Vijci i vijci su najosnovnije mehaničke komponente, koje se široko koriste u raznim industrijama kao što su automobili, industrijske mašine i građevinarstvo. Za razliku od zavarivanja i zakivanja, najveća karakteristika vijaka je da se mogu lako ukloniti čak i nakon zatezanja i da se mogu ponovo koristiti ponovnim-zatezanjem.
Proces proizvodnje titanijumskih vijaka
Materijal za proizvodnju vijaka je obično namotana žica. Nakon sekundarne obrade kao što je kiseljenje, podmazivanje, žarenje i izvlačenje žice, glava vijka i navoji se formiraju, termički-obrađuju i površinski-obrađuju pomoću hladnog kovanja. Ovisno o vrsti proizvoda, neki zahtijevaju toplinsku obradu prije oblikovanja navoja, dok drugi ne. Sekundarnu obradu uglavnom obavlja specijalizirano osoblje, ali se ponekad radi u pogonu za proizvodnju vijaka.
Formiranje glave zavrtnja se generalno odnosi na proces hladnog kovanja glave zavrtnja korišćenjem mašina za kovanje, kao što je mašina za narušavanje ili mašina za potiskivanje, koja se naziva "uzbuđivanje". Hladno kovanje, poznato i kao hladno prešanje, odnosi se na obradu na sobnoj temperaturi. To je izraz u suprotnosti sa toplom i toplom obradom, gdje se materijal zagrijava prije obrade. Proces kovanja uključuje rezanje namotanog čelika na odgovarajuće dužine, a zatim presovanje materijala pomoću nekoliko kalupa za kovanje. Kovanje uključuje četiri koraka: narušavanje, duboko izvlačenje, obrnuto ekstrudiranje i završnu obradu. Uzrujavanje uključuje stiskanje materijala s jednog kraja kako bi se proširio iznad njegovog prvobitnog prečnika; duboko izvlačenje, naprotiv, stišće materijal s jednog kraja kako bi se skupio na manji promjer; obrnuto ekstrudiranje uključuje utiskivanje materijala s jednog kraja u kalup manjeg promjera, uzrokujući da se istisne prema van dok se istovremeno stvara rupa; završna obrada uključuje uklanjanje viška debljine pomoću kalupa za kovanje. Ovisno o obliku proizvoda, ove metode se mogu koristiti zasebno ili u kombinaciji. Složeniji oblici zahtijevaju više koraka obrade za postupno oblikovanje proizvoda, ali obični vijci se mogu formirati u samo 2-5 koraka.
Proces oblikovanja dijela s navojem uključuje korištenje mašine za oblikovanje valjanjem za hladno kovanje i oblikovanje navoja u procesu oblikovanja navoja vijaka. Metoda oblikovanja je ista kao i za glavu vijka. Oblik navoja se formira stezanjem blanka između dva seta kalupa za kovanje, rotiranjem jedne od kalupa uz istovremenu rotaciju zazora i oblikovanjem u navoj kroz plastično oblikovanje. Matrice za kovanje koje se koriste za oblikovanje navoja nazivaju se "matrice za valjanje". Postoje tri vrste mašina za valjanje: mašine za ravno kovanje, mašine za valjanje u obliku kružnog kovanja i planetarne mašine za valjanje. Mašine za valjanje ravnog kovanja koriste dvije obične kalupe za valjanje; jedan je fiksiran dok se drugi pomiče naprijed-nazad da bi kotrljao i oblikovalo blanko. Mašine za valjanje okruglog kovanja koriste dvije paralelne cilindrične kalupe za valjanje koje se rotiraju u istom smjeru da bi valjale i oblikovale blanko u sendviču između dvije matrice. Planetarne mašine za valjanje stežu zatvor između cilindričnog kalupa za kovanje i kalupa za kovanje u obliku ventilatora-, te ga valjaju i oblikuju rotacijom cilindrične matrice za kovanje.
Vijci formirani hladnim kovanjem i termičkom obradom uglavnom se izrađuju od materijala tvrdoće pogodne za plastičnu obradu. Materijali s visokim sadržajem ugljika ili dodanih legirajućih elemenata su sami po sebi tvrdi i teški za obradu, stoga je nekima potrebno žarenje da bi se omekšali. Većina materijala ne može zadovoljiti potrebnu čvrstoću u uvjetima hladnog kovanja. Toplinska obrada, izvedena nakon hladnog kovanja, daje zavrtnju potrebnu čvrstoću i mehanička svojstva i predstavlja najvažniji korak u proizvodnji vijaka. Vijci su klasifikovani u različite stepene čvrstoće prema njihovoj primeni i upotrebi. Toplinska obrada je neophodna kako bi se osiguralo da oblikovani vijci posjeduju odgovarajuća potrebna mehanička svojstva.
Vijci koji se koriste u automobilskim motorima često se lijepe za ulje za podmazivanje, tako da neće rđati čak ni bez površinske obrade. Međutim, ovo je samo mali dio vijaka; većina se koristi u korozivnim sredinama i stoga će brzo zarđati bez površinske obrade. Ako se zarđali vijci ne tretiraju, korozija će spriječiti njihovo odvrtanje, au teškim slučajevima mogu se slomiti, što će dovesti do ozbiljnih nesreća. Stoga, vijci koji se koriste u korozivnim sredinama zahtijevaju površinsku obradu kao što je galvanizacija. Površinske obrade vijaka mogu se široko podijeliti na galvanizaciju i premazivanje. Najraširenija metoda je galvanizacija, koja ima prednosti niske cijene i dobre otpornosti na koroziju. Kada je potrebna veća otpornost na koroziju od galvanizacije, može se koristiti galvanizacija od legure kao što je pocinčano željezo i cink-nikl, ili se može primijeniti kompozitni premaz od cinka-aluminijuma.
Smjer razvoja automobilskih vijaka
Posljednjih godina, proizvođači automobila zahtijevaju smanjenje troškova komponenti, manju težinu i veću čvrstoću. Istovremeno, da bi se riješili ekološki problemi, emisija CO2 se mora smanjiti, a da bi se smanjila potrošnja goriva, težina vozila mora biti minimizirana. U troškovima proizvodnje vijaka, trošak blanka čini veći dio; stoga je najefikasnija metoda smanjenje cijene samog materijala. Japanski proizvođači automobila istražuju upotrebu jeftinih inozemnih materijala za smanjenje troškova nabavke materijala. Kako bi zadovoljili zahtjeve kupaca, proizvođači vijaka su također proveli različite studije o smanjenju težine vijaka. Kao mjere za smanjenje težine vijaka, neki koriste lagane metale kao što su aluminij ili titan, dok drugi smanjuju veličinu vijaka. Iako smanjenje veličine vijka može smanjiti težinu, ako se veličina vijka smanji za isti stepen čvrstoće, sila zatezanja vijka će se smanjiti zbog smanjene površine poprečnog presjeka.
Stoga, da bi se osigurao isti nivo čvrstoće uz smanjenje veličine vijka, snaga vijka se mora povećati. Trenutni javni standardi kao što su JIS i standardi proizvođača automobila specificiraju samo zahtjeve za vijke sa stepenom čvrstoće ispod 12,9. Za obične kaljene i kaljene vijke, karakteristike odloženog loma se drastično pogoršavaju kada stepen čvrstoće prelazi 12,9. U nekim aplikacijama u kojima se već koriste vijci visoke čvrstoće od 10,9 ili 12,9, postizanje smanjenja težine kroz smanjenje veličine zahtijeva korištenje vijaka s stepenom čvrstoće preko 12,9 i korištenje metoda za poboljšanje karakteristika odgođenog loma. Da bi se postigla visoka čvrstoća, neki kaljeni i kaljeni vijci poboljšavaju karakteristike odgođenog loma dodavanjem legirajućih elemenata. Dok dodavanje legirajućih elemenata može donekle poboljšati karakteristike odgođenog loma, visoka cijena ovih elemenata neizbježno povećava troškove.
Drugi pristup je korištenje ne-kaljenih i kaljenih vijaka. Ne-kaljeni i kaljeni vijci ne zahtijevaju termičku obradu nakon oblikovanja; njihova snaga se prvenstveno osigurava radnim kaljenjem. Mikrostruktura ne-kaljenih i kaljenih vijaka je potpuno drugačija od one kod kaljenih i kaljenih vijaka, pokazujući jaku otpornost na odloženo lomljenje. Ne-kaljeni vijci koriste materijale sa većim sadržajem ugljenika od kaljenih vijaka. Kontroliranom hlađenjem i toplinskom obradom tokom faze gredice može se postići velika redukcija površine. Nakon radnog očvršćavanja kroz izvlačenje žice, daljnjim radnim kaljenjem u fazi oblikovanja vijka osigurava se čvrstoća vijka. Iako se obični vijci nakon oblikovanja ne temperiraju, moraju se podvrgnuti plavljenju kako bi se eliminisalo unutrašnje naprezanje kroz hladno kovanje. Nedostatak je što je tvrdoća materijala veća od kaljenih vijaka, što ih čini vrlo teškim za formiranje. Trenutno je snaga ne-kaljenih vijaka koji se koriste u motorima 1600 MPa, a snaga ne{14}}kaljenih vijaka koji se koriste u karoseriji vozila dostigla je 1400 MPa. Očekuje se da će se potražnja za ovim vijcima{17}}visoke čvrstoće dodatno povećati u budućnosti.
