螺紋是機械工程中常用的連接方式,,是機械設(shè)計中的一種基本而又必要的元素。
設(shè)計人員必須對螺紋進行深入的學習和掌握,,不僅要能正確,、合理地選用螺紋,,還要了解螺紋的加工方法和工藝,以便解決生產(chǎn)中可能遇到的問題,。今天我們來說說滾壓螺紋,。
一)什么是滾壓螺紋
滾壓是用成形滾壓模具使工件產(chǎn)生塑性變形以獲得螺紋的加工方法。與切削方法相比,,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。隨著滾輪使形成根部的材料錯位,,材料將從徑向和軸向由根部流出,,工件毛坯形成螺紋形狀。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(yīng)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(jù)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,可能導(dǎo)致螺紋滾壓設(shè)備損壞,。
滾壓螺紋大多數(shù)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(cè)面上為30°,,保證了材料在軸向和徑向以一種可控而預(yù)定的方式進行流動時所需要的作用力。
二)滾壓螺紋的方法
按滾壓模具的不同,,螺紋滾壓可分搓絲和滾絲兩類,。

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(fù)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(chǎn)標準緊固件和其它螺紋聯(lián)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25mm,,長度不大于100mm,。
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,、切向螺紋滾壓,、徑向螺紋滾壓 。
1)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1.5~228mm,。
軸向滾輪通常安裝在車削中心轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yīng)力的影響,。
2)切向螺紋滾壓

顧名思義,,切向滾輪架通過從側(cè)面接近工件毛坯而形成螺紋。切向滾輪架有時候稱作側(cè)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(zhuǎn)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???,會產(chǎn)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(zhuǎn)15°~30°后產(chǎn)生一個完整的螺紋,。這種螺紋滾輪的優(yōu)點是即使螺紋的兩端有軸肩,也能加工出來,。切向滾輪只在滾輪寬度內(nèi)滾壓螺紋,。
3)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(zhuǎn)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(cè)開始淺淺的螺紋形狀,在另一側(cè)形成完整的形狀,?!叭佔印笔綇较蚣苡谜艺钠教共糠謥硇纬砷g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1.5~63.5mm,。與切向滾壓頭一樣,螺紋長度不能超出螺紋滾輪的寬度,。
滾壓螺紋的優(yōu)缺點
滾壓螺紋與其他加工方法相比,,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(yè),,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,。
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(jié)省15%~20%的材料,。在大批量生產(chǎn)中,,就意味著可以節(jié)約很大一批原材料。
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(chǎn)率比切削加工成倍增長,,且易于實現(xiàn)自動化,滾壓模具壽命也很長,,可重復(fù)使用,。
滾壓螺紋的缺點有以下幾點:
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(chǎn)率比切削加工成倍增長,,且易于實現(xiàn)自動化,滾壓模具壽命也很長,,可重復(fù)使用,。
1.母材的壓縮導(dǎo)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(jié):滾壓螺紋既有自身優(yōu)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(yīng)力又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(jù)實際需要選擇合理的工藝,。