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每次坐过山车都在想,手臂粗的螺栓是怎么做的?

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当你走进体育场或者...在玩儿过山车,看到这种有大顶棚的建筑结构,有没有想过那些连接用的手臂粗螺栓,是怎么制作出来的?作为工科生,虽然车过 N 次小螺栓,但大螺栓的制作可完全是两码事儿。

选用钢材

要承受超大压力的使用场合,连接和固定用的大螺栓容不得半点差错,工业上对受力性能的追求,可以说非常苛刻。选用的钢材是热轧(zhá)的超细密实心钢合金,建大桥的横梁用的也是这种材料。

数控切割

电脑控制钢锯自动把合金钢切成 28 厘米等长的钢棍。

数控车削

为了让做出的螺栓几乎都一样,就需要让螺栓的外径永远保持在恒定数值。先对每根钢棍都进行一次外表面的切削,为了尽可能的节省材料,这里的车削厚度也都被控制在 1.65 毫米以内,也就是说最开始的热轧钢合金就做了直径控制。

做螺栓头

大螺栓头的制作可不是切削或者焊接到螺栓主体上的。先把螺栓头的这段钢棍放到铜线圈里「感应加热」到 2100 ℃,之后要用冲压成型的方式「敲」出这个外六角的膨胀大头。

「感应加热」在工业上的应用可多了,在《60 年过去了,全世界还这么造美工刀》也有提到刀片要磨得锋利,也得用通大电流的感应线圈,在瞬间加热到所需温度。说起来,家里常用的电磁炉也是感应加热的,还有肯定会普及的「无线充电」,简单来说也是类似的原理。

冲压成型

只需要对每个钢棍感应加热 30 秒,螺栓头就可以送去冲压成型了,60 吨的冲压力下出来的螺栓没有一丝接缝。

热处理

成批的大螺栓都做好螺栓头后,统一经过火墙再送进熔炉于 1500 ℃ 下进行热处理,只有改变了合金钢的分子结构才算进行了彻底的强化。

熔炉外燃起的这道火墙,可不是冶炼的主要热源,它的作用主要是烧光螺栓进入熔炉时的空气,这能防止热处理过程中螺栓表面附着上难以去除的污垢。

压出螺纹

热处理过了的螺栓冷却后,可以去「刻」螺纹啦~把螺栓放到两个圆筒滚轴之间,滚轴上有刻好的螺纹,机器用 40 公斤的压力就能在螺栓上「压」出螺纹。

对...我没写错,小螺栓用的是切削生成螺纹,大螺栓用的挤压成型。

压刻细节

值得一提的是,滚轴上会一直有流动的油液,这是为了避免在压螺纹的过程中摩擦过大产生火花。

到这里大螺栓就做好了~由于从头到尾都是一整块的坚硬钢合金,不管压力多大,也不会出现解体的问题,安全保障就在于此了。

等等!Cast 还有话说

我写的很多文章在「机械设备」和「处理过程」上,经常会写到「数控」两个字,其实这是「数字化控制」的简写,也叫 CNC(Computerized Numerical Control),就是用电脑控制设备的伺服电机自动去操作。

举个例子,如果是老式的车床,得是工人去看刻度盘然后用转轮去调控车刀进行切割。现在用上了「数控」的车床,工人只需要根据车刀的空间位置,输入不同坐标轴的走刀数值,设备就自动去切割了。在批量制作上,老式车床就得一次一次的人为操作。用上数控车床,人工去编写一次指令,就能重复完成 N 次操作。想想看,这得节约多少时间和人力~

我是 Cast,学机械设计的

好奇各种东西都咋做的?我来带你看个究竟!

校对:江小丧、王叉叉

文中 Gif 截取自:Discovery《Factory Made》S02E06

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