Els cargols i els cargols són els components mecànics més bàsics, àmpliament utilitzats en diverses indústries com ara l'automòbil, la maquinària industrial i la construcció. A diferència de la soldadura i el reblat, la característica més important dels cargols és que es poden treure fàcilment fins i tot després d'apretar-los i es poden reutilitzar tornant-hi a-apretar.
Procés de fabricació de cargols de titani
El material de fabricació dels cargols és generalment filferro enrotllat. Després d'un processament secundari, com ara el decapat, la lubricació, el recuit i el trefilatge, es formen el cap del cargol i les rosques, es tracten-per calor i es tracten-la superfície mitjançant forja en fred. Depenent del tipus de producte, alguns requereixen tractament tèrmic abans de formar fils, mentre que altres no. El processament secundari és generalment realitzat per personal especialitzat, però de vegades es fa a la planta de fabricació de cargols.
La formació del cap del cargol es refereix generalment al procés de forja en fred del cap del cargol utilitzant maquinària de forja, com ara una màquina de trencament o una màquina de punxador, anomenada "torbadora". La forja en fred, també coneguda com premsat en fred, es refereix al processament a temperatura ambient. És un terme que contrasta amb el treball calent i calent, on el material s'escalfa abans de processar-lo. El procés de forja consisteix a tallar l'acer enrotllat a les longituds adequades i després pressionar el material amb diverses matrius de forja. La forja inclou quatre passos: revoltat, embutició profunda, extrusió inversa i acabat. Trastorn consisteix a estrènyer el material des d'un extrem per expandir-lo més enllà del seu diàmetre original; l'embutició profunda, per contra, estreny el material des d'un extrem per reduir-lo a un diàmetre més petit; l'extrusió inversa consisteix a prémer el material des d'un extrem cap a una matriu amb un diàmetre més petit, fent que s'extrueixi cap a l'exterior alhora que es crea un forat; L'acabat consisteix a eliminar l'excés de gruix mitjançant una matriu de forja. Depenent de la forma del producte, aquests mètodes es poden utilitzar per separat o combinats. Les formes més complexes requereixen més passos de processament per donar forma gradual al producte, però els cargols normals es poden formar en només 2-5 passos.
El procés de conformació de la porció roscada implica l'ús d'una màquina de conformació de rodets per forjar en fred i donar forma a la rosca en el procés de formació de rosca del cargol. El mètode de conformació és el mateix que el del cap del cargol. La forma del fil es forma subjectant el blanc entre dos jocs de matrius de forja, fent girar un dels encunys mentre gira simultàniament el blanc i donant-li forma a un fil mitjançant la formació de plàstic. Els matrius de forja que s'utilitzen per a la formació de fils s'anomenen "matrius de conformació de laminació". Hi ha tres tipus de màquines de conformació de laminació: màquines de conformació de laminació de forja plana, màquines de conformació de laminació de forja rodona i màquines de conformació de laminació planetària. Les màquines de conformació de laminació de forja plana utilitzen dues matrius de conformació de laminació normals; un es fixa mentre l'altre es mou cap endavant i cap enrere per rodar i donar forma al blanc. Les màquines formadores de laminació de matrius de forja rodona utilitzen dos matrius cilíndrics paral·lels que giren en la mateixa direcció per rodar i donar forma al blanc intercalat entre els dos matrius. Les màquines de conformació de laminació planetària subjecten la matriu en brut entre una matriu de forja cilíndrica i una matriu de forja en forma de ventall-, i l'enrotllen i donen forma girant la matriu de forja cilíndrica.
Els cargols formats per forja en fred i tractament tèrmic generalment estan fets de materials amb duresa adequada per al processament de plàstic. Els materials amb alt contingut de carboni o elements d'aliatge afegits són intrínsecament durs i difícils de processar, per tant, alguns requereixen un recuit per suavitzar-los. La majoria dels materials no poden assolir la resistència requerida en condicions de forja en fred. El tractament tèrmic, realitzat després de la forja en fred, imparteix la resistència i les propietats mecàniques requerides al cargol i és el pas més crucial en la fabricació del cargol. Els cargols es classifiquen en diferents graus de resistència segons la seva aplicació i ús. El tractament tèrmic és necessari per assegurar que els cargols formats posseeixen les seves respectives propietats mecàniques requerides.
Els cargols que s'utilitzen en motors d'automoció sovint s'adhereixen a l'oli lubricant, de manera que no s'oxidaran fins i tot sense tractament superficial. No obstant això, aquesta és només una petita part dels cargols; la majoria s'utilitzen en ambients corrosius i, per tant, s'oxiden ràpidament sense tractament superficial. Si els cargols rovellats no es tracten, la corrosió evitarà que es desenrosquin i, en casos greus, es poden trencar i provocar accidents greus. Per tant, els cargols utilitzats en entorns corrosius requereixen tractaments superficials com la galvanoplastia. Els tractaments superficials dels cargols es poden dividir àmpliament en galvanoplastia i recobriment. El mètode més utilitzat és la galvanoplastia, que té els avantatges d'un baix cost i una bona resistència a la corrosió. Quan es requereix una resistència a la corrosió més alta que la galvanoplastia, es pot utilitzar galvanoplastia d'aliatge com ara ferro galvanitzat i zinc-níquel, o es pot aplicar un recobriment compost de zinc-alumini.
Direcció de Desenvolupament de Bolts d'Automoció
En els darrers anys, els fabricants d'automòbils han exigit costos reduïts dels components, un pes més lleuger i una major resistència. Paral·lelament, per abordar els problemes mediambientals, s'han de reduir les emissions de CO2 i, per reduir el consum de combustible, s'ha de minimitzar el pes del vehicle. En els costos de fabricació de cargols, el cost dels en blanc representa una part important; per tant, el mètode més eficaç és reduir el cost del propi material. Els fabricants d'automòbils japonesos estan investigant l'ús de materials econòmics a l'estranger per reduir els costos de subministrament de materials. Per satisfer els requisits dels clients, els fabricants de cargols també han realitzat diversos estudis sobre la reducció del pes dels cargols. Com a mesures per reduir el pes del cargol, alguns utilitzen metalls lleugers com l'alumini o el titani, mentre que altres redueixen la mida del cargol. Tot i que reduir la mida del cargol pot reduir el pes, si la mida del cargol es redueix amb el mateix grau de resistència, la força d'estrenyiment del cargol disminuirà a causa de l'àrea de secció transversal reduïda-.
Per tant, per garantir el mateix nivell de força mentre es redueix la mida del cargol, s'ha d'augmentar la força del cargol. Els estàndards públics actuals, com ara JIS i els estàndards propis dels fabricants d'automòbils, només especifiquen requisits per a cargols amb un grau de resistència inferior a 12,9. Per als cargols temperats i temperats ordinaris, les característiques de la fractura retardada es deterioren dràsticament quan el grau de resistència supera els 12,9. En algunes aplicacions on ja s'utilitzen cargols d'alta -resistència de 10,9 o 12,9, per aconseguir una reducció de pes mitjançant la reducció de la mida, cal utilitzar cargols amb un grau de resistència superior a 12,9 i emprar mètodes per millorar les característiques de fractura retardada. Per aconseguir una alta resistència, alguns cargols temperats i temperats milloren les característiques de fractura retardada afegint elements d'aliatge. Tot i que l'addició d'elements d'aliatge pot millorar fins a cert punt les característiques de la fractura retardada, el preu elevat d'aquests elements augmenta inevitablement els costos.
Un altre enfocament és utilitzar cargols no-refats i temperats. Els cargols no-tremats i temperats no requereixen tractament tèrmic després de la formació; la seva força s'assegura principalment mitjançant l'enduriment per treball. La microestructura dels perns no-trepats i temperats és completament diferent de la dels perns trempats i trempats, i presenten una forta resistència a la fractura retardada. Els perns no-trempats utilitzen materials amb un contingut de carboni més elevat que els perns temperats. Mitjançant la refrigeració controlada i el tractament tèrmic durant l'etapa de palans, es pot aconseguir una gran reducció de l'àrea. Després de l'enduriment per treball mitjançant trefilatge, un enduriment addicional durant l'etapa de formació del cargol garanteix la força del cargol. Tot i que els cargols normals no es temperen després de la formació, han de patir un blau per eliminar la tensió interna mitjançant la forja en fred. El desavantatge és que la duresa del material és superior a la dels cargols temperats, cosa que fa que sigui molt difícil de formar. Actualment, la resistència dels parabolts no-revenits que s'utilitzen als motors és de 1600 MPa, i la resistència dels cargols no-revenits utilitzats a les carrosseries dels vehicles ha arribat als 1400 MPa. S'espera que la demanda d'aquests-perns d'alta resistència s'ampliï encara més en el futur.
