Bolte og skruer er de mest basale mekaniske komponenter, der er meget udbredt i forskellige industrier såsom biler, industrimaskiner og byggeri. I modsætning til svejsning og nitning er det største kendetegn ved bolte, at de nemt kan fjernes selv efter tilspænding og kan genbruges ved gen-tilspænding.
Fremstillingsproces af titanium bolte
Fremstillingsmaterialet til bolte er generelt oprullet tråd. Efter sekundær bearbejdning, såsom bejdsning, smøring, udglødning og trådtrækning, formes bolthovedet og gevindene, varme-behandles og overflade-behandles ved hjælp af koldsmedning. Afhængigt af produkttypen kræver nogle varmebehandling før trådformning, mens andre ikke gør det. Sekundær forarbejdning udføres generelt af specialiseret personale, men nogle gange udføres det i boltfabrikken.
Udformningen af bolthovedet refererer generelt til processen med koldsmedning af bolthovedet ved hjælp af smedningsmaskineri såsom en stødmaskine eller en stødstiftsmaskine, kaldet "forstyrrelse". Kold smedning, også kendt som koldpresning, refererer til forarbejdning ved stuetemperatur. Det er et udtryk, der står i kontrast til varmt og varmt arbejde, hvor materialet opvarmes inden forarbejdning. Smedeprocessen går ud på at skære oprullet stål i passende længder og derefter presse materialet ved hjælp af flere smedningsmatricer. Smedning omfatter fire trin: opstilling, dybtrækning, omvendt ekstrudering og efterbehandling. Upsetting involverer at klemme materialet fra den ene ende for at udvide det ud over dets oprindelige diameter; dyb tegning, omvendt, klemmer materialet fra den ene ende for at krympe det til en mindre diameter; omvendt ekstrudering involverer at presse materialet fra den ene ende ind i en matrice med en mindre diameter, hvilket får det til at blive ekstruderet udad, samtidig med at der skabes et hul; efterbehandling involverer fjernelse af overskydende tykkelse ved hjælp af en smedning. Afhængigt af produktets form kan disse metoder bruges separat eller i kombination. Mere komplekse former kræver flere forarbejdningstrin for gradvist at forme produktet, men almindelige bolte kan kun dannes i 2-5 trin.
Formningsprocessen af den gevindforsynede del involverer anvendelse af en rulleformemaskine til koldsmedning og formning af gevindet i boltgevindformningsprocessen. Formningsmetoden er den samme som for bolthovedet. Gevindformen dannes ved at klemme emnet fast mellem to sæt smedematricer, rotere en af matricerne, mens emnet samtidig roteres, og forme det til en gevind gennem plastikformning. Smedematricerne, der bruges til trådformning, kaldes "rullende formningsmatricer". Der er tre typer af valseformemaskiner: fladsmedningsformevalsningsmaskiner, rundsmedningsformevalsningsmaskiner og planetariske valseformningsmaskiner. Flad smedning matricer rullende forme maskiner bruger to almindelige valsede forme matricer; den ene er fast, mens den anden bevæger sig frem og tilbage for at rulle og forme emnet. Rulleformemaskiner til rundsmedning anvender to parallelle cylindriske valsningsforme, der roterer i samme retning for at rulle og forme emnet, der er klemt mellem de to matricer. Planetariske valseformemaskiner klemmer emnet mellem en cylindrisk smedematrice og en vifteformet smedeform, og ruller og former den ved at rotere den cylindriske smedeform.
Bolte dannet ved koldsmedning og varmebehandling er generelt lavet af materialer med hårdhed, der er egnet til plastforarbejdning. Materialer med højt kulstofindhold eller tilsatte legeringselementer er i sagens natur hårde og vanskelige at bearbejde, derfor kræver nogle udglødning for at blødgøre dem. De fleste materialer kan ikke opfylde den nødvendige styrke under kolde smedningsforhold. Varmebehandling, udført efter kold smedning, giver den nødvendige styrke og mekaniske egenskaber til bolten og er det mest afgørende trin i boltfremstillingen. Bolte er klassificeret i forskellige styrkeklasser i henhold til deres anvendelse og anvendelse. Varmebehandling er nødvendig for at sikre, at de dannede bolte har deres respektive nødvendige mekaniske egenskaber.
Bolte, der bruges i bilmotorer, klæber ofte til smøreolie, så de ruster ikke selv uden overfladebehandling. Dette er dog kun en lille del af bolte; de fleste bruges i ætsende miljøer, og vil derfor ruste hurtigt uden overfladebehandling. Hvis rustne bolte efterlades ubehandlet, vil korrosion forhindre dem i at blive skruet af, og i alvorlige tilfælde kan de knække, hvilket fører til alvorlige ulykker. Derfor kræver bolte, der anvendes i ætsende miljøer, overfladebehandlinger såsom galvanisering. Boltoverfladebehandlinger kan bredt opdeles i galvanisering og belægning. Den mest udbredte metode er galvanisering, som har fordelene ved lave omkostninger og god korrosionsbestandighed. Når der kræves højere korrosionsbestandighed end galvanisering, kan legeringsgalvanisering såsom galvaniseret jern og zink-nikkel anvendes, eller der kan påføres en zink-aluminiumskompositbelægning.
Udviklingsretning af Automotive Bolte
I de senere år har bilproducenter efterspurgt reducerede komponentomkostninger, lettere vægt og højere styrke. Samtidig skal CO2-emissionerne reduceres for at løse miljøproblemer, og for at reducere brændstofforbruget skal køretøjets vægt minimeres. I boltfremstillingsomkostninger tegner prisen for råemnet sig for en stor del; derfor er den mest effektive metode at reducere omkostningerne ved selve materialet. Japanske bilproducenter forsker i brugen af billige oversøiske materialer for at reducere omkostningerne til materialeforsyning. For at imødekomme kundernes krav har boltproducenter også udført forskellige undersøgelser af reduktion af boltvægt. Som foranstaltninger til at reducere boltvægten bruger nogle letvægtsmetaller såsom aluminium eller titanium, mens andre reducerer boltstørrelsen. Mens reduktion af boltstørrelse kan reducere vægten, vil boltens tilspændingskraft falde på grund af det reducerede- tværsnitsareal, hvis boltstørrelsen reduceres for samme styrkegrad.
For at sikre samme styrke og samtidig reducere boltstørrelsen, skal boltens styrke øges. Nuværende offentlige standarder såsom JIS og bilproducenters egne standarder specificerer kun krav til bolte med en styrkegrad under 12,9. For almindelige bratkølede og hærdede bolte forringes de forsinkede brudkarakteristika drastisk, når styrkegraden overstiger 12,9. I nogle applikationer, hvor høj-bolte på 10,9 eller 12,9 allerede er i brug, kræver det at opnå vægtreduktion gennem størrelsesreduktion brug af bolte med en styrkegrad på over 12,9 og anvendelse af metoder til at forbedre forsinkede brudkarakteristika. For at opnå høj styrke forbedrer nogle bratkølede og hærdede bolte karakteristika for forsinkede brud ved at tilføje legeringselementer. Mens tilføjelse af legeringselementer kan forbedre forsinkede brudkarakteristika til en vis grad, øger den høje pris på disse elementer uundgåeligt omkostningerne.
En anden tilgang er at bruge ikke-afkølede og hærdede bolte. Ikke-afkølede og hærdede bolte kræver ikke varmebehandling efter formning; deres styrke sikres primært gennem arbejdshærdning. Mikrostrukturen af ikke-afkølede og hærdede bolte er fuldstændig forskellig fra den af kølede og hærdede bolte, og udviser stærk modstand mod forsinket brud. Ikke-hærdede bolte bruger materialer med et højere kulstofindhold end hærdede bolte. Gennem kontrolleret afkøling og varmebehandling under billetstadiet kan der opnås en høj arealreduktion. Efter arbejdshærdning gennem trådtrækning sikrer yderligere arbejdshærdning under boltformningsfasen boltens styrke. Mens almindelige bolte ikke er hærdet efter formning, skal de undergå blåning for at eliminere indre belastninger gennem kold smedning. Ulempen er, at materialets hårdhed er højere end hærdede bolte, hvilket gør dem meget svære at forme. I øjeblikket er styrken af ikke-hærdede bolte, der bruges i motorer, 1600 MPa, og styrken af ikke-hærdede bolte, der bruges i køretøjskarosserier, har nået 1400 MPa. Det forventes, at efterspørgslen efter disse-højstyrkebolte vil vokse yderligere i fremtiden.
