螺栓处理工艺性能简介

紧固件的加工方法一般分为三种：冷、热镦头部成型后机械加工；不经冷、热镦头部成型直接机械加工(直接机械加工的方法目前较少采用)；冲压成型后不经机械加工或经机械加工。

从原材料到该产品成形的全过程，称为该产品加工过程，包括冷、热镦头部成型或冲压成型、机械加工、热处理、表面处理、尺寸检验、理化试验等。

  紧固件的成型

（1） 紧固件的冷、热镦

在室温下，利用压力机，将坯料在上、下模之间施加压力，使坯料在轴向压缩、径向扩展的金属压力加工叫冷镦。将坯料加温到一定温度，利用压力机，将坯料在上、下模之间施加压力，使红热坯料在轴向压缩、径向扩展的金属压力加工叫热镦。冷镦或热镦工艺都遵循金属塑性成形的基本原理，在不破坏金属整体的前提下，使坯料体内各质点的相对位置发生位移量大小不同的变形，金属体积按照模具型腔作塑性转移。

冷镦工艺最适宜加工螺栓、螺母、铆钉、螺钉等紧固件或钢球、滚子等轴承零件以及类似大尺寸的轴类、盘类、异形件等机械零件。热镦工艺主要用于加工大尺寸的螺栓、螺母等紧固件，或类似的大尺寸轴类、盘类、异形件等，以及冷镦成型困难的紧固件。

用冷（热）镦工艺代替切削加工生产机械零件的普遍程度，是衡量一个国家的工业发展水平的重要标志之一。因为冷（热）镦工艺具有生产能力、生产效率、节约材料等方面的优越性，已成为紧固件主要加工工艺。该工艺节约材料提高生产效率，同切削、铸造等加工方法相比，可大幅度降低消耗，其材料利用率达80%～90%，很多情况下可达99％以上。对汽车、自行车、照相机、钟表、日用电器等零件的大量自动化生产来说，使用专用自动冷镦机，生产效率比切削加工提高30～50倍，有的甚至高达100倍以上。

由于冷镦会产生加工硬化，所以能增大金属的抗拉强度和屈服强度等强度指标，减少延伸率和断面收缩率等塑性指标，通过加工硬化提高机械性能。由于塑性指标的降低易使零件产生脆性，所以应根据产品的使用目的，在冷镦后进行低温退火，降低一点抗拉强度，达到改善冲击韧性的目的。

加工硬化也带来不利因素。由于加工硬化显著地增大金属的变形抗力，需要用大的加工压力，使得模具的工作压力大大增加，不但使模具材料的各种性能要求严格，而且降低模具的耐用度，提高模具制造费用。因为加工硬化会使后道工序加工困难，要进行中间热处理来恢复金属进一步变形的能力。有的加工硬化敏感性大的材料不能采用多工位连续加工，有的变形抗力大的材料要采用温镦工艺甚至是热镦工艺。

冷镦工艺能提高零件机械性能的另一好处是金属坯料内部流线没有被切断，冷镦后流线沿着工件的外形分布，所以可得到有较高的疲劳强度和强度指标稳定的产品，如中、高强度的紧固件、航空标准件基本要求用塑性成形方法进行加工，保证加工零件的变形金属流线沿零件外形分布。

工件表面粗糙度及尺寸精度好，冷镦加工表面粗糙度可达3.2～1.6，只要模具的表面是精加工的，工件的表面就可达到近于经过精磨模具工作面那样的表面粗糙度，并且没有切削加工中刀具所形成的加工丝缕刀痕。只要模具的耐磨性、硬度、耐压强度足够，则公差波动较切削加工为小。

（2） 冷挤压

冷挤压与冷镦等压力加工工艺结合，不仅能生产出套管杯形件，而且能加工具有复杂外形的零件以及外形不对称的零件。根据挤压时金属流动方向和凸模运动方向之间的关系，冷挤压可分三类：

A. 正挤压

正挤压时，金属的流动方向与凸模的运动方向相同。正挤压实心件加工时坯料置于凹模内，凹模底部有一个大小与所需工件外径相当的孔，通过凸模加压，强迫金属从凹模底孔中流出。若坯料在挤压初始时有部分在凹模型腔外，称非限制性正挤压，俗称缩径。正挤压可加工螺栓的螺杆，轴类等各种形状的实心零件，也可加工空心零件。

B. 反挤压

反挤压时金属的流动方向与凸模运动方向相反。加工时坯料置于凹模型腔内，凹模与凸模在半径方向上的间隙等于杯形零件的壁厚。当凸模向坯料施加压力时金属便沿凸模与凹模之间的间隙向上流动。反挤压可以加工内六角螺钉头部，缝纫机梭心零件等各种截面的杯形空心零件。

C. 复合挤压

复合挤压时，一部分金属流动方向与凸模的运动方向相同，而另一部分金属的流动方向则相反。

(3) 冷镦工序的确定

镦锻比S又称镦头比或粗镦比，它与变形有直接关系。镦锻比是指被加工坯料镦锻部分的长度和直径的比值。

圆柱形工件的径向变形程度与纵向变形程度在镦锻时若不考虑摩擦的影响是相当的。这时，三个变形主方向上的变形程度是一致的。对于非圆柱形冷镦件，相对变形程度不能表示出整个工件外形尺寸的变化。头部为球冠形、沉头形的工件，各个不同的部位，在镦锻时有不同的变形程度，且随着截面积的减小而增大。其最小截面上的变形程度大大地超过整个被镦锻体的平均变形程度。

值得注意的是，工件表面是否产生开裂，不仅受变形程度的影响，还受到材料质量的影响，如材料的机械性能、金相组织、表面质量等，在实际生产中产品有开裂时，其主要原因是往往由材料质量引起的。

（4）冷镦材料

在大部分冷镦材料技术条件中均对材料的顶锻性作了要求，有些要求顶锻比不小于1/3，有些则要求不小于1/4。但这并不是绝对的，这要根据材料的变形情况而定，有些材料顶锻比达不到1/3，但当镦制的产品变形量很小，或采用热处理方式降低材料强度、提高材料塑性的情况下是能进行冷镦制的。