对于大多数人来说,有关螺栓的技术细节仅限于其尺寸和在家得宝找到的过道。但是,对于那些在石油和天然气工业和建筑业等要求苛刻的应用中使用它们的人来说,还有更多的问题需要考虑。这些人是紧固件的鉴赏家,他们跟上ASTM和其他出版商的标准,并询问创建螺纹的方法——切割螺纹和滚压螺纹——产生最好的产品。快速答案是,它们都可以产生高质量的线程,但是它有助于理解它们的差异。第一,螺栓螺纹的简短历史。 许多历史学家认为,在材料(即线)上形成的螺旋形状的首次应用是由塔伦特姆的阿基塔斯在公元前400年左右提出的,塔伦特姆被称为数学力学的发明者。
图1:Archytas的水螺丝被认为是第一次使用螺旋,在这个例子中用于提升水。 螺纹发展缓慢,直到1400年代中期,才出现用于紧固的螺纹装置。Johannes Gutenberg等人后来用手工制作的螺纹紧固件把物体固定在一起。在许多其他的想法中,达芬奇的笔记本记录了螺丝切割机的细节,1568年雅克·贝松创造了第一个。工业革命促进了更先进的设备的发展,这些设备可以批量生产我们现在认为的螺钉和螺栓。 多年来,美国、欧洲或亚洲的螺栓没有任何标准。直到20世纪上半叶,美国、加拿大和英国才提出了以帝国测量为基础的螺纹标准。1947年,新组建的国际标准化组织(ISO)制定了标准。从那时起,已经创建并修改了专用于特定应用程序的其他标准。 线程科学 制造紧固件螺纹的方法有很多种,但迄今为止最常见的是切削和轧制方法。两者之间的主要区别在于,切削螺纹从圆棒坯料中去除金属以形成螺旋图案,而轧制过程使棒材上的金属从其原始位置移位,但不去除它。在切割过程中,圆金属棒被放置在车床上,当车床旋转时,切割模具产生螺纹。轧辊螺纹加工过程(图2)是通过挤压(挤压)硬化的钢“轧制模具”到旋转杆,重整表面成为螺纹。
图2:滚动线程过程。 一般来说,切螺纹螺栓的体径等于螺纹直径,而轧制螺纹螺栓的体径小于螺纹直径。也就是说,螺纹螺栓的主体和螺纹部分的直径是相同的,但是滚动螺栓的螺纹部分可能大于其主体。一个工艺是否会降低紧固件的强度?制造螺纹的过程会影响螺栓的最终强度。滚压螺栓的螺纹可能更强,包括其根部直径。任何紧固件最薄弱的部分是其螺纹(根部)的最深处,尽管每种情况下的螺纹直径都与轧制的冷成形根直径相同。 螺纹可以增加强度。因此,虽然许多其他因素也对螺栓的强度起作用,但我们将看到螺纹形式的类型也可能是一个问题。 方法比较 大多数螺栓上的螺纹是通过滚压螺纹加工的,虽然切螺纹螺栓也是常见的,甚至对于一些特殊应用也是需要的。使用切割螺纹技术的主要优点是它可以生产符合任何规格的螺栓,并且对直径和螺纹长度的限制最小。所有规格-标准化的ASTM和其他-可以满足削减线程。 从制造商的角度来看,滚压螺纹加工提供了显著的好处,因为它劳动强度较小,可以更快地生产螺栓,节省时间和金钱。由于该工艺通过重整金属而不是去除金属来获得螺纹,因此减少了浪费和金属成本,同时减少了镀锌、热处理和电镀材料。 该工艺还有其他优点。螺纹在轧制过程中接受的冷加工(通过改变其形状而不加热来加强金属)提高了其抗拉强度以及抗剪切和疲劳性能。由于滚螺纹螺栓的主体直径可能较小,所以其重量可以小于切螺纹螺栓的重量,这可以在某种程度上降低批量运输成本。滚螺纹螺栓也更加光滑,因为操作产生更加一致的表面。 此外,轧制过程不会像在切割螺纹过程中那样切断材料的纤维,并且在使用过程中没有可能引起扭矩或松动的高点。切割还会留下可能导致组装问题的撕裂颗粒,而轧制螺纹被抛光,因此它们不太容易出现这个问题。 如何选择 实际上,任何一个线程创建过程都可以产生高质量的产品。虽然滚压螺纹加工具有导致性能更好的固有特性,但是在许多应用中,这种改进可以忽略不计。滚压螺纹加工之所以流行的主要原因在于它比切割螺纹加工需要更少的劳动力和材料,更适合大批量生产,以较低的成本产生优异的结果。从用户的角度来看,通常更谨慎的做法是集中于应用程序特定的要求,例如电镀和其他因素,而不是如何创建螺栓线程。
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