|
外螺纹加工主要是用车削(采用单点和成形刀具)及磨削(采用单点接触或成形砂轮)方式加工的。这两种金属切削工艺的原理都是通过去除一定的材料而形成所需要的螺纹几何形状。
各大车间所用的另一种工艺是螺纹滚压。它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。 （图片）
螺纹滚压是一种成形工艺，材料被重新组合以形成所需要的形状。
结果，在滚压操作完成后工件毛坯会增长。 金属加工制造商们正面临着前所未有的竞争压力。“用一贯采用的方式”加工零件已经行不通了。将最好的加工工艺与特定应用场合相匹配，对某个加工作业而言可能意味着要么从中赢利，要么就失掉它。界限是非常严格而没有回旋余地的。
为了说明螺纹车削和磨削加工的一种可替换方法，本文介绍螺纹滚压在CNC车削中心上的优、缺点。讨论了应用规格和各种螺纹滚压类型，技术资料来自LMT-Fette公司(俄亥俄州Cleveland市)。
无切屑螺纹成形工艺
一般而言，最适合滚压的材料很难切削，反之亦然。螺纹滚压依赖于基材的塑性 - 即基材的变形能力，以便永久地将滚轮的形状压在工件的坯件中。被切削材料良好的塑性通常会导致形成胶质切屑，并在刀具上形成积屑瘤。例如铸铁没有合适的流动特性，因此不适合进行螺纹滚压加工。
LMT-Fette公司认为，由于滚轮压力的作用，将使材料发生塑性变形，产生5%的最小延伸系数以及246,000磅/平方英寸(本站注：约合173kgf/mm²或1698MPa)的拉伸屈服强度。这些数据随材料类型、大径及次径尺寸不同而不同。
（图片）
该示意图表示出了滚压螺纹(左)与切削加工螺纹(右)微粒流之间的区别。
螺纹滚压过程会产生额外的拉伸强度并提高表面光洁度。 在螺纹滚压操作中，在工件的轴向、切向或径向安装一个滚轮架。尽管每种滚轮架都采用相同的基本操作原理，但不同的螺纹加工应用场合需要采用不同的方式接近工件毛坯。本文在后面将详细介绍三种螺纹滚压方式。
假定工件材质满足滚压的屈服和流动要求，则滚压过程与螺纹切削相比具有若干优点。与其它生产方法相比，滚压加工出来的螺纹物理特性得到提高。在螺纹滚压过程中采用的是冷作业，这样与切削操作相比就增加了拉伸强度，并提高了表面光洁度。
与许多冷加工操作一样，工件毛坯的金属矩阵最初通过模具的作用力而压缩，从而进行塑性屈服，并产生出模具的形状。螺纹滚压操作方式在很大程度上与此相同。螺纹滚压头中滚轮的形状会在工件毛坯中形成螺纹形状。
母材的压缩导致因金属矩阵的压缩而引起工件硬化。它会在螺纹中产生疲劳阻力。这种硬化的状态是该工艺的一部分，因此随后对滚压螺纹进行的任何热处理过程都会产生退火效应。螺纹滚压应该在热处理之后进行。相反，车削和磨削却可以在硬化前也可以在硬化后进行，让金属矩阵产生所需要的形状并且让金属微粒结构几乎保持原封不动。
材料的可滚压性
成功的螺纹滚压取决于若干应用参数。在这些参数中有待滚压螺纹的类型、大径、节距和齿根深度等。螺纹滚压另外还要考虑的方面包括毛坯的压延性以及冷流动性等。
在进行滚压螺纹时，通过移动母材来将螺纹形状压到工件毛坯中。这种移动的一个关键参数是螺纹齿根深度。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。
由滚轮的位置将螺纹节径保持在预定尺寸，因此错位的材料实际上延长了工件毛坯。依据被滚压螺纹的尺寸和形状而定，与螺纹车削或切削相比，螺纹滚压可以节省15～20%的材料。在大批量生产中，这个数据就意味着很大一批原材料。（图片）
毛坯材料因螺纹滚压过程中的压力而产生塑性变形，因此会产生最小5%的延伸率
以及最大246,000磅/平方英寸的拉伸强度。 由于螺纹外径与工件毛坯具有非常密切的关系，因此毛坯直径一定要非常精确。材料流动率是根据指定的毛坯直径及变化率计算的。超出或低于该直径都将加工出不合格的螺纹。
材料尺寸过低将无法完全流进滚轮拉丝模。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单元损坏。
螺纹滚压的成功在很大程度上与要形成的形状有关。产生的大多数螺纹是依据60°统一或类似标准形成的，这些都很容易滚压。用于加工这些形状的大多数滚轮都具有比较尖锐的齿顶，通常带有圆弧刃来帮助拉丝模穿透材料。这些螺纹的角度，在每个齿侧面上为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。
也可以滚压爱克米螺纹(顶角为29°的英制梯形螺纹)及蜗杆螺纹，但是相对较高的材料错位量以及材料必须移动的距离，有可能在齿侧面产生卷层。这些类型螺纹的可滚压性可以通过改变螺纹根部配置 - 从平底改为圆弧状 - 而改善。螺纹滚压还可以应用在压力抛光、压花中，在某些情况下还可以用在型锻操作中。（图片）
螺纹滚压可以用于在工件毛坯中形成多种形状。 轴向螺纹滚压
根据机床类型以及要制造的螺纹类型，车间可以选择若干螺纹滚压配置。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。一般的轴向滚轮头加工范围为直径0.06～9英寸。
轴向滚轮头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。
滚轮在轴向头上布置为允许毛坯通过，这样就可以形成比滚轮宽度更长的螺纹。这些滚轮头上开始的一些螺纹是递进的，就象丝锥或拉刀一样，并且需要在工件毛坯上有一条棱。可以用较短的递进过程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。（图片） 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，设计用于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。无法手动操作这些滚轮。
辊子与工件毛坯直径进行方形、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可以在非常靠近肩部或其它工件特征的前面或后面形成螺纹(在一个螺纹内，有时候更少)。
切向滚轮只在滚轮宽度内滚压螺纹。Fette的切向辊子工作宽度范围为0.61～1.59英寸。这些滚轮被推荐用于爱克米及梯形螺纹，因为所需要的力超出了工夹的设计极限。
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。
工夹上的一个“三辊子”式径向架，用找正的平坦部分来形成间隙开口。这样工件毛坯可以定位成在辊子和成品螺纹零件之间退出而不损坏螺纹。“两辊子”式滚轮架采用相同的原理。
从内部来看，辊子通过释放附在旋转离合器上的张力弹簧而产生运动。一旦释放，工件或滚轮单元的旋转就会继续偏心辊子的向前运动，直至工件毛坯的转矩使离合器弹簧复位为止。
径向螺纹滚压头的工作范围为直径1/16～2½英寸。与切向滚压头一样，螺纹长度不能超出螺纹滚轮的宽度。
关于柔性
准确而精密的螺纹加工对任何车间而言都是一种关键的技巧。考虑将螺纹滚压作为制造螺纹零件的一种可能工具应该作为车间加工策略之一。
螺纹滚压需要在滚轮架和滚轮方面进行刀具投资，这种投资比单点螺纹切削刀片要高。然而，对于涉及硬化材料、较高表面光洁度、表面一致性以及较高生产量的应用场合，长远来看螺纹滚压技术可能具有更高的性价比。此外，由于滚轮架也可以在配备单点螺纹加工功能的CNC车削中心上使用，因此螺纹滚压可以根据应用场合的需要而灵活地加以应用，依据工件实际情况决定正确的刀具。
12/12/2004
| 
