光體組織，硬度降低，塑性更好；
3.表面狀態(tài)由熱軋氧化皮狀態(tài)變成磷皂化狀態(tài)，適于冷鐓潤(rùn)滑。
為達(dá)成上述三個(gè)目的，材料改制一般是由三個(gè)分過(guò)程所組合而成：酸洗磷皂化、拉絲(抽線)、球化退火退火/再結(jié)晶退火。
酸洗就是用酸清洗掉盤圓表面的氧化皮/鐵銹；磷化是在盤圓基體表面形成一層多孔的磷酸鹽覆蓋層；皂化是在磷化后的盤圓上附著一層皂化物潤(rùn)滑劑，磷化和皂化一起在盤圓表面形成潤(rùn)滑層，為拉絲或冷鐓潤(rùn)滑。這三個(gè)過(guò)程都在酸洗磷皂化生長(zhǎng)線上進(jìn)行。
拉絲是經(jīng)磷皂化的盤圓通過(guò)拉絲模具縮徑為需要直徑線材的過(guò)程，用拉絲機(jī)進(jìn)行加工。
球化退火是將盤圓在其材料的Ac1溫度以上20-30℃，保溫一段時(shí)間后緩慢冷卻，得到在鐵素體基體上均勻分布球狀或顆粒狀碳化物的組織。球化退火后的材料塑性好，易于冷鐓加工。再結(jié)晶退火是將經(jīng)過(guò)粗抽的線材再次退火，消除冷作硬化，以便再次精抽到合適線徑。
為完成一種線材的改制，往往需要上述三個(gè)工序的多次組合而成。形成諸如一球一抽，一球兩抽，兩球兩抽的制程組合。
例如φ25的SCM435材料，經(jīng)兩球兩抽為φ24的精線，其改制路線為：酸洗→球化→酸洗磷皂化φ→粗抽φ24.49→再結(jié)晶退火→酸洗磷皂化→精抽φ24。
2.冷鐓成型
冷鐓成型是指用冷鐓機(jī)將精線用模具冷鐓為零件毛坯，除特殊尺寸(細(xì)桿、大倒角等)和螺紋外，零件的所有尺寸均在此工序獲得。
冷鐓的模具分成兩部分，一部分主要用來(lái)成型螺紋桿部，稱為主模；一部分成型螺栓頭部，稱為沖模。螺栓類緊固件的頭部一般需要多次變形才能成型，螺紋桿部則不一定。
根據(jù)可成型零件的復(fù)雜程度，冷鐓機(jī)分成了多種型號(hào)，根據(jù)主模沖模的數(shù)量分為：一模兩沖，兩模四沖，三模三沖，四模四沖，五模五沖。螺栓螺釘類零件一般使用上述設(shè)備足矣。更復(fù)雜的設(shè)備一般用來(lái)成型非標(biāo)異性零件。
根據(jù)可成型零件的大小，設(shè)備會(huì)分成多種型號(hào)。設(shè)備型號(hào)一般包含代表成型能力的代號(hào)和代表模腔數(shù)量的代號(hào)組成，如10B4S，
冷鐓模具是多個(gè)部件的組合，例如一套四模四沖成型模具，其由四個(gè)工步的模具組成，每個(gè)工步又分成主模和沖模，主模和沖模又由模殼，凹模，片模，沖針，頂針，彈簧等組成，其中一些部件是共用的，一些部件(涉及零件具體尺寸)是根據(jù)零件特制的。
零件冷鐓成型加工首先需要根據(jù)模具設(shè)計(jì)將需要的模具組合裝配到一起，再裝入冷鐓機(jī)。再將設(shè)計(jì)要求的線徑精線導(dǎo)入，設(shè)備上有切料模，切下設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度，再依次通過(guò)各個(gè)工步鐓鍛成型，每一工步都需要根據(jù)最終成型零件的尺寸來(lái)進(jìn)行調(diào)整，如增加或減少切料長(zhǎng)度，調(diào)整頂針位置等等。直到合格零件冷鐓出來(lái)。對(duì)于復(fù)雜的產(chǎn)品，這一過(guò)程往往需要幾個(gè)小時(shí)甚至幾天(新產(chǎn)品新模具新工藝初次調(diào)試)。這也是制約整個(gè)冷鐓產(chǎn)能的關(guān)鍵過(guò)程。
3.機(jī)加工
機(jī)加工用于成型零件上不能用冷鐓成型的特殊尺寸，比如大的倒角，徑向孔洞等。用于緊固件的機(jī)加工設(shè)備很多，既有專用的如螺栓倒角機(jī)，也有通用的數(shù)控車床，鉆床等設(shè)備。下面將簡(jiǎn)單介紹常見(jiàn)的緊固件機(jī)加工。
倒角：主要用于螺栓尾部倒角，特別是螺紋導(dǎo)向端如截錐端、圓錐端的尾部倒角都需要通過(guò)機(jī)加工進(jìn)行成型。這一類尾部倒角現(xiàn)用自動(dòng)倒角機(jī)可以快速進(jìn)行加工。
車削：是指用數(shù)控車床對(duì)特殊尺寸桿部、頭部進(jìn)行的加工。中間細(xì)小的光桿、桿部凹槽、球頭、大尺寸軸肩等一般需要通過(guò)車削進(jìn)行加工。車削加工需要配合適用的夾具才能完成。
鉆孔：螺栓頭部穿鋼絲的空洞、空心螺栓(例如制動(dòng)鉗過(guò)油螺栓)的中心孔和徑向孔等需要用鉆孔機(jī)進(jìn)行鉆孔加工。
校直:對(duì)于長(zhǎng)徑比很大的螺栓(一般大于10),其在熱處理、表面處理等加工過(guò)程中容易產(chǎn)生彎曲，需要根據(jù)產(chǎn)品特性在熱處理后或包裝前對(duì)零件進(jìn)行校直。校直前后一般需要用直線度檢具進(jìn)行全選以確保合格。
磨削:對(duì)于精度等級(jí)要求很高的螺紋坯徑以及有高精度配合要求的螺栓桿部，需要用磨床進(jìn)行加工以保證尺寸進(jìn)度。
割尾:對(duì)于有割尾槽的螺栓，需要用專用割尾機(jī)進(jìn)行加工。也有用冷鐓直接成型的，不過(guò)這種方式的刮漆槽部位是圓弧形，不利于刮削油漆以及異物。
4.螺紋成型
螺紋成型是加工螺紋的過(guò)程，目前的螺紋都是通過(guò)擠壓的方式成型螺紋，根據(jù)成型的力的大小分為搓絲和滾絲，如圖1。
搓絲是用兩塊平的搓絲板，一塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)，一塊靜止，搓絲板在一次往的過(guò)程中即完成了螺紋的擠壓成型；然后搓絲返回至起點(diǎn)，送料機(jī)構(gòu)將新的光坯再次送入，重新開(kāi)始新的循環(huán)。
搓絲的擠壓力來(lái)自于電機(jī)的往復(fù)力，對(duì)于大規(guī)格螺栓力量不夠，此時(shí)需要使用滾絲，滾絲是使用兩個(gè)滾絲輪，滾絲輪上刻有螺紋，成型時(shí)，先將光坯放入旋轉(zhuǎn)的滾絲輪之間，再使用液壓機(jī)構(gòu)擠壓一側(cè)滾絲輪，到達(dá)設(shè)定擠壓終點(diǎn)時(shí)返回即完成一件零件螺紋加工。對(duì)于大規(guī)格(M18以上)和部分熱處理后螺紋成型的零件采用滾絲。還有一些形狀特殊，用搓絲機(jī)不好送料的零件也有用滾絲加工的。滾絲一般采用人工放料，加工效率低于搓絲。
螺紋成型分為熱前搓絲和熱后搓絲，熱前是指螺紋成型在熱處理前，此時(shí)螺栓材料硬度較低，易于加工，搓絲板的壽命也高。熱后搓絲是指在熱處理后進(jìn)行螺紋成型，熱后螺紋成型可以保留成型時(shí)對(duì)螺紋表面的壓應(yīng)力，螺紋的抗疲勞性能更好，多用于發(fā)動(dòng)機(jī)等承受交變載荷的零件，但是熱后搓絲的搓絲板壽命低，成本更高。
5.熱處理
熱處理是通過(guò)加熱和冷卻的配合獲得需要的螺栓材料組織，達(dá)到需要的機(jī)械性能的過(guò)程。緊固件的熱處理主要有三種：調(diào)質(zhì)、滲碳(可和調(diào)質(zhì)同步進(jìn)行)和感應(yīng)淬火。
調(diào)質(zhì)熱處理是淬火+高溫回火，得到回火馬氏體(索氏體)的熱處理過(guò)程，采用熱處理加工線來(lái)完成，典型的緊固件調(diào)質(zhì)熱處理線見(jiàn)圖2。
螺栓經(jīng)上料，清洗除油(現(xiàn)在也通常將脫磷集成到這一步，稱為在線脫磷)，再進(jìn)入淬火加熱爐，在奧氏體化溫度下保溫一段時(shí)間后，掉入淬火油槽完成淬火；淬火后的零件組織為馬氏體組織，硬度很高，但脆性也大，再經(jīng)清洗去油后進(jìn)入回火爐高溫回火，組成變成索氏體，硬度降低，塑韌性也提高，獲得綜合優(yōu)良的機(jī)械性能。
6.表面處理
緊固件的表面處理首先是為了零件的防腐蝕，包括儲(chǔ)存防腐和功能性防腐，同時(shí)也為了獲得某些表面要求，比如摩擦系數(shù)、導(dǎo)電性、外觀。
常見(jiàn)的防護(hù)性表面處理分為：短期低等級(jí)防腐，發(fā)黑上油和磷化上油；中等級(jí)防腐，電鍍鋅；高等級(jí)防腐，電鍍鋅合金和無(wú)鉻鋅鋁涂層。不太常用的還有電泳和熱浸鋅。其它功能或外觀表面處理有：鋅錫合金、鍍銅和鍍鉻。
發(fā)黑上油：發(fā)黑是通過(guò)強(qiáng)氧化劑在零件表面形成一層四氧化三鐵薄膜，達(dá)到防腐蝕的目的，傳統(tǒng)的發(fā)黑在高溫的強(qiáng)堿性溶液中浸泡發(fā)黑，污染大，能耗高。現(xiàn)在也有在回火爐內(nèi)通入特殊氣體來(lái)發(fā)黑的氣體發(fā)黑方法，以及利用回火余溫，在回火冷卻槽內(nèi)添加發(fā)黑劑發(fā)黑的液體發(fā)黑法。但需要注意的是，后兩種發(fā)黑法并未在零件表面形成致密的四氧化三鐵薄膜，液體發(fā)黑是在零件表面附著了一層黑色樹(shù)脂。雖然也能達(dá)到提高防腐蝕的效果，但在表面摩擦性能上是有區(qū)別的。
磷化上油:磷化上在零件表面通過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成一層磷酸鹽沉積物，再通過(guò)上油填充空隙，達(dá)到防腐蝕的目的，且磷化層疏松易滑動(dòng)，能起到很好的潤(rùn)滑作用，表面摩擦系數(shù)穩(wěn)定。磷化根據(jù)藥水的不同，有鋅系、錳系、鋅鈣系等，他們?cè)谛纬傻牧姿猁}晶體的結(jié)構(gòu)上存在差別，因此在防腐和摩擦系數(shù)上存在差別。
電鍍鋅:電鍍鋅是鋼鐵零件最常用的防腐蝕措施，且具有很好的外觀，在緊固件上也有大量的應(yīng)用。
電鍍鋅工藝過(guò)程為：出油→除銹→鍍鋅→鈍化→封閉。先除油除銹獲得清潔的表面，再通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)在零件表面鍍上鋅層，再用鈍化劑在鋅表面形成致密的鉻酸鹽鈍化膜，最后再用封閉劑填充鈍化膜裂紋。
根據(jù)電鍍鋅槽藥水的配方酸堿性，電鍍鋅分為酸性鍍鋅和堿性鍍鋅，根據(jù)鈍化液是否含六價(jià)鉻又分為三價(jià)鍍鋅和六價(jià)鍍鋅，六價(jià)鉻為劇毒物，電鍍廢水處理困難，所以現(xiàn)在逐步淘汰六價(jià)鉻鈍化。為控制電鍍鋅的表面摩擦系數(shù)，一般在封閉劑里加入摩擦控制潤(rùn)滑劑。
電鍍鋅一般推薦用于8.8級(jí)及以下性能等級(jí)緊固件，10.9級(jí)螺栓因存在氫脆風(fēng)險(xiǎn)不推薦使用電鍍鋅，使用時(shí)必須增加驅(qū)氫；12.9級(jí)重要部位螺栓禁止鍍鋅。
需要注意的是:
a無(wú)論堿性鍍鋅還是酸性鍍鋅，電鍍液均為水溶液，存在氫離子，故均存在氫脆風(fēng)險(xiǎn)。
b驅(qū)氫只能減小氫脆發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，不能完全消除。
c氫脆的平行支撐面檢測(cè)合格并不能完全排除發(fā)生氫脆的可能。
d氫離子進(jìn)入鋼鐵基體主要在電鍍過(guò)程中，酸洗過(guò)程的時(shí)間短，溫度低。對(duì)氫脆的貢獻(xiàn)：電鍍＞磷化＞酸洗。
電鍍鋅層在受到外界腐蝕時(shí)，外層鈍化封閉層首先被破壞，鋅層與水和氧反應(yīng)形成白銹；然后腐蝕繼續(xù)，鋅層穿透后金屬基體發(fā)生腐蝕生成三氧化二鐵的紅銹。這就是鹽霧試驗(yàn)中的白銹時(shí)間和紅銹時(shí)間。增加封閉是為提高白銹時(shí)間，提高鋅層厚度可以提高白銹到紅銹的時(shí)間。發(fā)黑和磷化不存在鋅層，故沒(méi)有白銹時(shí)間，只有紅銹時(shí)間。
電鍍鋅合金(鋅鎳合金、鋅鐵合金)：通常，電鍍鋅即使經(jīng)過(guò)封閉，其防腐蝕鹽霧等級(jí)也不過(guò)兩三百小時(shí)。對(duì)鍍鋅層添加合金可以提高鋅層的防腐蝕能力，常用的鍍鋅合金有鋅鎳合金和鋅鐵合金。其鹽霧時(shí)間可達(dá)七八百小時(shí)。(現(xiàn)在，也有通過(guò)添加樹(shù)脂封閉劑來(lái)大幅提高防腐蝕性能的鍍鋅方法，通常是黑鋅。其原理是在傳統(tǒng)鍍層外增加樹(shù)脂保護(hù)層，利用樹(shù)脂的防腐蝕能力來(lái)延長(zhǎng)白銹時(shí)間，從而提高防腐蝕能力)
與電鍍鋅類似，電鍍鋅合金也存在氫脆風(fēng)險(xiǎn)，零件強(qiáng)度等級(jí)越高風(fēng)險(xiǎn)越大。
無(wú)鉻鋅鋁涂層:無(wú)鉻鋅鋁涂層又稱環(huán)保達(dá)克羅，與達(dá)克羅的關(guān)系可見(jiàn)小編以前的文章《達(dá)克羅涂層的三生三生》。其具有環(huán)保(無(wú)含重金屬的廢水廢渣),無(wú)氫脆風(fēng)險(xiǎn)和防腐蝕能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。在高強(qiáng)度、高防腐蝕要求的緊固件上得到大量使用。無(wú)鉻鋅鋁涂層分為底涂和面涂，底涂主要是鋅片和鋁片以及粘接劑組成，起到防腐蝕的目的，面涂一般含有摩擦系數(shù)穩(wěn)定劑，可以控制摩擦系數(shù)，也可以提高防腐蝕能力和得到特殊外觀。
無(wú)鉻鋅鋁涂層和電鍍相比，唯一的缺點(diǎn)就是涂層與基體的結(jié)合力弱于鍍層，在某些條件下可能會(huì)發(fā)生局部脫落影響防腐蝕能力。
從摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性和不同表面的適應(yīng)性上，無(wú)鉻鋅鋁涂層由于電鍍層。
電泳：電泳是通過(guò)電化學(xué)方法在金屬表面沉積一層高分子樹(shù)脂，起到防腐蝕目的。氫脆風(fēng)險(xiǎn)較小，但使用率不高，僅在一些內(nèi)飾用緊固件上有應(yīng)用。
熱浸鋅:熱浸鋅是將緊固件浸泡于熔融的鋅液中得到，鋅層厚度很厚，可達(dá)50um以上，汽車用緊固件很少使用。螺紋工程需選用6az等級(jí)，螺紋強(qiáng)度會(huì)降低，且能耗高，不環(huán)保。
鋅錫合金:在電氣系統(tǒng)用緊固件，為導(dǎo)電需求，有采用鋅錫合金電鍍。
鍍銅:對(duì)焊接螺栓，為提高導(dǎo)電性，會(huì)采用鍍銅處理；對(duì)某些高溫環(huán)境使用的螺栓螺母，也有采用電鍍銅。總的緊固件鍍銅應(yīng)用較少。
鍍鉻：為保證外觀，外露的車輪螺母會(huì)采用鍍亮鉻。
7.表后處理
表面處理主要是為緊固件的防腐蝕需求，兼顧外觀和摩擦系數(shù)控制要求。對(duì)于另外一些特殊要求，需要在表面處理后再進(jìn)行處理，緊固件常用的表后處理有涂膠、凃蠟和防粘劑。
涂膠：涂膠的一大目的是增加螺栓防止旋轉(zhuǎn)松動(dòng)的能力。按其原理分為化學(xué)膠和尼農(nóng)膠。另一類涂膠是起到密封的目的。
化學(xué)膠就是粘接劑，預(yù)涂于螺栓嚙合螺紋處，安裝后膠水發(fā)生反應(yīng)，將螺栓螺母粘接防松�；瘜W(xué)膠又細(xì)分為AB膠和厭氧膠，AB膠里面有兩種組分的微膠囊，螺栓安裝擠破微膠囊，兩種組分發(fā)生反應(yīng)固化粘接；厭氧膠的組分微膠囊破裂后在無(wú)氧條件下發(fā)生固化粘接�；瘜W(xué)膠固化后拆卸會(huì)破壞粘接，維修需更換新螺栓。
尼龍膠是在螺紋表面涂上一層硬質(zhì)尼龍，安裝后依靠尼龍的嵌入擠壓力防松。加工時(shí)先將螺栓通過(guò)感應(yīng)加熱，再將尼龍粉噴于螺栓加熱表面，尼龍粉融化粘接其上完成涂布。
密封膠類似于化學(xué)膠，安裝后固化，起到防止泄露的目的，對(duì)其有防泄露測(cè)試要求。
凃蠟：對(duì)于有些需要特別潤(rùn)滑的緊固件，常規(guī)的封閉劑或面涂層內(nèi)涵潤(rùn)滑劑不能滿足要求，此時(shí)需要額外凃蠟。比如三角牙自攻螺栓。蠟分為水蠟和固體蠟，水蠟采用浸泡+甩干+烘干的加工工藝；固體蠟需要將蠟先融化，再澆淋到感應(yīng)加熱的螺栓上的特定部位。
某些屈服點(diǎn)裝配的螺栓，為獲得盡可能大的軸向預(yù)緊力，也會(huì)凃蠟潤(rùn)滑。
防粘劑：典型代表如特氟龍，在焊接螺栓、焊接螺母等需隨車身電泳的緊固件上有應(yīng)用。可以防止螺栓粘上焊渣，也可避免緊固件在隨車身電泳時(shí)堆積電泳漆。
8.篩選
生產(chǎn)完成的螺栓，在包裝前需要篩選已挑出缺陷零件或混料，目前的篩選有光學(xué)篩選、激光篩選和渦流篩選。篩選一般都是采用比對(duì)法，光學(xué)篩選和激光篩選可以篩選混料和外形尺寸缺陷(如無(wú)螺紋或螺紋不完整，漏墊片等)，光學(xué)篩選還可以篩選內(nèi)凹槽積液；渦流篩選可以篩選大的硬度偏差，篩選材料錯(cuò)誤混料和熱處理零件異常。以上內(nèi)容部份轉(zhuǎn)自于網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)發(fā)的目的是為了大家更好的交流和學(xué)習(xí)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系刪除。
