滚丝轮的设计

滚丝轮的设计
滚丝轮的设计
设计要点
1：应使其中径上的螺纹升角等于工件中径上的螺纹升角。

2：tg滚丝轮的螺旋角=导程(np)/ (滚丝轮外径D-牙高H)*3.142 tg滚珠丝杆的螺旋角=螺距p/( 滚珠丝杆外径d-牙深h) *3.142 (例:3.175钢球牙深取1.28):
3：安装角一般取1度.大导程角度加大.
4：滚轮和丝杆螺纹旋向一样。

5：工作时两滚轮同向、等速旋转，放在中间支承上。

6：滚丝轮牙底宽1/8P=0.125P，滚丝轮牙顶宽0.165P，高0.615P，7：滚珠丝杆钢球=0.6螺距
8：滚珠丝杆接触圆弧=0.51-0.56*钢球
9：滚珠丝杆偏心e=0.707*(接触圆弧-钢球半径)
滚丝轮滚压螺纹有两种方法被广泛地应用于机械行业中，即径向滚压与轴向滚压。

径向滚压的方法，设计中滚丝轮的头数必须与工件头数成比例，并且其轴线相平行。

滚压过程中只有径向运动，没有其它方向的运动，此种方法能够保证工件限定的有效长度，同时还要保证滚
丝机加工出螺纹的有效长度相结合。

这样，此种加工方法及工艺性就有了一定的局限性。

因此，为解决用户的需求，更深一步地研究了第二种加工方法，即滚丝轮轴向进给的加工方法。

此种方法，不同于径向加工方法，区别在于设计轴向滚丝轮时，应考虑的是滚压工件与滚丝轮有一个轴向进给的运动方式。

而由于部分滚丝机不能搬角度，滚丝轮是轴线平行的，因此，工件的轴向进给运动是依赖于螺纹的螺旋母线运动而产生的。

轴向进给滚压方法设计过程中，必须考虑的是工件与滚丝轮之间可以不存在头数成比例的关系，否则工件与滚丝轮的轴向运动使一对滚丝轮的滚压痕迹不重合，破坏了螺纹齿型的完整啮合。

这样，既影响了工件的螺纹精度和质量，又降低了滚丝轮的寿命。

此种方法仅适用于螺距很小的螺纹加工。

目前，能够搬角度这种结构的滚丝机越来越多，因此，对于研制大牙距轴向进给滚丝轮提供了方便条件。

在研制轴向进给滚丝轮时，要考虑的是工件与滚丝轮轴线相交于一定的角度，由此使工件产生了轴向运动。

这种方法加工出的工件螺纹长度没有局限性，特别注意的是此工件必须保证平直，不能凹凸不平或有轴台。

轴向进给滚丝轮设计有二种方式：
1 螺旋齿轴向进给滚轮的设计
滚丝轮和工件的螺旋升角不同，这种方式中有两个方法。

1.1工件的螺旋升角（λ件）大于滚丝轮的螺旋
升角（λ轮），那么，滚丝轮轴线的倾斜角度（r）
r =λ轮-λ件（即滚丝机负搬度）
1.2工件的螺旋升角（λ件）小于滚丝轮的螺旋升角(λ轮)，那么，滚丝轮轴线的倾斜角（r）
r =λ轮-λ件（即滚丝机正搬度）
第二种方法较第一种方法容易使工件和滚丝轮啮合。

2 环形齿轴向进给滚轮的设计
即工件的螺旋升角（λ件）与滚丝轮轴线倾斜角（r）相等，即：r=λ件搬度角为工件的螺纹升角。

另外，设计轴向进给滚丝轮时，要考虑入切角和退出角及螺纹校准齿的选择。

工作锥角（∮）普通螺纹在1°50′~3°之间，梯型螺纹在2°50′~5°之间。

轴向进给滚丝轮的校准齿在4~6螺距之间，根据被加工产品的需要而定。

轴向进给滚丝轮的厚度是根据入切角而定，设计加工中还与滚丝机的转速及机床的压力等参数有一定的比例关系。

螺旋齿滚丝轮滚压螺纹时工件轴向速度用下式表达：
u=v·sinr=（πDn/60°）sin(λ件-λ轮)
式中v——滚丝轮的圆周速度，毫米/秒；
n——滚丝轮的旋转速度，转/分。

由于λ轮、λ件比较小，
故sin（λ件-λ轮）≈tgλ件-tgλ轮≈t/π（Z件/d-Z轮/D）；
式中t－工件螺距（毫米）；
Z件、Z轮－工件和滚丝轮的头数；
d、D－工件和滚丝轮中径。

环形齿滚轮工件的轴向速度公式如下：
V=（nt/60）（Z件·D/d-Z轮）
式中：工件中径（d）的确定按螺纹标准定。

滚丝轮中径D=Z轮t/πtg（λ件+λ）
3 轴向进给滚轮螺距的选取
由于受滚轮搬度角的影响滚轮的制造螺距P1与工件螺距P的关系可由如下公式计算：
螺旋齿轴向进给滚轮：
K=P.Sinα.Sin（α/2+r）/Sin（90°-α/2）Sin（90°-r）
两个滚丝轮螺纹旋向相同，均与螺纹旋向相反，装在相互平等的轴上。

齿纹错开半个螺距。

工作时两滚轮同向、等速旋转，放在中间支承上。

当动滚轮向静滚轮径向靠拢时，工件逐渐受压形成螺纹。

工件达到预定尺寸后，滚丝轮停止进给，继续滚转几周以修正螺纹廓形，随后退出即可取下工件。

设计滚丝轮时，应使其中径上的螺纹升角等于工件中径上的螺纹升角。

即：
t gτ=S／(π×d中) =S滚／(π×D中)
为了增大滚丝轮直径以增大心轴钢度，滚丝轮都是做成多头的，其头数：
n= D中／d中
式中：S滚——滚丝轮导程
S——工件螺距
D中——滚丝轮螺纹中径
d中——工件螺纹中径＋△D
滚丝轮在制造时，中径尺寸应略放大一些，即D中新＝D中＋△D。

这是为了使滚丝轮磨损后有必要的重磨储备量。

滚丝轮经几次重磨后，允许中径稍微小一点，即D中新＝D中－△D。

新旧滚丝轮的中径的变化会引起螺纹升角的变化，但因△D甚小（一般△D＝0.0175×D中），故影响不大。

滚丝轮螺纹齿顶高h1=0.29×S , 齿根高h2=0.325×S 外径D＝D中+2×h1 滚丝轮的螺纹牙型有两种：A型和B型。

A型为圆顶牙型，一般是用滚丝柱滚压形成牙型，这种牙型加工出来的工件牙底为圆弧，螺纹强度高，应优先采用，其最大圆弧为R ＝0.143×S。

B型为平顶牙型，是用螺纹磨床磨出牙型。

滚丝轮是在室温下对金属进行变形加工的一种模具，精度要求较高。

在对金属进行滚压加工时，承受很大的周期性挤压力及圆周方向的摩擦力，工作条件较为恶劣，其损坏形式有：磨损、断裂、崩牙。

滚丝轮材料主要为Cr12MoV或者Cr12，也有9SiCr，CrWMn，前者具有高淬透性，红硬性和高耐磨性，后者淬透性较差，使用较少。

为了改善钢材组织，提高其韧性，以进一步增加耐磨性，国内外做了大量的研究工作，开发出不少新钢种。

如我国的LD、ER5和GM钢等，日本的TCD、AUF11、DC53钢等。

滚丝轮制造工艺流程：锻造——退火——粗加工——热处理——磨端面——磨牙。

采用滚丝轮加工螺栓外螺纹一般都是大于等于10.9级高强度紧固件，硬度在35～4
0HRC左右。

试验M14×2和M12×1.75螺栓，材料SCM435，少数滚丝轮在螺栓加工数量不足2000件就发生早期失效，多数滚丝轮加工螺栓在4000～6000件，因丝扣疲劳失效而报废。

丝扣是受力最大的工作部位，也是截面应力集中之处，故而其在使用中会发生突然出现裂纹或发生破损而失效。

选取生产螺栓件数最低“简称A轮”和最高“简称B轮”滚丝轮进行分析对比。

发现A轮中某些丝扣大块崩损，未崩损牙已出现早期损伤。

B轮丝扣仅出现破损在1mm内的小块表面剥落，几乎未出现崩损。

金相检验表明，发现两件滚丝轮的淬火组织基本相似。

A轮中碳化物的条带状分布明显，这必然导致冲击韧度的降低，断口呈脆性断裂特征；而B轮的硬度较A轮低2HRC，碳化物呈均匀分布，呈塑性断裂特征。

滚丝轮丝扣的失效形式主要为早期脆断和疲劳剥落，而该两种失效行为除了要求改用材质之外，优先选用DC53（Cr8Mo2SiV）钢，还应改善机械加工工艺，提高丝扣的加工质量，表面粗糙度应小于Ra0.4μm。

针对早期脆断是材料韧性不足所造成外，相应提高淬火、回火温度20～30℃，使合金元素充分固溶后在回火时弥散析出，增加二次硬化的能力和提高耐磨性，硬度稳定在61～62HRC，可使滚丝轮的工作寿命稳定在6500件以上。