全面了解机械设计数控加工中的滚压螺纹

它是机械工程中常见的连接方式，也是机械设计中基本而必要的元素。设计人员必须全面学习和掌握螺纹，不仅要正确合理地选择螺纹，还要了解螺纹的加工方法和工艺，以解决生产中可能遇到的问题。今天，我们来谈谈滚丝。

滚压螺纹简介

滚压是利用成型滚压模具使工件发生塑性变形以获得螺纹的加工方法。与切削法相比，它不是通过去除金属来形成所需要的轮廓，而是按照辊式拉丝模的镜像来形成螺纹，这是一种非切削螺纹成型工艺。

滚压螺纹时，滚压模通过移动基材将螺纹形状压入工件毛坯。随着辊移动形成根部的材料，材料将从根部沿径向和轴向流出，工件坯料将形成螺纹形状。下图为滚压螺纹和切削螺纹的材料显微组织变化。

滚压主要用于加工外螺纹。加工前，毛坯的直径应大致等于螺纹的中径。对于高精度螺纹，毛坯直径的选择应根据材料性能计算和工艺试验确定，如果直径超过或低于合适的直径，将加工不合格的螺纹。如果坯料外径过小，就不能完全流入辊模；毛坯尺寸过大会对轧辊和辊架产生不必要的压力，可能导致滚丝设备损坏。

滚丝多为60°齿顶角的螺纹，使用的滚丝轮齿尖锋利，通常带有圆弧边，以利于物料的穿透。每个齿侧为30°，这确保了当材料在轴向和径向上以可控和预定的方式流动时所需的力。看看下面这个视频。很直观。

滚丝法

根据滚丝模具的不同，滚丝分为滚丝和滚丝两种。

搓丝

两个带螺纹齿的滚丝板以1/2节距交错排列，静板固定，动板沿平行于静板的往复直线运动。当工件在两个板之间进给时，移动板向前移动并摩擦工件，使得其表面塑性变形以形成螺纹。

滚丝是在装有自动开合滚丝头的滚丝机或自动车床上进行的。适用于标准紧固件外螺纹及其他螺纹连接件的批量生产，效率相当高，达到每分钟50个螺纹。用这种方法加工的螺纹一般外径小于25毫米，长度小于100毫米。

根据进料方式的不同，滚丝可分为三种形式:

轴向螺纹滚压

轴向螺纹滚轮从车削中心的尾座端部开始，沿着工件毛坯的中心线运动，从而形成螺纹。一般轴向滚子的加工范围是直径1.5 ~ 228 mm。

轴向滚子通常安装在车削中心的一个转塔套筒中。三个(或最多六个)辊可以在一次进给中被进给到坯料，并且通过工件坯料的旋转来启动。辊的布置允许坯料通过，从而可以形成比辊的宽度更长的线。这些滚子上的一些初始螺纹是渐进的，就像丝锥或拉刀一样，可以加工到肩部或其他工件特征，但滚子的使用寿命可能会受到额外应力的影响。

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来形成螺纹。切向辊架有时也叫侧滚或横滑架，以可控的进给速度通过推压来滚丝。每次，两个固定的平行辊同时进入旋转的工件。切向轧制需要机械或伺服进给，不能手动操作。与工件毛坯直径切向接触，从而迫使材料均匀流动，形成滚轮拉丝模的形状。这种成型过程非常快，从而产生没有毛刺的精确轮廓。工作时，切向滚子在工件毛坯旋转15° ~ 30°后产生一个完整的螺纹。这种滚丝器的优点是即使螺纹两端有台肩也可以加工。切向辊仅在辊的宽度范围内滚动线。

径向螺纹滚压

第三种螺纹滚子是径向滚子架。它使用两个或三个辊在工件坯料的一次旋转中形成螺纹。这种螺纹滚子上的滚子通过偏心磨削，从每个滚子上的一个平面部分开始，逐渐完成螺纹形状。在平的一侧开始一个浅的螺纹形状，在另一侧形成一个完整的形状。“三辊”径向框架使用对齐的平坦部分来形成间隙开口，使得工件毛坯可以在不损坏螺纹的情况下从辊和完成的螺纹部分之间退出。

径向螺纹滚子的工作范围是直径1.5 ~ 63.5毫米。像切向滚压头一样，螺纹长度不能超过螺纹辊的宽度。

滚丝的利弊

与其他加工方法相比，滚压加工的螺纹力学性能有所提高。滚丝工艺采用冷加工，与切削相比，增加了抗拉强度，提高了表面光洁度。轧辊的压缩作用实际上延长了工件毛坯，与车削或切削相比，滚丝可节省15% ~ 20%的材料。在大规模生产中，意味着可以节省大量的原材料。因此，滚丝的优点是:

1.螺纹表面粗糙度小于车、铣、磨；

2.由于冷淬，滚压后螺纹表面的强度和硬度得到提高；

3.材料利用率高；

4.生产率比切割提高一倍，易于实现自动化。滚压模使用寿命长，可重复使用。

滚丝的缺点如下:

1.基底材料的压缩导致加工硬化并降低螺纹的疲劳寿命；

2.材质有局限性，滚丝硬度要求材质不能超过HRC40；

3.对毛坯尺寸精度要求高；

4.滚压模的精度和硬度也高，模具制造难度大；

5.不适合轧制齿形不对称的螺纹。

总结:滚丝有自己的优点，也有不可避免的缺陷。滚压可以大大提高螺纹的抗拉强度，但是螺纹中的加工应力降低了螺纹的疲劳寿命。因此，在选择螺纹的加工方法时，应综合考虑螺纹的应用场合和受力特点等各种因素，根据实际需要选择合理的工艺。