法蘭面螺栓表面貫穿性條紋來源分析與預防

張衛新，盧俊宏，張玄冰，鄔啟寅，陳 超，劉 姣

（浙江華遠汽車零部件有限公司，浙江 溫州 402260）

貫穿性條紋是指螺栓表面延螺紋、光桿或頭部縱向延伸的一條細直線。2018年，作者擔任重慶某標準件熱處理工程師期間，發現冷鐓成型過程中，法蘭面螺栓表面縱向延伸一條細直線，且比例達到80%，作者與公司領導及員工一起參與了整個分析過程，并判斷裂紋源。

1 法蘭面螺栓貫穿性條紋現象

2018年8月16日—17日，冷鐓車間先后使用改制批號18-033807033、18-0304008、18-0304009、18-0304013的SCM435成品絲，冷鐓法蘭面螺栓后，宏觀觀察，約80%冷鐓出的產品表面有貫穿性條紋。選取盤料18-033807033冷鐓后的產品，金相下觀察光桿處深度8絲，寬度4絲，法蘭面圓周深度11絲，寬度26絲。六角法蘭面螺栓表面條紋如圖1所示。

圖1 六角法蘭面螺栓表面條紋

2 貫穿性條紋原因分析

冷鐓車間使用春日機床C134L-03冷鐓成型六角法蘭面螺栓，產品件號09103-12016-S345，規格M12 mm×1.25 mm×80 mm，生產過程中，連續4架料成型出來的產品表面出現條紋，盤料的改制批號為18-033807033、18-0304008、18-0304013、18-0304009。使用改制批號為18-0304031、18-0304014、18-0304032的盤料，操作工反饋沒有發現明顯條紋，產品生產批號為180818451、180820451。7個改制批次產品的生產過程中，使用相同冷鐓模具。材料改制信息如表1所示。其中，模具2-12.3-9定徑帶有明顯的一條劃痕，模具2-12.3-12定徑帶未發現明顯劃痕，但導向區存在磨損，拉絲模具狀態如圖2所示。定徑帶存在劃痕后，會在材料表面形成連續凹坑，劃痕模具拉絲狀態如圖3所示。

圖2 模具狀態

圖3 劃痕模具拉絲狀態

對表1的數據進行分析，同一拉絲模具生產出不同狀態盤料，可以推出模具不是造成貫穿性條紋的直接來源。不同爐號的材料也存在明顯的貫穿性條紋，也不能排除模具對其影響程度。即使在操作工未發現表面凹坑的三種改制批號的產品表面上，也發現了貫穿性條紋，流轉產品表面條紋如圖4所示。

表1 材料改制信息

圖4 流轉產品表面條紋

通過對已有的數據分析后，本文主要從原材料、粗拉料潤滑狀態、模具使用狀態三個因素進行試驗，并經過冷鐓后產品表面狀態分析后，給出材料潤滑、模具對凹坑的影響程度。

3 實驗

3.1 實驗準備及工藝路線制定

試驗選用寶鋼材質SCM435毛料，規格Φ14 mm，爐號18346369和18346370各5架料，工藝路線：Φ14 mm→潤滑→粗拉Φ12.3 mm→退火→磷皂化→精拉Φ11.62 mm。使用同廠家的兩種爐號的材料、兩種粗拉潤滑、兩類12.3的模具生產出對比盤料，其中粗拉以后的工序為同種因素，3因素4水平如表2所示。模具2-12.3-11如圖4所示。

3.2 毛料表面狀態

選用的十盤毛料進行編號，改制批號及對應試驗方式如表3所示。對材料進行煮酸后觀察材料表面，表面存在凹坑深度2~6絲，18-0311819存在10絲的凹坑，且凹坑在材料表面對稱性的存在，冷鐓產品法蘭面螺栓表面凹坑也是對稱性存在，可以推出凹坑來源于原材料。毛料表面條紋及金相橫切面如圖5至下頁圖14所示。

表2 3因素4水平

圖4 模具2-12.3-11

表3 改制批號及對應試驗方式

圖5 毛料18-0311812

圖6 毛料18-0311961

圖7 毛料18-0311816

圖8 毛料18-0311819

圖9 毛料18-0311908

圖10 毛料18-0311956

圖11 毛料18-0311818

圖12 毛料18-0311821

圖13 毛料18-0311950

圖14 毛料18-0311902

圖15 原材料表處理

3.3 粗拉材料

3.3.1 潤滑材料外觀

原材料進行石灰潤滑與磷化潤滑，原材料表處理狀態如圖15所示，從外觀上看，磷化料表面要好于石灰料。

3.3.2 三因素四水平粗拉后外觀

對4種水平的粗拉料進行外觀觀察，模具2-12.3-12粗拉后的石灰料表面凹坑最明顯。粗拉表觀如圖16所示。

3.4 冷鐓產品

圖16 粗拉表觀

選取其中4種狀態的盤料生產的冷鐓產品，表面都存在貫穿性劃痕，4水平產品外觀如圖17所示。18-0311956、18-0311812使用冷鐓機臺134L-4生產螺栓JQ184B12103TF6Ah，M12 mm×1.25 mm×103 mm；18-0311961使用冷鐓機臺19B4S-01生產螺栓JQ184B1233TF6FoS，M12 mm×1.25 mm×33 mm；18-0311818使用冷鐓機臺134L-3生產螺栓09103-12027 M12 mm×1.25 mm×65 mm。

圖17 4水平產品外觀

4 結果分析

4.1 凹坑來源

兩種爐號的十個批次的盤料取樣煮酸觀察，都存在對稱性的凹坑，深度主要集中在2～6絲，在軋制的過程中已經形成。

從鋼材表面缺陷上判斷為劃傷，主要特征是沿軋制方向上縱向的細長凹下缺陷，其形狀和深淺、寬窄隨產生的原因不同而異。產生原因：它是由于鋼材的氧化鐵皮、金屬顆粒或其他異物積聚在導衛裝置內，與高溫高速的軋件接觸而刮傷，或由于導板安裝不當及其異常損耗，保養不好等。劃傷如圖17所示。導衛裝置如圖18所示。

圖17 鋼材表面劃傷

圖18 導衛裝置

4.2 表面劃傷原因分析

4.2.1 軋制線偏離

生產線中軋輥磨損、部分機架出現走位，以及進出口導衛、過橋的磨損，會導致軋件在運行過程中與軋制線偏離，與某些位置接觸劃傷。

4.2.2 軋件翹頭及側彎

鋼坯加熱不均勻、輥面磨損不均勻、進口導衛栽頭、軋槽未對正等，軋件會在軋機出口處產生頭部上翹或側彎的現象。在進入下一道軋機時，會沖擊進口導衛，造成軋件上表面劃傷。

4.2.3 活套裝置

活套是為了實現無張力軋制，以保證成品尺寸精度。活套起套輪存在卡阻或者爆死，張力調節時產生嚴重拉鋼或者堆鋼，會導致軋件接觸前一機架的出口導衛或下一機架的入口導衛的底板或活套壓套輥的底板，形成滑動摩擦，則會劃傷軋件下表面。

4.2.4 導衛、導槽等積渣或磨損嚴重

1）機架間的過橋。相鄰軋機軋制線偏差，軋件在過橋中滑動摩擦側板或下底板，過橋內表面有粘附氧化鐵皮或焊瘤或其他凸起，必然會劃傷軋件接觸表面。

2）飛剪后的導槽。飛剪剪刃及其前面導槽水平中心線與前一機架軋機軋槽水平中心線發生較大偏移，軋件與飛剪后導槽外側側板有滑動摩擦，導致軋件外側嚴重劃傷。

3）高速區的空過導槽長時間不更換，內徑磨損變大，軋件與軋制線偏離，若導槽內存在硬物或缺陷，形成軋件劃傷。

5）吐絲機前夾送輥進出口磨損嚴重，造成軋件走偏，直管段倒角不當，易導致軋件表面劃傷。

6）吐絲盤螺旋彎管磨穿，與軋件表面增加摩擦，造成劃傷。

4.3 改制生產過程對已有劃傷的影響

對兩種爐號的十架試驗毛料，在金相下測量劃痕深度，爐號18346369平均深度37.2μm，爐號18346370平均深度31.7μm。隨機抽選四個水平盤料的冷鐓法蘭面螺栓，金相下測量螺栓表面劃痕深度；法蘭面圓周邊緣，18-0311956深度22.5絲，18-0311818深度不明顯，18-0311812深度6.3絲，18-0311961深度28.1絲；螺栓光桿處，18-0311956深度3絲，18-0311818深度不明顯，18-0311812深度不明顯，18-0311961深度5絲。原材料都存在表面劃痕，試驗結果與試驗工序對比發現，對劃痕的影響程度中，石灰潤滑要大于磷化，在三個因素中，模具又是影響最大的因素。四種狀態的產品中，產品表面凹坑深度、寬度全部符合《GB/T 5779.3—2000緊固件表面缺陷螺栓、螺釘、螺柱特殊要求》的規定。螺栓法蘭面凹坑如圖19所示。試驗數據對比分析如表4所示。

圖19 螺栓法蘭面凹坑

5 軸向劃傷的預防措施

5.1 標準件廠控制

5.1.1 入廠前檢查盤條表面應光滑，不應有裂紋、折疊、結疤、耳子等對使用有害的缺陷，允許有壓痕及局部的凸塊、凹坑、劃痕、麻面、發紋，但其深度或高度（從實際尺寸算起）應不大于0.10 mm。

表4 試驗數據對比分析

5.1.2 拉絲控制

粗拉材料表面使用磷化，或者更好的潤滑劑。拉絲模具導向區定期檢查，出現嚴重磨損，要及時更換新模具。在拉絲過程中，也要避免盤料長時間放置出現紅銹，拉絲粉消耗完后及時補充，并保持拉絲粉的清潔度。

5.1.3 產品控制

總的來說，現有的支出結構中，中央政府承擔的支出責任過少，這在無形中增加了地方支出責任，由此帶來的必然是城鎮化進程中資金缺口的不斷擴大。如果考慮中央對地方的轉移支付數額，從短期看可能還勉強維持一些地方的財政運轉，從長期來看，制度上的缺失才是數值掩蓋下的風險所在。轉移支付制度不規范，只能是彌補一定情況下的地方財力不足；事權和支出責任劃分不清晰、模糊、隨意，帶來的卻是支出責任不斷在地方積聚，進而無法摸清地方政府實際應該承擔的支出責任、所需財力的數額，再加上主體稅種的缺失，缺乏準確的資金預算，最后帶來的是政府無序的支出擴張，不斷高筑的債臺，地方債務危機風險走向失控的境地。

根據GB/T 5779.3—2000的要求規定，裂紋或條痕的極限深度：≤0.015d+0.1mm（最大值為0.4 mm）。

法蘭面圓周上的鍛造爆裂不應超過下列極限：鍛造爆裂寬度為≤0.08dc；鍛造爆裂深度為≤0.04d；d為螺紋直徑；dc為法蘭面直徑。

5.2 鋼廠控制

鋼材軋制時，為預防軸向劃傷，可以從以下幾點出發：

1）定期檢查軋輥水平度，輥槽嚴格對正軋槽，對磨損嚴重的導衛及過橋及時更換。

2）出爐鋼坯上表面的溫度比下表面偏高30℃，輥面及時冷卻，減少上下輥徑偏差，及時更換磨損嚴重的軋槽。

3）準確設定活套高度基準值，活套裝置兩側壓送輥前設置輔助水平導向輥，及時更換磨損嚴重、卡死的導輪。

4）軋機間過橋裝置架設輔助輥，飛剪前后的導槽增加立輥和水平輔助輥，吐絲機前夾送輥進出口檢查，直管導為圓角，吐絲管厚度定期測量。

6 結論

1）原材料劃痕深度控制在10絲以內，材料表面潤滑充分，拉絲模具導向區不出現嚴重磨損。

2）高速線材生產過程中，控制鋼坯上表面溫度高于下表面溫度30℃。

3）對積渣磨損嚴重的導衛及時清理及更換，緊固導衛固定螺桿；減少上下輥徑偏差，對磨損嚴重的軋槽進行更換。