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工艺系统对滚压螺纹的影响.doc

工艺系统对滚压螺纹的影响

阿楠
2011-01-10 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《工艺系统对滚压螺纹的影响doc》,可适用于工程科技领域

InfluenceofTechnologySystemonRollingThreadInfluenceofTechnologySystemonRollingThreadFuHongcang,LiJuhe  Abstract:Whenoutsidethreadbeingprocessedbyrolling,problemsexistinginanyloopormistakenmutuallocationoftechnologysystemconstituentcanresultinbrokenthreadofworkingpiecewhichisdifficulttofindbyrangeestimationoriscleartoemergeDuringtheprocessofformationorcalibrationofsuchabnormalthread,suchcanfeedbacktoresultbadintechnologysystem  Keywords:Thread,Rolling,Tollingtool,Technologysystem  用滚压法加工螺纹是当今广泛采用的批量生产工件的无切屑加工方法。因滚压法加工螺纹有高的生产效率及较高的加工精度如螺纹量规、丝锥、滚压工具及传动丝杠等。只有当工件坯料、滚压工具及机床等组成的工艺系统及其各环间的相互位置均为理想状态时才会使加工的螺纹中径螺旋线在平面上展开后得到一条连续、光滑、各点斜率均相同的直线其螺纹升角均为λ(图)。图A理论螺纹中径展开线 D螺纹中径 P螺距λ螺纹升角  n螺纹圈数 滚压法加工螺纹的机理  滚压法加工螺纹的实质是用淬硬的螺纹滚压工具与坯料间相对挤压使坯料发生塑性变形从而形成螺纹。 用一扣滚压螺纹的组成  由几个滚压工具参与滚压螺纹时每一个滚压工具在滚压成形过程中均形成一段螺纹。一扣完整的螺纹就是由这样的几段组成。这就必然存在在形成的这几段螺纹中径螺旋线展开后是否均在同一条理想倾斜直线上以及各段接头是圆滑连续等问题。 几种不正常滚压螺纹的形成  实际上用滚压法加工螺纹常会发现按中径螺纹展开后不再是一条理想的斜线而是如图所示的实线折线。图所示为一对滚压工具加工单头螺纹工件的中径螺纹展开线。图  ()形成工件同一扣螺纹的各段中径螺纹升角不等如图a中实线折线所示。  ()形成工件同一扣螺纹的各段中径螺纹升角相等但不在同一条展开线上(图b)。  ()经常出现的还有上述两种情况的叠加(图c)。  除上述三种较典型的情况外还会有各种不正常情况的组合发生。凡是存在上述各种情况之一者在加工过程中用百分表对工件检查会发现端面跳动严重甚至用目测可见工件沿其轴向窜动。 不正常螺纹产生的原因  为了保证加工质量除要求工艺系统中各环的制造精度均需具有理想精度外还必须做到正确的调整各环间的内在联系。  将图所示加工螺纹的一对滚压工具按其中径螺纹在平面内展开两展开线间的夹角应为工件螺纹升角的倍即λ(图)。要求λ角对搓丝板的直线运动方向或滚丝轮的回转平面必须严格对称。图  若工艺系统中任何一环及其相互位置破坏了这一要求均会使加工出的螺纹在各接头处出现目测不易发现或是明显的折点或断点。图a所示实线为工件中径螺纹展开线其螺纹升角为λ但其中一个滚压工具所挤压的一段螺纹升角大了Δλ。实际生产中倘若滚压工具本身制造精度不高、机床运动方向的精度不高、滚压工具的安装基准不正确或操作者在安装和调整中有误均会造成这种情况。在图b中虽然参与滚压螺纹的各个滚压工具形成的那段螺纹有相同的螺纹升角λ但因其错开的螺距不正确仍会出现折断螺纹。  笔者认为正确的滚压过程要求工件和各滚压工具的相互位置必须按式()调整即:   ()式中:ΔP参与滚压螺纹的任意两滚压工具错开的螺距   γ参与滚压螺纹的任意两滚压工具与工件中心构成的角度(按工件旋转方向以弧度计)   D工件螺纹中径   λ中径螺纹升角。  在滚压过程中若工艺系统不按式()调整如机床和滚压工具各方向基准的精度不够或操作者没有正确调整工艺系统等均会造成不正常螺纹。  由式()可知当各滚压工具均能保证所挤压的那段螺纹为同一λ值时则给定λ便可求出相应的ΔP。据此用于滚压加工尺寸螺纹时会得到加工精度较高的工件。然而按一般资料推荐:当用一对滚丝轮滚压螺纹时取工件中心低于两滚丝轮中心线~mm且两滚丝轮相互错开半个螺距。所调整的工艺系统只能用来加工一般精度要求的连接螺纹因为资料推荐的数值是经验近似值。  图c所示为上述两种情况的叠加其出现的原因也应综合以上两种情况进行分析。 不正常螺纹在形成过程中对工艺系统的反作用  用滚压法加工螺纹如出现图所示的情况尤其是出现较明显的折断螺纹时即使是进行调整、校准但因工件大都处于弹性变形范围所以也很难完全消除。这种不正常螺纹在整个成形过程中又会反作用于工艺系统而导致以下情况。 降低滚压工具的寿命  由滚压法加工螺纹的过程可知伴随工件上螺纹的成形滚压工具的牙会受到来自工件的变形抗力。当被加工螺纹的中径螺旋线展开如图所示时在其形成过程中工件给予滚压工具牙的变形抗力使其以磨损为主这属正常情况。若出现图所示的各种情况时变形抗力不仅造成滚压工具牙的磨损还会引起牙的剪切和弯曲但以剪切为主从而造成滚压工具的“崩牙”现象。这种局部的崩牙有时还会迅速扩展成片致使正常生产无法进行。这是因为在滚压过程中前一滚压工具在工件上已挤压成形的那段螺纹与即将参与滚压的下一滚压工具上的螺纹的凹谷不吻合滚压工具的牙侧面会对其产生挤压直至使其凹谷吻合为止。由力的反作用原理可知滚压工具上的这段螺纹会受到以剪力为主的反作用特别是在工件各段接头处剪力更大。  由于上述三种情况的存在致使工件上每段螺纹在成形或校准过程中其位置将如图所示时而发生虚、实线交替改变。更为严重的是因位置改变产生的反力重复作用在滚压工具的同一牙段时更易造成滚压工具中间螺纹疲劳剪切“崩牙”。这种现象在搓丝板中异常明显。图所示为搓丝板“崩牙”的典型实例。中间沿搓丝板长度方向的崩牙是由于工件坯料的倒角不合理造成的而波浪式的“崩牙”是由于工件同一扣螺纹上各段接头处的剪力较大所致。()式中:ΔP参与滚压螺纹的任意两滚压工具错开的螺距   γ参与滚压螺纹的任意两滚压工具与工件中心构成的角度(按工件旋转方向以弧度计)   D工件螺纹中径   λ中径螺纹升角。  在滚压过程中若工艺系统不按式()调整如机床和滚压工具各方向基准的精度不够或操作者没有正确调整工艺系统等均会造成不正常螺纹。  由式()可知当各滚压工具均能保证所挤压的那段螺纹为同一λ值时则给定λ便可求出相应的ΔP。据此用于滚压加工尺寸螺纹时会得到加工精度较高的工件。然而按一般资料推荐:当用一对滚丝轮滚压螺纹时取工件中心低于两滚丝轮中心线~mm且两滚丝轮相互错开半个螺距。所调整的工艺系统只能用来加工一般精度要求的连接螺纹因为资料推荐的数值是经验近似值。  图c所示为上述两种情况的叠加其出现的原因也应综合以上两种情况进行分析。 不正常螺纹在形成过程中对工艺系统的反作用  用滚压法加工螺纹如出现图所示的情况尤其是出现较明显的折断螺纹时即使是进行调整、校准但因工件大都处于弹性变形范围所以也很难完全消除。这种不正常螺纹在整个成形过程中又会反作用于工艺系统而导致以下情况。 降低滚压工具的寿命  由滚压法加工螺纹的过程可知伴随工件上螺纹的成形滚压工具的牙会受到来自工件的变形抗力。当被加工螺纹的中径螺旋线展开如图所示时在其形成过程中工件给予滚压工具牙的变形抗力使其以磨损为主这属正常情况。若出现图所示的各种情况时变形抗力不仅造成滚压工具牙的磨损还会引起牙的剪切和弯曲但以剪切为主从而造成滚压工具的“崩牙”现象。这种局部的崩牙有时还会迅速扩展成片致使正常生产无法进行。这是因为在滚压过程中前一滚压工具在工件上已挤压成形的那段螺纹与即将参与滚压的下一滚压工具上的螺纹的凹谷不吻合滚压工具的牙侧面会对其产生挤压直至使其凹谷吻合为止。由力的反作用原理可知滚压工具上的这段螺纹会受到以剪力为主的反作用特别是在工件各段接头处剪力更大。  由于上述三种情况的存在致使工件上每段螺纹在成形或校准过程中其位置将如图所示时而发生虚、实线交替改变。更为严重的是因位置改变产生的反力重复作用在滚压工具的同一牙段时更易造成滚压工具中间螺纹疲劳剪切“崩牙”。这种现象在搓丝板中异常明显。图所示为搓丝板“崩牙”的典型实例。中间沿搓丝板长度方向的崩牙是由于工件坯料的倒角不合理造成的而波浪式的“崩牙”是由于工件同一扣螺纹上各段接头处的剪力较大所致。()式中:λ中径螺纹升角   D工件螺纹中径   Di滚丝轮螺纹中径   L工件螺纹导程   Li滚丝轮螺纹导程。  从式()可知由于工件及滚丝轮沿牙高各点直径不同其螺纹升角也不同故滚丝轮与工件坯料刚接触便挤压出“乱扣”螺纹。当动轮继续进给时后一瞬时进给位置的滚丝轮牙总是把前一瞬时进给位置已形成的“乱扣”螺纹挤到较正确位置上。进给到全牙深时工件才形成正确螺纹。由此可见在整个成形过程中滚丝轮牙受力非常复杂。正是这个力的作用降低了滚丝轮的使用寿命并使工件螺纹表面粗糙度恶化。  所以在用滚丝轮滚压较小尺寸螺纹且工艺系统刚性允许的情况下人们常参照搓丝板滚压螺纹的成形过程来滚压尺寸螺纹即动轮先用较大进给量与工件坯料接触并迅速挤压至全牙深只让工件转一周多便形成完整螺纹然后进入校准过程。采用此措施可减少“乱扣”现象造成的不良后果。  这种在一切良好情况下仍出现的螺纹“乱扣”现象实属滚压成形中的固有现象

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