Šrouby a šrouby jsou nejzákladnější mechanické součásti, široce používané v různých průmyslových odvětvích, jako jsou automobily, průmyslové stroje a stavebnictví. Na rozdíl od svařování a nýtování je největší charakteristikou šroubů to, že je lze snadno odstranit i po utažení a lze je znovu použít-utažením.
Výrobní proces titanových šroubů
Výrobním materiálem pro šrouby je obecně vinutý drát. Po sekundárním zpracování, jako je moření, mazání, žíhání a tažení drátu, jsou hlava šroubu a závity tvarovány, tepelně -zpracovány a povrchově upraveny- pomocí kování za studena. V závislosti na typu výrobku některé vyžadují tepelné zpracování před tvářením závitu, jiné nikoli. Sekundární zpracování je obecně prováděno specializovaným personálem, ale někdy se provádí v továrně na výrobu šroubů.
Tváření hlavy šroubu obecně odkazuje na proces kování hlavy šroubu za studena pomocí kovacího strojního zařízení, jako je pěchovací stroj nebo stroj s tlačným kolíkem, nazývaný "pěchování". Kování za studena, také známé jako lisování za studena, označuje zpracování při pokojové teplotě. Je to termín kontrastující se zpracováním za tepla a za tepla, kdy se materiál před zpracováním zahřívá. Proces kování zahrnuje řezání stočené oceli na vhodné délky a následné lisování materiálu pomocí několika kovacích zápustek. Kování zahrnuje čtyři kroky: pěchování, hluboké tažení, zpětné protlačování a dokončování. Pěchování zahrnuje mačkání materiálu z jednoho konce, aby se roztáhl nad jeho původní průměr; hluboké tažení naopak stlačuje materiál z jednoho konce a smršťuje jej na menší průměr; zpětné vytlačování zahrnuje lisování materiálu z jednoho konce do matrice s menším průměrem, což způsobuje, že je vytlačován směrem ven a současně vytváří otvor; konečná úprava zahrnuje odstranění přebytečné tloušťky pomocí kovací zápustky. V závislosti na tvaru výrobku mohou být tyto metody použity samostatně nebo v kombinaci. Složitější tvary vyžadují více kroků zpracování, aby se produkt postupně tvaroval, ale běžné šrouby lze vytvořit pouze ve 2-5 krocích.
Proces tváření závitové části zahrnuje použití válcovacího tvářecího stroje pro kování za studena a tvarování závitu v procesu tváření šroubového závitu. Způsob tváření je stejný jako u hlavy šroubu. Tvar závitu se vytváří upnutím polotovaru mezi dvě sady kovacích zápustek, otáčením jednoho zápustku za současného otáčení polotovaru a jeho tvarováním do závitu pomocí plastického tváření. Kovací zápustky používané pro tváření závitů se nazývají "válcovací tvářecí zápustky". Existují tři typy válcovacích tvářecích strojů: ploché kovací zápustkové válcovací tvářecí stroje, kruhové zápustkové válcovací tvářecí stroje a planetové válcovací tvářecí stroje. Ploché tvářecí stroje pro válcování zápustek používají dvě běžné zápustky pro válcování; jeden je fixován, zatímco druhý se pohybuje tam a zpět, aby roloval a tvaroval polotovar. Stroje pro válcování zápustek pro kulaté kování používají dvě paralelní válcové zápustky pro válcování, které se otáčejí ve stejném směru pro válcování a tvarování polotovaru vloženého mezi dvě zápustky. Planetární válcovací tvářecí stroje upnou polotovar mezi válcovou kovací zápustku a vějířový- výkovek a válcovají a tvarují jej otáčením válcové kovací zápustky.
Šrouby vytvořené kováním za studena a tepelným zpracováním jsou obecně vyráběny z materiálů s tvrdostí vhodnou pro zpracování plastů. Materiály s vysokým obsahem uhlíku nebo přidanými legujícími prvky jsou ze své podstaty tvrdé a obtížně zpracovatelné, proto některé vyžadují žíhání, aby změkly. Většina materiálů nemůže dosáhnout požadované pevnosti v podmínkách kování za studena. Tepelné zpracování, prováděné po kování za studena, dodává šroubu požadovanou pevnost a mechanické vlastnosti a je nejdůležitějším krokem při výrobě šroubu. Šrouby jsou klasifikovány do různých pevnostních tříd podle jejich použití a použití. Tepelné zpracování je nezbytné, aby se zajistilo, že tvarované šrouby budou mít požadované mechanické vlastnosti.
Šrouby používané v automobilových motorech často ulpívají na mazacím oleji, takže nezreznou ani bez povrchové úpravy. Toto je však jen malá část šroubů; většina se používá v korozivním prostředí, a proto bez povrchové úpravy rychle zreziví. Pokud zrezivělé šrouby zůstanou neošetřené, koroze zabrání jejich vyšroubování a ve vážných případech se mohou zlomit, což může vést k vážným nehodám. Proto šrouby používané v korozivním prostředí vyžadují povrchové úpravy, jako je galvanické pokovování. Povrchové úpravy šroubů lze široce rozdělit na galvanické pokovování a povlakování. Nejpoužívanější metodou je galvanické pokovování, které má výhody nízké ceny a dobré odolnosti proti korozi. Je-li požadována vyšší odolnost proti korozi než galvanické pokovování, lze použít galvanické pokovování slitin, jako je galvanizované železo a zin{6}}nikl, nebo lze použít kompozitní povlak zinek-hliník.
Směr vývoje automobilových šroubů
V posledních letech výrobci automobilů požadovali snížení nákladů na komponenty, nižší hmotnost a vyšší pevnost. Současně, aby se řešily problémy životního prostředí, musí být sníženy emise CO2 a pro snížení spotřeby paliva musí být minimalizována hmotnost vozidla. V nákladech na výrobu šroubů tvoří hlavní část náklady na polotovar; proto je nejúčinnější metodou snížení nákladů na samotný materiál. Japonské automobilky zkoumají použití levných zámořských materiálů ke snížení nákladů na dodávky materiálu. Pro splnění požadavků zákazníků provedli výrobci šroubů také různé studie o snížení hmotnosti šroubů. Jako opatření ke snížení hmotnosti šroubu někteří používají lehké kovy, jako je hliník nebo titan, zatímco jiní zmenšují velikost šroubu. I když zmenšení velikosti šroubu může snížit hmotnost, pokud se velikost šroubu zmenší pro stejnou pevnostní třídu, utahovací síla šroubu se sníží v důsledku zmenšené plochy průřezu-.
Proto, aby byla zajištěna stejná úroveň pevnosti při snížení velikosti šroubu, musí být pevnost šroubu zvýšena. Současné veřejné normy jako JIS a vlastní normy výrobců automobilů specifikují pouze požadavky na šrouby se stupněm pevnosti nižším než 12,9. U běžných kalených a temperovaných šroubů se charakteristiky opožděného lomu drasticky zhorší, když stupeň pevnosti překročí 12,9. V některých aplikacích, kde se již používají šrouby s vysokou pevností 10,9 nebo 12,9, vyžaduje dosažení snížení hmotnosti prostřednictvím zmenšení velikosti použití šroubů se stupněm pevnosti přesahujícím 12,9 a použití metod ke zlepšení charakteristik opožděného lomu. Pro dosažení vysoké pevnosti zlepšují některé kalené a temperované šrouby charakteristiky opožděného lomu přidáním legujících prvků. Zatímco přidání legujících prvků může do určité míry zlepšit charakteristiky opožděného lomu, vysoká cena těchto prvků nevyhnutelně zvyšuje náklady.
Dalším přístupem je použití -kalených a temperovaných šroubů. Ne-kalené a temperované šrouby nevyžadují po tvarování tepelné zpracování; jejich pevnost je primárně zajištěna pracovním zpevněním. Mikrostruktura nezakalených a popuštěných šroubů je zcela odlišná od mikrostruktury zakalených a popuštěných šroubů a vykazuje silnou odolnost proti opožděnému lomu. Ne-temperované šrouby používají materiály s vyšším obsahem uhlíku než tvrzené šrouby. Prostřednictvím řízeného chlazení a tepelného zpracování během fáze sochoru lze dosáhnout vysokého zmenšení plochy. Po mechanickém zpevnění tažením drátu zajišťuje pevnost šroubu další mechanické zpevnění během fáze tvarování šroubu. Zatímco běžné šrouby nejsou po tváření temperovány, musí projít modřením, aby se eliminovalo vnitřní pnutí při kování za studena. Nevýhodou je, že tvrdost materiálu je vyšší než u popuštěných šroubů, takže je velmi obtížné je tvarovat. V současné době je pevnost-nekalených šroubů používaných v motorech 1600 MPa a pevnost-nekalených šroubů používaných v karoseriích vozidel dosáhla 1400 MPa. Očekává se, že poptávka po těchto-šroubech s vysokou pevností se v budoucnu dále rozšíří.
