緊固件知識：滾壓螺紋

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發表于 2018-8-10 15:15:33 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

螺紋是機械工程中常用的連接方式，作為機械設計中的一種基本而又必要的元素，廣大設計人員必須對螺紋進行深入的學習和掌握，不僅要能正確、合理的選用螺紋，還要了解螺紋的加工方法和工藝，以便解決生產中可能遇到的問題。

螺紋的加工方法主要有：螺紋切削：一般指用成形刀具或磨具在工件上加工螺紋的方法，主要有車削、銑削、攻絲、套絲、磨削、研磨和旋風切削等。車削、銑削和磨削螺紋時，工件每轉一轉，機床的傳動鏈保證車刀、銑刀或砂輪沿工件軸向準確而均勻地移動一個導程。在攻絲或套絲時，刀具(絲錐或板牙)與工件作相對旋轉運動，并由先形成的螺紋溝槽引導著刀具(或工件)作軸向移動。螺紋滾壓：用成形滾壓模具使工件產生塑性變形以獲得螺紋的加工方法。

1、滾壓簡介

與切削方法相比，滾壓不是一種金屬切削過程。它不通過去除金屬而形成所需要的輪廓，而是按滾輪拉絲模的鏡像形成螺紋，是一種無切削螺紋成型工藝。在進行滾壓螺紋時，滾輪模具通過移動母材來將螺紋形狀壓到工件毛坯中。隨著滾輪把將形成根部的材料錯位，材料將從徑向和軸向由根部流出，而滾輪的形狀會在工件毛坯中形成螺紋形狀。下圖表明了滾壓螺紋與切削螺紋的材料微組織變化狀況。

滾壓主要用于外螺紋的加工。加工前，坯件的直徑應大致與螺紋的中徑相等，對于較高精度螺紋，毛坯直徑的選擇要根據材料性能計算及工藝試驗來確定。超出或低于合適的直徑都將加工出不合格的螺紋。毛坯外徑太小將無法完全流進滾輪模具；毛坯尺寸過大將對滾輪和滾輪架施加不必要的壓力，從而可能導致螺紋滾壓設備損壞。滾壓螺紋大多數是60°牙頂角螺紋，所用滾輪都具有比較尖銳的齒頂，通常帶有圓弧刃以便于穿透材料。每個齒側面上為30°，保證了使材料在軸向和徑向以一種可控而預定的方式進行流動時所需要的作用力。下圖為螺紋滾壓輪。

2、滾壓方法

按滾壓模具的不同，螺紋滾壓可分搓絲和滾絲兩類。搓絲

兩塊帶螺紋牙形的搓絲板錯開1/2螺距相對布置，靜板固定不動，動板作平行于靜板的往復直線運動。當工件送入兩板之間時，動板前進搓壓工件，使其表面塑性變形而成螺紋。搓絲在搓絲機或在安裝自動開合螺紋滾壓頭的自動車床上進行，適用于大批量生產標準緊固件和其它螺紋聯接件的外螺紋，效率相當高，每分鐘可達到50個。這種方法加工螺紋的外徑一般不超過25 mm，長度不大于100 mm。

滾絲按照進給方式的不同，滾絲又分為三種形式：

軸向螺紋滾壓

軸向螺紋滾輪從車削中心尾座端部開始，沿工件毛坯中心線移動，從而形成螺紋。一般的軸向滾輪加工范圍為直徑1.5～228 mm。

軸向滾輪通常安裝在車削中心轉塔刀套之一中。一次走刀可以將3個(或最多6個)滾輪進給到毛坯上，并通過工件毛坯的旋轉加以啟動。滾輪的布置允許毛坯通過，這樣就可以形成比滾輪寬度更長的螺紋。這些滾輪上開始的一些螺紋是遞進的，就像絲錐或拉刀一樣，可以一直加工到肩部或其它工件特征之前，但是滾輪的壽命有可能受額外應力的影響。

切向螺紋滾壓

顧名思義，切向滾輪架通過從側面接近工件毛坯而形成螺紋。切向滾輪架有時候稱作側面滾壓或橫向滑動架，通過推動來滾壓螺紋，以可控的進給速度進行，每次兩個固定的平行輥子同時進入旋轉中的工件中。切向滾壓需要機械或伺服進給，無法手動操作。滾輪與工件毛坯直徑進行切向接觸，從而迫使材料進行均勻的塑性流動，形成滾輪拉絲模的形狀。這種成形過程非常快，會產生沒有毛刺的精確輪廓。在操作中，切向滾輪在工件毛坯旋轉15～30轉后產生一個完整的螺紋。這種螺紋滾輪的優點是即使螺紋的兩端有軸肩，也加工的出來。切向滾輪只在滾輪寬度內滾壓螺紋。Fette公司的切向輥子工作寬度范圍為15～40 mm。

徑向螺紋滾壓

   第三種螺紋滾輪是徑向滾輪架。它用兩個或三個輥子在工件毛坯旋轉一次的過程中形成螺紋。  這種螺紋滾輪上的輥子通過偏心磨削。在每個輥子上由一個平坦部分開始，螺紋形狀漸進完成。在平坦一側開始淺淺的螺紋形狀，在另一側形成完整的形狀。 “三輥子”式徑向架用找正的平坦部分來形成間隙開口。這樣工件毛坯可以在輥子和成品螺紋零件之間退出而不損壞螺紋。

   徑向螺紋滾輪的工作范圍為直徑1.5～63.5 mm。與切向滾壓頭一樣，螺紋長度不能超出螺紋滾輪的寬度。 3.滾壓螺紋的優點  與其它加工方法相比，滾壓加工出來的螺紋力學性能得到提高。在螺紋滾壓過程中采用的是冷作業，這樣與切削加工相比就增加了拉伸強度，并提高了表面光潔度。  由滾輪的壓縮作用實際上延長了工件毛坯，與車削或切削相比，螺紋滾壓可以節省15～20%的材料。在大批量生產中，就意味著可以節約很大一批原材料。  因此螺紋滾壓的優點是：

1.螺紋表面粗糙度小于車削、銑削和磨削；
2.滾壓后的螺紋表面因冷作硬化而能提高強度和硬度；
3.材料利用率高；
4.生產率比切削加工成倍增長，且易于實現自動化，滾壓模具壽命也很長可重復使用。

3、滾壓缺點

滾壓螺紋的缺點有以下幾點：
1.母材的壓縮導致加工硬化，降低螺紋的疲勞壽命；
2.材料有局限性，滾壓螺紋要求材料的硬度不超過HRC40；
3.對毛坯尺寸精度要求較高；
4.對滾壓模具的精度和硬度要求也高，制造模具比較困難；
5.不適于滾壓牙形不對稱的螺紋。

   總結：滾壓螺紋既有自身優勢，也有不可避免的缺陷。滾壓可以大大提高螺紋的抗拉強度，但螺紋中的加工應力又大大降低了螺紋的疲勞壽命，所以在選擇螺紋的加工方法時，要綜合考慮螺紋的使用場合、受力特點等各種因素，根據實際需要選擇合理的工藝。