螺纹滚压

本指南包含您需要了解的有关滚丝和螺丝机产品的所有信息。

您将了解以下主题：

• 什么是螺纹滚压？

• 螺纹滚压工艺

• 螺纹滚压的优点和缺点

• 常见缺陷

• 滚丝机的类型

• 还有更多……

第 1 章：什么是螺纹滚压？

螺纹滚压是一种螺纹加工工艺，通过在模具之间滚压金属坯料使其变形，从而在表面上形成外螺纹。该方法还可以通过称为螺纹成形的工艺形成内螺纹。与螺纹切削等其他常见螺纹技术不同，螺纹滚压不是减材，这意味着它不涉及从库存中去除金属。滚压螺纹紧固件的优点包括更强的螺纹、精确的最终尺寸、优异的表面光洁度和更低的摩擦系数。

螺丝机械产品是螺纹机械元件，例如螺栓、螺母和螺钉。螺纹机械元件可以根据其功能进行分组。螺栓、螺母和螺钉是称为紧固件的结构部件。螺纹紧固件也可以集成到制造螺纹配件的零件中。

螺纹紧固件用于创建非永久性接头，允许机械松动或拆卸组件。相比之下，动力螺杆和丝杠用作机构或机械驱动器。这些元件控制运动并将动力传输到机器的其他部件，在机械系统中发挥着至关重要的作用。

螺纹形式

螺纹可以根据其形状进行分类。

• V 形螺纹：这些是三角形螺纹，其侧面通常彼此形成 60°。顶部和底部是尖锐的，但在某些情况下，由于制造的限制，作为一个小的平坦部分。

• 美国国家螺纹：以前称为美国标准螺纹，美国国家螺纹是 V 形螺纹的更标准化版本，它对螺纹牙顶和牙根的平面度有特定的尺寸。这种形式取代了一般用途的V型螺纹。

• 英国惠特沃斯线：这是美国国家线的英国版本。

• 统一螺纹：这种螺纹形式取代了美国国家螺纹以及加拿大和英国的螺纹标准。这是为了允许零件的互换性而开发的。统一螺纹仍然具有 V 形轮廓，但具有圆形或扁平的牙顶和牙根。统一螺纹标准（UTS）由多个系列组成，即统一细牙（UNF）、统一粗牙（UNC）、统一超细牙（UNEF）和统一特殊牙（UNS）。

• 公制螺纹：这种螺纹形式是为了从英制测量过渡到公制系统而开发的。这是由 ISO 带来的，取代了 UTS 螺纹形式。

• 方螺纹：方螺纹是用于动力传输的特殊用途螺纹。理论上，由于承载面或侧面与轴线垂直，它们是机械和驱动应用的理想螺纹。然而，由于制造限制，这种形式并不实用。

• Acme 螺纹：这种螺纹形式是方螺纹的改进型。梯形螺纹的特点是具有梯形形状，其根部比牙顶窄。梯形螺纹比方螺纹更坚固且更容易加工。

• 偏梯形螺纹：在这种螺纹形式中，一个牙侧与轴线垂直或与轴线成一个小角度，而另一个牙侧则与轴线成 45° 角。这种螺纹形式设计用于在一个方向上传递高负载。

• 折角螺纹：折角螺纹具有高度圆滑的牙顶和牙根，牙侧角为 30°。圆形轮廓允许碎片移动，不会干扰螺纹的啮合。

第 2 章：线程进程的概述是什么？

螺纹生成过程通常分为三种方法：减法、变形和加法，每种方法的不同之处在于螺纹的形状或形成方式。减材工艺，通常称为切割工艺，是这些方法之一。以下是这些过程的总结：

攻丝：攻丝是一种用于生产内螺纹的螺纹加工工艺。这是使用丝锥来完成的，丝锥是圆柱形或圆锥形切削工具。丝锥具有多个类似于外螺纹的切削刃。通过旋转丝锥同时将丝锥轴向更深地移动到金属毛坯的孔中来产生内螺纹。

模具螺纹加工：此工艺用于生产外螺纹。其施力方法和切削动作与攻丝类似。模具用于切割具有多个切割点的金属坯料，类似于内螺纹。存在不同的模具设计，可以是实心的，也可以是自开式的。

单点切割：单点切割是在车床上完成的，金属坯料被固定并旋转。切削刀具安装在由直线进给装置线性进给的托架上 丝杠。该工艺可以生产内螺纹和外螺纹。此过程比攻丝或模切慢。其优点是只需一种切削刀具即可加工出不同的螺纹。

铣削：此过程使用一种称为螺纹铣刀的工具，它是多个安装在一起的单点切削工具。铣刀通常安装在车床的托架上，车床逐渐转位以切削螺纹。

铣削：在此过程中，使用单个或多个旋转切削刀具对毛坯进行螺纹加工。除了像攻丝和板牙螺纹那样旋转切削刀具并轴向分度外，切削刀具还沿着螺纹表面的圆周旋转。螺纹铣削可以生成内螺纹和外螺纹。

研磨：此过程不使用切割原料，而是使用研磨工具去除金属。这通常与其他线程处理一起完成。螺纹磨削的目的是生产精密螺纹和具有良好光洁度的螺纹。

变形过程通过加工金属坯料形成其形状来产生螺纹。该分类包括轧制和铸造：

滚压：如前所述，滚丝是一种外螺纹工艺，通过使坯料通过滚压模来成型。滚轮模具具有外螺纹状滚轮，可接触原料表面并使其变形。螺纹滚压通常比螺纹切削更快，因为成形过程只需要很少的走刀次数。

铸造：此过程涉及将熔融金属浇注或注射到模具中。模具包含螺纹零件的负形。此过程需要二次加工过程以产生精确的螺纹。此工艺不适合制造细螺纹。

最后，增材工艺是通过逐渐添加或沉积材料来生产螺纹的方法。这些被广泛用于生产塑料零件。技术进步进一步扩展了金属机械元件的生产工艺。为了生产高质量的螺纹，它与磨削和研磨等二次加工一起使用。

一些增材工艺包括立体光刻、选择性激光烧结和熔丝制造：

• 立体光刻：这是生产塑料零件时使用最广泛的 3D 打印工艺之一。该过程涉及通过聚焦光束固化的塑料树脂浴。

• 选择性激光烧结：该过程使用激光束来烧结粉末材料。塑料是该工艺中常用的材料，但该技术现在在金属零件的生产中取得了进展。

• 熔丝制造：在此过程中，连续的材料丝被熔化并挤出以形成所需形状的零件。

第三章：螺纹滚压的优点和缺点是什么？

使用滚压螺杆机产品既有优点也有缺点。螺纹滚压的主要优点是它可以产生更坚固的表面并提供高尺寸精度。然而，由于该工艺依赖于金属变形，因此通常仅限于软金属，并且模具成本较高。

下面列出了使用滚压螺钉和螺栓的优点：

高螺纹强度：螺纹滚压通常在相对较低的温度下完成，使其成为冷加工工艺。众所周知，冷加工可以生产强度更高的零件，而无需二次热处理。这使得滚压适用于对热处理不敏感的螺纹材料。滚压螺纹的强度比切削或磨削螺纹高 10% 至 20%。

良好的表面光洁度：螺纹滚压本身就可以赋予光滑和抛光的螺纹，无需二次抛光工艺。使金属变形的高压缩力消除了螺纹表面上的任何不平坦之处。滚压表面的表面粗糙度约为 8 至 24 微英寸 Ra，而切削螺纹通常具有 64 至 125 微英寸 Ra。滚压螺纹也没有撕裂、颤动痕迹、切割痕迹和毛刺。

精密螺纹加工：由于螺纹滚压中使用的模具是要生成的螺纹的镜像，并且没有从库存中去除任何材料，因此该工艺可以在长期运行中生产出高精度和准确度的零件。如果模具是精确的并且具有足够的硬度，则确实如此。

较低的摩擦系数：良好的表面光洁度可降低摩擦系数。较低的摩擦系数可以使螺母和螺栓的拧紧更加均匀一致，或者为丝杠提供更好的动力传输。

缩短生产周期：螺纹滚压通常比螺纹切削更快。轧制速度取决于材料类型、螺纹轮廓、机器尺寸和容量以及金属原料的进给方法。对于往复式模具，螺纹滚压每分钟可生产 30 至 40 个零件，毛坯直径范围为 5/8 至 1 1/8。对于圆柱形模具，尺寸范围为 1 至 1 ½ 英寸，每分钟 10 至 30 个零件。

材料的有效利用带来更低的成本：由于螺纹滚压是一种变形工艺，因此整个过程中不会去除任何材料。由于无需收集和回收废弃材料，因此可以更好地利用能源。

以下是螺纹滚压的缺点。可以看出，这些主要影响的是制造商而不是最终用户。最终，这些都会增加产品成本，使得滚压螺纹产品在某些情况下比其他工艺生产的产品更昂贵。

对于硬质材料不实用：螺纹滚压主要在可延展金属上进行。尽管这是可能的，但对于高于 40 洛氏 C 的金属，不会进行螺纹滚压。超过此硬度水平，螺纹磨削更为实用。滚压硬质材料会显着缩短刀具寿命。

• 更昂贵的工具：用于滚压的模具必须坚硬且精确。模具的任何变形都会导致螺纹尺寸精度较差。由于所需的硬度，精确制造模具很困难。

• 坯料直径必须精确：必须有适量的材料可以流动并升高到原始表面之上。毛坯的直径必须通过试验进行计算和验证，尤其是在生产精确螺纹时。为了获得正确的直径，毛坯可能需要进行初步车削加工。

第四章：螺纹滚压应考虑哪些因素？

与任何加工工艺一样，必须考虑多个因素以确保最佳的操作条件和产品质量。以下是影响螺纹滚压的一些关键变量。

材料要求：螺纹滚压的一个已知缺点是它与硬质材料不相容。要轧制的材料的硬度必须不大于 HRC 40。可以轧制的材料是低碳钢、低碳钢、不锈钢、铜合金，通常还有铝。此外，材料必须具有适当的延展性。推荐的伸长率范围为 12% 至 20%。

毛坯直径：正确的毛坯直径几乎与螺钉或螺栓的中径相同。通常，螺纹之间以及节线下方的空间或空腔与节线上方的螺纹体积相同。可能需要对公差进行一些调整才能获得所需的波峰形状，特别是在需要进行涂层或电镀等二次加工时。

倒角角度：倒角是螺纹起点处的锥形表面。轧制前，必须将坯料一端的边缘加工成倒角。必须设置正确的倒角角度，以便在末端正确塑造螺纹形状。大多数情况下建议的倒角角度为 30°。

进给：将坯料送入模具的基本技术有三种：径向进给、切向进给和贯穿进给。在径向进给中，模具朝坯料的轴线径向移动。对于切向进给，原料的节距从其侧面接近辊子，形成方形切向接触。最后，贯穿进给涉及一个圆柱形模具，该模具与坯料配合，使其轴向移动。

• 螺纹滚压速度：螺纹滚压速度取决于机器的机械和功率限制、螺纹直径以及金属坯料的材料和硬度。轧制速度范围为 30 至 100 m/min。硬质材料需要低轧制速度，而软质和延展性材料则需要高速度。

• 冷却剂和润滑剂：冷却剂或切削液广泛用于螺纹切削，但它们也是螺纹滚压所必需的。金属变形还会产生热量，从而损害模具和坯料。此外，冷却剂还可以充当润滑剂，以减少模具和坯料之间的摩擦。

第五章：螺纹滚压常见的缺陷有哪些？

尽管与其他方法相比，螺纹滚压工艺可提供更高的精度，但由于操作中的颠簸和不规则，仍然可能会出现缺陷。常见问题包括库存尺寸超出公差、滚筒磨损或未对准以及进料不当。以下是螺纹滚压中最常见的缺陷。

截断的螺纹牙冠：这种缺陷的描述是牙冠未完全成形或牙冠过度截断。原因之一可能是库存尺寸过小，没有足够的材料流动和形成波峰。这是通过逐渐增加库存规模来解决的。如果中径过大，则更可能的根本原因是螺纹头松动，可通过调整尺寸来解决。如果不是，则缺陷可能是由于材料硬度过高造成的。因此，有必要更换为较软的材料。

剥落：剥落或裂片会导致螺纹表面异常粗糙。这通常是由于轧制材料不相容造成的。根本原因可能是铅和硫含量过高、晶粒结构不一致以及有时轧制前的冷加工。如果所使用的材料已经具有良好的可滚动性，则其他可能的原因可能是辊子或模具不匹配、辊子表面粗糙、过度填充或滚动速度慢。

醉螺纹：这种缺陷表现为波状或不均匀的螺纹峰。这是由于模具不匹配、原料进料未对准或模具结构不良造成的。最好的解决方案是检查辊及其衬套的状况。

弯曲的螺距线：这被视为螺纹朝向螺栓或螺钉的螺纹段末端逐渐变细。曲率可以是凹的或凸的。其根本原因是原料直径不一致、原料相对于辊子未对准、辊子磨损或材料变形太大导致其流向原料末端。

螺旋角超差：这可能是由多种原因造成的，例如辊子不同步、辊子不完美、原料进给不正确或螺旋顶升。这可以通过正确定时和对准辊、适当的原料进给以及优化轧制速度来解决。

光洁度差：光洁度差是由于模具磨损、材料硬度高、毛坯直径过大或冷却剂供应中存在污染物等因素造成的。

杯状端部：杯状端部表现为凹端，这是由于迫使金属流过不充分的倒角而造成的。这在较软的金属上更为明显。通过对毛坯进行适当倒角（通常为 30° 左右）即可解决该缺陷。

第六章：滚丝机有哪些类型？

螺纹滚压是一个简单的过程，首先将金属棒切割成一定长度，然后锻造以形成螺栓或螺钉头。接下来，对棒材进行机加工以获得正确的毛坯直径并在一端进行倒角。然后将准备好的原料送入攻丝机，通过模具形成螺纹。螺纹滚压后，坯料经过电镀、阳极氧化、涂层等二次加工。

本工艺摘要适用于所有类型的螺纹滚压。然而，滚丝机根据所使用的模具类型而有所不同。它们可分为平模、行星模或圆柱模类型。

平模式：这种类型的滚丝机由两个矩形模具组成，其中一个是固定的，另一个是往复运动的。往复式模具平行于固定模具移动。模具的表面包含代表要生产的螺纹轮廓的脊。这些脊的倾斜角度等于螺纹的螺旋角。板牙牙顶之间的距离等于螺纹的小直径。

螺纹通常仅在一个通道中形成。模具的长度允许将原料滚动六到八次。枪托可手动或自动插入一端。模具切向滚动坯料，通过摩擦力将坯料带到另一端。

分段式或行星式：行星式通过一个固定表面和一个移动表面滚动原料来运行。然而，该机器使用旋转运动而不是平移运动。这种类型包括固定弯曲模具和中央旋转模具。一个或多个固定模具可以与单个旋转模具配合。固定模具一次滚动一种原料。

与平模类型相似，行星式机器具有有限的滚动表面，可通过一个通道形成螺纹。将坯料插入弯曲模具的一端。然后，旋转模具旋转弯曲模具的完整弧度，使坯料旋转，直到在另一端弹出。

圆柱形模具类型：圆柱形模具或滚柱被视为具有无限工作表面的模具。这些机器通常通过径向进给和贯穿进给相结合的方式进行操作。与平模和行星式模不同，圆柱模类型在滚动时通过多次加工使金属变形。圆筒模机可进一步分为两大类：二模机和三模机。

• 1. 双板牙：这种类型的攻丝机有两个平行的滚轮，其中一个或两个滚轮可以径向移动以接受并穿透坯料。坯料的定位与模具中心线的平面略有偏移，以防止其升起。中间有一个光滑的滚轮支撑或支撑杆，用于在穿丝时固定原料。

  2. 三模头：该机器具有三个彼此成 120° 的辊子。通常，所有辊子都可以径向移动，其中在穿透过程中原料的位置保持在中心。与两模机相比，三模机的受力平衡性更好，但调节难度更大、更复杂。

结论

• 螺纹滚压是一种螺纹加工工艺，涉及通过模具滚压金属坯料使其变形，沿其表面形成外螺纹。内螺纹可以使用相同的原理形成，具体称为螺纹成型。

• 产生螺纹的过程一般分为三种方法：减法法、变形法和加法法。它们的不同之处在于螺纹的形状或形成方式。

• 滚丝的主要优点是产品的表面和尺寸精度更强。然而，该工艺仅限于软金属，并且需要更昂贵的工具。

• 滚丝机有不同类型，根据所使用的模具类型而有所不同。滚丝机可以是平模、行星模或圆柱模类型。