【专业知识】不要小瞧每一颗螺丝钉——螺栓的生产加工全过程工艺讲解

螺栓在日常生活当中和工业生产制造当中是少不了的。螺栓也被称为工业之米，可见螺栓的运用之广泛。螺栓的运用范围有：电子产品，机械产品，数码产品，电力设备，机电机械产品。船舶，车辆，水利工程，甚至化学实验上也有用到螺栓。螺栓在工业上负有重要任务，只要地球上存在着工业，则螺栓之功能永远重要。本文将为大家简要介绍一下螺栓的生产加工工艺，希望对大家能够有所帮助

螺栓加工工艺流程：材料选择-球化(软化)退火-剥壳除鳞-冷拨-冷锻成形-螺纹加工-热处理。

1、螺栓加工常用材料 

根据螺栓的强度级别采用不同的材料：目前市场上标准件主要有碳钢、不锈钢、铜三种材料。 

▌碳钢

我们以碳钢料中碳的含量区分低碳钢，中碳钢和高碳钢以及合金钢。 

A.低碳钢C%≤0.25% 国内通常称为A3 钢。国外基本称为1008，1015，1018，1022 等。主 要用于4.8 级螺栓及4 级螺母、小螺丝等无硬度要求的产品。(注：钻尾钉主要用1022 材 料) 

B.中碳钢0.25%<C%≤0.45% 国内通常称为35号,45 号钢,国外基本称为1035，CH38F，  1039，40ACR 等。主要用于8 级螺母、8.8 级螺栓及8.8 级内六角产品。 

C.高碳钢C%>0.45%。目前市场上基本没使用。（我们推荐你关注“机械工程师”公众号，第一时间掌握干货知识、行业信息） 

D.合金钢：在普碳钢中加入合金元素，增加钢材的一些特殊性能：如35、40 铬钼、SCM435， 10B38。芳生螺丝主要使用SCM435 铬钼合金钢，主要成分有C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo。 

▌不锈钢

性能等级:

A.45，50，60，70，80  主要分奥氏体（18%Cr、8%Ni）耐热性好，耐腐蚀性好，可焊性好。

B.A1，A2，A4  马氏体13%Cr 耐腐蚀性较差，强度高，耐磨性好。

C.C1，C2，C4 铁素体不锈钢。18%Cr  镦锻性较好 ，耐腐蚀性强于马氏体。

D.目前市场上进口材料主要是日本产品。按级别主要分  SUS302、SUS304、SUS316。 

▌铜

常用材料为黄铜、锌铜合金。市场上主要用H62、H65、H68 铜做标准件。

2、球化(软化)退火

1)球化(软化)退火沉头螺钉，内六角圆柱头螺栓采用冷镦工艺生产时，钢材的原始组织会直接影响着冷镦加工时的成形能力。

2)冷镦过程中局部区域的塑性变形可达60%-80%，为此要求钢材必须具有良好的塑性。当钢材的化学成分一定时，金相组织就是决定塑性优劣的关键性因素，通常认为粗大片状珠光体不利于冷镦成形，而细小的球状珠光体可显著地提高钢材塑性变形的能力。

3)对高强度紧固件用量较多的中碳钢和中碳合金钢，在冷镦前进行球化(软化)退火，以便获得均匀细致的球化珠光体，以更好地满足实际生产需要。

4)对中碳钢盘条软化退火而言，其加热温度多选择在该钢材临界点上下保温，加热温度一般不能太高，否则会产生三次渗碳体沿晶界析出，造成冷镦开裂。

5)中碳合金钢的盘条采用等温球化退火，在AC1+(20-30%)加热后，炉冷到略低于Ar1，温度约700摄氏度等温一段时间，然后炉冷至500摄氏度左右出炉空冷.钢材的金相组织由粗变细，由片状变球状，冷镦开裂率将大大减少。35\45\ML35\SWRCH35K钢软化退火温度一般区域为715-735摄氏度。

3、剥壳除鳞

剥壳除鳞冷镦钢盘条去除氧化铁板工序为剥亮，除鳞，有机械除鳞和化学酸洗两种方法。

1)用机械除鳞取代盘条的化学酸洗工序，既提高了生产率，又减少了环境污染。此除鳞过程包括弯曲法(普遍使用带三角形凹槽的圆轮反覆弯曲盘条)，喷九法等，除鳞效果较好，但不能使残余铁鳞去净(氧化铁皮清除率为97%)，尤其是氧化铁皮粘附性很强时，因此，机械除鳞受铁皮厚度，结构和应力状态的影响，使用于低强度紧固件(小于等于6.8级)用的碳钢盘条。

2)高强度紧固件(大于等于8.8级)用盘条在机械除鳞后，为除净所有的氧化铁皮，再经化学酸洗工序即复合除鳞。对低碳钢盘条而言，机械除鳞残留的铁皮容易造成粒拔模不均匀磨损。当粒拔模孔由于盘条钢丝摩擦外温时粘附上铁皮，使盘条钢丝表面产生纵向粒痕，盘条钢丝冷镦凸缘螺栓或圆柱头螺钉时，头部出现微裂纹的原因，95%以上是钢丝表面在拉拔过程中产生的划痕所引起。因此，机械除鳞法不宜用来高速拉拔。

4、冷拔

1)冷拔工序有两个目的，一是改制原材料的尺寸；二是通过变形强化作用使紧固件获得基本的机械性能，对于中碳钢，中碳合金钢还有一个目的，即是使盘条控冷后得到的片状渗碳体在拉拔过程中尽可能的破裂，为随后的球化(软化)退火得到粒状渗碳体做好准备然而，有些厂家为降低成本，任意减少拉拔道次，过大的减面率增加了盘条钢丝的加工硬化倾向，直接影响了盘条钢丝的冷镦性能。

2)如果各道次的减面率分配不合适，也会使盘条钢丝在拉拔过程中产生扭转裂纹，这种沿钢丝纵向分布，周期一定的裂纹在钢丝冷镦过程中暴露。（我们推荐你关注“机械工程师”公众号，第一时间掌握干货知识、行业信息） 

此外，拉拔过程中如润滑不好，也可造成冷拔盘条钢丝有规律地出现横裂纹。

3)盘条钢丝出出粒丝模口上卷同时的切线方向与拉丝模不同心，会造成拉丝模单边孔型的磨损加剧，使内孔失圆，造成钢丝圆周方向的拉拔变形不均匀，使钢丝的圆度超差，在冷镦过程中钢丝横截面应力不均匀而影响冷镦合格率。

4)盘条钢丝拉拔过程中，过大的部分减面率使钢丝的表面质量恶化，而过低的减面率却不利于片状渗碳体的破碎，难以获得尽可能多的粒状渗碳体，即渗碳体的球化率低，对钢丝的冷镦性能极为不利，采用拉拔方式生产的棒料和盘条钢丝，部分减面率直控制在10%-15%的范围内。

5、冷锻

冷锻成形通常，螺栓头部的成形采用冷镦塑性加工，同切削加工相比，金属纤维(金属留线)沿产品形状呈连续状，中间无切断，因而提高了产品强度，特别是机械性能优良。冷镦成形工艺包括切料与成形，分单工位单击，双击冷镦和多工位自动冷镦。

1)用半封闭切料工具切割毛坯，最简单的方法是采用套筒式切料工具；切口的角度不应大于3度；而当采用开口式切料工具时，切口的斜角可达5-7度。

2)短尺寸毛坯在由上一个工位向下一个成型工位传递过程中，应能翻转180度，这样能发挥自动冷镦机的潜力，加工结构复杂的紧固件，提高零件精度。

3)在各个成型工位上都应该装有冲头退料装置，凹模均应带有套筒式顶料装置。

4)成型工位的数量(不包括切断工位)一般应达到3-4个工位(特殊情况下5个以上)。

5)在有效使用期内，主滑块导轨和工艺部件的结构都能保证冲头和凹模的定位精度。

6)在控制选料的挡板上必须安装终端限位开关，必须注意镦锻力的控制。在自动冷镦机上制造高强度紧固件所使用的冷拨盘条钢丝的不圆度应在直径公差范围内，而较为精密的紧固件，其钢丝的不圆度则应限制在1/2直径公差范围内，如果钢丝直径达不到规定的尺寸，则零件的镦粗部分或头部就会出现裂痕，或形成毛刺，如果直径小于工艺所要求的尺寸，则头部就会不完整，棱角或涨粗部分不清晰。

7)冷镦成型所能达到的精度还同成型方法的选择和所采用的工序有关。此外，它还取决于所用的设备的结构特点，工艺特点及其状态，工模具精度，寿命和磨损程度。冷镦成型和挤压使用的高合金钢，硬质合金模具的工作表面粗糙度不应大Ra=0.2um,这类模具工作表面的粗糙度达到Ra=0.025-0.050um时，具有最高寿命。

6、螺纹加工

1)螺栓螺纹一般采用冷加工，使一定直径范围内的螺纹坯料通过搓(滚)丝板(模)，由丝板(滚模)压力使螺纹成形。可获得螺纹部分的塑性流线不被切断，强度增加，精度高，质量均一的产品，因而被广泛采用。

2)为了制出最终产品的螺纹外径，所需要的螺纹坯径是不同的，因为它受螺纹精度，材料有无镀层等因素限制。

3)滚(搓)压螺纹是指利用塑性变形使螺纹牙成形的加工方法。它是用带有和被加工的螺纹同样螺距和牙形的滚压(搓丝板)模具，一边挤压圆柱形螺坯，一边使螺坯转动，最终将滚压模具上的牙形转移到螺坯上，使螺纹成形。

4)滚(搓)压螺纹加工的共同点是滚动转数不必太多，如果过多，则效率低，螺纹牙表面容易产生分离现象或者乱扣现象。反之，如果转数太少，螺纹直径容易失圆，滚压初期压力异常增高，造成模具寿命缩短。

5)滚压螺纹常见的缺陷：螺纹部分表面裂纹或划伤；乱扣；螺纹部分失圆。这些缺陷若大量发生，就会在加工阶段被发现。如果发生的数量较少，生产过程注意不到这些缺陷就会流通到用户，造成麻烦。因此，应归纳加工条件的关键问题，在生产过程控制这些关键因素。

7、热处理

1)热处理高强度紧固件根据技术要求都要进行调质处理。

2)热处理调质是为了提高紧固件的综合机械性能，以满足产品规定的抗拉强度值和屈强比。

3)热处理工艺对高强度紧固件尤其是它的内在质量有着至关重要的影响，因此，要想生产出优质的高强度紧固件，必须要有先进的热处理技术装备。

4)由于高强度螺栓生产量大,价格低廉,螺纹部分又是比较细微相对精密的结构，因此，要求热处理设备必须具备生产能力大，自动化程度高，热处理质量好的能力。

5)螺纹的脱碳会导致紧固件在未达到机械性能要求的抗力时先发生脱扣，使螺纹紧固件失效，缩短使用寿命。由于原料的脱碳，如果退火不当，更会使原材料脱碳层加深。调质热处理过程中，一般会从炉外带进来一些氧化气体。（我们推荐你关注“机械工程师”公众号，第一时间掌握干货知识、行业信息） 

6)棒料钢丝的铁锈或冷拔后盘条钢丝表面上的残留物，入炉加热后也会分解，反应生成一些氧化性气体。例如，钢丝的表面铁锈，它的成分是碳酸铁及氢氧化物，在加热后将分解成CO2及H2O，从而加重了脱碳。研究表明，中碳合金钢的脱碳程度较碳钢严重，而最快的脱碳温度在700-800摄氏度之间。

7)由于钢丝表面的附着物在一定条件下分解化合成CO2和H2O的速度很快，如果连续式网带炉炉气控制不当，也会造成螺丝脱碳超差。

8)高强度紧固件当采用冷镦成形时，原材料和退火的脱碳层不但仍然存在，而且被挤压到螺纹的顶部，对于需要淬火的紧固件表面，得不到所要求的硬度，其机械性能(特别是强度和耐磨性)降低。另外，钢丝表面脱碳，表层与内部组织不同而具有不同的膨胀系数，淬火时有可能产生表面裂纹。

9)紧固件在调质淬火过程中可能出现的质量问题主要有：淬火态硬度不足；淬火态硬度不均；淬火变形超差；淬火开裂。

10)现场出现的这类问题往往与原材料，淬火加热和淬火冷却有关，正确制订热处理工艺，规范生产操作过程，往往可以避免此类质量事故。