一种螺栓的加工工艺

摘要

本申请涉及一种螺栓的加工工艺，涉及紧固件加工的技术领域，包括以下步骤：S1：将盘料钢材在1000~5000Hz的频率下，感应加热至395~405℃，保温5~7s，然后在398~402℃的温度下，温镦成型，得到螺栓毛坯件；S2：将螺栓毛坯件进行搓丝、平头倒角、抛砂、调质、镀铜，得到螺栓，本申请的加工工艺制得的螺栓具有较高的强度、硬度以及冲击韧性，并且本申请的加工工艺步骤简单，生产成本较低，易操作。

说明书

技术领域

本申请涉及紧固件加工的技术领域，尤其是涉及一种螺栓的加工工艺。

背景技术

紧固件是做紧固连接用，并被广泛应用于机械、电气、汽车、交通运输、航空航天等各个领域的机械零件。螺栓是一种配用螺母的圆柱形带螺纹的紧固件，由头部和螺杆两部分组成，与螺母配合对两个带有通孔的零件起到紧固连接的作用。随着经济的发展，螺栓等紧固件的制造标准已逐渐与国家标准接轨，这就对螺栓等紧固件的制造提出了更高的要求。

目前，螺栓等紧固件一般是采用冷镦工艺或者热镦工艺进行成型，由于金属材料在较高的温度下，容易受热膨胀；而在常温下成型，金属材料会在发生塑形变形时产生较大抗力，因此，采用冷镦工艺或热镦工艺都会使得成型后螺栓规格与所需的规格有所差距。因此，为了提高螺栓的精度，需要对成型后螺栓再进行车削过程，然后再进行后续的加工处理，车削过程的引入使得螺栓的加工工艺较为繁琐，且原材料浪费较多，提高了螺栓的生产成本。

发明内容

为了简化螺栓的加工步骤，降低螺栓的生产成本，本申请提供一种螺栓的加工工艺。

本申请提供一种螺栓的加工工艺，采用如下技术方案：

一种螺栓的加工工艺，包括以下步骤：

S1：将盘料钢材在1000~5000Hz的频率下，感应加热至395~405℃，保温5~7s，然后在398~402℃的温度下，温镦成型，得到螺栓毛坯件；

S2：将螺栓毛坯件进行搓丝、平头倒角、抛砂、调质、镀铜，得到螺栓。

优选的，步骤S1中，所述盘料钢材先在395~399℃的温度下，保温1~2s，然后在400℃的温度下，保温2s，再在401~405℃的温度下，保温2~3s。

优选的，步骤S1中，所述温镦成型的温度为400℃。

优选的，所述盘料钢材的型号为40Cr10Si2Mo。

通过采用上述技术方案，本申请使用40Cr10Si2Mo的盘料钢材作为螺栓的原材料，由于40Cr10Si2Mo具有较高的耐热性，且强度较高，因此可以使得制得的螺栓具有较高的抗拉强度和屈服强度。

本申请将盘料钢材先通过中频电磁感应加热至特定的温度范围内，并在该特定的温度范围内设置特定的温度梯度范围，可以使得盘料钢材的表面迅速加热并升高至较高的温度，加热效率较高，不会使得盘料钢材长时间处于较高温度下，降低了盘料钢材表面出现氧化的可能性，提高了制得的螺栓的质量。然后将感应加热后的盘料钢材送入镦机中，在特定的温度条件下，对盘料钢材进行温镦成型过程，使得温镦成型后制得的螺栓毛坯件尺寸稳定，体积变化率极小，抗拉强度和屈服强度较高，温镦成型后的螺栓毛坯件可以直接进行搓丝等后续的加工过程，不需要再通过机加工车削进一步调整螺栓毛坯件的尺寸，简化了螺栓加工的工艺过程，大大降低了生产成本。

同时，由于机加工车削过程的引入也会再次在螺栓内部产生新的应力，降低了螺栓的强度和尺寸的稳定性，因此本申请的加工工艺使得温镦成型后的螺栓毛坯件的尺寸规格即可以满足后面的加工需求，在简化了加工工艺的同时，提高了制得的螺栓的抗拉强度和屈服强度。

将温镦成型后的螺栓毛坯件经过搓丝过程，使得螺栓毛坯件上具有螺纹结构，然后通过对螺栓毛坯件进行平头倒角、抛砂工艺，使得螺栓毛坯件的头部具有六边形的结构，螺栓毛坯件整体被打磨光滑。之后再通过调质过程，调整螺栓毛坯件的金相结构，提高螺栓毛坯件的强度，最后进行镀铜过程，修复螺栓毛坯件上磨损的部分，降低出现局部渗碳的可能性，提高了螺栓的耐腐蚀能力。

优选的，在所述步骤S1之前，将所述盘料钢材采用以下方法进行等温球化退火过程：

所述盘料钢材先在795~805℃的温度下，保温1~2h，然后冷却到690~705℃的温度下，保温47~48h，之后，以0.67~0.75℃/min的速度冷却至598~602℃的温度下出炉，自然冷却至室温。

优选的，所述步骤S1中，所用的盘料钢材的硬度为118~122HV。

优选的，所述步骤S1中，所用的盘料钢材的硬度为120HV。

通过采用上述技术方案，本申请在将盘料钢材进行感应加热之前，先将盘料钢材按照本申请的工艺方法进行等温球化退火过程，并严格控制等温球化退火过程的各项工艺参数在特定的范围内，可以使得盘料钢材的球化组织均匀，表面磷皂化，同时可以严格的控制退火后的盘料钢材的硬度在特定的范围内，并进一步控制在特定的硬度值，从而使得进行感应加热过程的盘料钢材具有较高的硬度，提高了制得的螺栓的硬度。

优选的，步骤S2中，所述螺栓毛坯件采用以下方法进行调质：

在1.5×10-2Pa~2.5×10-2Pa的压强下，以4.97~5.03℃/min的速度加热至878~882℃的温度，保温235~245min，然后填充高纯氩，使得体系压强提高至0.13~0.17MPa，之后以4.95~5.05℃/min的速度冷却至63~67℃的温度下出炉，得到调质后的螺栓毛坯件。

通过采用上述技术方案，将螺栓毛坯件在特定范围的真空度下，进行真空淬火进行调质过程，之后通入高纯度的惰性气体继续进行调质，调整了螺栓毛坯件内部的金相结构，消除了温镦成型过程中产生的一些组织缺陷，增强了金相结构的均匀性，消除螺栓毛坯件的应力，大幅度的提高了螺栓毛坯件的强度和硬度，并提高了螺栓毛坯件的冲击韧性。

优选的，步骤S2中，所述螺栓毛坯件采用以下方法进行镀铜：

在20~25℃的温度下，将螺栓毛坯件先经过碱性清洗，然后采用镀铜液以1.2~2.4μm/h的沉积速度在螺栓毛坯件表面化学镀铜0.5~1.0μm的厚度，然后进行电镀，使得镀铜厚度为5~8μm。

通过采用上述技术方案，由于螺栓毛坯件的表面状况对化学镀铜质量会产生重要的影响，因此先对螺栓毛坯件进行碱性清洗，去除螺栓毛坯件表面的油污、灰尘等附着物，提高了化学镀铜的效果，然后再按照特定范围内的沉积速度在螺栓毛坯件表面进行化学镀铜过程，控制化学镀铜的厚度在特定的范围内，并用电镀辅助进行增厚，使得最后螺栓毛坯件的表面镀铜厚度在特定的范围内，增强了镀铜层与螺栓毛坯件表面的结合力，使得镀铜层能够持续的包覆在螺栓毛坯件的表面，修复螺栓毛坯件上磨损的部分，降低出现局部渗碳的可能性，提高了螺栓的耐腐蚀能力，并且镀铜层表面不起泡、无裂纹。镀铜层的厚度过低或过高，都会影响螺栓毛坯件镀铜的质量和效果，镀铜层厚度较低会降低螺栓的耐腐蚀能力，镀铜层的厚度过高，会出现与螺栓毛坯件结合力较差，表面起泡、开裂等现象，并且影响了螺栓毛坯件的电阻率。

优选的，所述镀铜液包括以下质量浓度的组分：1.5~2.5g/L硫酸铜、1.0~3.0g/L氯化铜、3.0~4.0g/L甲醛、0.15~0.3g/L酒石酸钾钠、1.2~1.5g/L柠檬酸、0.6~0.8g/L聚乙烯醇、0.8~1.2g/L月桂醇、0.5~0.8g/L氢氧化锂、0.1~0.2g/L硫酸。

通过采用上述技术方案，本申请选用特定质量浓度范围的硫酸铜和氯化铜作为主盐，用来提供特定质量浓度的Cu

本申请采用特定质量浓度的甲醛作为还原剂，可以加快镀铜液在螺栓毛坯件表面的沉积速度，提高镀铜层的质量和效果，但是甲醛具有一定的刺激性，因此必须控制甲醛的质量浓度在此范围内。

由于镀铜液是在碱性环境下进行镀铜过程，因此本申请使用特定浓度范围内的酒石酸钾钠与柠檬酸配合使用，与Cu

同时，本申请采用特定质量浓度范围内的聚乙烯醇和月桂醇混合搭配使用，可以降低镀铜液的表面张力，使得化学镀铜过程中产生的氢气易从析出的铜层表面脱离，降低了出现氢脆现象的可能性。

本申请采用特定质量浓度范围的氢氧化锂和硫酸加入镀铜液中，调节了镀铜液的pH值在适宜的范围内，提高镀铜液在螺栓毛坯件表面沉积速度的稳定性，可以严格的控制镀铜层的厚度在特定的范围内，从而提高镀铜的质量和效果。

综上所述，本申请选用特定质量浓度范围内的上述组分混合使用，作为螺栓毛坯件的镀铜过程的镀铜液，使得镀铜液具有较强的稳定性，可以消除镀铜层的内应力，提高螺栓毛坯件的镀铜效果，并且提高了镀铜层的韧性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请的螺栓加工工艺通过采用等温球化退火、感应加热和温镦成型等过程，使得成型后的螺栓的尺寸稳定，体积变化率小，具有较高的强度和硬度；

2.本申请的螺栓加工工艺在温镦成型后，无需经过机加工车削过程，大大简化了工艺步骤，明显降低了生产成本；

3.本申请的螺栓加工工艺通过采用真空淬火进行调质过程，增强了螺栓金相结构的均匀性，提高了螺栓毛坯件的冲击韧性。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

以下实施例和对比例中：

盘料钢材40Cr10Si2Mo购自上海御钢实业有限公司。

实施例1

一种螺栓的加工工艺，包括以下步骤：

S0：等温球化退火过程：将盘料钢材40Cr10Si2Mo先在795℃的温度下，保温1h，然后冷却到690℃的温度下，保温47h，之后，以0.67℃/min的速度冷却至598℃的温度下出炉，自然冷却至室温；

S1：将盘料钢材40Cr10Si2Mo在1000Hz的频率下，感应加热至395℃，保温1s，再加热至400℃，保温2s，之后加热至401℃，保温2s，然后在398℃的温度下，将盘料钢材送入镦机中温镦成型，得到螺栓毛坯件；

S2：将螺栓毛坯件进行搓丝、平头倒角、抛砂、调质、镀铜，得到螺栓；

其中，步骤S1中，盘料钢材40Cr10Si2Mo的硬度为118HV；

其中，步骤S2中，螺栓毛坯件采用以下方法进行调质：

在1.5×10

其中，步骤S2中，螺栓毛坯件采用以下方法进行镀铜：

在20℃的温度下，将调质后的螺栓毛坯件先经过碱性清洗，然后采用镀铜液以1.2μm/h的沉积速度在螺栓毛坯件表面化学镀铜0.5μm的厚度，然后进行电镀，使得镀铜厚度为5μm；其中，镀铜液包括以下质量浓度的组分：1.5g/L硫酸铜、3.0g/L氯化铜、3.0g/L甲醛、0.3g/L酒石酸钾钠、1.2g/L柠檬酸、0.8g/L聚乙烯醇、0.8g/L月桂醇、0.8g/L氢氧化锂、0.1g/L硫酸。

实施例2

一种螺栓的加工工艺，包括以下步骤：

S0：等温球化退火过程：将盘料钢材40Cr10Si2Mo先在800℃的温度下，保温1.5h，然后冷却到697.5℃的温度下，保温47.5h，之后，以0.71℃/min的速度冷却至600℃的温度下出炉，自然冷却至室温；

S1：将盘料钢材40Cr10Si2Mo在3000Hz的频率下，感应加热至397℃，保温1.5s，再加热至400℃，保温2s，之后加热至403℃，保温2.5s，然后在400℃的温度下，将盘料钢材送入镦机中温镦成型，得到螺栓毛坯件；

S2：将螺栓毛坯件进行搓丝、平头倒角、抛砂、调质、镀铜，得到螺栓；

其中，步骤S1中，盘料钢材40Cr10Si2Mo的硬度为120HV；

其中，步骤S2中，螺栓毛坯件采用以下方法进行调质：

在2.0×10

其中，步骤S2中，螺栓毛坯件采用以下方法进行镀铜：

在23℃的温度下，将调质后的螺栓毛坯件先经过碱性清洗，然后采用镀铜液以1.8μm/h的沉积速度在螺栓毛坯件表面化学镀铜0.75μm的厚度，然后进行电镀，使得镀铜厚度为6.5μm；其中镀铜液包括以下质量浓度的组分：2.0g/L硫酸铜、2.0g/L氯化铜、3.5g/L甲醛、0.225g/L酒石酸钾钠、1.35g/L柠檬酸、0.7g/L聚乙烯醇、1.0g/L月桂醇、0.65g/L氢氧化锂、0.15g/L硫酸。

实施例3

一种螺栓的加工工艺，包括以下步骤：

S0：等温球化退火过程：将盘料钢材40Cr10Si2Mo先在805℃的温度下，保温2h，然后冷却到705℃的温度下，保温48h，之后，以0.75℃/min的速度冷却至602℃的温度下出炉，自然冷却至室温；

S1：将盘料钢材40Cr10Si2Mo在3000Hz的频率下，感应加热至399℃，保温2s，再加热至400℃，保温2s，之后加热至405℃，保温3s，然后在402℃的温度下，将盘料钢材送入镦机中温镦成型，得到螺栓毛坯件；

S2：将螺栓毛坯件进行搓丝、平头倒角、抛砂、调质、镀铜，得到螺栓；

其中，步骤S1中，盘料钢材40Cr10Si2Mo的硬度为122HV；

其中，步骤S2中，螺栓毛坯件采用以下方法进行调质：

在2.5×10

其中，步骤S2中，螺栓毛坯件采用以下方法进行镀铜：

在25℃的温度下，将调质后的螺栓毛坯件先经过碱性清洗，然后采用镀铜液以2.4μm/h的沉积速度在螺栓毛坯件表面化学镀铜1.0μm的厚度，然后进行电镀，使得镀铜厚度为8μm；其中镀铜液包括以下质量浓度的组分：2.5g/L硫酸铜、1.0g/L氯化铜、4.0g/L甲醛、0.15g/L酒石酸钾钠、1.5g/L柠檬酸、0.6g/L聚乙烯醇、1.2g/L月桂醇、0.5g/L氢氧化锂、0.2g/L硫酸。

对比例1

普通螺栓的加工工艺包括以下步骤：

a：成型：

将盘料钢材40Cr10Si2Mo在1000℃的温度下送入镦机中热镦成型，然后自然冷却到室温，得到螺栓毛坯件；

b：机加工：

将螺栓毛坯件进行车削过程，得到规格精确的螺栓毛坯件；

c：热处理：

c1：将螺栓毛坯件放入温度为700℃的预热炉内预热5h，然后在720℃的盐浴炉中保温4h进行淬火过程；

c2：在220℃的温度下，将b1中淬火后的螺栓毛坯件回火，然后保温5h，自然冷却至室温；

d：精细加工：

将经过步骤b热处理后的螺栓毛坯件进行搓丝、平头倒角、镀铜，得到螺栓。

对比例2

普通螺栓的加工工艺包括以下步骤：

Ⅰ：成型：

在25℃的温度下，将盘料钢材40Cr10Si2Mo送入镦机中冷镦成型，得到螺栓毛坯件；

Ⅱ：机加工：

将螺栓毛坯件进行车削过程，得到规格精确的螺栓毛坯件；

Ⅲ：精细加工：

将规格精确的螺栓毛坯件进行搓丝、平头倒角、镀铜，得到螺栓。

性能检测

以下对采用实施例1~3、对比例1~2的成型步骤后得到的螺栓毛坯件进行尺寸稳定性、强度和硬度的测试，检测结果如表1所示，然后再对采用实施例1~3、对比例1~2制得的螺栓进行镀铜效果、强度、冲击韧性和硬度的测试，检测见过如表2所示：

1、镀铜效果测试：将实施例1~3、对比例1~2制得的螺栓，在50℃的温度下保温1h，然后取出在室温下冷却15min，再在-40℃的温度下保温1h，取出后在室温下静置15min，上述过程为1个循环，观察螺栓在连续四个循环周期后，螺栓表面的镀铜层情况。

2、尺寸稳定性测试：用千分尺测量实施例1~3、对比例1~2的盘料钢材未进行成型步骤前的直径，然后用千分尺再测量实施例1~3、对比例1~2成型步骤后的螺栓的螺杆处直径，计算尺寸的变化率（%），测量三次取平均值。

3、强度性能测试：参考GB/T 228.1-2010《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》分别对成型步骤后的螺栓毛坯件和最后制得的螺栓进行抗拉强度（Mpa）、屈服强度（Mpa）的检测。

4、硬度性能测试：参考GB/T 4340.1-2009《金属材料 维氏硬度试验 第1部分：试验方法》分别对成型步骤后的螺栓毛坯件和最后制得的螺栓进行980.7N试验力下的维氏硬度（HV）的检测。

5、冲击韧性测试：参考BG/T 229-1994《金属材料 夏比摆锤冲击实验方法》测量实施例1~3、对比例1~2制得的螺栓的冲击韧性（J/cm

表1 成型后的螺栓毛坯件检测结果表

从表1可以看出，盘料钢材经过实施例1~3温镦成型后得到的螺栓毛坯件，尺寸变化率在0.03~0.06%之间，抗拉强度在988~992Mpa之间，屈服强度在922~927Mpa之间，在980.7N试验力下的维氏硬度保持在240~250NV之间。实验结果表明，本申请实施例1~3温镦成型后的螺栓毛坯件的尺寸变化率较低，尺寸稳定，并且具有较高的强度和硬度，可以直接进行后续的工艺过程，不需要在通过车削调整尺寸，简化了生产工艺，降低了生产成本。

对比例1~2与实施例1~3相比，对比例1~2的尺寸变化率明显高于实施例1~3，抗拉强度、屈服强度和维氏硬度明显低于实施例1~3，说明采用热镦成型和冷镦成型方法得到的螺栓毛坯件尺寸变化率较高，所以需要继续进行车削过程，调整尺寸，再进行后续的加工工艺，工艺过程繁琐，成本较高。

表2 螺栓检测结果表

从表2可以看出，实施例1~3方法制得的的螺栓，抗拉强度在1260~1265Mpa之间，屈服强度在1215~1220Mpa之间，在980.7N试验力下的维氏硬度保持在435~440NV之间，冲击韧性在57.3~58.9J/cm

对比例1~2与实施例1~3相比，对比例1~2的抗拉强度、屈服强度、维氏硬度和明显低于实施例1~3，说明采用车削过程不仅使得加工工艺繁琐，还会降低螺栓的强度、硬度和冲击韧性。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。