螺紋滾壓有優(yōu)勢

螺紋滾壓是一種成形工藝，材料被重新組合以形成所需要的形狀。結(jié)果，在滾壓操作完成后工件毛坯會增長。

外螺紋加工主要是用車削(采用單點和成形刀具)及磨削(采用單點接觸或成形砂輪)方式加工的。這兩種金屬切削工藝的原理都是通過去除一定的材料而形成所需要的螺紋幾何形狀。

各大車間所用的另一種工藝是螺紋滾壓。它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。

金屬加工制造商們正面臨著前所未有的競爭壓力。“用一貫采用的方式”加工零件已經(jīng)行不通了。將最好的加工工藝與特定應(yīng)用場合相匹配，對某個加工作業(yè)而言可能意味著要么從中贏利，要么就失掉它。界限是非常嚴格而沒有回旋余地的。

為了說明螺紋車削和磨削加工的一種可替換方法，本文介紹螺紋滾壓在CNC車削中心上的優(yōu)、缺點。討論了應(yīng)用規(guī)格和各種螺紋滾壓類型，技術(shù)資料來自LMT-Fette公司(俄亥俄州Cleveland市)。

無切屑螺紋成形工藝

一般而言，最適合滾壓的材料很難切削，反之亦然。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(zhì)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。

LMT-Fette公司認為，由于滾輪壓力的作用，將使材料發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生5%的最小延伸系數(shù)以及246,000磅/平方英寸(本站注：約合173kgf/mm²或1698MPa)的拉伸屈服強度。這些數(shù)據(jù)隨材料類型、大徑及次徑尺寸不同而不同。

該示意圖表示出了滾壓螺紋(左)與切削加工螺紋(右)微粒流之間的區(qū)別。螺紋滾壓過程會產(chǎn)生額外的拉伸強度并提高表面光潔度。

毛坯材料因螺紋滾壓過程中的壓力而產(chǎn)生塑性變形，因此會產(chǎn)生最小5%的延伸率以及最大246,000磅/平方英寸的拉伸強度。

在螺紋滾壓操作中，在工件的軸向、切向或徑向安裝一個滾輪架。盡管每種滾輪架都采用相同的基本操作原理，但不同的螺紋加工應(yīng)用場合需要采用不同的方式接近工件毛坯。本文在后面將詳細介紹三種螺紋滾壓方式。

假定工件材質(zhì)滿足滾壓的屈服和流動要求，則滾壓過程與螺紋切削相比具有若干優(yōu)點。與其它生產(chǎn)方法相比，滾壓加工出來的螺紋物理特性得到提高。在螺紋滾壓過程中采用的是冷作業(yè)，這樣與切削操作相比就增加了拉伸強度，并提高了表面光潔度。

與許多冷加工操作一樣，工件毛坯的金屬矩陣最初通過模具的作用力而壓縮，從而進行塑性屈服，并產(chǎn)生出模具的形狀。螺紋滾壓操作方式在很大程度上與此相同。螺紋滾壓頭中滾輪的形狀會在工件毛坯中形成螺紋形狀。

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(chǎn)生疲勞阻力。這種硬化的狀態(tài)是該工藝的一部分，因此隨后對滾壓螺紋進行的任何熱處理過程都會產(chǎn)生退火效應(yīng)。螺紋滾壓應(yīng)該在熱處理之后進行。相反，車削和磨削卻可以在硬化前也可以在硬化后進行，讓金屬矩陣產(chǎn)生所需要的形狀并且讓金屬微粒結(jié)構(gòu)幾乎保持原封不動。

材料的可滾壓性

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性等。

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(guān)鍵參數(shù)是螺紋齒根深度。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。

由滾輪的位置將螺紋節(jié)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。依據(jù)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(jié)省15～20%的材料。在大批量生產(chǎn)中，這個數(shù)據(jù)就意味著很大一批原材料。

由于螺紋外徑與工件毛坯具有非常密切的關(guān)系，因此毛坯直徑一定要非常精確。材料流動率是根據(jù)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。

材料尺寸過低將無法完全流進滾輪拉絲模。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單元損壞。

螺紋滾壓的成功在很大程度上與要形成的形狀有關(guān)。產(chǎn)生的大多數(shù)螺紋是依據(jù)60°統(tǒng)一或類似標準形成的，這些都很容易滾壓。用于加工這些形狀的大多數(shù)滾輪都具有比較尖銳的齒頂，通常帶有圓弧刃來幫助拉絲模穿透材料。這些螺紋的角度，在每個齒側(cè)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。

也可以滾壓愛克米螺紋(頂角為29°的英制梯形螺紋)及蝸桿螺紋，但是相對較高的材料錯位量以及材料必須移動的距離，有可能在齒側(cè)面產(chǎn)生卷層。這些類型螺紋的可滾壓性可以通過改變螺紋根部配置 - 從平底改為圓弧狀 - 而改善。螺紋滾壓還可以應(yīng)用在壓力拋光、壓花中，在某些情況下還可以用在型鍛操作中。

軸向螺紋滾壓

根據(jù)機床類型以及要制造的螺紋類型，車間可以選擇若干螺紋滾壓配置。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。一般的軸向滾輪頭加工范圍為直徑0.06～9英寸。

軸向滾輪頭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。

滾輪在軸向頭上布置為允許毛坯通過，這樣就可以形成比滾輪寬度更長的螺紋。這些滾輪頭上開始的一些螺紋是遞進的，就象絲錐或拉刀一樣，并且需要在工件毛坯上有一條棱�？梢杂幂^短的遞進過程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。

螺紋滾壓可以用于在工件毛坯中形成多種形狀。

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，設(shè)計用于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。無法手動操作這些滾輪。

輥子與工件毛坯直徑進行方形、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轉(zhuǎn)后產(chǎn)生一個完整的螺紋。這種螺紋滾輪的優(yōu)點是可以在非�？拷�肩部或其它工件特征的前面或后面形成螺紋(在一個螺紋內(nèi)，有時候更少)。

切向滾輪只在滾輪寬度內(nèi)滾壓螺紋。Fette的切向輥子工作寬度范圍為0.61～1.59英寸。這些滾輪被推薦用于愛克米及梯形螺紋，因為所需要的力超出了工夾的設(shè)計極限。

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。

工夾上的一個“三輥子”式徑向架，用找正的平坦部分來形成間隙開口。這樣工件毛坯可以定位成在輥子和成品螺紋零件之間退出而不損壞螺紋。“兩輥子”式滾輪架采用相同的原理。

從內(nèi)部來看，輥子通過釋放附在旋轉(zhuǎn)離合器上的張力彈簧而產(chǎn)生運動。一旦釋放，工件或滾輪單元的旋轉(zhuǎn)就會繼續(xù)偏心輥子的向前運動，直至工件毛坯的轉(zhuǎn)矩使離合器彈簧復位為止。

徑向螺紋滾壓頭的工作范圍為直徑1/16～2½英寸。與切向滾壓頭一樣，螺紋長度不能超出螺紋滾輪的寬度。

關(guān)于柔性

準確而精密的螺紋加工對任何車間而言都是一種關(guān)鍵的技巧�？紤]將螺紋滾壓作為制造螺紋零件的一種可能工具應(yīng)該作為車間加工策略之一。

螺紋滾壓需要在滾輪架和滾輪方面進行刀具投資，這種投資比單點螺紋切削刀片要高。然而，對于涉及硬化材料、較高表面光潔度、表面一致性以及較高生產(chǎn)量的應(yīng)用場合，長遠來看螺紋滾壓技術(shù)可能具有更高的性價比。此外，由于滾輪架也可以在配備單點螺紋加工功能的CNC車削中心上使用，因此螺紋滾壓可以根據(jù)應(yīng)用場合的需要而靈活地加以應(yīng)用，依據(jù)工件實際情況決定正確的刀具。