สลักเกลียวและสกรูเป็นส่วนประกอบทางกลขั้นพื้นฐานที่สุด ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น รถยนต์ เครื่องจักรอุตสาหกรรม และการก่อสร้าง แตกต่างจากการเชื่อมและการตอกย้ำ คุณลักษณะที่ใหญ่ที่สุดของสลักเกลียวคือสามารถถอดออกได้ง่ายแม้หลังจากการขันให้แน่นแล้ว และสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้โดยการขันให้แน่นอีกครั้ง-
กระบวนการผลิตสลักเกลียวไทเทเนียม
วัสดุในการผลิตสลักเกลียวโดยทั่วไปจะเป็นลวดขด หลังจากการประมวลผลขั้นที่สอง เช่น การดอง การหล่อลื่น การอบอ่อน และการวาดลวด หัวสลักและเกลียวจะถูกสร้างขึ้น อบด้วยความร้อน- และชุบผิว-โดยใช้การตีขึ้นรูปเย็น ขึ้นอยู่กับประเภทผลิตภัณฑ์ บางชนิดจำเป็นต้องได้รับการบำบัดด้วยความร้อนก่อนการขึ้นรูปเกลียว ในขณะที่บางชนิดไม่ต้องการ โดยทั่วไปการประมวลผลขั้นที่สองจะดำเนินการโดยบุคลากรที่เชี่ยวชาญ แต่บางครั้งก็ทำในโรงงานผลิตโบลต์
การขึ้นรูปหัวโบลต์โดยทั่วไปหมายถึงกระบวนการตีหัวโบลต์เย็นโดยใช้เครื่องจักรตีขึ้นรูป เช่น เครื่องคว่ำหรือเครื่องดันหมุด เรียกว่า "การเสียสภาพ" การตีขึ้นรูปเย็นหรือที่เรียกว่าการรีดเย็นหมายถึงการแปรรูปที่อุณหภูมิห้อง เป็นคำที่ตรงกันข้ามกับการทำงานแบบอุ่นและร้อน โดยที่วัสดุจะถูกให้ความร้อนก่อนแปรรูป กระบวนการตีขึ้นรูปเกี่ยวข้องกับการตัดเหล็กขดให้มีความยาวที่เหมาะสม จากนั้นจึงอัดวัสดุโดยใช้แม่พิมพ์ตีขึ้นรูปหลายๆ ชิ้น การตีประกอบด้วยสี่ขั้นตอน: การกวน การดึงลึก การอัดรีดแบบย้อนกลับ และการตกแต่งขั้นสุดท้าย ความปั่นป่วนเกี่ยวข้องกับการบีบวัสดุจากปลายด้านหนึ่งเพื่อขยายให้เกินเส้นผ่านศูนย์กลางเดิม การวาดภาพลึกในทางกลับกันบีบวัสดุจากปลายด้านหนึ่งเพื่อลดขนาดให้เหลือเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กลง การอัดขึ้นรูปย้อนกลับเกี่ยวข้องกับการกดวัสดุจากปลายด้านหนึ่งลงในแม่พิมพ์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า ทำให้มันถูกอัดออกมาด้านนอกในขณะเดียวกันก็สร้างรู การตกแต่งขั้นสุดท้ายเกี่ยวข้องกับการขจัดความหนาส่วนเกินโดยใช้แม่พิมพ์ตีขึ้นรูป วิธีการเหล่านี้สามารถใช้แยกกันหรือรวมกันก็ได้ ขึ้นอยู่กับรูปร่างของผลิตภัณฑ์ รูปร่างที่ซับซ้อนมากขึ้นต้องใช้ขั้นตอนการประมวลผลมากขึ้นเพื่อค่อยๆ ขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ แต่สามารถขึ้นรูปสลักเกลียวธรรมดาได้ใน 2-5 ขั้นตอนเท่านั้น
กระบวนการขึ้นรูปของส่วนที่เป็นเกลียวนั้นเกี่ยวข้องกับการใช้เครื่องขึ้นรูปแบบรีดเพื่อหลอมเย็นและจัดรูปร่างเกลียวในกระบวนการขึ้นรูปเกลียวแบบโบลต์ วิธีการขึ้นรูปจะเหมือนกับวิธีการขึ้นรูปหัวโบลต์ รูปร่างของเกลียวเกิดขึ้นจากการหนีบช่องว่างระหว่างแม่พิมพ์ตีขึ้นรูปสองชุด หมุนแม่พิมพ์ตัวหนึ่งไปพร้อมกับหมุนช่องว่างไปพร้อมๆ กัน และขึ้นรูปเป็นเกลียวผ่านการขึ้นรูปพลาสติก แม่พิมพ์ตีขึ้นรูปที่ใช้สำหรับการขึ้นรูปเกลียวเรียกว่า "แม่พิมพ์รีด" เครื่องรีดขึ้นรูปมีสามประเภท: เครื่องรีดขึ้นรูปตายปลอมแบบแบน, เครื่องรีดขึ้นรูปตายปลอมกลม และเครื่องรีดขึ้นรูปดาวเคราะห์ เครื่องรีดขึ้นรูปตายปลอมแบบแบนใช้แม่พิมพ์รีดขึ้นรูปธรรมดาสองตัว อันหนึ่งได้รับการแก้ไขในขณะที่อีกอันเคลื่อนไปมาเพื่อม้วนและสร้างรูปร่างที่ว่างเปล่า เครื่องรีดขึ้นรูปกลมขึ้นรูปใช้แม่พิมพ์รีดขึ้นรูปทรงกระบอกคู่ขนานสองตัวที่หมุนไปในทิศทางเดียวกันเพื่อม้วนและสร้างรูปร่างว่างประกบระหว่างแม่พิมพ์ทั้งสอง เครื่องรีดขึ้นรูปดาวเคราะห์จะยึดช่องว่างระหว่างแม่พิมพ์ตีขึ้นรูปทรงกระบอกกับแม่พิมพ์ตีขึ้นรูปรูปพัดลม- แล้วม้วนและสร้างรูปร่างโดยการหมุนแม่พิมพ์ตีขึ้นรูปทรงกระบอก
สลักเกลียวที่เกิดจากการตีขึ้นรูปเย็นและการรักษาความร้อนโดยทั่วไปจะทำจากวัสดุที่มีความแข็งเหมาะสำหรับการแปรรูปพลาสติก วัสดุที่มีปริมาณคาร์บอนสูงหรือองค์ประกอบโลหะผสมที่เติมเข้าไปนั้นมีความแข็งและแปรรูปได้ยาก ดังนั้นบางชนิดจึงต้องผ่านการอบอ่อนเพื่อทำให้วัสดุนิ่มลง วัสดุส่วนใหญ่ไม่สามารถตอบสนองความแข็งแรงที่ต้องการได้ภายใต้สภาวะการตีขึ้นรูปเย็น การอบชุบด้วยความร้อนซึ่งดำเนินการหลังจากการตีขึ้นรูปเย็น ช่วยเพิ่มความแข็งแรงและคุณสมบัติทางกลที่ต้องการให้กับโบลต์ และเป็นขั้นตอนที่สำคัญที่สุดในการผลิตโบลต์ โบลท์แบ่งออกเป็นระดับความแข็งแรงต่างๆ ตามการใช้งานและการใช้งาน การอบชุบด้วยความร้อนเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าสลักเกลียวที่ขึ้นรูปนั้นมีคุณสมบัติทางกลตามที่ต้องการ
โบลท์ที่ใช้ในเครื่องยนต์ของยานยนต์มักจะยึดติดกับน้ำมันหล่อลื่น ดังนั้นจึงไม่เป็นสนิมแม้ว่าจะไม่ได้ปรับสภาพพื้นผิวก็ตาม อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของสลักเกลียวเท่านั้น ส่วนใหญ่จะใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน และดังนั้นจึงเกิดสนิมได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องมีการเตรียมพื้นผิว หากปล่อยโบลต์ที่เป็นสนิมไว้โดยไม่ดูแลรักษา การกัดกร่อนจะทำให้ไม่สามารถคลายเกลียวออกได้ และในกรณีที่รุนแรง อาจแตกหัก นำไปสู่อุบัติเหตุร้ายแรงได้ ดังนั้นโบลต์ที่ใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนจึงต้องมีการปรับสภาพพื้นผิว เช่น การชุบด้วยไฟฟ้า การรักษาพื้นผิวโบลต์สามารถแบ่งได้กว้างๆ เป็นการชุบด้วยไฟฟ้าและการเคลือบ วิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือการชุบด้วยไฟฟ้าซึ่งมีข้อดีคือมีต้นทุนต่ำและทนต่อการกัดกร่อนได้ดี เมื่อต้องการความต้านทานการกัดกร่อนสูงกว่าการชุบด้วยไฟฟ้า สามารถใช้การชุบโลหะผสมด้วยไฟฟ้า เช่น เหล็กชุบสังกะสีและสังกะสี-นิกเกิลได้ หรืออาจใช้การเคลือบอลูมิเนียมคอมโพสิตสังกะสี-ก็ได้
ทิศทางการพัฒนาสลักเกลียวยานยนต์
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ผู้ผลิตรถยนต์เรียกร้องให้ลดต้นทุนส่วนประกอบ น้ำหนักที่เบาลง และความแข็งแกร่งที่สูงขึ้น ขณะเดียวกัน เพื่อแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อม การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะต้องลดลง และเพื่อลดการใช้เชื้อเพลิง น้ำหนักของยานพาหนะจะต้องลดลง ในต้นทุนการผลิตโบลต์ ต้นทุนของส่วนที่ว่างจะถือเป็นส่วนสำคัญ ดังนั้นวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงสุดคือการลดต้นทุนของวัสดุเอง ผู้ผลิตรถยนต์ของญี่ปุ่นกำลังค้นคว้าการใช้วัสดุจากต่างประเทศที่มีราคาไม่แพงเพื่อลดต้นทุนการจัดหาวัสดุ เพื่อตอบสนองความต้องการของลูกค้า ผู้ผลิตสลักเกลียวยังได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับการลดน้ำหนักของสลักเกลียวอีกด้วย เพื่อลดน้ำหนักของโบลต์ บางชนิดใช้โลหะน้ำหนักเบา เช่น อะลูมิเนียมหรือไททาเนียม ในขณะที่บางชนิดก็ลดขนาดของโบลต์ แม้ว่าการลดขนาดโบลต์จะลดน้ำหนักได้ แต่หากลดขนาดโบลต์ลงด้วยระดับความแข็งแรงเท่ากัน แรงขันของโบลต์จะลดลงเนื่องจากพื้นที่หน้าตัด-ลดลง
ดังนั้นเพื่อให้แน่ใจว่ามีความแข็งแรงในระดับเดียวกันในขณะที่ลดขนาดของโบลต์ จะต้องเพิ่มความแข็งแรงของโบลต์ มาตรฐานสาธารณะในปัจจุบัน เช่น JIS และมาตรฐานของผู้ผลิตรถยนต์ระบุเฉพาะข้อกำหนดสำหรับสลักเกลียวที่มีระดับความแข็งแกร่งต่ำกว่า 12.9 เท่านั้น สำหรับสลักเกลียวดับและนิรภัยแบบธรรมดา ลักษณะการแตกหักแบบล่าช้าจะลดลงอย่างมากเมื่อเกรดความแข็งแรงเกิน 12.9 ในการใช้งานบางอย่างที่มีการใช้สลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูง-ที่ 10.9 หรือ 12.9 อยู่แล้ว การลดน้ำหนักด้วยการลดขนาดจำเป็นต้องใช้สลักเกลียวที่มีเกรดความแข็งแรงเกิน 12.9 และใช้วิธีการปรับปรุงคุณลักษณะการแตกหักที่ล่าช้า เพื่อให้ได้ความแข็งแรงสูง โบลต์ดับแล้วและนิรภัยบางอันจะปรับปรุงลักษณะการแตกหักที่ล่าช้าโดยการเพิ่มองค์ประกอบโลหะผสม ในขณะที่การเพิ่มองค์ประกอบโลหะผสมสามารถปรับปรุงลักษณะการแตกหักที่ล่าช้าได้ในระดับหนึ่ง แต่ราคาที่สูงขององค์ประกอบเหล่านี้ย่อมทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
อีกวิธีหนึ่งคือการใช้สลักเกลียวที่ไม่-ดับและนิรภัย สลักเกลียวที่ไม่-ดับและนิรภัยไม่จำเป็นต้องได้รับการบำบัดความร้อนหลังการขึ้นรูป ความแข็งแกร่งของพวกมันนั้นมั่นใจได้จากการแข็งตัวของงานเป็นหลัก โครงสร้างจุลภาคของโบลต์แบบไม่ดับและอบคืนตัว-นั้นแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากโบลต์ดับแล้วและอบคืนตัวโดยสิ้นเชิง ซึ่งมีความต้านทานสูงต่อการแตกหักที่ล่าช้า โบลต์ไม่อบอุณหภูมิ-ใช้วัสดุที่มีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าโบลต์อบอุณหภูมิ ด้วยการควบคุมความเย็นและการบำบัดความร้อนในระหว่างขั้นตอนบิลเล็ต จึงสามารถลดพื้นที่ได้มาก หลังจากงานชุบแข็งด้วยการวาดลวดแล้ว การชุบแข็งเพิ่มเติมในระหว่างขั้นตอนการขึ้นรูปโบลต์ทำให้มั่นใจได้ถึงความแข็งแรงของโบลต์ แม้ว่าโบลต์ธรรมดาจะไม่ได้รับการปรับอุณหภูมิหลังจากการขึ้นรูป แต่จะต้องผ่านการบลูดิ้งเพื่อขจัดความเครียดภายในผ่านการตีขึ้นรูปเย็น ข้อเสียคือความแข็งของวัสดุสูงกว่าสลักเกลียวนิรภัย ทำให้ขึ้นรูปยากมาก ในปัจจุบัน ความแข็งแรงของสลักเกลียวไม่เทมเปอร์-ที่ใช้ในเครื่องยนต์คือ 1,600 MPa และความแข็งแรงของโบลต์ไม่เทมเปอร์{14}}ที่ใช้ในตัวถังรถยนต์มีถึง 1,400 MPa คาดว่าความต้องการสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูง-เหล่านี้จะขยายตัวต่อไปอีกในอนาคต
