螺紋緊固件的生產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程。螺紋緊固件的主要生產工藝包括：材料改制，毛坯成型，螺紋成型，機加工，熱處理，表面處理，表后處理以及篩選和包裝。
對于某個具體螺紋緊固件，其生產工藝并不一定包含上述所有的過程，而是上述過程的部分組合。
例如：六角法蘭面螺栓,其生產工藝過程為：材料改制→冷鐓成型→螺紋成型(搓絲)→調質熱處理→表面處理→篩選→包裝
1.材料改制
材料改制作為一個過程，就是將鋼廠生產的熱軋盤條，經(jīng)過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，無需改制)
在材料改制過程中，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)，適于冷鐓潤滑。
為達成上述三個目的，材料改制一般是由三個分過程所組合而成：酸洗磷皂化、拉絲(抽線)、球化退火退火/再結晶退火。
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滑劑，磷化和皂化一起在盤圓表面形成潤滑層，為拉絲或冷鐓潤滑。這三個過程都在酸洗磷皂化生長線上進行。
拉絲是經(jīng)磷皂化的盤圓通過拉絲模具縮徑為需要直徑線材的過程，用拉絲機進行加工。
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。再結晶退火是將經(jīng)過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將精線用模具冷鐓為零件毛坯，除特殊尺寸(細桿、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)可成型零件的復雜程度，冷鐓機分成了多種型號，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備足矣。更復雜的設備一般用來成型非標異性零件。
根據(jù)可成型零件的大小，設備會分成多種型號。設備型號一般包含代表成型能力的代號和代表模腔數(shù)量的代號組成，如10B4S，
冷鐓模具是多個部件的組合，例如一套四模四沖成型模具，其由四個工步的模具組成，每個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)模具設計將需要的模具組合裝配到一起，再裝入冷鐓機。再將設計要求的線徑精線導入，設備上有切料模，切下設計的長度，再依次通過各個工步鐓鍛成型，每一工步都需要根據(jù)最終成型零件的尺寸來進行調整，如增加或減少切料長度，調整頂針位置等等。直到合格零件冷鐓出來。對于復雜的產品，這一過程往往需要幾個小時甚至幾天(新產品新模具新工藝初次調試)。這也是制約整個冷鐓產能的關鍵過程。
3.機加工
機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。用于緊固件的機加工設備很多，既有專用的如螺栓倒角機，也有通用的數(shù)控車床，鉆床等設備。下面將簡單介紹常見的緊固件機加工。
倒角：主要用于螺栓尾部倒角，特別是螺紋導向端如截錐端、圓錐端的尾部倒角都需要通過機加工進行成型。這一類尾部倒角現(xiàn)用自動倒角機可以快速進行加工。
車削：是指用數(shù)控車床對特殊尺寸桿部、頭部進行的加工。中間細小的光桿、桿部凹槽、球頭、大尺寸軸肩等一般需要通過車削進行加工。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(例如制動鉗過油螺栓)的中心孔和徑向孔等需要用鉆孔機進行鉆孔加工。
校直:對于長徑比很大的螺栓(一般大于10),其在熱處理、表面處理等加工過程中容易產生彎曲，需要根據(jù)產品特性在熱處理后或包裝前對零件進行校直。校直前后一般需要用直線度檢具進行全選以確保合格。
磨削:對于精度等級要求很高的螺紋坯徑以及有高精度配合要求的螺栓桿部，需要用磨床進行加工以保證尺寸進度。
割尾:對于有割尾槽的螺栓，需要用專用割尾機進行加工。也有用冷鐓直接成型的，不過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程，目前的螺紋都是通過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，一塊往復運動，一塊靜止，搓絲板在一次往的過程中即完成了螺紋的擠壓成型；然后搓絲返回至起點，送料機構將新的光坯再次送入，重新開始新的循環(huán)。
搓絲的擠壓力來自于電機的往復力，對于大規(guī)格螺栓力量不夠，此時需要使用滾絲，滾絲是使用兩個滾絲輪，滾絲輪上刻有螺紋，成型時，先將光坯放入旋轉的滾絲輪之間，再使用液壓機構擠壓一側滾絲輪，到達設定擠壓終點時返回即完成一件零件螺紋加工。對于大規(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行螺紋成型，熱后螺紋成型可以保留成型時對螺紋表面的壓應力，螺紋的抗疲勞性能更好，多用于發(fā)動機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
熱處理是通過加熱和冷卻的配合獲得需要的螺栓材料組織，達到需要的機械性能的過程。緊固件的熱處理主要有三種：調質、滲碳(可和調質同步進行)和感應淬火。
調質熱處理是淬火+高溫回火，得到回火馬氏體(索氏體)的熱處理過程，采用熱處理加工線來完成，典型的緊固件調質熱處理線見圖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)，再進入淬火加熱爐，在奧氏體化溫度下保溫一段時間后，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，包括儲存防腐和功能性防腐，同時也為了獲得某些表面要求，比如摩擦系數(shù)、導電性、外觀。
常見的防護性表面處理分為：短期低等級防腐，發(fā)黑上油和磷化上油；中等級防腐，電鍍鋅；高等級防腐，電鍍鋅合金和無鉻鋅鋁涂層。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)黑是通過強氧化劑在零件表面形成一層四氧化三鐵薄膜，達到防腐蝕的目的，傳統(tǒng)的發(fā)黑在高溫的強堿性溶液中浸泡發(fā)黑，污染大，能耗高�，F(xiàn)在也有在回火爐內通入特殊氣體來發(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脂。雖然也能達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化學反應形成一層磷酸鹽沉積物，再通過上油填充空隙，達到防腐蝕的目的，且磷化層疏松易滑動，能起到很好的潤滑作用，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，他們在形成的磷酸鹽晶體的結構上存在差別，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用。
電鍍鋅工藝過程為：出油→除銹→鍍鋅→鈍化→封閉。先除油除銹獲得清潔的表面，再通過電化學反應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)鈍化液是否含六價鉻又分為三價鍍鋅和六價鍍鋅，六價鉻為劇毒物，電鍍廢水處理困難，所以現(xiàn)在逐步淘汰六價鉻鈍化。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滑劑。
電鍍鋅一般推薦用于8.8級及以下性能等級緊固件，10.9級螺栓因存在氫脆風險不推薦使用電鍍鋅，使用時必須增加驅氫；12.9級重要部位螺栓禁止鍍鋅。
需要注意的是:
a無論堿性鍍鋅還是酸性鍍鋅，電鍍液均為水溶液，存在氫離子，故均存在氫脆風險。
b驅氫只能減小氫脆發(fā)生的風險，不能完全消除。
c氫脆的平行支撐面檢測合格并不能完全排除發(fā)生氫脆的可能。
d氫離子進入鋼鐵基體主要在電鍍過程中，酸洗過程的時間短，溫度低。對氫脆的貢獻：電鍍＞磷化＞酸洗。
電鍍鋅層在受到外界腐蝕時，外層鈍化封閉層首先被破壞，鋅層與水和氧反應形成白銹；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。這就是鹽霧試驗中的白銹時間和紅銹時間。增加封閉是為提高白銹時間，提高鋅層厚度可以提高白銹到紅銹的時間。發(fā)黑和磷化不存在鋅層，故沒有白銹時間，只有紅銹時間。
電鍍鋅合金(鋅鎳合金、鋅鐵合金)：通常，電鍍鋅即使經(jīng)過封閉，其防腐蝕鹽霧等級也不過兩三百小時。對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。其鹽霧時間可達七八百小時。(現(xiàn)在，也有通過添加樹脂封閉劑來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)鍍層外增加樹脂保護層，利用樹脂的防腐蝕能力來延長白銹時間，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險，零件強度等級越高風險越大。
無鉻鋅鋁涂層:無鉻鋅鋁涂層又稱環(huán)保達克羅，與達克羅的關系可見小編以前的文章《達克羅涂層的三生三生》。其具有環(huán)保(無含重金屬的廢水廢渣),無氫脆風險和防腐蝕能力強的優(yōu)點。在高強度、高防腐蝕要求的緊固件上得到大量使用。無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。
無鉻鋅鋁涂層和電鍍相比，唯一的缺點就是涂層與基體的結合力弱于鍍層，在某些條件下可能會發(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性上，無鉻鋅鋁涂層由于電鍍層。
電泳：電泳是通過電化學方法在金屬表面沉積一層高分子樹脂，起到防腐蝕目的。氫脆風險較小，但使用率不高，僅在一些內飾用緊固件上有應用。
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50um以上，汽車用緊固件很少使用。螺紋工程需選用6az等級，螺紋強度會降低，且能耗高，不環(huán)保。
鋅錫合金:在電氣系統(tǒng)用緊固件，為導電需求，有采用鋅錫合金電鍍。
鍍銅:對焊接螺栓，為提高導電性，會采用鍍銅處理；對某些高溫環(huán)境使用的螺栓螺母，也有采用電鍍銅�？偟木o固件鍍銅應用較少。
鍍鉻：為保證外觀，外露的車輪螺母會采用鍍亮鉻。
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。對于另外一些特殊要求，需要在表面處理后再進行處理，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松動的能力。按其原理分為化學膠和尼農膠。另一類涂膠是起到密封的目的。
化學膠就是粘接劑，預涂于螺栓嚙合螺紋處，安裝后膠水發(fā)生反應，將螺栓螺母粘接防松�；瘜W膠又細分為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)生反應固化粘接；厭氧膠的組分微膠囊破裂后在無氧條件下發(fā)生固化粘接�；瘜W膠固化后拆卸會破壞粘接，維修需更換新螺栓。
尼龍膠是在螺紋表面涂上一層硬質尼龍，安裝后依靠尼龍的嵌入擠壓力防松。加工時先將螺栓通過感應加熱，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。
密封膠類似于化學膠，安裝后固化，起到防止泄露的目的，對其有防泄露測試要求。
凃蠟：對于有些需要特別潤滑的緊固件，常規(guī)的封閉劑或面涂層內涵潤滑劑不能滿足要求，此時需要額外凃蠟。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，再澆淋到感應加熱的螺栓上的特定部位。
某些屈服點裝配的螺栓，為獲得盡可能大的軸向預緊力，也會凃蠟潤滑。
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堆積電泳漆。
8.篩選
生產完成的螺栓，在包裝前需要篩選已挑出缺陷零件或混料，目前的篩選有光學篩選、激光篩選和渦流篩選。篩選一般都是采用比對法，光學篩選和激光篩選可以篩選混料和外形尺寸缺陷(如無螺紋或螺紋不完整，漏墊片等)，光學篩選還可以篩選內凹槽積液；渦流篩選可以篩選大的硬度偏差，篩選材料錯誤混料和熱處理零件異常。以上內容部份轉自于網(wǎng)絡，轉發(fā)的目的是為了大家更好的交流和學習，如有侵權請聯(lián)系刪除。
