淺談螺紋滾壓加工技術

張秀梅

（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

當前，隨著市場需求個性化與多樣化的不斷發展，塑性成形與磨削加工相結合，取代大部分中小零件的切削加工將成為本世紀的發展趨勢，螺紋滾壓成形技術將推進制造加工業向精密、精確、少能耗、無污染方向發展，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滾絲輪的作用力而壓縮，從而進行塑性屈服，最終在工件毛坯中形成螺紋形狀。

螺紋滾壓一般在滾絲機，搓絲機或在附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。滾壓螺紋的外徑一般不超過25 毫米﹐長度不大于100 毫米﹐螺紋精度可達。滾壓一般不能加工內螺紋﹐但對材質較工件可用無槽擠壓絲錐冷擠內螺紋(最大直徑可達30 毫米左右)﹐工作原理與攻絲類似。冷擠內螺紋時所需扭距約比攻絲大1 倍，加工精度和表面質量比攻絲略高。

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度及硬度，這三者之間密切相關，一般而言，如果硬度和強度越高那么延伸率就越差，反之亦然，也就是說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導致形成膠質切屑，并在刀具上形成積屑瘤。例如鑄鐵沒有合適的流動特性，因此不適合進行螺紋滾壓加工。

2 螺紋滾壓的優點

假定工件材質滿足滾壓的屈服和流動要求，滾壓加工出來的螺紋與其它生產方法相比，物理特性得到提高，表面粗糙度小于車削、銑削和磨削滾壓后的螺紋表面因冷作硬化而能提高強度和硬度母材的壓縮導致因金屬矩陣的壓縮而引起工件硬化，它會在螺紋中產生疲勞阻力。螺紋滾壓應該在熱處理之后進行，車削和磨削可以在硬化前也可以在硬化后進行。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定尺寸，因此錯位的材料實際上延長了工件毛坯，移動的材料量依據被滾壓螺紋的尺寸和形狀而定。與螺紋車削或切削相比，螺紋滾壓可以節省15～20%的材料，在大批量生產中，這個數據就意味著很大一批原材料。生產率比切削加工成倍增長，且易于實現自動化。滾壓模具壽命很長，相對螺紋車削或切削加工節省了刀具消耗費用。

3 螺紋滾壓的影響因數及參數的確定

成功的螺紋滾壓取決于若干應用參數。在這些參數中有待滾壓螺紋的類型、大徑、節距和齒根深度等。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性等。

材料流動率是根據指定的毛坯直徑及變化率計算的。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。根據我們車間實際生產過程積累的經驗，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要滾壓的材料及螺紋類型等因數而定，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 過盈螺紋時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系，毛坯直徑過小將無法完全流進滾輪拉絲模，就會造成滾壓出的螺紋牙的不完整，不能同時滿足螺紋中徑和大徑的尺寸要求。毛坯直徑過大，將造成滾壓出的螺紋超出中徑或大徑尺寸，或螺牙大徑上產生擠裂現象，同時還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單元損壞，因此毛坯直徑確定一定要非常精確，在實際生產中毛坯直徑值往往通過是試件加工獲得。

在進行滾壓螺紋時，通過移動母材來將螺紋形狀壓到工件毛坯中。這種移動的一個關鍵參數是螺紋齒根形狀及相關尺寸。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。齒根深度尺寸越大在滾壓螺紋時根部內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。根據材料移動量的多少，相應的調整毛坯直徑尺寸。

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產生微量的伸長，故滾壓后螺紋頂端面呈碟狀，由于軸向上伸長量的存在，也就減少了材料在徑向上的增長，螺紋長度越長，其單位長度上擔負的軸向伸長量越小，反之越大。在螺紋長度尺寸較小的情況下，確定毛坯直徑值時應適當加大。在滾壓螺紋后螺紋長度不再切削加工時，螺紋滾壓的長度應較設計要求尺寸略小，以消除滾壓伸長的影響。

表1

在滾壓螺紋前，毛坯頂端上應車倒角，以便減小滾壓時滾絲輪承受的來自工件的變形抗力，延長滾壓工具的使用壽命，根據以往經驗，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。同時也可達到螺紋首尾標準要求。

4 螺紋滾壓時可能發生的故障及消除方法（見表1）。

[1] 《螺紋滾壓有優勢》[D].中國機械網

[2] 《螺紋的滾壓加工》[J].機械制造期刊

[3] 《滾壓螺紋》[J].金屬加工工藝與設備期刊