Șuruburile și șuruburile sunt cele mai de bază componente mecanice, utilizate pe scară largă în diverse industrii, cum ar fi automobile, mașini industriale și construcții. Spre deosebire de sudare și nituire, cea mai mare caracteristică a șuruburilor este că pot fi îndepărtate cu ușurință chiar și după strângere și pot fi reutilizate prin re-strângere.
Procesul de fabricație a șuruburilor din titan
Materialul de fabricație pentru șuruburi este în general sârmă bobină. După o prelucrare secundară, cum ar fi decaparea, lubrifierea, recoacerea și trefilarea sârmei, capul șuruburilor și filetele sunt formate, tratate termic-și tratate-de suprafață folosind forjare la rece. În funcție de tipul de produs, unele necesită tratament termic înainte de formarea firului, în timp ce altele nu. Prelucrarea secundară este efectuată în general de personal specializat, dar uneori se face în uzina de fabricare a șuruburilor.
Formarea capului șurubului se referă, în general, la procesul de forjare la rece a capului șurubului folosind mașini de forjare, cum ar fi o mașină de răsturnare sau o mașină de împingător cu știfturi, denumită „supărătoare”. Forjarea la rece, cunoscută și sub denumirea de presare la rece, se referă la prelucrarea la temperatura camerei. Este un termen contrastat cu lucrul la cald și la cald, în care materialul este încălzit înainte de prelucrare. Procesul de forjare implică tăierea oțelului bobinat în lungimi corespunzătoare și apoi presarea materialului folosind mai multe matrițe de forjare. Forjarea include patru etape: deformare, ambutisare adâncă, extrudare inversă și finisare. Supărarea implică strângerea materialului de la un capăt pentru a-l extinde dincolo de diametrul său original; embotirea adâncă, dimpotrivă, stoarce materialul de la un capăt pentru a-l micșora la un diametru mai mic; extrudarea inversă presupune presarea materialului de la un capăt într-o matriță cu un diametru mai mic, făcându-l să fie extrudat spre exterior, creând simultan o gaură; finisarea presupune îndepărtarea excesului de grosime cu ajutorul unei matrițe de forjare. În funcție de forma produsului, aceste metode pot fi utilizate separat sau în combinație. Formele mai complexe necesită mai mulți pași de prelucrare pentru a modela treptat produsul, dar șuruburile obișnuite pot fi formate în doar 2-5 pași.
Procesul de formare a porțiunii filetate implică utilizarea unei mașini de formare cu rulare pentru a forja la rece și a modela filetul în procesul de formare a filetului șurubului. Metoda de formare este aceeași cu cea pentru capul șurubului. Forma filetului este formată prin prinderea semifabricatului între două seturi de matrițe de forjare, rotirea uneia dintre matrițe în timp ce se rotește simultan semifabricatul și modelarea acestuia într-un fir prin formare din plastic. Matricele de forjare utilizate pentru formarea filetului se numesc „moare de formare laminare”. Există trei tipuri de mașini de formare cu laminare: mașini de formare cu laminare cu matriță de forjare plată, mașini de formare cu laminare pentru forjare rotundă și mașini de formare cu laminare planetară. Mașinile de formare cu laminare pentru forjare plată folosesc două matrițe obișnuite; unul este fix în timp ce celălalt se mișcă înainte și înapoi pentru a rula și a modela semifabricatul. Mașinile de formare cu laminare a matrițelor de forjare rotundă folosesc două matrițe de formare laminare cilindrice paralele care se rotesc în aceeași direcție pentru a rula și a modela semifabricatul cuprins între cele două matrițe. Mașinile de formare cu laminare planetară fixează semifabricatul între o matriță de forjare cilindrică și o matriță de forjare în formă de evantai-și rulează și modelează prin rotirea matriței de forjare cilindrică.
Șuruburile formate prin forjare la rece și tratament termic sunt în general realizate din materiale cu duritate adecvată pentru prelucrarea plasticului. Materialele cu conținut ridicat de carbon sau elemente de aliere adăugate sunt în mod inerent dure și dificil de prelucrat, prin urmare unele necesită recoacere pentru a le înmuia. Majoritatea materialelor nu pot îndeplini rezistența necesară în condiții de forjare la rece. Tratamentul termic, efectuat după forjare la rece, conferă rezistența și proprietățile mecanice necesare șurubului și este cel mai important pas în fabricarea șuruburilor. Șuruburile sunt clasificate în diferite grade de rezistență în funcție de aplicarea și utilizarea lor. Tratamentul termic este necesar pentru a se asigura că șuruburile formate posedă proprietățile mecanice necesare respective.
Șuruburile folosite la motoarele de automobile aderă adesea la uleiul de lubrifiere, astfel încât nu vor rugini chiar și fără tratament de suprafață. Cu toate acestea, aceasta este doar o mică parte a șuruburilor; majoritatea sunt folosite în medii corozive și, prin urmare, vor rugini rapid fără tratament de suprafață. Dacă șuruburile ruginite sunt lăsate netratate, coroziunea va împiedica deșurubarea lor și, în cazuri grave, se pot rupe, ducând la accidente grave. Prin urmare, șuruburile utilizate în medii corozive necesită tratamente de suprafață, cum ar fi galvanizarea. Tratamentele suprafeței șuruburilor pot fi împărțite în linii mari în galvanizare și acoperire. Cea mai utilizată metodă este galvanizarea, care are avantajele costului scăzut și rezistenței bune la coroziune. Atunci când este necesară o rezistență la coroziune mai mare decât placarea galvanică, se poate folosi o galvanizare din aliaj, cum ar fi fier galvanizat și zinc-nichel, sau se poate aplica o acoperire compozită cu zinc-aluminiu.
Direcția de dezvoltare a șuruburilor auto
În ultimii ani, producătorii de automobile au cerut costuri reduse ale componentelor, greutate mai mică și rezistență mai mare. Simultan, pentru a aborda problemele de mediu, emisiile de CO2 trebuie reduse, iar pentru a reduce consumul de combustibil, greutatea vehiculului trebuie redusă la minimum. În costurile de fabricație a șuruburilor, costul golului reprezintă o mare parte; prin urmare, cea mai eficientă metodă este reducerea costului materialului în sine. Producătorii de automobile japonezi cercetează utilizarea materialelor ieftine de peste mări pentru a reduce costurile de aprovizionare cu materiale. Pentru a satisface cerințele clienților, producătorii de șuruburi au efectuat, de asemenea, diverse studii privind reducerea greutății șuruburilor. Ca măsuri de reducere a greutății șuruburilor, unele folosesc metale ușoare, cum ar fi aluminiul sau titanul, în timp ce altele reduc dimensiunea șuruburilor. În timp ce reducerea dimensiunii șurubului poate reduce greutatea, dacă dimensiunea șurubului este redusă pentru același grad de rezistență, forța de strângere a șurubului va scădea datorită ariei-secțiunii transversale reduse.
Prin urmare, pentru a asigura același nivel de rezistență în timp ce reduceți dimensiunea șurubului, rezistența șurubului trebuie mărită. Standardele publice actuale, cum ar fi JIS și standardele proprii ale producătorilor de automobile specifică doar cerințe pentru șuruburi cu un grad de rezistență sub 12,9. Pentru șuruburile obișnuite călite și revenite, caracteristicile de rupere întârziată se deteriorează drastic atunci când gradul de rezistență depășește 12,9. În unele aplicații în care șuruburi cu rezistență ridicată de 10,9 sau 12,9 sunt deja utilizate, obținerea reducerii greutății prin reducerea dimensiunii necesită utilizarea șuruburilor cu un grad de rezistență care depășește 12,9 și utilizarea metodelor de îmbunătățire a caracteristicilor de rupere întârziată. Pentru a obține o rezistență ridicată, unele șuruburi călite și revenite îmbunătățesc caracteristicile de rupere întârziată prin adăugarea de elemente de aliere. În timp ce adăugarea de elemente de aliere poate îmbunătăți într-o oarecare măsură caracteristicile de rupere întârziată, prețul ridicat al acestor elemente crește inevitabil costurile.
O altă abordare este să folosiți șuruburi ne-călite și călite. Șuruburile ne-călite și călite nu necesită tratament termic după formare; rezistenţa lor este asigurată în primul rând prin călirea prin muncă. Microstructura șuruburilor ne-călite și călite este complet diferită de cea a șuruburilor călite și călite, prezentând o rezistență puternică la rupere întârziată. Șuruburile ne-călite folosesc materiale cu un conținut de carbon mai mare decât șuruburile călite. Prin răcire controlată și tratament termic în timpul etapei de țagle, se poate obține o reducere mare a suprafeței. După întărirea prin trefilare, întărirea suplimentară în timpul etapei de formare a șuruburilor asigură rezistența șurubului. În timp ce șuruburile obișnuite nu sunt călite după formare, ele trebuie să sufere albăstrire pentru a elimina solicitarea internă prin forjare la rece. Dezavantajul este că duritatea materialului este mai mare decât șuruburile călite, ceea ce le face foarte dificil de format. În prezent, rezistența șuruburilor ne-calite utilizate în motoare este de 1600 MPa, iar rezistența șuruburilor ne-calite utilizate în caroserii vehiculelor a ajuns la 1400 MPa. Este de așteptat ca cererea pentru aceste șuruburi de{17}}înaltă rezistență să se extindă în viitor.
