螺栓紧固件论文34316

摘要本设计说明书包括螺栓紧固件生产车间设计和专题研究两部分内容。其中，车间设计部分参考了鞍山轲尔标准件有限公司的生产工艺流程和车间要求，设计了一个设计优化，生产高效的现代化紧固件生产车间，用来实现生产的现代化和专业化，以获得合格的产品，满足工业的需求。车间设计主要分为综述、车间产品方案制定、典型产品热处理工艺制度的制定、设备及参数选择和车间经济指标计算等几个部分。同时，还绘制了车间平面布置图。通过对典型产品ML35钢高强度螺栓采用适当的热处理加工工艺，以期获得良好的强度、硬度、塑性、韧性以及抗疲劳性能。综合力学性能的提高可使紧固件的使用寿命得到大幅度的提高。本车间共分为4个跨，主要用于生产各种标准件。本设计的专题题目为“紧固件研究应用现状”，对紧固件的用钢、热处理技术及紧固件的应用做了阐述。关键字：紧固件；ML35；热处理AbstractThe design specification of fasteners including bolts workshop design and thematic studies of two parts. Among them, the plant design is partly based on Cole Standard Parts Co., Ltd., Anshans production process and plant requirements, design a design optimization, efficient and modern production workshop to achieve the modernization and professionalization of the production in order to get qualified products to meet the needs of industry. Plant design consists of review, program development workshop products, the typical heat treatment system to develop products, equipment and parameter selection and calculation of economic indicators of plant parts. The same time, drawing a workshop floor plan. Of typical products ML35 bolt with appropriate heat treatment processing, in order to obtain good strength, hardness, plasticity, toughness and fatigue resistance. Improve the mechanical properties of the life of fasteners can be greatly enhanced. The workshop is divided into four cross, mainly for production of standard parts. For the modernization of production and specialization, in order to get qualified products to meet the needs of industry. The design of the project entitled Research on Application of fastener，Of the fasteners of steel, heat treatment technology and fastening applications are described in detail.Key words: Fasteners; ML35; heat treatment1 综述11.1 紧固件市场现状11.1.1 世界紧固件市场11.1.2 国内紧固件市场11.1.3 世界主要国家紧固件工业概况21.2 紧固件行业热处理概况31.2.1 产量及设备31.2.2 价格及能耗31.2.3 热处理辅料及配件31.2.4 热处理工艺技术41.3 紧固件企业热处理中的问题及对策41.3.1 设备41.3.2 技术人员素质51.3.3 工艺51.3.4 原材料质量51.3.5 污染51.3.6 加强管理提高紧固件热处理水平51.4 紧固件材料热处理71.4.1 碳素钢71.4.2 合金钢81.5 紧固件热处理发展展望91.5.1 采用高效节能的热处理设备101.5.2 节能新材料新工艺的开发应用101.5.3 建立紧固件热处理数据库102车间产品方案的确定122.1 典型产品122.1.1 螺栓概念122.1.2 螺栓分类122.1.3 螺栓的等级132.1.4螺栓材料132.1.5 螺栓材料中各类元素对钢的性质的影响142.2 ML35钢高强度螺栓的制造工艺路线153 ML35钢高强度螺栓热处理工艺213.1 ML35钢的热处理参数213.1.1 ML35钢化学成分213.1.2 ML35钢的临界温度213.1.3 ML35钢的过冷奥氏体临界曲线213.2 ML35钢高强度螺栓的热处理工艺223.3 钢材热处理(球化退火)233.4 中间热处理（再结晶退火）243.5 最终热处理（调质）253.5.1 淬火工艺的制订253.5.2 回火工艺的制订283.5.3 炉气及气氛的确定283.6 ML35热处理工艺参数304设备及参数选择314.1选择设备应遵循的原则314.2车间主要设备选择324.2.1井式退火炉324.2.2 连续化热处理炉：网带式热处理炉344.3 车间辅助设备的选择354.3.1 打头机354.3.2 搓丝机365车间经济指标计算385.1车间劳动组织与人员配备385.2 车间的经济分析395.2.1 基本建设投资计算395.2.2 生产成本的分析405.2.3 各类材料消耗415.3 车间技术经济指标425.3.1 车间年产量425.3.2 车间厂房面积425.3.3 主要生产设备435.3.4总劳动量43专题：紧固件研究应用现状441紧固件用钢的研究451.1新材料应用451.2新技术进步461.3 紧固件用冷镦钢的创新471.4 最新高强度螺栓钢的研究动向502紧固件热处理的研究502.1热处理智能技术研究512.1.1 传统控制技术的不足之处522.2.2智能控制技术的优点522.2热处理成本研究522.3真空热处理的研究应用532.3.1对流加热技术532.3.2 高压气渗技术542.3炉温均匀性检测技术542.3.1直插式测试方法542.3.2炉温追踪议552.4热处理生产过程的信息化554 紧固件的应用564.1 冷镦紧固件在电力行业的应用574.2 紧固件在汽车工业中应用574.3 紧固件在航空工业的应用584.4 智能紧固件的应用595 结语61致谢62参考文献631 综述热处理是机械工业的一项重要基础技术，通常像轴、轴承、齿轮、连杆等重要的机械零件和工模具都是要经过热处理的，而且，只要选材合适，热处理得当，就能使机械零件和工模具的使用寿命成倍、甚至十几倍的提高，实现“搞好热处理，零件一顶几”的目标，收到事半功倍的效果。热处理对于充分发挥金属材料的性能潜力，提高产品的内在质量，节约材料，减少能耗，延长产品的使用寿命，提高经济效益都具有十分重要的意义。1.1 紧固件市场现状 紧固件对工业和日常生活是很重要的，它广泛地应用在工业、农业、建筑和电子产品上。品种、规格达数千种，仅一辆轻型汽车或轿车上平均用紧固件约500种4000个，重量达50kg。然而单个紧固件制造厂不可能满足一个市场甚至一个用户的需求。这种需求必须依靠很多紧固件厂或国际间贸易来满足。 因此，紧固件工业现在以及将来都是国际性的，包括机械设备制造厂在世界范围内销售设备；在世界范围内销售紧固件用原材料；受全球情况的驱动而研究紧固件制造技术；各紧固件制造公司跨国界投资办厂，并经营紧固件的进出口业务。 1.1.1 世界紧固件市场 1999年全球紧固件市场约为350亿美元(约1300万吨)。其中发展中国家占全球市场约为30%，约100亿美元，中国占10亿美元。发达国家占有的市场份额为70%，约为250亿美元，其中最大的市场是美国，总需求量为92.45美元，约占世界总需求量的七分之二。北美占90亿美元，欧洲占90亿美元，日本也有70亿美元的市场。预计2004年全球可达433.75亿美元，年增长率超过6% 1。 1.1.2 国内紧固件市场 随着国民经济的高速发展,国内外先进技术的应用和引进,紧固件市场发展相当迅速。1988年我国耗用紧固件31万吨，1996年耗用紧固件80万吨，2000年耗用紧固件约160万吨，2001年紧固件全行业总产量200万吨，预计2002年紧固件产量将达到220万吨，2004年可达37亿美元，约300万吨左右。平均每年以12.5的速度递增，是世界上增长率最快的国家。 1.1.3 世界主要国家紧固件工业概况 美国、德国、英国、法国、日本和意大利是紧固件的进口国，也是高档紧固件产品出口国。生产销售值达81.34L美元的美国紧固件工业拥有45000个雇员和1250家制造厂。主要生产高技术、高附加值的航太(航天、飞机) 紧固件和高级 (异形、高强度)紧固件，并向世界各国出口，低附加值的普通紧固件主要从亚洲进口，是世界上进口紧固件最多的国家 。德国是欧洲的经济大国，其紧固件行业的生产规模、产品档次和质量，以及市场需求量和出口贸易在欧洲都名列前茅。年产量达40.3 万吨左右，特殊紧固件和标准紧固件各占一半，近两年特殊紧固件占80%，几乎不再生产普通标准紧固件。其产品质量好，技术含量高，附加价值高。德国的汽车工业用紧固件占年产量的50。俄罗斯紧固件企业近3000家，可满足国内需求的60，20世纪80年代产量120万吨 ，90年代产量增加2531。 使用的设备老化，生产率比西方发达国家同类设备低2530，原材料数量和质量(不适应冷镦成型工艺产品的要求)均满足不了需要。 在欧共体中，英国的紧固件市场是仅次于德国的第二个重要用户。其所生产的高档紧固件产品基本上可满足本国的需求。低档产品主要靠进口，年市场需求为49.5万吨左右，销售额约6.38亿英镑，进口约13.3万吨，价值1.82亿英镑，出口约3.8万吨，价值0.74亿英镑 。 南美洲有13个国家，其中54国家生产紧固件，总产量27万吨。最大的紧固件工业国是巴西，年生产15万吨左右，占南美总产量的56。 日本紧固件生产全部自动化，从上料到搓丝成型，料斗搬运，热处理及表面处理、检测、分选、包装、运输全部是自动化。年生产约270万吨 ，价值7240亿日元(合65.8亿美元)左右。 韩国螺丝工业每年生产3540万吨紧固件，价值约12亿美元。产品以内销为主，出口仅10，约1.3亿美元，其中50出口到美国。 中国台湾省有规模的紧固件厂商2200家，各类紧固件产品行销全球各地，于1983 年取代日本，成功地登上外销世界第一的宝座(内外15：85)。目前赴大陆投资的已有130家紧固件厂商和多家贸易商。其出口量占世界用紧固件量10%以上，平均单价为1.35美元/kg。 1.2 紧固件行业热处理概况冷镦方法对线材加工有特殊的要求,线材都要经过不同工艺的热处理。根据材料加工工艺的要求和热处理工序前后次序不同,分为钢材热处理(软化退火、球化退火)、中间热处理(再结晶退火、低温退火)和成品热处理 (调质等),以满足紧固件在力学性能、品质、成本等方面的要求。1.2.1 产量及设备据不完全统计,到2007年底,我国共有紧固件企业7000余家(不包括港、澳、台地区) ,年产量达520多万吨, 8 .8级以上产量约220万吨,需要热处理的高强度紧固件占40%45%。紧固件行业共有热处理设备2700多台,其中可控气氛连续式加热网带炉1650余台。1.2.2 价格及能耗紧固件企业热处理调质,按全国平均价格以连续式网带炉加工测算,处理工件每吨平均价格在725元左右,年处理加工收入约15.5亿元。按紧固件热处理电费平均成本占加工收入的70%测算,年电费开支10.85亿元,平均电价按0.7元/kWh,耗电15.5109kWh ,则可推算出紧固件加工平均能耗775 kWh/吨 (相当于欧美国家平均热处理能耗425 kWh/吨和日本平均热处理能耗323kWh/吨的2倍左右)。1.2.3 热处理辅料及配件紧固件热处理用油及各类淬火介质,全行业每年消耗量计1000余万元;各种发黑剂、清洗剂每年也有近500万元的市场份额;热处理炉用耐热钢备件、工装夹具每年消耗40多吨,价值700多万元。我国紧固件热处理辅料及配件市场,总量在3000万元以上，平均利润率及税率在12.5%左右。1.2.4 热处理工艺技术随着高强度紧固件生产技术的发展,我国紧固件材料热处理进入技术含量提高和生产规模发展的新时期,主要体现在以下几个方面。(1) 随着发热元件、耐热材料、运动部件的改进,国产热处理装备日臻完善,运行可靠,企业使用量达85%以上。(2) 调质工艺实现了可控气氛计算机碳势控制。在消化吸收国外设备的基础上,连续式网带炉可满足高强度紧固件加热淬火的需求,加上设备高度的可靠性,市场潜力较大。(3) 在渗碳工艺中,炉内气氛均匀,w(C)偏差不超过0.05%,采用双氧探头二区碳势控制技术,对渗层质量的控制进一步优化,效率高、渗层均匀。(4) 冷镦模具的热处理,由重污染、高能耗向少污染、节能的热处理设备过渡。箱式电阻炉的保温材料采用节能型全纤维陶瓷,对高合金钢模具应用真空炉淬火回火,较少或限制使用盐浴炉、外热式硝盐炉及采用空气为介质的中温普通箱式炉。1.3 紧固件企业热处理中的问题及对策1.3.1 设备近10年来,我国紧固件热处理技术有了较大的发展。但先进的保护气氛箱式炉、 连续式网带炉、震底炉、滚筒炉比例不超过30%。虽然最终热处理(调质或渗碳)实现了可控保护气氛技术,但在预备热处理 (球化或软化退火)上,存在热效率和机械化程度低等问题,以氧化性低档次设备居多。最终热处理使用连续网带炉、滚筒炉和震底炉,基本实现了流量、压力、温度的自动检测与过程控制。有近1/3的盐浴炉、普通箱式电炉,其执行元件和控制仪表性能不稳定,维护不及时,操作人员培训不到位;而对于大量使用的小型加热炉,只配备温度指示仪表,凭经验操作,造成产品质量波动较大。国产化设备由于制造水平、原材料、气氛制造装置、主要元器件等配套产品质量与国外有差距,导致设备的使用可靠性差、寿命低、故障率高、维修费用高等。因此,必须将传统人工控制技术改进成智能控制技术,进一步强化和提高“可控”的质量。1.3.2 技术人员素质热处理技术专业性较强,涉及面广并需要较长时间的经验积累,由于受行业自身特点的限制,企业技术人员比例较低;机加工和热处理技术人员之间的沟通较少,通晓机械和热处理的人才更为稀缺;企业中热处理设备数量少,由专人控制,甚至热处理生产、技术、检验、设备都由一人负责,如有人员流动很容易造成人才断档;热处理生产条件较差,工作不受重视,员工队伍不稳定;现有技术力量明显不足,以致不能充分发挥先进设备的功能;操作人员大多未经过技术培训,人力资源严重不足。因而,行业中热处理劳动者的整体技术素质令人担忧。1.3.3 工艺热处理工艺文件不具体,操作随意性大,现场管理不到位,工艺文件规定的装炉量、装炉方法、气氛调节时间、盐浴校正(脱氧)周期不能严格遵守,特别是在中、夜班无人监督。1.3.4 原材料质量因原材料质量造成紧固件在热处理过程中发生问题 (主要是淬裂) ,或者热处理后力学性能达不到要求等现象屡见不鲜。钢材化学成分波动大,可导致热处理后硬度散差大,用不同炉批号或不同钢厂的同种材料制成同一规格紧固件,按相同工艺甚至同炉热处理,却得到不同结果的情况时有发生。1.3.5 污染热处理生产属于高温作业,环境污染较严重,主要包括生产中产生和排放的废气、废水、粉尘、废渣、噪声和油烟、油雾。1.3.6 加强管理提高紧固件热处理水平加强管理,提高紧固件热处理水平,主要表现在以下4个方面。1材料随着紧固件技术的发展,对冷镦钢的需求明显增加。由于冷镦紧固件设备大部分为多工位冷镦机,冷镦水平相对较为稳定 ,对紧固件质量的影响并不很大,而主要影响因素在于冷镦钢的质量,其本身或固有的质量缺陷直接影响到紧固件的最终质量。冷镦钢质量有2个主要指标。(1)显微组织基本组织 (除特殊要求外)是铁素体+珠光体(F+P),要求24级, 3级为优。(2)非金属夹杂物:夹杂物是造成冷镦开裂的主要原因之一, C类(硅酸盐)和D类(球状氧化物)夹杂物的影响最大,硅酸盐夹杂物不大于0.5级,球状氧化物夹杂物不大于1级。颗粒愈大愈易开裂,在距表面 2 mm以内的夹杂物尺寸不应大于0.15m。冷镦钢主要控制缺陷:冷镦钢的心部碳偏析,材料及退火过程中的表面脱碳,冷镦裂纹,调质中的淬火开裂和变形。统计数据表明,冷镦开裂中有80%85%是因冷镦钢表面存在折叠、划伤、密集的发纹、局部微裂纹、结疤等缺陷造成的。钢材质量,主要指冶金质量，即炼钢和轧制(锻制)等压力加工质量。炼钢缺陷难以通过金相分析、化学成分分析等手段找出,是一种隐患。选择工艺先进、质量稳定的钢材厂家并熟悉钢材厂家的制造工艺,重点监控不稳定的质量特性,与钢材企业沟通,提出高于现行标准的更为具体的钢材质量标准。2人才紧固件行业是一个劳动密集且极易吸纳各种新技术的专业,对企业的管理干部、技术人员和操作工人的素质、知识和技能都提出了较高的要求。据了解,紧固件的热处理企业 60%以上的车间无技术人员,4060岁科技人员极少,人才断层现象十分明显。工人的素质更让人担忧 ,不少企业员工未进行培训就上岗,热处理技师、高级技工相当缺乏。现在大专院校都取消了热处理和工业炉专业而改为材料大专业，这些因素导致了企业对人员技术培训方面的需求增强。3意识热处理技术对紧固件内在质量有着至关重要的影响,作为紧固件生产过程的重要环节,必须按照ISO9000,ISO/吨S16949质量体系认证工作中对关键工序、特殊工序的要求进行管理,经过必要的工艺试验验证,中试和商业化生产技术的解, PPA小批量交付,从而取得商业价值的全过程控制。生产中严格控制工艺参数及影响参数波动的各种因素，编制和执行专门的质量控制计划,强化监督和检验,认真填写质量记录,明确责任,保证质量可追溯性。4装备热处理装备尽可能配备计量、记录、控制、报警、异常处理等功能,更新设备的出发点应该是可靠性高、节能、温度均匀度高、性价比高。国产热处理装备虽然便宜,但在能耗、温度均匀性、自动化程度等方面与进口设备差距较大，故障率较高。不少中小紧固件企业已充分认识到高起点的生产技术以及先进设备的重要性,对设备不具备的控制功能采用人工实现,且逐步实现热处理控制技术智能化。对热处理装备的维护保养也十分重要。一方面热处理装备的自动化、智能化程度越来越高,对企业维护和保养设备能力提出了更高的要求；另一方面热处理装备上有许多易损耗件,需要定期维护、更换，因此，价格合理的配件供应也非常重要。1.4 紧固件材料热处理紧固件用钢材,是以铁-碳为基础的碳素钢和为增加强度、淬透性而添加铬、钼、镍、锰等合金元素的合金钢,以及以耐蚀为主的不锈钢等。另外,还有添加微量硼使淬透性大幅度提高的新材料硼钢。除上述钢铁材料外,紧固件用材料还有黄铜、铜、铝、钛合金等有色金属。1.4.1 碳素钢1 低碳钢SWRM10, SWRM17, Q235, S WRCH22A, ML20等属于低碳碳素钢。热处理方法:再结晶退火、消除内应力低温退火。加工的成品是4.06.8级。ML18Mn,ML20Cr, SAE1022, S WRCH22A 钢热处理方法：渗碳 (碳氮共渗)，加工成品主要是自攻、自钻螺钉。一般渗碳层较薄，在0.25 mm以下；硬度和耐磨性是主要要求，表面硬度、心部硬度、渗层的金相组织都需要控制。氢脆、扭矩不足、螺纹牙部早期磨损是主要失效形式。2 中碳钢ML35, 35, 45, S WRCH35K等属于中碳碳素钢,加工的成品是 6.8, 7.0, 8.8级。热处理方法主要为调质,应用于直径 16 mm抗拉强度为600980MPa的紧固件,直径 20 mm以上紧固件渗透性差,不易渗透 (心部硬度低 ,铁素体含量高 )。3 高碳钢60, 70, 65Mn等属于弹簧钢。热处理方法：淬火+中温回火，如波形垫圈、卡簧挡圈、锁紧垫圈。这类紧固件多数为板材,截面积很小,冷却均匀,容易淬透。常见热处理缺陷有变形和脆断。应注意避开第一类回火脆性区。1.4.2 合金钢1 低碳合金钢SCM420, SCR415, 20MnVB等属于低碳合金钢, 加入合金元素提高钢的淬透性，热处理调质后适于加工直径 12 mm 8.89.8级紧固件。2 中碳合金钢40Cr, SCM435, 42CrMo等属于中碳合金钢。热处理方法:淬火+高温回火，应用于10.9级及以上高强度螺栓。3 不锈钢不锈钢紧固件一般采用奥氏体不锈钢来制造。常用镍铬钢,典型的是304(0Cr18Ni9钢) , 316L(00Cr17Ni14Mo2钢)。因镍的加入，扩大了奥氏体区而获得单相奥氏体组织。热处理方法为固溶处理，目的是提高耐蚀性，并使钢软化，适于进行各种冷镦锻变形,这类钢对加工硬化很敏感，成型后应消除应力,避免应力腐蚀。马氏体不锈钢常用410, 420 (1Cr13, 2Cr13钢) ,可以热处理强化,类似调质钢，有较高的力学性能和一定耐腐蚀性，用作高强度紧固件。4 特殊冷镦钢ML20MnTiB，20MnVB，10B21和10B33钢可制造9.8级、10.9级高强度螺栓和10级、12级高强度螺母。SWRCH22A或ML20Mn钢应用于8.8级或9.8级铆接螺栓或三点焊接螺栓,具有良好的铆接和焊接性能。热处理方法：采用高温淬火，快速冷却获得低碳马氏体，中温回火后，满足螺栓的使用条件，对硬度、抗拉强度有特别要求，可避免中碳钢制造的螺栓产生的缺陷。SWRCH35K，SCM435，SCR435钢可制作9.8级或10.9级自攻锁紧螺钉。热处理方法:在可控气氛碳势0.90%1.10%炉内渗碳淬火，要求心部硬度HRC值为2838 (9.8级螺钉)或3339 (10.9级螺钉)，螺钉末端应通过高频淬火保证至少一个完整螺纹牙淬硬,最小表面硬度 HRC值为45，自攻锁紧螺钉必须能顺利拧入预制的圆柱孔内。1.5 紧固件热处理发展展望热处理是一个特殊过程，采用有效的控制手段，才能提高热处理控制水平，从而保证汽车紧固件热处理质量的稳步提高。紧固件调质热处理技术的发展主要有以下几个方面。(1) 炉型。震底炉长期使用易造成震底板变形,使紧固件在炉内加热不均，淬火硬度散差大，同时震动噪声大，环境差，因而震底炉逐步被连续式网带炉、铸链炉取代。对于长尺寸的螺栓也可采用密封箱式多用炉加热,以减少淬火畸变。(2) 智能化。计算机模拟仿真技术和控制技术，可实现整个网带炉生产线调质热处理实时多项操作。如控制网带速度、温度、碳势等，可全屏幕监视工艺程序，生产过程中能完整记录设备运行中所检测到的工艺参数 (零件号、材料、温度、碳势等)，并储存记录，供随时调阅和打印。(3) 质量高。网带炉加热区炉温采用P I D控制，温差在5 内;炉内保护气氛均匀，w (C)偏差可靠配合在网带炉上，以适合甲醇、甲苯 (丙烷,液化石油气)气氛，保证了零件淬火后的表面质量；采用双氧探头二区碳势控制技术对渗碳、碳氮共渗渗层质量的控制可进一步优化；在保证紧固件硬度均匀性方面，为提高其冷却均匀性，淬火槽添加变频可调速强力搅拌器，从而保证淬火槽温度均匀及淬火槽温度可控;采用可变周期过零式调功器，加上PID调节代替开关式供电；自适应数显温控表,保证了控温精度，延长了辐射加热管寿命。整条生产线具有完善的故障诊断、安全警示及连锁功能。(4) 清洁。连续式网带炉在生产过程中对环境影响较小，快速淬火油的应用保证了高强度螺栓件的热处理质量。更多地选用水溶性淬火介质(PAG类UCONA,UCON E,AQ251,AQ364和 JY820,AR - A或聚醚有机液CL - 1等)解决了零件淬油不硬、淬火开裂及零件变形的问题。液温控制在2035,既可以保证冷却特性，又可解决因锈蚀而影响后序着色发黑的质量难题。生产线采用无污染钢铁发黑技术，利用回火余热无污染染黑工艺取代传统有污染的碱性发黑工艺。上料清洗加热淬火清洗回火着色下线,全部自动控制运行。紧固件在淬火前后两次清洗，淬火时油烟的蒸发被降到最低程度，不仅少了回火油烟,同时热处理污染也基本杜绝。在我国紧固件行业快速发展的大环境下，随着市场竞争的日趋激烈,加上客户对紧固件产品质量,诸如轻量化、环保、长寿命等方面要求的不断提高,企业的设备将会继续更新改造,热处理装备的投入在相当长的一段时间里仍将拥有较大的市场发展空间，以适应国际国内市场的发展和需要。1.5.1 采用高效节能的热处理设备由于国家大力倡导建设资源节约型社会,提出了3年节约能耗20%的硬性指标。要实现这一目标,必须鼓励企业进行技术改造、设备更新。紧固件企业的主要趋向是用可控气氛网带炉和多用炉代替传统井式炉和网带炉。采用新的加热源。与电加热相比,燃气加热具有更高的加热效率。燃气辐射管加热网带炉,能源利用率可达 60%65% ,而采用电加热方式 ，其热能利用率仅为35%40%。连续式网带炉生产线的加热区采用燃气加热，保温区采用电加热，能够充分发挥燃气加热和电加热的优势，在我国天然气资源丰富的地区，这一技术将得到推广应用。工模具依赖盐浴炉淬火已过时，盐浴炉对环境的危害已引起各方面人士的重视；淘汰氯化钡的呼声很高，但还找不到比它熔点更高的盐类，如果开发不出替代盐，应研究氯化钡废渣、废水和废气的处理,做到达标排放。密封箱式多用炉工艺灵活，能对长杆类紧固件进行淬火处理。处理模具和不锈钢紧固件，工作温度可提高到10501100,具有高效、节能、低成本和清洁生产的特点，是中小型紧固件企业技术改造与设备更新的适用炉型。1.5.2 节能新材料新工艺的开发应用采用新型节能炉衬材料，如陶瓷纤维材料、硅酸钙板、红外炉内涂料等，可以大大减少炉衬蓄热量，降低炉壁热损耗，节能10%20%。各类智能控制、精密控制软件和控制仪表被紧固件企业大量使用。借鉴工业先进国家热处理专业加工运作的模式和经验，紧固件热处理工艺水平会较快提升。1.5.3 建立紧固件热处理数据库为了减少紧固件企业同质化倾向，不同的紧固件企业热处理工艺有所区别。由于环保要求越来越高，采用落后热处理设备生产的企业将会受到限制，加上设备利用率低、成本高、专业人员缺乏以及热处理质量不稳定等原因，大量企业将转向委托当地专业热处理企业来加工。生产实践表明,对紧固件热处理应该收集有用数据，对各工序加工的工艺参数进行比较,建立数据库，最终做到针对不同紧固件,制定出最佳工艺。与国际先进水平相比，国内紧固件行业的热处理生产技术水平仍然落后，尤其在环保、能耗、质量诸多方面形势非常严峻。在国家大力推行节能减排的形势下，利用紧固件外资企业设备先进、管理规范,民营企业设备厂房全新、管理层次简约,国有企业技术实力雄厚的优势，在开拓市场的同时,推动我国紧固件行业生产技术的发展。2车间产品方案的确定产品方案是进行车间设计时制定的产品生产工艺规程，确定和选择各项生产设备的主要依据。本设计的目的是建造一个工艺优化、设备先进、环保型、现代化的螺栓紧固件生产车间。本车间以ML35钢，高强度螺栓为典型产品制定工艺流程，通过相应的工艺改良作细微调整，进行生产，从而灵活地适应市场需求，满足不同客户的需要。2.1 典型产品本车间典型产品是高强度（8.8级）螺栓, 牌号ML35, M16螺栓。螺栓尺寸要求如下图2.1图 2.1 螺栓尺寸高强度螺栓的力学性能如下表2.1所示。表2.1 高强度螺栓的力学性能力学性能螺栓等级8.8级9.8级10.9级12.9级M16mm抗拉强度（Mpa）80098083098090010801040118012201380洛氏硬度(HRC)22322334283723939442.1.1 螺栓概念螺栓：由头部和螺杆（带有外螺纹的圆柱体）两部分组成的一类紧固件，需与螺母配合，用于紧固连接两个带有通孔的零件。这种连接形式称螺栓连接。如把螺母从螺栓上旋下，又可以使这两个零件分开，故螺栓连接是属于可拆卸连接。 2.1.2 螺栓分类（1）按连接的受力方式，有普通的和有铰制孔用的。铰制孔用的螺栓要和孔的尺寸配合，用在受横向力时。（2）按头部形状有六角头的，圆头的，方形头的，沉头的等等一般沉头用在要求连接后表面光滑没突起的地方，因为沉头可以拧到零件里。圆头也可以拧进零件里。方头的拧紧力可以大些，但是尺寸很大，六角头是最常用的。另外为了满足安装后锁紧的需要，有头部有孔的，杆部有孔的，这些孔可以使螺栓受振动时不至松脱。有的螺栓没螺纹的光杆要做细，叫细腰螺栓，这种螺栓有利于受变力的联结。钢结构上有专用的高强度螺栓，头部会做大些，尺寸也有变化.。另外有特殊用处的:T形槽螺栓用，机床夹具上用的最多，形状特殊，头部两侧要切掉。地脚螺栓，用于机器和地面连接固定的，有很多种形状。U形螺栓，如前述等等。还有焊接用的专用螺柱，一头有螺纹一头没有，可以焊在零件上，另一边直接拧螺母。2.1.3 螺栓的等级钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级，其中8.8级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬火、回火），通称为高强度螺栓，其余通称为普通螺栓。螺栓性能等级标号有两部分数字组成，分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈强比值。例如：性能等级4.6级的螺栓，其含义是：1）螺栓材质公称抗拉强度达400MPa级；2）螺栓材质的屈强比值为0.6；3）螺栓材质的公称屈服强度达4000.6=240MPa级性能等级。10.9级高强度螺栓，其材料经过热处理后，能达到：1）螺栓材质公称抗拉强度达1000MPa级；2）螺栓材质的屈强比值为0.9；3）螺栓材质的公称屈服强度达10000.9=900MPa级。螺栓性能等级的含义是国际通用的标准，相同性能等级的螺栓，不管其材料和产地的区别，其性能是相同的，设计上只选用性能等级即可。强度等级所谓8.8级和10.9级是指螺栓的抗剪切应力等级为8.8GPa和10.9Gpa。8.8 公称抗拉强度800N/MM2 公称屈服强度640N/MM2一般的螺栓是用X.Y表示强度的，X*100=此螺栓的抗拉强度，X*100*（Y/10）=此螺栓的屈服强度（因为按标识规定：屈服强度/抗拉强度=Y/10）2.1.4螺栓材料目前市场上标准件主要有碳钢、不锈钢、铜三种材料。（一）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。（1）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。）（2）中碳钢0.25%0.45%。目前市场上基本没使用（4）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铬鉬合金钢，主要成分有C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo。（二）不锈钢性能等级：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。A1，A2，A4马氏体、13%Cr耐腐蚀性较差，强度高，耐磨性好。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。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。（三）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。2.1.5 螺栓材料中各类元素对钢的性质的影响（1）碳（C）：提高钢件强度，尤其是其热处理性能，但随着含碳量的增加，塑性和韧性下降，并会影响到钢件的冷镦性能及焊接性能。（2）锰（Mn）：提高钢件强度，并在一定程度上提高可淬性。即在淬火时增加了淬硬渗入的强度，锰还能改进表面质量，但是太多的锰对延展性和可焊性不利。并会影响电镀时镀层的控制。（3）镍（Ni）：提高钢件强度，改善低温下的韧性，提高耐大气腐蚀能力，并可保证稳定的热处理效果，减小氢脆的作用。（4）铬（Cr）：能提高可淬性，改善耐磨性，提高耐腐蚀能力，并有利于高温下保持强度。（5）钼（Mo）：能帮助控制可淬性，降低钢对回火脆性的敏感性，对提高高温下的抗拉强度有很大影响。（6）硼（B）：能提高可淬性，并且有助于使低碳钢对热处理产生预期的反应。（7）矾（V）：细化奥氏体晶粒，改善韧性。（8）硅（Si）：保证钢件的强度，适当的含量可以改善钢件塑性和韧性。2.2 ML35钢高强度螺栓的制造工艺路线检验热轧盘条调质搓丝再结晶退火冷锻成型（打头）冷拔包装机械除磷球化退火酸洗一 成分结构在紧固件制造中，正确选用紧固件材料是重要一环，因为紧固件的性能和其材料有着密切的关系。如材料选择不当或不正确，可能造成性能达不到要求，使用寿命缩短，甚至发生意外或加工困难，制造成本高等，因此紧固件材料的选用是非常重要的环节。冷镦钢是采用冷镦成型工艺生产的互换性较高的紧固件用钢。由于它是常温下利用金属塑性加工成型，每个零件的变形量很大，承受的变形速度也高，因此，对冷镦钢原料的性能要求十分严格。 在长期生产实践和用户使用调研的基础上，结合GB/t6478-2001冷镦和冷挤压用钢技术条件GB/t699-1999优质碳素结构钢及目标JISG3507-1991冷镦钢用碳素钢盘条的特点，以8.8级，9.8级螺栓螺钉的材料要求为例，各种化学元素的确定。C含量过高，冷成形性能将降低；太低则无法满足零件机械性能的要求，因此定为0.250.55。Mn能提高钢的渗透性，但添加过多则会强化基体组织而影响冷成形性能；在零件调质时有促进奥氏体晶粒长大的倾向，故在国际的基础上适当提高，定为0.450.80。Si能强化铁素体，促使冷成形性能降低，材料延伸率下降定为Si小于等于0.30。 S.P.为杂质元素，它们的存在会沿晶界产生偏析，导致晶界脆化，损害钢材的机械性能，应尽可能降低，定为P小于等于0.030，S小于等于0.035。 B.含硼量最大值均为0.005，因为硼元素虽然具有显着提高钢材渗透性等作用，但同时会导致钢材脆性增加。含硼量过高，对螺栓，螺钉和螺柱这类需要良好综合机械性能工件是十分不利的。二 球化退火沉头螺钉，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。冷镦过程中局部区域的塑性变形可达6080，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着地提高钢材塑性变形的能力。 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。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，而对于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等温一段时间，然后炉冷至500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。3545ML35SWRCH35K 钢软化退火温度一般区域为715735；而SCM43540CrSCR435钢球化退火加热温度一般区域为740770，等温温度680700。三 除鳞冷镦钢盘条去除氧化铁皮工序为剥亮，除鳞，有机械除鳞和化学酸洗两种方法。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复弯曲盘条），喷丸法等，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。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。四 拉拔 拉拔工序有两个目的，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解，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。 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。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。 盘条钢丝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。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1015的范围内。 五 冷锻成形（打头）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，双击冷镦和多任务位自动冷镦。一台自动冷镦机分别在几个成型凹模里进行冲压，镦锻，挤压和缩径等多任务位工艺。 单工位或多任务位自动冷镦机使用的原始毛坯的加工特点是由材料尺寸长56米的棒料或重量为19002000KG的盘条钢丝的尺寸决定的，即加工工艺的特点在于冷镦成型不是采用预先切好的单件毛坯，而是采用自动冷镦机本身由棒料和盘条钢丝切取和镦粗的（必要时）毛坯。 在挤压型腔之前，毛坯必须进行整形。通过整形可得到符合工艺要求的毛坯。在镦锻，缩径和正挤压之前，毛坯不需整形。毛坯切断后，送到镦粗整形工位。该工位可提高毛坯的质量，可使下一个工位的成型力降低1517，并能延长模具寿命，制造螺栓可采用多次缩径。 a.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57度。b.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。 c.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。 d.成型工位的数量（不包括切断工位）一般应达到34个工位（特殊情况下5个以上）。 e.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。 f.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。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。六 螺纹加工（搓丝）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。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。 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。 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。 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。 七 热处理高强度紧固件根据技术要求都要进行调质处理。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。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。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。进入20世纪90年代以来带有保护气氛的连续式热处理生产线已占主导地位，震底式，网带炉尤其适用于中小规格紧固件的热处理调质。调质线除了炉子密封性能好以外，还具有先进的气氛，温度和工艺参数计算机控制，设备故障报警和显示功能。高强度紧固件从上料清洗加热淬火清洗回火着色到下线，全部自动控制运行，有效保证了热处理质量。 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。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700800之间。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。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。为此，在淬火加热时要保护螺纹顶部不脱碳，还要对原材料已脱碳的紧固件进行适度的覆碳，把网带炉中的保护气氛的碳势调到和被覆碳的零件原始含碳量基本相等，使已脱碳的紧固件慢慢恢复到原来的含碳量，碳势设定在0.320.38为宜，覆碳温度与淬火加热相同，不能在高温下进行，以免晶粒粗大，影响机械性能。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。现场出现的这类问题往往与原材料，淬火加热和淬火冷却温度有关，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。 八 渗碳处理表面渗碳处理：将钢放到碳势高的环境介质中，通过让活性高的碳原子扩散到钢的内部，形成一定厚度的碳含量较高的渗碳层，再经过淬火、回火，使工件的表面层得到碳含量高的M，而心部因碳含量保持原始浓度而得到碳含量低的M，M的硬度主要与其碳含量有关，故经渗碳处理和后续热处理可使工件获得外硬内韧的性能。渗碳处理的目的是使机器零件获得高的表面硬度、耐磨性及高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度提高表面层的耐磨性(碳含量高的M),同时保持心部有高的耐冲击能力,即强韧性.。表面渗碳一般情况下用于低碳钢的处理，处理后零件表面的硬度高耐磨性好。但这只是先前的工艺性能，现在国外，特别是德国，美国等重工业强国，现已发展到可以将高碳钢，合金钢等材料进行表面渗碳和真空热处理，处理后，材料内部的组织性能基本不变，外部的硬度和耐磨性也得到了极大的提高。气体渗碳是工件在气体介质中进行碳的渗入过程的方法，可以用碳氢化合物有机液体，如煤油、丙酮等直接滴入炉内汽化而得。气体在渗碳温度热分解，析出活性碳原子，渗入工件表面。也可以用事先制备好的一定成分的气体通入炉内，在渗碳温度下分解出活性碳原子渗入工件表面来进行渗碳。用有机液体直接滴入渗碳炉内的气体渗碳法称为滴注式渗碳。而事先制备好渗碳气氛然后通入渗碳炉内进行渗碳的方法，根据渗碳气的制备方法分为吸热式气氛渗碳、氮基气氛渗碳，等等。气体渗碳是近年来发展最快的一种渗碳方法，目前不仅实现了渗层的可控，而且逐渐实现了生产过程的计算机群