Bu lông, ốc vít là những linh kiện cơ khí cơ bản nhất, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như ô tô, máy móc công nghiệp và xây dựng. Không giống như hàn và tán đinh, đặc điểm lớn nhất của bu lông là chúng có thể dễ dàng tháo ra ngay cả sau khi siết chặt và có thể tái sử dụng bằng cách-siết lại.
Quy trình sản xuất bu lông titan
Vật liệu sản xuất bu lông thường là dây cuộn. Sau quá trình xử lý thứ cấp như tẩy rửa, bôi trơn, ủ và kéo dây, đầu bu lông và ren được tạo hình, -xử lý nhiệt và xử lý bề mặt- bằng cách rèn nguội. Tùy thuộc vào loại sản phẩm, một số yêu cầu xử lý nhiệt trước khi tạo ren, trong khi một số khác thì không. Quá trình xử lý thứ cấp thường được thực hiện bởi nhân viên chuyên môn, nhưng đôi khi nó được thực hiện trong nhà máy sản xuất bu lông.
Quá trình hình thành đầu bu lông thường đề cập đến quá trình rèn nguội đầu bu lông bằng cách sử dụng máy rèn như máy đảo ngược hoặc máy chốt đẩy, được gọi là "làm đảo lộn". Rèn nguội, còn được gọi là ép nguội, đề cập đến quá trình xử lý ở nhiệt độ phòng. Đó là một thuật ngữ tương phản với gia công ấm và nóng, trong đó vật liệu được làm nóng trước khi xử lý. Quá trình rèn bao gồm việc cắt thép cuộn thành các chiều dài thích hợp và sau đó ép vật liệu bằng một số khuôn rèn. Việc rèn bao gồm bốn bước: xáo trộn, vẽ sâu, đùn ngược và hoàn thiện. Sự xáo trộn liên quan đến việc ép vật liệu từ một đầu để giãn nở ra ngoài đường kính ban đầu của nó; vẽ sâu, ngược lại, ép vật liệu từ một đầu để co lại thành đường kính nhỏ hơn; đùn ngược bao gồm việc ép vật liệu từ một đầu vào khuôn có đường kính nhỏ hơn, làm cho vật liệu bị đùn ra ngoài đồng thời tạo ra một lỗ; hoàn thiện bao gồm việc loại bỏ độ dày dư thừa bằng cách sử dụng khuôn rèn. Tùy thuộc vào hình dạng của sản phẩm, các phương pháp này có thể được sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp. Các hình dạng phức tạp hơn đòi hỏi nhiều bước xử lý hơn để tạo hình dần dần cho sản phẩm, nhưng bu lông thông thường có thể được tạo hình chỉ trong 2-5 bước.
Quá trình tạo hình phần ren bao gồm việc sử dụng máy tạo hình cán để rèn nguội và định hình ren trong quy trình tạo ren bu lông. Phương pháp tạo hình tương tự như phương pháp tạo hình đầu bu lông. Hình dạng ren được hình thành bằng cách kẹp phôi giữa hai bộ khuôn rèn, xoay một trong các khuôn đồng thời xoay phôi và định hình nó thành ren thông qua tạo hình nhựa. Các khuôn rèn được sử dụng để tạo ren được gọi là "khuôn tạo hình cán". Có ba loại máy tạo hình cán: máy tạo hình khuôn rèn phẳng, máy tạo hình khuôn rèn tròn và máy tạo hình cán hành tinh. Máy cán khuôn rèn phẳng sử dụng hai khuôn cán thông thường; một cái được cố định trong khi cái kia di chuyển qua lại để cuộn và tạo hình trống. Máy cán khuôn rèn tròn sử dụng hai khuôn cán hình trụ song song quay cùng chiều để cán và tạo hình phôi được kẹp giữa hai khuôn. Máy tạo hình cán hành tinh kẹp phôi giữa khuôn rèn hình trụ và khuôn rèn hình quạt-, rồi cuộn và tạo hình nó bằng cách xoay khuôn rèn hình trụ.
Bu lông được hình thành bằng cách rèn nguội và xử lý nhiệt thường được làm từ vật liệu có độ cứng phù hợp cho chế biến nhựa. Vật liệu có hàm lượng carbon cao hoặc các nguyên tố hợp kim được thêm vào vốn đã cứng và khó gia công, do đó một số vật liệu cần ủ để làm mềm chúng. Hầu hết các vật liệu không thể đáp ứng được độ bền cần thiết trong điều kiện rèn nguội. Xử lý nhiệt, được thực hiện sau khi rèn nguội, mang lại độ bền và tính chất cơ học cần thiết cho bu lông và là bước quan trọng nhất trong sản xuất bu lông. Bu lông được phân loại thành các cấp độ bền khác nhau tùy theo ứng dụng và cách sử dụng của chúng. Xử lý nhiệt là cần thiết để đảm bảo rằng các bu lông được tạo hình có các đặc tính cơ học cần thiết tương ứng.
Bu lông dùng trong động cơ ô tô thường bám dính vào dầu bôi trơn nên không bị rỉ sét dù không được xử lý bề mặt. Tuy nhiên, đây chỉ là một phần nhỏ của bu lông; hầu hết được sử dụng trong môi trường ăn mòn và do đó sẽ nhanh chóng bị rỉ sét nếu không được xử lý bề mặt. Nếu các bu lông bị rỉ sét không được xử lý, hiện tượng ăn mòn sẽ khiến chúng không thể vặn được và trong trường hợp nghiêm trọng, chúng có thể bị gãy, dẫn đến tai nạn nghiêm trọng. Do đó, bu lông được sử dụng trong môi trường ăn mòn đòi hỏi phải xử lý bề mặt như mạ điện. Xử lý bề mặt bu lông có thể được chia thành mạ điện và phủ. Phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất là mạ điện, có ưu điểm là chi phí thấp và khả năng chống ăn mòn tốt. Khi cần khả năng chống ăn mòn cao hơn mạ điện, có thể sử dụng mạ điện hợp kim như sắt mạ kẽm và kẽm-niken hoặc có thể sử dụng lớp phủ hỗn hợp nhôm-kẽm.
Hướng phát triển của bu lông ô tô
Trong những năm gần đây, các nhà sản xuất ô tô đã yêu cầu giảm chi phí linh kiện, trọng lượng nhẹ hơn và độ bền cao hơn. Đồng thời, để giải quyết vấn đề môi trường, phải giảm lượng khí thải CO2 và để giảm mức tiêu thụ nhiên liệu, phải giảm thiểu trọng lượng xe. Trong chi phí sản xuất bu lông, chi phí phôi chiếm một phần lớn; do đó, phương pháp hiệu quả nhất là giảm chi phí của vật liệu. Các nhà sản xuất ô tô Nhật Bản đang nghiên cứu sử dụng nguyên liệu rẻ tiền ở nước ngoài để giảm chi phí cung ứng nguyên liệu. Để đáp ứng yêu cầu của khách hàng, các nhà sản xuất bu lông cũng đã tiến hành nhiều nghiên cứu khác nhau về việc giảm trọng lượng bu lông. Để giảm trọng lượng bu lông, một số sử dụng kim loại nhẹ như nhôm hoặc titan, trong khi một số khác lại giảm kích thước bu lông. Mặc dù việc giảm kích thước bu lông có thể làm giảm trọng lượng, nhưng nếu giảm kích thước bu lông ở cùng cấp độ bền thì lực siết của bu lông sẽ giảm do diện tích mặt cắt ngang giảm.
Vì vậy, để đảm bảo độ bền như nhau đồng thời giảm kích thước bu lông thì phải tăng cường độ của bu lông. Các tiêu chuẩn công cộng hiện tại như JIS và tiêu chuẩn riêng của các nhà sản xuất ô tô chỉ quy định các yêu cầu đối với bu lông có cấp độ bền dưới 12,9. Đối với các bu lông được tôi luyện và tôi luyện thông thường, đặc tính gãy muộn giảm đi đáng kể khi cấp độ bền vượt quá 12,9. Trong một số ứng dụng đã sử dụng bu lông có độ bền-cao 10,9 hoặc 12,9, việc giảm trọng lượng thông qua giảm kích thước đòi hỏi phải sử dụng bu lông có cấp độ bền vượt quá 12,9 và sử dụng các phương pháp để cải thiện đặc điểm gãy muộn. Để đạt được độ bền cao, một số bu lông được tôi luyện và tôi luyện sẽ cải thiện đặc tính gãy chậm bằng cách thêm các thành phần hợp kim. Mặc dù việc bổ sung thêm các nguyên tố hợp kim có thể cải thiện các đặc tính đứt gãy chậm ở một mức độ nào đó, nhưng giá thành cao của các nguyên tố này chắc chắn sẽ làm tăng chi phí.
Một cách tiếp cận khác là sử dụng-bu lông không được tôi luyện và tôi luyện. Bu lông không{2}}được tôi luyện và tôi luyện không cần xử lý nhiệt sau khi tạo hình; sức mạnh của họ chủ yếu được đảm bảo thông qua việc rèn luyện. Cấu trúc vi mô của bu lông không được tôi luyện và bu lông tôi luyện hoàn toàn khác với cấu trúc vi mô của bu lông được tôi luyện và tôi luyện, thể hiện khả năng chống gãy muộn rất mạnh. Bu lông không{6}}được tôi luyện sử dụng vật liệu có hàm lượng carbon cao hơn bu lông được tôi luyện. Thông qua việc làm mát và xử lý nhiệt có kiểm soát trong giai đoạn phôi thép, có thể đạt được mức giảm diện tích cao. Sau khi gia công tôi cứng thông qua kéo dây, công việc tôi cứng tiếp theo trong giai đoạn tạo hình bu lông sẽ đảm bảo độ bền của bu lông. Mặc dù các bu lông thông thường không được tôi luyện sau khi tạo hình nhưng chúng phải trải qua quá trình nung xanh để loại bỏ sức căng bên trong thông qua quá trình rèn nguội. Nhược điểm là độ cứng của vật liệu cao hơn bu lông cường lực nên rất khó tạo hình. Hiện tại, cường độ của bu lông không được tôi luyện sử dụng trong động cơ là 1600 MPa và cường độ của bu lông không được tôi luyện sử dụng trên thân xe đã đạt tới 1400 MPa. Dự kiến nhu cầu về những chiếc bu lông có độ bền{17}cao này sẽ tiếp tục tăng trong tương lai.
