Skrutky a skrutky sú najzákladnejšie mechanické komponenty, ktoré sa široko používajú v rôznych priemyselných odvetviach, ako sú automobily, priemyselné stroje a stavebníctvo. Na rozdiel od zvárania a nitovania je najväčšou charakteristikou skrutiek to, že sa dajú ľahko odstrániť aj po utiahnutí a dajú sa znova použiť opätovným-utiahnutím.
Výrobný proces titánových skrutiek
Výrobným materiálom pre skrutky je zvyčajne vinutý drôt. Po sekundárnom spracovaní, ako je morenie, mazanie, žíhanie a ťahanie drôtu, sa hlava skrutky a závity vytvarujú, tepelne -spracujú a povrchovo- upravia kovaním za studena. V závislosti od typu výrobku niektoré vyžadujú tepelné spracovanie pred tvarovaním závitu, zatiaľ čo iné nie. Sekundárne spracovanie zvyčajne vykonáva špecializovaný personál, ale niekedy sa vykonáva v závode na výrobu skrutiek.
Tvarovanie hlavy skrutky sa vo všeobecnosti týka procesu kovania hlavy skrutky za studena pomocou kovacieho stroja, ako je ubíjací stroj alebo stroj s tlačným kolíkom, nazývaný "utláčanie". Kovanie za studena, tiež známe ako lisovanie za studena, označuje spracovanie pri izbovej teplote. Je to pojem, ktorý kontrastuje so spracovaním za tepla a za tepla, kde sa materiál pred spracovaním zahrieva. Proces kovania zahŕňa rezanie zvitkovej ocele na vhodné dĺžky a následné lisovanie materiálu pomocou niekoľkých kovacích zápustiek. Kovanie zahŕňa štyri kroky: utláčanie, hlboké ťahanie, spätné pretláčanie a dokončovanie. Povrazovanie zahŕňa stláčanie materiálu z jedného konca, aby sa roztiahol nad jeho pôvodný priemer; hlboké ťahanie, naopak, stláča materiál z jedného konca, aby sa zmrštil na menší priemer; reverzná extrúzia zahŕňa vtlačenie materiálu z jedného konca do matrice s menším priemerom, čo spôsobí, že sa vytlačí smerom von, pričom sa súčasne vytvorí otvor; konečná úprava zahŕňa odstránenie nadmernej hrúbky pomocou kovania. V závislosti od tvaru výrobku môžu byť tieto metódy použité samostatne alebo v kombinácii. Zložitejšie tvary vyžadujú viac krokov spracovania na postupné tvarovanie produktu, ale obyčajné skrutky môžu byť vytvorené iba v 2-5 krokoch.
Proces tvarovania závitovej časti zahŕňa použitie valcovacieho tvarovacieho stroja na kovanie za studena a tvarovanie závitu v procese tvarovania skrutkového závitu. Spôsob tvarovania je rovnaký ako pri hlave skrutky. Tvar závitu sa vytvára zovretím polotovaru medzi dve sady kovacích zápustiek, otáčaním jedného zápustku za súčasného otáčania polotovaru a jeho tvarovaním do závitu pomocou plastického tvárnenia. Kovacie lisovnice používané na tvarovanie závitov sa nazývajú „valcovacie lisovnice“. Existujú tri typy valcovacích tvárniacich strojov: ploché kovacie stroje na valcovanie, valcovacie stroje na kruhové kovanie a planétové valcovacie stroje. Stroje na valcovanie plochých kovacích zápustiek používajú dve bežné zápustky na valcovanie; jeden je upevnený, zatiaľ čo druhý sa pohybuje tam a späť, aby roloval a tvaroval polotovar. Stroje na tvárnenie na okrúhle kovacie zápustky používajú dve paralelné valcové zápustky, ktoré sa otáčajú v rovnakom smere na valcovanie a tvarovanie polotovaru vloženého medzi dve zápustky. Planétové valcovacie tvárniace stroje upínajú polotovar medzi valcovú kovaciu zápustku a vejárovitú-kovaciu zápustku a valcujú a tvarujú ho otáčaním valcovej kovacej zápustky.
Svorníky tvorené kovaním za studena a tepelným spracovaním sa vo všeobecnosti vyrábajú z materiálov s tvrdosťou vhodnou na spracovanie plastov. Materiály s vysokým obsahom uhlíka alebo pridanými legovacími prvkami sú vo svojej podstate tvrdé a ťažko spracovateľné, preto niektoré vyžadujú žíhanie na ich zmäkčenie. Väčšina materiálov nemôže dosiahnuť požadovanú pevnosť v podmienkach kovania za studena. Tepelné spracovanie, vykonávané po kovaní za studena, dodáva skrutke požadovanú pevnosť a mechanické vlastnosti a je najdôležitejším krokom pri výrobe skrutiek. Skrutky sú klasifikované do rôznych pevnostných stupňov podľa ich použitia a použitia. Tepelné spracovanie je nevyhnutné, aby sa zabezpečilo, že tvarované skrutky budú mať príslušné požadované mechanické vlastnosti.
Skrutky používané v automobilových motoroch často priľnú k mazaciemu oleju, takže nehrdzavejú ani bez povrchovej úpravy. Toto je však len malá časť skrutiek; väčšina sa používa v korozívnom prostredí, a preto bez povrchovej úpravy rýchlo hrdzavie. Ak zhrdzavené skrutky zostanú neošetrené, korózia zabráni ich odskrutkovaniu a v závažných prípadoch sa môžu zlomiť, čo môže viesť k vážnym nehodám. Preto skrutky používané v korozívnom prostredí vyžadujú povrchové úpravy, ako je galvanické pokovovanie. Povrchové úpravy skrutiek možno vo všeobecnosti rozdeliť na galvanické pokovovanie a pokovovanie. Najpoužívanejšou metódou je galvanické pokovovanie, ktoré má výhody nízkej ceny a dobrej odolnosti proti korózii. Ak sa vyžaduje vyššia odolnosť proti korózii ako galvanické pokovovanie, možno použiť galvanické pokovovanie zliatin, ako je galvanizované železo a zinok-nikel, alebo sa môže použiť zinko{7}}hliníkový kompozitný povlak.
Smer vývoja Automotive Bolts
V posledných rokoch výrobcovia automobilov požadovali zníženie nákladov na komponenty, nižšiu hmotnosť a vyššiu pevnosť. Súčasne, aby sa riešili problémy životného prostredia, musia sa znížiť emisie CO2 a na zníženie spotreby paliva sa musí minimalizovať hmotnosť vozidla. V nákladoch na výrobu skrutiek tvoria hlavnú časť náklady na polotovar; preto je najúčinnejšou metódou zníženie nákladov na samotný materiál. Japonské automobilky skúmajú využitie lacných zámorských materiálov na zníženie nákladov na dodávky materiálu. Aby splnili požiadavky zákazníkov, výrobcovia skrutiek vykonali aj rôzne štúdie o znížení hmotnosti skrutiek. Ako opatrenia na zníženie hmotnosti skrutiek niektoré používajú ľahké kovy, ako je hliník alebo titán, zatiaľ čo iné zmenšujú veľkosť skrutiek. Zmenšenie veľkosti skrutky síce môže znížiť hmotnosť, no ak sa veľkosť skrutky zmenší pre rovnakú triedu pevnosti, uťahovacia sila skrutky sa zníži v dôsledku zmenšenej plochy prierezu-.
Preto, aby sa zabezpečila rovnaká úroveň pevnosti pri znížení veľkosti skrutky, musí sa pevnosť skrutky zvýšiť. Súčasné verejné normy ako JIS a vlastné normy výrobcov automobilov špecifikujú požiadavky len na skrutky so stupňom pevnosti pod 12,9. Pre bežné kalené a temperované skrutky sa charakteristiky oneskoreného lomu drasticky zhoršia, keď stupeň pevnosti prekročí 12,9. V niektorých aplikáciách, kde sa už používajú skrutky s vysokou{3}}pevnosťou 10,9 alebo 12,9, si dosiahnutie zníženia hmotnosti prostredníctvom zmenšenia veľkosti vyžaduje použitie skrutiek so stupňom pevnosti presahujúcim 12,9 a použitie metód na zlepšenie charakteristík oneskoreného lomu. Na dosiahnutie vysokej pevnosti niektoré kalené a temperované skrutky zlepšujú charakteristiky oneskoreného lomu pridaním legujúcich prvkov. Zatiaľ čo pridanie legujúcich prvkov môže do určitej miery zlepšiť charakteristiky oneskoreného lomu, vysoká cena týchto prvkov nevyhnutne zvyšuje náklady.
Ďalším prístupom je použiť-nekalené a temperované skrutky. Ne-kalené a temperované skrutky nevyžadujú po tvarovaní tepelné spracovanie; ich pevnosť je zabezpečená predovšetkým pracovným spevnením. Mikroštruktúra ne-kalených a temperovaných skrutiek je úplne odlišná od mikroštruktúry kalených a temperovaných skrutiek a vykazuje silnú odolnosť voči oneskorenému lomu. Ne-kalené skrutky používajú materiály s vyšším obsahom uhlíka ako temperované skrutky. Riadeným chladením a tepelným spracovaním počas fázy predvalkov je možné dosiahnuť veľké zmenšenie plochy. Po vytvrdzovaní ťahaním drôtu, ďalšie mechanické vytvrdzovanie počas fázy tvarovania svorníka zaisťuje pevnosť svorníka. Zatiaľ čo bežné skrutky nie sú po vytvarovaní temperované, musia prejsť modrením, aby sa eliminovalo vnútorné napätie pri kovaní za studena. Nevýhodou je, že tvrdosť materiálu je vyššia ako u temperovaných svorníkov, čo sťažuje ich tvarovanie. V súčasnosti je pevnosť-kalených skrutiek používaných v motoroch 1600 MPa a pevnosť-nekalených skrutiek používaných v karosériách vozidiel dosiahla 1400 MPa. Očakáva sa, že dopyt po týchto-skrutkách s vysokou pevnosťou sa bude v budúcnosti ďalej rozširovať.
