螺丝制作工艺及设计准则详述

1螺丝制作工艺及设计准则详述目录一、螺丝基础知识二、螺丝工艺流程三、螺丝材质四、螺丝表面处理五、标准螺丝选用指导2一、螺丝基础知识A.螺丝的有关术语1.螺丝、螺钉、螺栓、紧固件的区别2.常见的英文表示Screw/Bolt/Fastener(螺丝/螺钉)(螺栓)(紧固件)3.螺纹的定义螺纹是一种在固体外表面或内表面上，有均匀螺旋线凸起的形状B.螺纹作用1.紧固和连接作用适用于现阶段大部分螺丝产品2.传动作用(位移作用)如QC检查尺寸用的千分尺3.密封作用如管道的连接密封马达板螺丝杆部直线运动旋转头螺旋运动3一、螺丝基础知识C.螺纹的发展史机牙螺丝(MachineScrew)自攻螺丝(SelfTappingScrew)自钻螺丝(SelfDrillingTappingScrew)4一、螺丝基础知识机牙螺纹装配时先在装配物上钻孔攻牙,所攻内牙与螺丝的外牙规格一致,使用较小力矩装配。自攻螺纹装配时先在装配物上钻孔,不需攻内牙,使用较大力矩装配。自钻螺纹直接在装配物上使用,螺丝钻孔攻牙一次成型。C.螺纹的发展史561.车削加工(Turning)通过去除材料的方法使材料达到预想之形状优点:加工精度高,无模具限制不足:生产成本高,加工速度慢2.锻造加工(Forging)通过外力挤压材料使之发生变形以达到预想之形状优点:生产速度快,成本低,适合大批量生产不足:成形受模具限制,复杂产品的模具费用高3.冷镦:是在金属线材不加热的状态下,使用模具借助外力对其挤压变形的过程冷镦工艺只是锻造工艺的一种D.螺丝的加工方式一、螺丝基础知识二、螺丝工艺流程选别冷镦(打头)线材(盘元)搓牙热处理电镀（外发）（外发）－＋零件-阳极＋－℃t包装入库/出货抽线7盘元工序8盘元工序：指原材料制造厂商购入的原始盘条，一个盘元主要包括以下参数：Ａ、厂牌Ｂ、品名Ｃ、规格Ｄ、材质Ｅ、炉号或批号Ｆ、数量或重量碳钢盘元的主要化学成分有：Ｃ、Ｍn、P、S、Si、Cu、Al、其中Cu、Al的含量越低越好二、螺丝工艺流程抽线工序9抽线工序：为了达到我们需要的线材直径(如至3.5mm抽线)．二、螺丝工艺流程冷镦(打头)工序10冷镦(打头)工序：通过模具之间的相互作用,使之成型.先将线材切断，镦成螺丝坯件，形成头部，十字槽（或其它头型）螺纹坯径及杆长，头下圆角等。说明：可根据客户的需求进行设计,常用的头型为Ｐ头，Ｂ头Ｆ头Ｔ头等常用的槽型有十字槽，一字槽，梅花槽，内六角槽等二、螺丝工艺流程冷镦(打头)工序11二、螺丝工艺流程普通螺丝大变形量螺丝搓牙工序12搓丝工序：将冷镦好的坯件搓出螺纹(通过活动牙板与固定牙板的相互作用,使之牙纹成型。)二、螺丝工艺流程搓牙工序13二、螺丝工艺流程光钉活动块固定块搓牙工序14二、螺丝工艺流程搓牙前后的变化冷镦工序之后的光杆牙板挤压后形成螺纹AABC牙板牙板A:冷镦工序后螺杆的外径B:螺纹的底径C:最终期望的螺纹外径热处理工序15二、螺丝工艺流程1.目的:为使螺丝在冷镦加工后得到更高的硬度和强度2.作用:实现对金属的自攻锁付提高金属件机械性能,如抗扭、抗拉、耐磨3.分类:A.退火B.渗碳热处理(向金属件中添加碳元素,以提高其表面硬度,针对含碳量低的金属材料)C.调质热处理(不向金属中添加元素,以温度的变化来改变金属内部结构,以得到更好的机械性能)热处理工序16A.退火:(700℃x4hr):拉长组织----正多边形化冷加工组织形态二、螺丝工艺流程熱處理工序17B.滲碳熱處理1.滲碳過程滲劑的反應:活性碳原子滲劑的擴散:活性碳原子由滲碳介質遷移到工件表面相界面的反應:碳原子擴散:由於表面—芯部濃度梯度而向內部擴散金屬中的反應:碳在鐵中達到一定程度后形成新相二、螺丝工艺流程熱處理工序182.滲碳工藝滲碳溫度的選擇碳溶解度/滲層深度/晶粒度滲碳時間滲層深度碳氣氛:紅外線法或氧探頭法控制爐內碳勢二、螺丝工艺流程熱處理工序19C滲碳后淬回火(调质）:直接淬火+低溫回火預冷--減少變形,表面析出碳化物而減少殘余奧氏體量,要避免芯部析出先共析鐵素體低回:180度二、螺丝工艺流程熱處理工序20B.滲碳熱處理二、螺丝工艺流程渗碳热处理FeFe渗碳前渗碳后碳原子表层表层芯部渗碳后,会呈现金属件表面硬(碳原子多)而芯部软(碳原子少),从而引出表面硬度和芯部硬度两个指标热处理工序21表面:马氏体基体(黑色)+少量碳化物+残余奥氏体过渡层:马氏体+残余奥氏体芯部:低碳马氏体或索氏体,珠光体+铁素体组织螺丝渗碳热处理后组织二、螺丝工艺流程热处理工序22通过渗碳处理,使螺丝表面及中心抗压,抗断能力增加.淬火炉的温度一般是880℃,渗碳所用到的气体是甲醇.丙酮.普通螺丝所需热处理的一般是2-3小时.经过为、淬火后螺丝硬度很高,此时螺丝较脆，需用水或油进行冷却,然后将螺丝进行回火.回火后螺丝的表层硬度为HV450-550,芯部硬度为HV230-380螺丝会较有韧性.一般情况下，机械牙螺丝不需热处理，因此机械性能要求很低，通常情况下，也不需做此方面的测试。但有强度等级情况下，均需做热处理（调质），其机械性能要求很高。但要求相对统一，具体可参照ISO898-1，ISO898-7或GB/T3098.1-2000标准。调质产品没有表面硬度与心部硬度之说.二、螺丝工艺流程热处理工序23不合格组织实例--芯部硬度偏低索氏体基体+先共析铁素体可能为淬火预冷温度过低板条马氏体基体+块状铁素体可能为渗碳不足二、螺丝工艺流程热处理工序24不合格组织实例板条马氏体+少量块状铁素体可能为渗碳略有不足板条马氏体基体+细块状铁素体可能为渗碳略有不足其它不合格组织:表面脱碳等一、螺丝工艺流程电镀工序25电镀:滚镀一、螺丝工艺流程三、螺丝材质一、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,SAE1215(快削刚)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。2、中碳钢0.25%C%≤0.6%国内通常称为35号、45号钢，国外基本称为1035，CH38F，1039，40ACR等。主要用于8级螺母、8.8级螺栓及8.8级内六角产品。3、高碳钢C%0.6%。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、SCM435，10B21。26三、螺丝材质（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。主要为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。材料中各元素对钢性质的影响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。27三、螺丝材质材料中各元素对钢性质的影响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。28四、螺丝表面处理原理：通过电化学的原理,使螺丝表面生成另外一种金属,以牺牲这种新的金属来减缓外界对螺丝本体的腐蚀，同时达到美化外观的效果.螺丝电镀所需的时间一般是1.5~2小時.一般电镀镀种为：镍(NI)螺丝外观很光泽,但此螺丝容易氧化；锌：白锌(ZW)蓝锌(ZN)黑锌(ZB).彩锌(ZC)镀锌螺丝抗氧化能力强.电镀工艺简介金属A螺丝基体金属A分解后的离子分解金属A为离子A离子在基体上沉积A离子向基体游动基体覆盖上A金属29四、螺丝表面处理电镀工艺简介环保电镀（三价铬）一般是指螺丝电镀完另一种金属后,在其表面再经过钝化反应生成一层皮膜,从而提高抗腐蚀性能。一般而言,只有螺丝的表面钝化膜层才涉及到环境管理物质(四种重金属)。螺丝基体螺丝基体螺丝基体金属A皮膜金属A30四、螺丝表面处理点胶工艺(Nylock)简介目的:防松内外两种螺纹配合使用时,往往由于各自公差造成螺纹接触间的空隙,螺纹上点胶,是为了填塞这些空隙以减少配合的松动。检查方法:退出力矩管控外螺纹内螺纹外螺纹内螺纹防松胶31五、标准螺丝选用指导标准就是规范，每个国家和部门都有自己的标准。目前，我们在平时的业务中最常用到的标准有以下几种：GB—中国国家标准（国标）ANSI—美国国家标准（美标）DIN—德国国家标准（德标）ASME—美国机械工程师协会标准JIS—日本国家标准（日标）BSW—英国国家标准（英标）各国标准介绍32五、标准螺丝选用指导公英制螺丝标准规格表33五、标准螺丝选用指导公英制螺丝标准规格表34五、标准螺丝选用指导公英制螺丝标准规格表35五、标准螺丝选用指导螺丝用螺纹一般有公制机械牙螺纹（ISO）﹑三角自攻螺纹（TAPTITE）﹑铁板\木板自攻螺纹三种。其中公制机械牙螺纹用于已预先攻牙零部件锁紧；三角自攻螺纹用于有底孔自攻锁紧；铁板\木板自攻螺纹多用于无底孔自攻锁紧场合，也可用于有底孔自攻锁紧。一﹑公制机械牙螺纹公制机械牙螺纹一般用于重负荷场合，一般又分为粗牙及细牙，多用于机械工业产品或家用电器中需要强力固定的金属部件部位的锁紧。公制机械牙细牙螺纹因加工费用较高建议不用。二﹑三角自攻螺纹三角自攻螺纹一般用于轻负荷及中负荷场合，又分为STP型﹑CTP型﹑BTP型﹑PTP型四种：STP型﹑CTP型主要用于钢铁及金属材料自攻锁紧；PTP型主要用于ABS﹑PP等较软塑料材料自攻锁紧；BTP型因可广泛用于钢铁﹑铝铜锌等有色金属﹑电木﹑各种塑料，故可作为优先选用的螺丝牙型。推荐使用BTP形及STP型三角自攻螺纹，有用到PTP型考虑用BTP型替代，有用到CTP型考虑用STP型替代。第一部分：螺纹种类选用规则36五、标准螺丝选用指导三﹑铁板\木板自攻螺纹铁板\木板自攻螺纹多用于轻负荷自攻锁紧场合，铁板\木板自攻螺纹又分为日本（JIS）规格﹑美国（ANSI）规格﹑德国（DIN）规格三种。因ANSI﹑DIN﹑韦氏等牙型在公司不常用到故不作讨论。JIS规格铁板自攻螺纹又分为粗牙尖尾（JT1）﹑细牙割尾（JT2）﹑细牙尖尾（JT4）三种：JT1型用于轻负荷无底孔自攻锁紧场合，也可用于有底孔自攻锁紧场合；JT2自攻螺纹建议用BTP型三角自攻螺纹替代，JT4细牙尖尾螺纹建议禁用。JIS规格木板自攻螺纹公司不常用到故不作讨论。四﹑允许使用螺纹种类限定综合上述，本公司限用如下四种规格螺纹：1﹑三角自攻螺纹BTP型2﹑三角自攻螺纹STP型3﹑公制机械牙（ISO）粗牙螺纹4﹑铁板自攻螺纹之JT1型。五﹑三种螺纹规格标准之外的螺丝均编入特殊螺丝规格第一部分：螺纹种类选用规则37五、标准螺丝选用指导一﹑三角自攻螺丝（TAPTITE）特点三角自攻螺丝是提高螺丝锁付作业之可靠性及降低成本之理想螺纹成型螺丝，因螺纹为三角形，底孔攻牙时以三角形顶点进行塑性加工，可一面攻牙，一面完成锁付作业。在螺丝锁付作业中，螺丝所占成本只有15%左右，而攻牙﹑其它配套零件及锁伏作业占85%左右，所以从免除攻牙﹑减轻作业扭力﹑防止螺丝松动﹑提高螺丝锁付的可靠性﹑降低成本等方面考虑，应优先选用三角自攻螺丝。与公制机械