紧固件知识:滚压螺纹

          螺纹是机械工程中常用的连接方式,作为机械设计中的一种基本而又必要的元素,广大设计人员必须对螺纹进行深入的学习和掌握,不仅要能正确、合理的选用螺纹,还要了解螺纹的加工方法和工艺,以便解决生产中可能遇到的问题。

           螺纹的加工方法主要有:   螺纹切削:一般指用成形刀具或磨具在工件上加工螺纹的方法,主要有 车削、铣削、攻丝、套丝、磨削、研磨和旋风切削等。车削、铣削和磨削螺纹时,工件每转一转,机床的传动链保证车刀、铣刀或砂轮沿工件轴向准确而均匀地移动一个导程。在攻丝或套丝时,刀具(丝锥或板牙)与工件作相对旋转运动,并由先形成的螺纹沟槽引导着刀具(或工件)作轴向移动。 螺纹滚压:用成形滚压模具使工件产生塑性变形以获得螺纹的加工方法。

    1、滚压简介

    紧固件知识:滚压螺纹

          与切削方法相比,滚压不是一种金属切削过程。它不通过去除金属而形成所需要的轮廓,而是按滚轮拉丝模的镜像形成螺纹,是一种无切削螺纹成型工艺。在进行滚压螺纹时,滚轮模具通过移动母材来将螺纹形状压到工件毛坯中。随着滚轮把将形成根部的材料错位,材料将从径向和轴向由根部流出,而滚轮的形状会在工件毛坯中形成螺纹形状。下图表明了滚压螺纹与切削螺纹的材料微组织变化状况。

          滚压主要用于外螺纹的加工。加工前,坯件的直径应大致与螺纹的中径相等,对于较高精度螺纹,毛坯直径的选择要根据材料性能计算及工艺试验来确定。超出或低于合适的直径都将加工出不合格的螺纹。毛坯外径太小将无法完全流进滚轮模具;毛坯尺寸过大将对滚轮和滚轮架施加不必要的压力,从而可能导致螺纹滚压设备损坏。  滚压螺纹大多数是60°牙顶角螺纹,所用滚轮都具有比较尖锐的齿顶,通常带有圆弧刃以便于穿透材料。每个齿侧面上为30°,保证了使材料在轴向和径向以一种可控而预定的方式进行流动时所需要的作用力。下图为螺纹滚压轮。

     2、滚压方法

          按滚压模具的不同,螺纹滚压可分搓丝和滚丝两类。  搓丝

     

          两块带螺纹牙形的搓丝板错开1/2螺距相对布置,静板固定不动,动板作平行于静板的往复直线运动。当工件送入两板之间时,动板前进搓压工件,使其表面塑性变形而成螺纹。搓丝在搓丝机或在安装自动开合螺纹滚压头的自动车床上进行,适用于大批量生产标准紧固件和其它螺纹联接件的外螺纹,效率相当高,每分钟可达到50个。这种方法加工螺纹的外径一般不超过25 mm,长度不大于100 mm。

           滚丝按照进给方式的不同,滚丝又分为三种形式:

    轴向螺纹滚压

          轴向螺纹滚轮从车削中心尾座端部开始,沿工件毛坯中心线移动,从而形成螺纹。一般的轴向滚轮加工范围为直径1.5~228 mm。

          轴向滚轮通常安装在车削中心转塔刀套之一中。一次走刀可以将3个(或最多6个)滚轮进给到毛坯上,并通过工件毛坯的旋转加以启动。   滚轮的布置允许毛坯通过,这样就可以形成比滚轮宽度更长的螺纹。这些滚轮上开始的一些螺纹是递进的,就像丝锥或拉刀一样,可以一直加工到肩部或其它工件特征之前,但是滚轮的寿命有可能受额外应力的影响。


    切向螺纹滚压

    切向螺纹滚压

          顾名思义,切向滚轮架通过从侧面接近工件毛坯而形成螺纹。切向滚轮架有时候称作侧面滚压或横向滑动架,通过推动来滚压螺纹,以可控的进给速度进行,每次两个固定的平行辊子同时进入旋转中的工件中。切向滚压需要机械或伺服进给,无法手动操作。  滚轮与工件毛坯直径进行切向接触,从而迫使材料进行均匀的塑性流动,形成滚轮拉丝模的形状。这种成形过程非常快,会产生没有毛刺的精确轮廓。  在操作中,切向滚轮在工件毛坯旋转15~30转后产生一个完整的螺纹。这种螺纹滚轮的优点是即使螺纹的两端有轴肩,也加工的出来。  切向滚轮只在滚轮宽度内滚压螺纹。Fette公司的切向辊子工作宽度范围为15~40 mm。
     
    径向螺纹滚压


          第三种螺纹滚轮是径向滚轮架。它用两个或三个辊子在工件毛坯旋转一次的过程中形成螺纹。  这种螺纹滚轮上的辊子通过偏心磨削。在每个辊子上由一个平坦部分开始,螺纹形状渐进完成。在平坦一侧开始浅浅的螺纹形状,在另一侧形成完整的形状。   “三辊子”式径向架用找正的平坦部分来形成间隙开口。这样工件毛坯可以在辊子和成品螺纹零件之间退出而不损坏螺纹。

          径向螺纹滚轮的工作范围为直径1.5~63.5 mm。与切向滚压头一样,螺纹长度不能超出螺纹滚轮的宽度。 3.滚压螺纹的优点  与其它加工方法相比,滚压加工出来的螺纹力学性能得到提高。在螺纹滚压过程中采用的是冷作业,这样与切削加工相比就增加了拉伸强度,并提高了表面光洁度。  由滚轮的压缩作用实际上延长了工件毛坯,与车削或切削相比,螺纹滚压可以节省15~20%的材料。在大批量生产中,就意味着可以节约很大一批原材料。  因此螺纹滚压的优点是:

      1.螺纹表面粗糙度小于车削、铣削和磨削;
    2.滚压后的螺纹表面因冷作硬化而能提高强度和硬度;
    3.材料利用率高;
     4.生产率比切削加工成倍增长,且易于实现自动化,滚压模具寿命也很长可重复使用。 

     3、滚压缺点

    滚压螺纹的缺点有以下几点:
     1.母材的压缩导致加工硬化,降低螺纹的疲劳寿命;
     2.材料有局限性,滚压螺纹要求材料的硬度不超过HRC40;
    3.对毛坯尺寸精度要求较高;
     4.对滚压模具的精度和硬度要求也高,制造模具比较困难;
    5.不适于滚压牙形不对称的螺纹。

          总结:滚压螺纹既有自身优势,也有不可避免的缺陷。滚压可以大大提高螺纹的抗拉强度,但螺纹中的加工应力又大大降低了螺纹的疲劳寿命,所以在选择螺纹的加工方法时,要综合考虑螺纹的使用场合、受力特点等各种因素,根据实际需要选择合理的工艺。

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