Bolts: Der Reis der Industrie

Bolzen, oft als „Reis der Industrie“ bezeichnet, sind im täglichen Leben und in der industriellen Produktion unverzichtbar. Ihre Anwendungen erstrecken sich über ein breites Spektrum von Bereichen, darunter Elektronik, Maschinen, digitale Produkte, elektrische Ausrüstung, elektromechanische Geräte sowie in Schiffen, Fahrzeugen, Wasserbau und sogar chemischen Experimenten. Solange es auf der Erde industrielle Aktivität gibt, bleiben Schrauben von entscheidender Bedeutung. Dieser Artikel bietet eine prägnante Einführung in die Herstellungs- und Verarbeitungstechniken von Schrauben und bietet nützliche Einblicke.

1. Gängige Materialien für die Schraubenverarbeitung

Die für Schrauben verwendeten Materialien richten sich nach der Festigkeitsklasse. Die drei auf dem Markt verfügbaren Hauptmaterialien sind Kohlenstoffstahl, Edelstahl und Kupfer.

Kohlenstoffstahl

Kohlenstoffarmer Stahl:

Enthält ≤0,25 % Kohlenstoff, im Inland allgemein als A3-Stahl und im Ausland als 1008, 1015, 1018 oder 1022 bekannt. Dieses Material wird hauptsächlich für Schrauben der Güteklasse 4.8, Muttern der Güteklasse 4 und kleine Schrauben ohne besondere Härteanforderungen (z. B. selbstschneidende Schrauben) verwendet.

Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt:

Enthält 0,25–0,45 % Kohlenstoff. In China ist er als 35#- oder 45#-Stahl bekannt, während er im Ausland als 1035, CH38F, 1039 oder 40ACR bezeichnet wird. Dieses Material wird für Muttern der Güteklasse 8, Schrauben der Güteklasse 8.8 und Innensechskantschrauben der Güteklasse 8.8 verwendet.

Kohlenstoffstahl:

Enthält >0,45 % Kohlenstoff, wird jedoch auf dem Markt selten verwendet.

Legierter Stahl:

Fügt Standard-Kohlenstoffstahl Legierungselemente hinzu, um bestimmte Eigenschaften wie Plastizität, Festigkeit, Härte und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Gängige Beispiele sind 35CrMo, 40CrMo, SCM435 und 10B38.

Edelstahl

Kategorisiert nach Leistungsstufen:

Austenitisch (z. B. 18 % Cr, 8 % Ni): Hervorragende Hitze- und Korrosionsbeständigkeit, gute Schweißbarkeit.

Martensitisch (z. B. 13 % Cr): Hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit, aber schwächere Korrosionsbeständigkeit.

Ferritisch (z. B. 18 % Cr): Bessere Korrosionsbeständigkeit als martensitischer Stahl und gute Duktilität.

Importierte Edelstahlmaterialien wie SUS302, SUS304 und SUS316 dominieren den High-End-Markt.

Kupfer

Zu den häufig verwendeten Qualitäten gehören Messing H62, H65 und H68. Auch für Normteile werden häufig Zink-Kupfer-Legierungen verwendet.

2. Sphäroidisierendes (Erweichendes) Glühen

Zweck:

Bei Senkschrauben und Innensechskantschrauben, die im Kaltumformverfahren hergestellt werden, beeinflusst die ursprüngliche Stahlstruktur die Umformbarkeit erheblich.

Anforderungen:

Lokale plastische Verformungen beim Kaltschmieden können 60–80 % erreichen, was einen Stahl mit ausgezeichneter Plastizität erfordert. Feiner kugelförmiger Perlit ist zur Verbesserung der plastischen Verformung vorzuziehen, da grober lamellarer Perlit diese behindert.

Anwendung:

Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und legierter Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, die für hochfeste Verbindungselemente verwendet werden, werden vor dem Schmieden einem Kugelglühen unterzogen, um gleichmäßige, feine Perlitstrukturen zu erzielen und so die Produktionsanforderungen zu optimieren.

Prozessdetails:

Bei Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt wird die Glühtemperatur nahe dem kritischen Punkt sorgfältig kontrolliert. Übermäßige Erwärmung kann zur Ausfällung von Karbiden an den Korngrenzen führen, was zu Rissen beim Kaltschmieden führen kann.

Legierter Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt wird einem isothermen Kugelglühen unterzogen, wobei der Ofen allmählich von ~700 °C auf ~500 °C abgekühlt wird, um die Stahlstruktur zu verfeinern und das Risiko von Rissen zu minimieren.

3. Thread-Verarbeitung

Kaltverarbeitung:

Bolzengewinde werden typischerweise durch Kaltbearbeitung geformt, wobei Gewinderohlinge durch Walzen oder Pressen zwischen Matrizen geformt werden, um einen kontinuierlichen Kunststofffluss, erhöhte Festigkeit, hohe Präzision und gleichmäßige Qualität zu gewährleisten.

Durchmesser des Gewinderohlings:

Bestimmt durch die Gewindegenauigkeit und ob das Material über Beschichtungen verfügt.

Rollvorgang:

Bei der Gewindeformung wird ein zylindrischer Rohling zwischen Matrizen mit passender Gewindesteigung und -form komprimiert. Während sich der Rohling dreht, überträgt die Matrize ihr Muster und formt so den Faden.

Effizienzfaktoren:

Übermäßige Rolldrehungen verringern die Effizienz und können Gewindefehler wie Trennung oder Fehlausrichtung verursachen.

Unzureichende Drehungen können zu einem ungleichmäßigen Gewindedurchmesser oder erhöhtem Druck auf die Matrize führen und so deren Lebensdauer verkürzen.

Häufige Mängel:

Oberflächenrisse oder Kratzer.

Falsch ausgerichtete Gewinde.

Unrunde Gewinde.

Eine wirksame Qualitätskontrolle während der Produktion kann diese Probleme minimieren.

Durch das Verständnis dieser Materialien und Verarbeitungstechniken können Hersteller qualitativ hochwertige Schrauben herstellen, die die industriellen Anforderungen effizient und zuverlässig erfüllen.