張秀梅

（沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

當(dāng)前，隨著市場(chǎng)需求個(gè)性化與多樣化的不斷發(fā)展，塑性成形與磨削加工相結(jié)合，取代大部分中小零件的切削加工將成為本世紀(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，螺紋滾壓成形技術(shù)將推進(jìn)制造加工業(yè)向精密、精確、少能耗、無(wú)污染方向發(fā)展，并成為綠色制造的重要組成部分。

1 螺紋滾壓原理

工件毛坯的金屬矩陣最初通過(guò)滾絲輪的作用力而壓縮，從而進(jìn)行塑性屈服，最終在工件毛坯中形成螺紋形狀。

螺紋滾壓一般在滾絲機(jī)，搓絲機(jī)或在附裝自動(dòng)開(kāi)合螺紋滾壓頭的自動(dòng)車(chē)床上進(jìn)行﹐適用于大批量生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)緊固件和其它螺紋聯(lián)接件的外螺紋。滾壓螺紋的外徑一般不超過(guò)25 毫米﹐長(zhǎng)度不大于100 毫米﹐螺紋精度可達(dá)。滾壓一般不能加工內(nèi)螺紋﹐但對(duì)材質(zhì)較工件可用無(wú)槽擠壓絲錐冷擠內(nèi)螺紋(最大直徑可達(dá)30 毫米左右)﹐工作原理與攻絲類(lèi)似。冷擠內(nèi)螺紋時(shí)所需扭距約比攻絲大1 倍，加工精度和表面質(zhì)量比攻絲略高。

適用材料較廣，幾乎所有的鋼材，鋁，銅及其他輕金屬合金都可以，主要取決于該材料的塑性和抗拉強(qiáng)度及硬度，這三者之間密切相關(guān)，一般而言，如果硬度和強(qiáng)度越高那么延伸率就越差，反之亦然，也就是說(shuō)最適合滾壓的材料很難切削。螺紋滾壓依賴于基材的塑性-即基材的變形能力，以便永久地將滾輪的形狀壓在工件的坯件中。被切削材料良好的塑性通常會(huì)導(dǎo)致形成膠質(zhì)切屑，并在刀具上形成積屑瘤。例如鑄鐵沒(méi)有合適的流動(dòng)特性，因此不適合進(jìn)行螺紋滾壓加工。

2 螺紋滾壓的優(yōu)點(diǎn)

假定工件材質(zhì)滿足滾壓的屈服和流動(dòng)要求，滾壓加工出來(lái)的螺紋與其它生產(chǎn)方法相比，物理特性得到提高，表面粗糙度小于車(chē)削、銑削和磨削滾壓后的螺紋表面因冷作硬化而能提高強(qiáng)度和硬度母材的壓縮導(dǎo)致因金屬矩陣的壓縮而引起工件硬化，它會(huì)在螺紋中產(chǎn)生疲勞阻力。螺紋滾壓應(yīng)該在熱處理之后進(jìn)行，車(chē)削和磨削可以在硬化前也可以在硬化后進(jìn)行。下圖示意了滾壓螺紋(左)與切削加工螺紋(右)微粒流之間的區(qū)別。

材料利用率高，螺紋滾壓是由滾輪的位置將螺紋中徑保持在預(yù)定尺寸，因此錯(cuò)位的材料實(shí)際上延長(zhǎng)了工件毛坯，移動(dòng)的材料量依據(jù)被滾壓螺紋的尺寸和形狀而定。與螺紋車(chē)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，這個(gè)數(shù)據(jù)就意味著很大一批原材料。生產(chǎn)率比切削加工成倍增長(zhǎng)，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。滾壓模具壽命很長(zhǎng)，相對(duì)螺紋車(chē)削或切削加工節(jié)省了刀具消耗費(fèi)用。

3 螺紋滾壓的影響因數(shù)及參數(shù)的確定

成功的螺紋滾壓取決于若干應(yīng)用參數(shù)。在這些參數(shù)中有待滾壓螺紋的類(lèi)型、大徑、節(jié)距和齒根深度等。螺紋滾壓另外還要考慮的方面包括毛坯的壓延性以及冷流動(dòng)性等。

材料流動(dòng)率是根據(jù)指定的毛坯直徑及變化率計(jì)算的。超出或低于該直徑都將加工出不合格的螺紋。所以確定毛坯直徑值在滾壓加工中起著舉足輕重的作用。根據(jù)我們車(chē)間實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程積累的經(jīng)驗(yàn)，一般毛坯直 徑 d=（d2 ±0.03）-0.02，d2（螺紋中徑）具體加多少需要根據(jù)要滾壓的材料及螺紋類(lèi)型等因數(shù)而定，例如滾壓普通螺紋，GH4169 等高溫材料一般以d2作為毛坯直徑尺寸，38CrA，1Cr18Ni9Ti，1Cr11Ni2W2MoV 材料以d2-0.01的值作為毛坯直徑尺寸；滾壓CG 過(guò)盈螺紋時(shí)一般要比普通螺紋的毛坯直徑值大 0.01。公式 d=（d2 ±0.03）-0.02 中公差0.02 有時(shí)也取0.01，視情況而定。由于螺紋滾壓成型與工件毛坯具有非常密切的關(guān)系，毛坯直徑過(guò)小將無(wú)法完全流進(jìn)滾輪拉絲模，就會(huì)造成滾壓出的螺紋牙的不完整，不能同時(shí)滿足螺紋中徑和大徑的尺寸要求。毛坯直徑過(guò)大，將造成滾壓出的螺紋超出中徑或大徑尺寸，或螺牙大徑上產(chǎn)生擠裂現(xiàn)象，同時(shí)還將對(duì)滾輪和滾輪架施加不必要的壓力，從而可能導(dǎo)致螺紋滾壓?jiǎn)卧獡p壞，因此毛坯直徑確定一定要非常精確，在實(shí)際生產(chǎn)中毛坯直徑值往往通過(guò)是試件加工獲得。

在進(jìn)行滾壓螺紋時(shí)，通過(guò)移動(dòng)母材來(lái)將螺紋形狀壓到工件毛坯中。這種移動(dòng)的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是螺紋齒根形狀及相關(guān)尺寸。隨著滾輪把將形成根部的材料錯(cuò)位，材料將從徑向和軸向由根部流出。齒根深度尺寸越大在滾壓螺紋時(shí)根部?jī)?nèi)被擠出的金屬量越多，反之越少；牙底圓角半徑越大被擠出的金屬量越少，反之越多；齒深相同，圓弧形牙底較平底形擠出的金屬量要少。根據(jù)材料移動(dòng)量的多少，相應(yīng)的調(diào)整毛坯直徑尺寸。

滾壓成型的原理就是塑性變形，在滾壓螺紋時(shí)基本上是恒等體積的形狀變化，由于零件受到外力的作用，在其軸向方向上也會(huì)產(chǎn)生微量的伸長(zhǎng)，故滾壓后螺紋頂端面呈碟狀，由于軸向上伸長(zhǎng)量的存在，也就減少了材料在徑向上的增長(zhǎng)，螺紋長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其單位長(zhǎng)度上擔(dān)負(fù)的軸向伸長(zhǎng)量越小，反之越大。在螺紋長(zhǎng)度尺寸較小的情況下，確定毛坯直徑值時(shí)應(yīng)適當(dāng)加大。在滾壓螺紋后螺紋長(zhǎng)度不再切削加工時(shí)，螺紋滾壓的長(zhǎng)度應(yīng)較設(shè)計(jì)要求尺寸略小，以消除滾壓伸長(zhǎng)的影響。

表1

在滾壓螺紋前，毛坯頂端上應(yīng)車(chē)倒角，以便減小滾壓時(shí)滾絲輪承受的來(lái)自工件的變形抗力，延長(zhǎng)滾壓工具的使用壽命，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，一般按30 度倒角，以使得滾絲輪上的螺牙受力趨近平衡，減少變形。同時(shí)也可達(dá)到螺紋首尾標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 螺紋滾壓時(shí)可能發(fā)生的故障及消除方法（見(jiàn)表1）。

[1] 《螺紋滾壓有優(yōu)勢(shì)》[D].中國(guó)機(jī)械網(wǎng)

[2] 《螺紋的滾壓加工》[J].機(jī)械制造期刊

[3] 《滾壓螺紋》[J].金屬加工工藝與設(shè)備期刊