Przewodnik po produkcji śrub z łbem walcowym na zimno

Wprowadzenie do procesu kucia na zimno

Formowanie na zimno, znane również jako kucie na zimno, to wysokowydajny proces produkcyjny stosowany do produkcji śrub i innych elementów złącznych w temperaturze pokojowej. Metoda ta polega na odkształcaniu drutu metalowego za pomocą serii matryc w celu uzyskania pożądanego kształtu, co oferuje korzyści takie jak oszczędność materiału, zwiększona wytrzymałość dzięki umocnieniu zgniotowemu oraz precyzyjne tolerancje. Zgodność z normami, takimi jak GB/T 3098.1 dotyczącymi właściwości mechanicznych elementów złącznych, kucie na zimno idealnie sprawdza się w produkcji masowej w przemyśle motoryzacyjnym, budowlanym i elektronicznym.

Proces rozpoczyna się od surowej walcówki i przechodzi przez wyżarzanie, przygotowanie powierzchni, ciągnienie, formowanie, gwintowanie, obróbkę cieplną i wykańczanie. Każdy etap jest kluczowy dla zapewnienia, że ​​produkt końcowy spełnia specyfikacje dotyczące wytrzymałości na rozciąganie, twardości i odporności na korozję. Prawidłowe wykonanie minimalizuje wady, takie jak pęknięcia czy niedokładności wymiarowe, zwiększając niezawodność w zastosowaniach, w których awaria jest niedopuszczalna.

Wskazówki: Dobierz materiały w oparciu o wymagania dotyczące przeznaczenia, takie jak stal niskowęglowa dla uzyskania ciągliwości lub stale stopowe dla uzyskania wysokiej wytrzymałości. Regularne kontrole jakości, w tym badania twardości zgodnie z normą GB/T 230.1, są niezbędne w całym procesie produkcji.

Wyżarzanie

Wyżarzanie zmiękcza walcówkę poprzez podgrzanie jej do określonej temperatury, wygrzanie i powolne schłodzenie, co pozwala na dostosowanie struktury krystalicznej, zmniejszenie twardości i poprawę skrawalności w temperaturze pokojowej. Ten etap jest niezbędny w przypadku materiałów takich jak stale 1018, 1022, 10B21, 1039 i CH38F.

Procedura: Załaduj do pieca do 7 kręgów (każdy o wadze około 1,2 tony), szczelnie zamknij. Stopniowo podgrzewaj przez 3-4 godziny do temperatury 680-715°C (modele 1018/1022) lub 740-760°C (modele 1018/1022), utrzymuj przez 4-7,5 godziny, a następnie powoli schładzaj przez 3-4 godziny do temperatury poniżej 550°C, po czym schładzaj piec do temperatury pokojowej.

• Kontrola jakości: Twardość po wyżarzaniu powinna wynosić HV120-170 dla stali niskowęglowych i HV120-180 dla stali średniowęglowych. Powierzchnie muszą być wolne od warstw tlenków i odwęgleń.
• Wskazówki: Monitoruj równomierność temperatury, aby zapobiec nierównomiernemu zmiękczeniu, które może prowadzić do wad formowania. Przestrzegaj norm GB/T 699 dotyczących stali konstrukcyjnej ze stali węglowej klasy premium.

Proces ten zwiększa plastyczność, redukując ryzyko pęknięć podczas kolejnych etapów odkształcania na zimno.

Marynowanie

Trawienie usuwa warstwę tlenków z powierzchni drutu i tworzy powłokę fosforanową, minimalizując zużycie narzędzi podczas ciągnienia i formowania. Ta obróbka chemiczna ma kluczowe znaczenie dla jakości powierzchni i smarowania.

Procedura: Zanurzyć w zbiornikach z kwasem solnym 20-25% na kilka minut w celu usunięcia tlenków, spłukać wodą, potraktować kwasem szczawiowym w celu aktywacji metalu, nałożyć roztwór fosforanu w celu utworzenia powłoki Zn2Fe(PO4)2·4H2O, ponownie spłukać i nałożyć środek smarny, np. stearynian sodu, w celu zwiększenia smarowności.

• Wskazówki: Kontroluj czas zanurzenia, aby uniknąć nadmiernego trawienia, które może osłabić drut. Zapewnij zgodność z przepisami ochrony środowiska, oczyszczając ścieki zgodnie z przepisami branżowymi.
• Zalety: Warstwa fosforanowa zmniejsza tarcie, wydłużając żywotność matrycy i poprawiając wykończenie powierzchni.

Prawidłowe trawienie zapewnia równomierną powłokę, co jest niezbędne do uzyskania stałej wydajności przy produkcji wielkoseryjnej.

Ciągnienie drutu

Ciągnienie drutu polega na zmniejszeniu średnicy zwoju do wymaganego rozmiaru poprzez ciągnienie na zimno, często w fazie zgrubnej i precyzyjnej w przypadku niektórych produktów. Ten etap przygotowuje drut do formowania poprzez uzyskanie precyzyjnych wymiarów.

Procedura: Po wytrawieniu, przeciągnij zwój przez matryce do docelowej średnicy. W przypadku dużych śrub, nakrętek lub prętów, użyj specjalistycznych maszyn ciągarskich.

• Wskazówki: Utrzymuj współczynnik redukcji 10-15% na przejście, aby uniknąć nadmiernego utwardzenia lub pęknięć. Smarowanie jest kluczowe dla zapobiegania powstawaniu wad powierzchniowych.
• Normy: Zgodne z normą GB/T 6478 dotyczącą stali do spęczania na zimno, zapewniające wydłużenie i wytrzymałość na rozciąganie zgodne z wymaganiami formowania.

Efektywne ciągnienie zwiększa wytrzymałość materiału poprzez odkształcenie, zachowując jednocześnie ciągliwość w przypadku spęczania na zimno.

Tworzenie się

Formowanie polega na nadaniu drutowi półproduktu w postaci śrub poprzez kucie na zimno lub na gorąco, uzyskując pożądaną geometrię i wymiary. Ten kluczowy etap wykorzystuje maszyny wielostanowiskowe dla zwiększenia wydajności.

W przypadku śrub sześciokątnych (proces z czterema lub trzema matrycami): cięcie wykroju, wstępne spęczanie, formowanie wtórne, przycinanie śrub. W przypadku śrub: cięcie, wstępne formowanie łba, kształtowanie końcowe. Formowanie na gorąco trwa 7-15 sekund w przypadku większych rozmiarów, a następnie następuje redukcja trzpienia.

Formowanie nakrętki: cięcie, wstępne kształtowanie w wielu stemplach, końcowe przekłuwanie.

• Wskazówki: Aby zapewnić precyzję, należy używać matryc o chropowatości powierzchni Ra ≤0,2 μm. Należy zainstalować wybijaki, aby zapobiec zacięciom. Należy kontrolować kąty obrotu w przypadku skomplikowanych kształtów.
• Normy: Zgodnie z normą ISO 898 należy zapewnić ciągłość przepływu włókien w celu zapewnienia wytrzymałości.

Proces ten maksymalizuje wykorzystanie materiału, co pozwala na produkcję części o lepszych właściwościach mechanicznych w porównaniu z alternatywnymi metodami obróbki mechanicznej.

Nawlekanie

Gwintowanie formuje gwinty na półfabrykatach poprzez walcowanie lub gwintowanie, tworząc funkcjonalny profil śruby. Zwiększa to wytrzymałość poprzez odkształcenie plastyczne.

Procedura: Gwinty należy walcować za pomocą płytek stałych i ruchomych w przypadku śrub; gwintować w przypadku nakrętek; walcować w przypadku prętów. Zoptymalizować liczbę obrotów, aby uniknąć defektów, takich jak pęknięcia czy odkształcenia.

• Wskazówki: Dostosuj średnicę półfabrykatu, aby uzyskać dokładność, uwzględniając efekt powlekania. Sprawdź, czy nie ma pęknięć powierzchniowych zgodnie z normą GB/T 3098.1.
• Typowe wady: pęknięcia, nieregularne gwinty, nieokrągłość — kontrola za pomocą parametrów procesu.

Walcowanie gwintów pozwala zachować strukturę ziarna, zwiększając odporność na zmęczenie w zastosowaniach nośnych.

Obróbka cieplna

Obróbka cieplna optymalizuje właściwości mechaniczne poprzez hartowanie i odpuszczanie, dostosowane do materiału i przeznaczenia: wysoka temperatura odpuszczania dla stali hartowanych (500-650°C), średnia dla sprężyn (420-520°C), niska dla nawęglanych (150-250°C).

Procedura dla stali konstrukcyjnych: normalizowanie, hartowanie w temperaturze 850°C, odpuszczanie w temperaturze 400-500°C lub 200°C dla stali o wysokiej wytrzymałości. Dla sprężyn: hartowanie w oleju w temperaturze 830-870°C, odpuszczanie w temperaturze 420-520°C. Dla stali nawęglanych: nawęglanie, hartowanie, odpuszczanie.

• Wskazówki: Należy stosować piece ciągłe z kontrolą atmosfery, aby zapobiec odwęgleniu zgodnie z normą GB/T 3098.1. Monitorować równomierną twardość i unikać pęknięć.
• Wady: niewystarczająca twardość, nierówności, odkształcenia, pęknięcia — należy je ograniczyć poprzez precyzyjną kontrolę.

Zaawansowany sprzęt gwarantuje stałą jakość, co jest kluczowe w przypadku elementów złącznych o wysokiej wytrzymałości.

Obróbka powierzchni

Obróbka powierzchni zapewnia odporność na korozję i estetykę: galwanizacja (cynkowanie, niklowanie itp.), cynkowanie ogniowe, powlekanie mechaniczne.

Kontrola jakości: Wygląd bez wad; grubość 4-12 μm w przypadku galwanizacji, 43-54 μm w przypadku zanurzania na gorąco; równomierny rozkład; ograniczenie kruchości wodorowej poprzez wypalanie w temperaturze 176-190°C przez 3-24 godziny; badanie przyczepności.

• Wskazówka: Elementy o wysokiej twardości należy wypalać niezwłocznie, aby uniknąć kruchości. Należy przestrzegać normy ISO 4042 dla powłok galwanicznych.

Zabiegi te wydłużają żywotność urządzeń w środowiskach korozyjnych.

Specyfikacja śrub o wysokiej wytrzymałości

W przypadku śrub o wysokiej wytrzymałości następują następujące procesy: drut walcowany na gorąco – ciągnienie – wyżarzanie sferoidyzujące – usuwanie zgorzeliny mechanicznej – trawienie – ciągnienie – kucie na zimno – gwintowanie – obróbka cieplna – kontrola.

Projekt materiałów: C 0,25–0,55%, Mn 0,45–0,80%, Si ≤0,30%, P/S ≤0,030/0,035%, B ≤0,005% zgodnie z normami GB/T 6478 i JIS G3507.

Sferoidyzacja: Podgrzewanie do temperatury Ac1 +20–30°C, schładzanie izotermiczne do ok. 700°C, a następnie do 500°C. Dla stali 35/45: 715–735°C; SCM435: 740–770°C, izotermiczne 680–700°C.

Usuwanie kamienia: mechaniczne (gięcie/natryskiwanie) + trawienie dla stopnia >8,8.

Rysunek: redukcja 10-15% na przejście w celu zminimalizowania utwardzania.

Formowanie: Wielostanowiskowe, precyzyjne matryce.

Nawlekanie: wałkowanie dla wzmocnienia.

Obróbka cieplna: Zautomatyzowane linie dla zapewnienia jakości.

• Wskazówki: Dokonać precyzyjnego dostrojenia dla klas 8.8/9.8 w celu uzyskania równowagi pomiędzy wytrzymałością i ciągliwością zgodnie z normą ISO 898-1.

Diagramy i wizualizacje produkcyjne

Pomoce wizualne ilustrują kluczowe etapy kształtowania:

Etapy te, często wizualizowane w animacjach, demonstrują postępującą deformację. Filmy pokazują formowanie i gwintowanie w czasie rzeczywistym, podkreślając precyzję i szybkość.