本發(fā)明屬于零件塑性成形領(lǐng)域，涉及一種制動(dòng)盤(pán)高強(qiáng)度螺栓成形方法。

背景技術(shù)：

按規(guī)定螺栓的性能等級(jí)在8.8級(jí)以上者，稱為高強(qiáng)度螺栓，高強(qiáng)度螺栓就是可承受的載荷比同規(guī)格的普通螺栓要大，

高強(qiáng)螺栓與普通螺栓區(qū)別在于材料強(qiáng)度的不同，高強(qiáng)度螺栓采用高強(qiáng)度材料制造。高強(qiáng)螺栓的螺桿、螺帽和墊圈都由高強(qiáng)鋼材制作，常用45號(hào)鋼、40硼鋼、20錳鈦硼鋼、35CrMoA等。普通螺栓常用Q235(相當(dāng)于過(guò)去的A3)鋼制造，

從強(qiáng)度等級(jí)上看:高強(qiáng)螺栓8.8級(jí)以上，普通螺栓強(qiáng)度等級(jí)要低，一般為4.4級(jí)、4.8級(jí)、5.6級(jí)和8.8級(jí)

從受力特點(diǎn)來(lái)看:高強(qiáng)度螺栓施加預(yù)拉力和靠摩擦力傳遞外力。普通螺栓連接靠栓桿抗剪和孔壁承壓來(lái)傳遞剪力，擰緊螺帽時(shí)產(chǎn)生預(yù)拉力很小，其影響可以忽略不計(jì)，而高強(qiáng)螺栓除了其材料強(qiáng)度很高之外，還給螺栓施加很大預(yù)拉力，使連接構(gòu)件間產(chǎn)生擠壓力，從而使垂直于螺桿方向有很大摩擦力，而且預(yù)拉力、抗滑移系數(shù)和鋼材種類都直接影響高強(qiáng)螺栓的承載力。根據(jù)受力特點(diǎn)分承壓型和摩擦型.兩者計(jì)算方法不同。

高強(qiáng)度螺栓摩擦型和承壓型連接的區(qū)別：

高強(qiáng)螺栓連接是通過(guò)螺栓桿內(nèi)很大的擰緊預(yù)拉力把連接板的板件夾緊，足以產(chǎn)生很大的摩擦力，從而提高連接的整體性和剛度，當(dāng)受剪力時(shí)，按照設(shè)計(jì)和受力要求的不同，可分為高強(qiáng)螺栓摩擦型連接和高強(qiáng)螺栓承壓型連接兩種，兩者的本質(zhì)區(qū)別是極限狀態(tài)不同，雖然是同一種螺栓，但是在計(jì)算方法、要求、適用范圍等方面都有很大的不同。在抗剪設(shè)計(jì)時(shí)，高強(qiáng)螺栓摩擦型連接是以外剪力達(dá)到板件接觸面間由螺栓擰緊力所提供的可能最大摩擦力作為極限狀態(tài)，也即是保證連接在整個(gè)使用期間內(nèi)外剪力不超過(guò)最大摩擦力。板件不會(huì)發(fā)生相對(duì)滑移變形(螺桿和孔壁之間始終保持原有的空隙量)，被連接板件按彈性整體受力。在抗剪設(shè)計(jì)時(shí)，高強(qiáng)螺栓承壓型連接中允許外剪力超過(guò)最大摩擦力，這時(shí)被連接板件之間發(fā)生相對(duì)滑移變形，直到螺栓桿與孔壁接觸，此后連接就靠螺栓桿身剪切和孔壁承壓以及板件接觸面間的摩擦力共同傳力，最后以桿身剪切或孔壁承壓破壞作為連接受剪的極限狀態(tài)。總之，摩擦型高強(qiáng)螺栓和承壓型高強(qiáng)螺栓實(shí)際上是同一種螺栓，是設(shè)計(jì)選用條件不同。

從上所述螺栓提高強(qiáng)度的方法有3種，材質(zhì)，工藝，結(jié)構(gòu)，目前市面上的高強(qiáng)度螺栓材質(zhì)為45號(hào)鋼、40硼鋼、20錳鈦硼鋼、35CrMoA，工藝上搓絲為最好的工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明提供一種提高了強(qiáng)度、減輕了重量，提高了安全系數(shù)的制動(dòng)盤(pán)高強(qiáng)度螺栓成形方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的制動(dòng)盤(pán)高強(qiáng)度螺栓成形方法，包括以下步驟：

將圓鋼用高頻加熱爐加熱至900-1000℃，送入楔橫軋機(jī)成形，使螺栓桿部縮頸楔橫軋成形，然后送入沖床墩頭，使六角螺栓頭成型，最后送搓絲機(jī)加工螺紋，調(diào)質(zhì)處理，進(jìn)行達(dá)克羅表面處理。

進(jìn)一步的，本發(fā)明方法中，圓鋼使用的是42CrMo合金。

進(jìn)一步的，本發(fā)明方法中，所述的楔橫軋機(jī)成形，是使單一直徑的軸狀螺栓桿部縮頸楔橫軋成形，變成多直徑的階梯軸，使螺栓頭部，螺桿非螺紋部，螺桿螺紋部達(dá)到不同尺寸要求，完成材料分配作用。

進(jìn)一步的，本發(fā)明方法中，所述的沖床墩頭工藝采用的是熱墩頭工藝，利用前一工序的余熱繼續(xù)熱變形，使螺栓頭部完成成型。

進(jìn)一步的，本發(fā)明方法中，所述的搓絲機(jī)加工螺紋，是再次利用前一工序的余熱繼續(xù)熱變形加工。

進(jìn)一步的，本發(fā)明方法中，所述楔橫軋機(jī)成形，沖床墩頭，搓絲機(jī)加工螺紋是連續(xù)的工位，工件一次加熱，三個(gè)工位連續(xù)進(jìn)行加工。

進(jìn)一步的，本發(fā)明方法中，所述調(diào)質(zhì)處理是先在840±10℃下進(jìn)行淬油處理，然后在470℃下進(jìn)行回火處理，使螺栓硬度達(dá)到HRC41-45。

本發(fā)明結(jié)合鐵路動(dòng)車制動(dòng)盤(pán)的特殊要求，選用42CrMo作為材質(zhì)，使螺栓強(qiáng)度得到進(jìn)一步提高，熱處理使用調(diào)質(zhì)處理，使材質(zhì)的機(jī)械性能達(dá)到最好使用的狀態(tài)，在工藝上，使用楔橫軋擠壓桿部，使桿部材質(zhì)更為致密，從而為桿部縮頸提供條件，為減重成為可能，使用搓絲加工螺紋使螺紋部位的強(qiáng)度得到提高。在結(jié)構(gòu)上縮頸減重，實(shí)施等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，為鐵路輕量化設(shè)計(jì)提供保障。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.高強(qiáng)度螺栓采用的材質(zhì)是42CrMo，超高強(qiáng)度鋼，抗拉強(qiáng)度σb (MPa):≥1080（45鋼600，40Cr鋼980），屈服強(qiáng)度 σs (MPa):≥930（45鋼355，40Cr鋼785）該材料不是螺栓制作的通用材質(zhì)，常用于齒輪制作，熱處理淬透性好，能極大的提高螺栓的強(qiáng)度。

2.螺栓的原材料采用軋制圓鋼，楔橫軋桿部，使圓鋼纖維方向進(jìn)一步拉伸，對(duì)螺栓強(qiáng)度得到提高，同時(shí)軋制材質(zhì)的晶粒細(xì)化，有利于強(qiáng)度提高。

3.螺紋采用搓絲工藝加工，不采用機(jī)加工方法切斷纖維方法，使螺紋的抗剪性能得到提高，使螺栓強(qiáng)度得到提升。

4.一般螺紋處的強(qiáng)度是最弱的地方，螺桿部非螺紋處強(qiáng)度顯著富余，在該處采取束腰法，可減輕重量，不降低螺栓強(qiáng)度，最大的好處就是降低螺栓的彈性系數(shù)K，具體分析如下：

A.根據(jù)預(yù)緊力公式F=K*X，在同一預(yù)緊力F0作用下，F(xiàn)0=K*X0本螺栓的伸長(zhǎng)量X0比通用的螺栓大，X0附近有個(gè)變化量△X，X0-△X接近0的可能性很小，預(yù)緊力等于0的可能性很小。

B.根據(jù)△F=K*△X，預(yù)緊力的變化量△F就小，有效地控制了預(yù)緊力變化幅度。

C.而螺栓的自鎖力與預(yù)緊力成正比關(guān)系，螺栓的自鎖力得到保證，加強(qiáng)了安全性，螺栓不能自鎖是相當(dāng)危險(xiǎn)的。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法制備的制動(dòng)盤(pán)高強(qiáng)度螺栓示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

本發(fā)明選用42CrMo超高強(qiáng)度鋼作為材質(zhì)，極大的提高了螺栓強(qiáng)度，使用楔橫軋使桿部材質(zhì)更為致密，使用搓絲加工螺紋使螺紋部位的強(qiáng)度得到提高。

本發(fā)明的制動(dòng)盤(pán)高強(qiáng)度螺栓成形方法，包括以下步驟：圓鋼下料→加熱→楔橫軋成形→墩頭→搓絲→熱處理→達(dá)克羅表面處理。

本發(fā)明工藝為無(wú)廢料加工方法，材料利用率高，按試驗(yàn)尺寸下料，用高頻加熱爐加熱至900-1000℃，送入楔橫軋機(jī)成形，使螺桿部位細(xì)化，送入沖床墩頭，六角螺栓頭成型，送搓絲機(jī)加工螺紋，調(diào)質(zhì)處理，達(dá)克羅表面處理。

本發(fā)明中，高強(qiáng)度螺栓使用的是42CrMo，屬于超高強(qiáng)度鋼，具有高強(qiáng)度和韌性，淬透性也較好，無(wú)明顯的回火脆性，調(diào)質(zhì)處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性良好。作為對(duì)安全要求較高的鐵路專用制動(dòng)盤(pán)，使用42CrMo制造制動(dòng)盤(pán)高強(qiáng)度螺栓，最合適了，其性能超過(guò)螺栓常用材料45鋼或40Cr。

抗拉強(qiáng)度σb (MPa):≥1080（45鋼600，40Cr鋼980）

屈服強(qiáng)度 σs (MPa):≥930（45鋼355，40Cr鋼785）

伸長(zhǎng)率 δ(%):≥12（45鋼16，40Cr鋼9）

斷面收縮率ψ (%):≥45（45鋼40，40Cr鋼45）

沖擊功 Akv (J):≥63（45鋼39，40Cr鋼47）

沖擊韌性值 αkv (J/cm2):≥78

制動(dòng)盤(pán)工況溫度變化大-60~300℃，螺栓同樣也承受周期性的熱負(fù)荷，42CrMo低溫沖擊韌度良好，高溫時(shí)有高的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度。

本發(fā)明方法中，螺栓桿部縮頸楔橫軋成形，一般螺栓強(qiáng)度最低處位于螺紋根部，桿部強(qiáng)度顯然富余，為了減輕重量，可減少桿部直徑，機(jī)加工方法會(huì)切斷纖維，楔橫軋不會(huì)切斷纖維，還會(huì)加強(qiáng)纖維功能，提高桿部變形量，提高鍛造比，桿部中心組織進(jìn)一步致密，使桿部強(qiáng)度得到提升?？墒箺U部直徑小于螺紋底徑，而不影響螺栓強(qiáng)度。螺栓桿部縮頸楔橫軋成形，使螺栓頭部與螺桿過(guò)度區(qū)強(qiáng)度沒(méi)有削弱，保證纖維的連續(xù)性，同時(shí)為墩頭工藝的實(shí)施做好材料的分配問(wèn)題。

本發(fā)明方法中，螺栓桿部縮頸楔橫軋成形，使螺栓頭部與螺桿過(guò)度區(qū)強(qiáng)度沒(méi)有削弱，保證纖維的連續(xù)性，同時(shí)為墩頭工藝的實(shí)施做好材料的分配問(wèn)題。螺栓桿部縮頸楔橫軋成形，使螺栓強(qiáng)度不變情況下，彈性系數(shù)降低，k=EA/L，E為鋼的彈性模量，A為截面面積，L為材料長(zhǎng)度，由于桿部直徑降低，A截面面積減小，所以K就減小。在預(yù)緊力F0不變情況下，F(xiàn)0=K*x0，細(xì)頸螺栓伸長(zhǎng)量x0就長(zhǎng)，在x0附近有伸長(zhǎng)量的變化量△X，x0-△X等于0的幾率很小，即預(yù)緊力變?yōu)?的幾率很小，而螺栓的自鎖力與預(yù)緊力成正比關(guān)系，螺栓的自鎖力得到保證。

本發(fā)明方法中，螺紋的加工采用搓絲的方法。用一對(duì)刻有螺紋槽的壓板滾壓圓鋼而加工出螺紋，由于搓壓而不是切削，確保纖維的完整和不破壞，提高螺紋強(qiáng)度，加工時(shí)產(chǎn)生的徑向壓應(yīng)力，能顯著提高工件的疲勞強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，是一種高效、節(jié)能、低耗的理想工藝，是一種先進(jìn)的無(wú)切削加工，能有效地提高工件的內(nèi)在和表面質(zhì)量。

本發(fā)明方法中，螺紋的加工采用搓絲的方法，工件溫度介于500-800℃之間，屬于溫變形加工，兼具冷、熱變形加工的優(yōu)點(diǎn)，變形抗力小，又有冷作硬化效果。

本發(fā)明方法中，楔橫軋成形→墩頭→搓絲，實(shí)行一次加熱后三次熱變形加工，3個(gè)工位的連續(xù)性，這3個(gè)工位時(shí)間用量前面長(zhǎng)，后面短，只有后者等前面的，沒(méi)有前面等后面的，能保證工序的連貫性，提高生產(chǎn)效率。

上述實(shí)施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和等同替換，這些對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求進(jìn)行改進(jìn)和等同替換后的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。