心軸支撐的空心薄壁零件螺紋生產(chǎn)工藝分析

楊 筍

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心軸支撐的空心薄壁零件螺紋生產(chǎn)工藝分析

楊 筍

（河南省經(jīng)濟管理學(xué)校機械工程系 河南南陽 473009）

介紹了在普通滾絲機床上，利用心軸支撐的方法，實現(xiàn)空心薄壁零件螺紋冷擠壓成型的工藝方法。而且對該生產(chǎn)工藝中支撐心軸的尺寸、滾壓用量和進給速度的選擇以及穩(wěn)壓整形時間等工藝進行詳細說明。

空心薄壁零件 心軸支撐 螺紋冷擠壓

空心薄壁螺紋零件在機械產(chǎn)品中占有較大比重，如柴油機、汽油機等動力機械以及汽車的冷卻、潤滑部件、進出油管等均為帶孔的空心薄壁螺紋零件。

螺紋的加工方法較多，總括起來可以分為切削加工和冷擠壓兩大類。長期以來，空心薄壁零件螺紋多在車床上按工序集中進行生產(chǎn)加工，這種車削螺紋的生產(chǎn)方法，不僅勞動強度大、生產(chǎn)效率低、操作技術(shù)要求高，而且螺紋的精度低、強度差、刀具和機床壽命短、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。冷擠壓加工螺紋則具有生產(chǎn)效率高、精度高、質(zhì)量穩(wěn)定、經(jīng)濟效益好等優(yōu)點，因而生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛。本文重點介紹在普通滾絲機床上，采取革新措施，利用心軸支撐實現(xiàn)空心薄壁零件螺紋冷擠壓的工藝方法。

心軸支撐滾絲，是把滾絲機床上原用于滾絲的支撐導(dǎo)板拆除，而在滾絲機床的固定滾絲輪和活動滾絲輪之間裝置一個與滾絲機兩主軸平行的支撐心軸，滾壓空心薄壁零件的螺紋時，將零件孔套在心軸上，使心軸與被滾壓的螺紋零件孔保持合適的間隙,當(dāng)薄壁零件受到滾絲輪的擠壓作用力時，由于心軸支撐工件的孔徑防止薄壁零件變形，于是在零件的表面上擠壓形成完整的牙型。以下是解決心軸支撐滾壓加工螺紋的生產(chǎn)工藝問題。

1 支撐心軸的尺寸選擇

滾絲支撐心軸按其實際工作過程中的作用而言，它與滾絲機床的支撐導(dǎo)板有著相似之處。它們的相同點是在滾壓螺紋過程中，使工件獲得準確的定位，滿足滾壓螺紋工藝所需要的支撐條件，確保工件擠壓獲得合乎螺紋標準要求的牙型；它們的不同點是支撐導(dǎo)板以工件的外徑作為定位基準，滾壓空心零件的螺紋時，工件必須具備足夠的承受擠壓的強度條件，否則空心零件受到滾絲輪擠壓力的作用，就會被擠成橢圓形，難以獲得標準要求的螺紋零件。心軸支撐是以工件的內(nèi)孔作為定位基準，滾壓空心零件時，即使工件不具備承受滾絲輪擠壓力的強度條件，由于工件的內(nèi)孔受到心軸支撐作用，仍可避免空心薄壁零件被擠壓變形，確?？招牧慵D壓加工獲得滿足精度要求的螺紋。

采用心軸支撐滾壓空心薄壁零件螺紋的工藝中，關(guān)鍵步驟是確定心軸的尺寸，保證心軸與零件孔的合理間隙。心軸與零件孔之間的間隙不可太大，也不可太小。如果心軸與零件孔之間的間隙太大，心軸起不到支撐作用，滾壓螺紋時，達不到防止工件變形的目的；如果心軸與零件孔之間的間隙太小，滾壓螺紋時避免零件被擠成橢圓，但卻容易將螺紋擠成喇叭狀，導(dǎo)致被擠壓的零件螺紋中徑出現(xiàn)倒錐，大量的試驗均證明了這一點。

空心薄壁零件在用心軸支撐滾壓加工螺紋的過程中，受力和變形情況如圖1～圖3所示。

圖1 徑向變形圖

空心零件在支撐心軸上滾壓加工螺紋時，工件受滾絲輪擠壓力的作用，力可以分解為x和y兩個相互垂直的分力。如圖2所示。工件受到滾絲輪的作用力以后，力傳遞到支撐心軸上。同樣工件也受到心軸作用的大小相等、方向相反的一對力，工件還受到心軸作用的支撐分力n。

圖2 徑向受力圖

空心薄壁零件受到滾絲輪的作用力，一方面表層的金屬受到擠壓而產(chǎn)生塑性變形，形成零件的螺紋牙型;另一方面，工件在心軸和滾絲輪的作用下，整體形狀也發(fā)生變化。使得工件孔的左、右壁及上頂部貼合在心軸上，從圖1可知，如果沿工件的軸線A—A剖切零件和支撐心軸，工件的受力變形情況如圖3所示。

圖3 軸向受力分布圖

由于零件的螺紋端部帶有臺肩結(jié)構(gòu)，故可知工件的不同軸向部位，其剛性和變形抗力也不相同。很明顯，靠近工件的臺肩部位，材料的剛性大，變形小，而遠離臺肩或靠近零件的口徑部位，材料的剛性減弱，變形增大。

因此，工件材料在受到擠壓力被反復(fù)輾軋的過程中，產(chǎn)生了延伸變形。工件材料的延伸變形，既有軸線方向的變形，又有徑向圓周方向的變形。由于零件的材料在軸線不同位置，受到的輾軋作用力大小不同，因而在徑向變形延伸量也不相同。在靠近工件口徑部位受擠壓輾軋作用力較大，故圓周方向延伸量較大；離零件口徑遠的部位，受到擠壓的輾軋力較小，故圓周方向延伸增長量較小。因此，空心薄壁零件在用心軸支撐滾絲的過程中，由于擠壓輾軋作用的結(jié)果，使靠近口徑部位的圓周周長比靠近臺肩部位的圓周周長大，即使工件的內(nèi)孔呈現(xiàn)喇叭口狀，螺紋的中徑出現(xiàn)嚴重的倒錐現(xiàn)象。

基于上述分析，對空心薄壁零件用心軸支撐滾壓加工螺紋，螺紋的中徑產(chǎn)生倒錐度的原因有了一定的認識。根據(jù)分析，減小支撐心軸靠近零件口徑部位的外徑尺寸，增大支撐心軸與零件內(nèi)孔之間的間隙，以便在滾壓螺紋過程中，使零件與心軸的貼合程度較小，從而減小零件材料在滾絲輪和心軸之間所受到的輾軋擠壓作用力，進而減少零件在圓周方向的延伸增長量，減輕或者避免零件螺紋中徑的倒錐度。不同的零件，滾壓加工螺紋時所保留的間隙量大小也不相同，其大小與被滾壓螺紋零件的壁厚大小、被滾壓螺紋的規(guī)格、零件的具體結(jié)構(gòu)形狀等均有一定的關(guān)系。在滾壓加工具體的空心薄壁零件時，只要結(jié)合實際，通過實驗加以分析，不難確定出符合要求的間隙量。

2 滾壓用量的選擇

滾壓空心薄壁零件的螺紋時，一般選用滾絲機床的較小壓力值。即調(diào)整機床的時候，可按照機床說明書，取正常滾壓相同規(guī)格螺紋所需滾壓力的75％，作為滾壓空心薄壁零件螺紋的試驗滾壓力，然后根據(jù)滾壓試驗的情況，再調(diào)高或調(diào)低機床的壓力，直到取得滿意的效果為止。

3 進給速度的選擇

滾壓空心薄壁零件的螺紋，滾絲輪的進給速度一般比滾壓實心零件的螺紋進給速度略慢，以減少空心零件受滾絲輪的沖擊，避免零件變形。同時為了不致嚴重影響生產(chǎn)效率，滾壓空心零件時，滾絲輪的轉(zhuǎn)速可適當(dāng)?shù)奶岣摺L壓空心零件螺紋的時間一般比滾壓實心零件螺紋的時間要多0.5～1倍左右。

4 適當(dāng)延長穩(wěn)壓整形時間

在滾壓空心薄壁零件的過程中，當(dāng)滾絲輪進給到滾絲需要的終點時，保持滾絲輪在固定中心距的情況下，不進給也不退回地旋轉(zhuǎn)滾壓零件的螺紋保持一段時間，這段時間稱為穩(wěn)壓整形時間。空心薄壁零件比實體零件滾絲的穩(wěn)壓整形時間要長，使空心零件在滾絲過程中形成的橢圓度得到一定的修復(fù)，以便提高零件的螺紋質(zhì)量。

5 其他工藝問題

滾絲機床滾壓加工螺紋用導(dǎo)板支撐時，設(shè)計導(dǎo)板的高度通常是在螺紋牙型成形時使工件的中心略低于滾絲輪的中心線0.2～0.3mm。使工件的中心線低于滾絲輪的中心線，可以有利于保持滾絲過程的穩(wěn)定性，避免工件被滾絲輪抬起。采用心軸支撐空心零件滾壓加工螺紋，由于工件的內(nèi)孔套在心軸上，限制了工件的上下方向自由度，始終能夠保持滾絲過程的穩(wěn)定性，并且既不會把工件抬起，也不會損傷螺紋牙頂，但是按照通常的習(xí)慣，心軸支撐空心零件滾壓加工螺紋的時候，仍然使心軸的中心高度比滾絲輪的中心高度略低0.2～0.3mm。

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