螺纹冷滚压（共7篇）
螺纹冷滚压 篇1
1前言
螺纹轴类零件是机械工业中关键的联接及传动部件,广泛应用于汽车、机床、航空航天、石油化工等机械工业[1,2]。 通常一辆普通汽车上有上千个螺纹连接件,起到固定、传力、连接、定位、密封、调整等作用,在整个汽车的各个部件上都有应用[3]。 2013年我国汽车产销双双突破2000万辆, 总产量达2211.68万辆[4],其中对于传动轴、变速器输出轴等大型非标准螺纹轴类零件需求数量高达22000~44300万件。 庞大需求量和对性能的更高要求对我国目前制造业的生产能力提出了严峻挑战。
螺纹冷滚压成形1831年就出现, 但直到20世纪四十年代以后随着滚压模具和设备的发展才得到广泛应用。 20世纪九十年代,螺纹滚压成形逐渐向数控、精密成形方向发展。螺纹冷滚压成形工艺通常有板式冷搓和轮式滚压两种加工法,如图1所示。板式冷搓成形工件直径2mm~35mm,轮式滚压成形工件直径0.3mm~120mm[1]。 本文综述了外螺纹冷滚压成形工艺的国内外研究现状, 指出了存在的问题和发展趋势。
2螺纹滚压成形有限元建模仿真
螺纹滚压是一个多模具约束、多参数影响、多变形区协调的复杂不均匀变形 过程 ,成形过程中 工件旋转, 变形加载区不断变换, 加载和卸载不断交 替进行 , 使得边界条件不断变化。 滚压模具仅与工件局部区域接触, 并且仅工件表层屈服变形, 加载变形区同工件相比微小。 在工件被动旋转的成形工艺模拟中,工件的旋转会为计算带来一些问题[5,6]:简单地基于速度更新节点位置将会导致工件体积的增加; 另一个问题是模拟中工件的滑动大于旋转运动,结果相对滑动现象被远远放大。 这些都为螺纹滚压成形过程有限元建模仿真增加了难度。
Domblesky和Feng[7,8]应用有限元法研究了板式搓丝成形螺纹工艺, 他们将螺纹冷搓成形过程简化成平面应变问题, 研究螺纹齿形的成形过程和金属流动方向; 在将工件中心区域的圆周速度简化为零的基础上建立三维有限元模型。
Kao等[9,10]通过增加摩擦因子减少模拟中工件模具间的滑动( m=0.6~0.8) ,并减少螺纹牙数( 仅保留靠近尖端4个螺纹牙) ,在此基础上建立了板式搓丝成形自攻螺丝过程的三维有限元模型, 成形过程模拟结果如图2所示。 Chen等[11]也通过增加摩擦因子( m=0.5) 建立螺纹搓制成形过程三维有限元模型。 Pater[12]提出了一种楔横轧和板式搓丝相结合滚压枕木固定螺栓的方法, 其所建立的三维有限元模型也仅取工件中部部分区域。
Zhang和Zhao[13]基于现有的轮式螺纹 、 花键滚压成形技术, 发展了一种螺纹和花键同步滚压成形新工艺,如图3a所示。 通过将工件的旋转运动变换为滚压模具的公转运动, 建立了螺纹与花键同步滚压成形过程的三维有限元模型, 有限元模拟结果如图3b所示。
以上研究所建立的螺纹滚压成形过程三维有限元模型, 与实际成形过程中的工件转速和摩擦系数等方面存在一定的差异。
3螺纹冷滚压成形表面强化
宋德玉等[14]采用实验方法研究了滚压强化对螺纹疲劳强度的影响, 滚压强化后300M钢螺纹疲劳强度增加了79%。 张秀林和金铮[15]分析了滚压和未滚压的螺纹疲劳端口,结果表明滚压后的螺纹断口、 疲劳扩展区明显增大。 塑性成形的硬化强化可有效增加零件的疲劳寿命。 宋欢等[16]采用实验方法研究了螺纹滚压成形后的金属组织和硬度, 结果表明从牙顶到牙根硬化层深度逐渐增加。
目前普遍认为材料硬度和材料性能( 比如拉伸强度) 正相关关系[17,18,19]。 Tabor[20]认为材料硬度和流动应力线性相关和等效应变密切相关。 以此为基础, Domblesky和Feng[8]采用修正的幂指数表达式来描述应变和维氏硬度之间的关系, 根据有限元计算获得的应变场数据计算维氏硬度分布, 基于平面应变问题的搓丝工艺分析如图4所示。 基于修正的应变和维氏硬度之间关系表达式,Kamouneh等[21]将实验测得的维氏硬度分布反向计算获得板式搓制斜齿轮截面上应变分布,如图5所示。但这些计算并没有很好地同有限元模型相结合, 缺乏强化准则作用下材料硬度变化的模拟分析研究。
4螺纹滚压成形工艺参数
采用所建立的2D有限元模型[7,8],Domblesky和Feng分析了工艺参数对搓丝成形过程的影响[22]。 其结果表明摩擦因子较低时( m=0.05~0.2) ,摩擦条件变化对螺纹牙顶和牙根处的应变和螺纹齿高几乎没有影响;摩擦因子m>0.2时,摩擦条件对成形过程影响显著。
赵玉民等[23]应用数值模拟方法分析了钎杆波形螺纹滚压成形中应力应变场,采用实验方法研究了进给速度和毛坯尺寸等对成形过程的影响。 陈飞等[24]采用实验方法研究了螺纹滚压成形中的温升现象, 结果表明工件温度升高小于30℃,主轴转速是主要影响因素。
齐会萍等[25,26]应用理论分析方法建立了两滚压模具和三滚压模具滚压成形空心螺纹工艺中工件最小壁厚条件式( 1) 、式( 2) ,初始坯料壁厚大于最小壁厚时,薄壁螺纹件滚压可稳定进行。实验研究发现大于最小壁厚, 滚压成形螺纹牙形和实心棒料滚压成形螺纹牙形一样;而小于最小壁厚,越薄螺纹牙形越充不满。 如图6所示。
其中
式中:P———滚压模具施加于工件的径向力;
R———空心坯料外半径;
R———空心坯料内半径;
L———空心坯料长度;
σs———坯料屈服强度;
目前螺纹冷滚压成形工艺过程研究以实验为主,力能参数计算基于经验公式,新零件加工工艺参数优化确定要通过大量的实验摸索。
5结论和展望
( 1) 高效建模仿真与优化技术在螺纹滚压成形分析及优化方面的应用明显不足, 特别缺乏强化准则作用下材料硬度变化的模拟分析研究。 需进一步研究建立适应于局部加载多道次耦合下螺纹冷滚压成形过程硬度同变形历史的关联模型, 建立能够描述宏观变形行为和精确预测硬度分布及演化特征的高效可靠螺纹冷滚压成形过程仿真预测模型。
( 2) 尚缺乏螺纹冷滚压成形规律及变形机理方面系统的研究, 没有形成系统的螺纹冷滚压成形过程的力学分析及相关力学模型, 需进一步研究和发展螺纹冷滚压成形工艺理论, 建立快捷准确的滚压成形过程力能参数计算模型。
( 3) 有必要深入研究螺纹冷滚压成形过程的旋转条件, 建立变中心矩条件下的滚压模具和工件啮合方程,以便进一步研究揭示螺纹冷滚压成形过程的误差累计及实现成形过程的精确控制,是研究螺纹花键同步滚压成形中模具和工件啮合特性参数的基础。
( 4) 面向大直径重载丝杠的精确滚压成形核心技术及新工艺研发, 是未来螺纹滚压成形研究发展的重要方向, 也是我国装备制造业等领域发展的迫切需求。
摘要：螺纹冷滚压成形技术是一种少无切削加工工艺,具有生产效率高、成形零件机械性能增加、零件表面质量好等优点,在航空、航天、车辆等工业中高性能、高强度螺纹类零件生产中广泛应用。分别从有限元建模仿真、表面硬化、工艺参数等方面评述了目前螺纹冷滚压成形工艺研究的国内外研究现状、存在的问题和发展趋势,指出了该工艺应用发展方向及需要解决的关键技术问题:局部加载多道次耦合下螺纹冷滚压成形高效建模仿真与优化技术;系统的螺纹冷滚压成形工艺理论;螺纹冷滚压成形过程运动特征研究及成形过程精确控制;大直径重载丝杠的精确滚压成形核心技术及新工艺。
关键词：滚压工艺,冷滚压,外螺纹,工艺,进展,有限元建模,加工硬化
薄壁螺纹零件的滚压加工 篇2
1.1 加工原理
滚压加工是一种无排屑的加工方法, 通过滚动轧入到工件表面的金属, 改变表面形状和提高表面强度的一个冷加工方式。用于加工螺纹滚压工具是通过滚动挤压, 由辊轧工具的工作部分轧入工件材料, 发生塑性变形便于形成螺纹。
滚压加工是应用一个带螺纹刀的螺纹头, 可在工件表面以一定的压力在加工工件上做相对运动, 使该零件的金属表面发生塑性变形, 加工出圆柱, 圆锥状的沟槽和其它表面形状。通过相关实验分析, 辊螺纹刀对管壁材进行辊压时, 工件受力点的金属发生晶格变细和纤维形状延伸, 表面纤维虽受挤压, 但是没有被切断, 使金属表面层的结构和性能发生变化。通过轧辊表面, 粗糙度降低, 其精度, 抗疲劳强度, 耐蚀性都具有明显提高。滚丝轮螺纹升角与工件的上升角度一致, 但螺纹方向相反。在螺距相同的情况下, 不同规格的螺纹具有相同的基本牙型, 不同是螺纹升角, 直径, 中径、外径和内径, 所以只要使得滚丝轮上螺纹升角和工件螺纹升角完全一样, 即可得到我们所需的螺纹。
1.2 工艺难点
(1) 如何将滚压头正确安装在车床上。
(2) 准确找正滚压前滚压头的中心。
(3) 需调整好滚压头的顶开距离, 因为很短的退刀槽容易造成撞车现象。
2 滚压加工工艺分析
2.1 案例1分析
图1所示零件是常见的柴油机上的定位螺套, 是一种常见的滚压超薄壁零件, 工艺采用先加工螺纹后加工内孔, 在滚压螺纹时, 必须注意内孔变形而引起的螺纹中径变形, 同时满足条件零件体内的滚压应力小于或者等于材料的屈服极限。
因此在滚丝机上加工螺纹时, 增加一滚压心棒, 其结构如图2所示。
手工将零件装进心棒, 在不能松动的条件下开始滚压。在进行滚压的时候, 应用支片支架顶住零件使其不发生松动的问题。滚压后将压套装入心棒, 将手柄螺母拧紧, 利用螺母的作用把零件取出心棒。零件和心棒之间的间隙缘故, 零件在滚压时, 零件内孔将产生变形。因此在进行滚压薄壁空心螺纹零件时, 一般正常滚压的零件毛坯需比滚压前的毛坯直径要小0.02mm。明显看出采用滚压法加工, 不仅提高加工工效, 还可以保证零件的精度。
2.2 案例2分析
如图3所示, 就是结构简单一个套类零件, 由于上面的螺纹致使加工了不能满足要求, 通过工件的装夹、刀具几何参数选取、程序的编制等多方面进行改进, 寻找出一种方便易操作的加工方法, 有效提高零件的精度和加工效率, 保证产品的质量。
(1) 主要因为是薄壁零件, 所以主要解决受力、受热、振动时的变形问题, 既要考虑装夹方便、可靠, 还需考虑如何保证工件在加工时的定位精度, 由于零件较薄, 刚性不足, 容易引起晃动。
(2) 螺纹加工部分厚度只有1.8mm, 精度要求较高。目前市面上的数控系统螺纹编程指令有G32、G92、G76等。
从以上对比可以看出, 只简单利用一个指令进行车削螺纹是不够完善的, 先用G76进行螺纹粗加工, 再用G92进精加工, 在薄壁螺纹加工中, 既可以避免因切削量大而产生薄壁变形, 又能够保证螺纹加工的精度。
用联结工装将滚压头和机床尾座连接起来, 保证工装滑动自由、无卡涩现象, 且保证滚压头的轴线和机床的中心线的同轴度在0.10mm之内, 然后在机床上装夹一较细的圆棒, 手摇尾座向前移动, 用细圆棒顶开止动螺钉, 检验顶开长度和螺纹长度是否一致, 防止顶开长度过长导致滚压头和机床卡盘相撞, 造成滚压头的损坏。可以根据需加工的螺栓的规格。按螺栓中径尺寸试加工, 滚压前在零件和滚轮上浇涂冷却液, 冷却液一般采用1∶10乳化液、极压填加剂或稀释切削油, 然后开始试滚压, 接着用符合要求的环规检测检测中径、大径和环规通、止是否合格。若不达标, 可适当调下滚压头刻度, 调好紧固后再次进行滚压;或微调车削螺栓中径尺寸重新滚压, 一直到符合所需螺纹尺寸的要求。
同时模具选取也很重要, 薄壁件的螺纹滚压加工是在外力作用下的旋、挤、拉延成型, 变形机理复杂。模具的选材一般要求具有足够的强度和韧性, 淬硬性好, 表面具有高的硬度和耐磨性, 工艺性好, 淬火变形小, 过热、脱碳、开裂等敏感性小。
摘要：薄壁螺纹零件由于工件壁较薄, 在夹紧力的作用下容易产生变形, 在切削力的作用下, 也容易产生振动和变形, 影响工件的尺寸精度、表面粗糙度、形状精度和位置精度, 利用常规的车削加工非常困难。本文主要讲述了薄壁螺纹零件的滚压加工的原理, 通过案例具体阐述加工工艺和方法, 提出相关建议, 对薄壁螺纹零件的滚压加工具有指导意义。
关键词：薄壁螺纹,滚压加工,工艺
参考文献
[1]魏军.金属挤压机[M.]北京:化学工业出版社, 2005.
滚压螺纹新工艺加工技术探讨 篇3
数控车床滚螺纹是一种新技术, 但因为存在各种技术难题, 数控车床滚压螺纹加工还未被采用。本文将数控车床滚螺纹的新技术应用到军品的产品加工上, 并逐步进行推广, 可以提高军品加工的质量和生产效率。
2 加工成型的材料结构分析
采用滚压加工的和车削加工的螺纹内部材料颗粒结构不同, 滚压成型的外螺纹不同于车削成型的外螺纹, 由滚压而成型的外螺纹其材料本身的颗粒结构在塑性变形加工的过程中完全没有被破坏, 从而外螺纹成型后在抗拉强度方面的性能被完全提升到了最大。同时滚压螺纹的工艺过程中, 挤压力有效地增加了材料的硬度、提高了其抗拉强度, 在滚压加工中滚丝轮相对的抛光效果最大程度上增大了螺纹表面的抗腐蚀能力, 因此, 滚压的外螺纹可以得到良好的性能, 其滚压成型和车削成型的外螺纹的材料颗粒结构见图1、图2。
适合数控车床滚压螺纹加工的典型零件常规要求见表1。
3 滚压螺纹的的工艺方法
3.1 工艺流程
采用普通滚丝机滚压螺纹和数控车床滚压螺纹的工艺流程有所不同。普通滚丝机滚压螺纹的局部工艺流程:车削→磨外圆→滚丝轮滚压螺纹。
数控车床滚压螺纹的局部工艺流程:车削→滚压螺纹。
3.2 加工方法摸索
首先试车削需要滚压的螺纹外径, 然后对外螺纹进行试滚压, 在滚压过程中根据刀具上的刻度可对尺寸进行微调, 在外螺纹滚压完毕后, 必须让滚压刀具暂停, 弹开滚丝轮再退刀, 否则滚丝轮未弹开就退刀, 会出现滚压刀具将加工的外螺纹切掉造成零件报废;滚压外螺纹的理想状态为:滚压成型的螺纹大径和中径都大约为公差范围的中间值, 螺纹的顶部是一个非常小的平台状, 类似没有完全滚压;被完全滚压成型的螺纹表面将非常光滑和光亮, 但这并不是理想状态, 而是过分滚压的标志, 会给滚丝轮带来过度应力的副作用, 并降低其使用寿命。
我们在T42数控车床上滚螺纹, 并首次应用在军品零件上, 通过反复试加工, 对滚压外螺纹过程中常见的问题、产生原因以及相应解决的方法等方面, 积累了初步的经验, 总结在表2中。
3.3 加工程序及参数
反复的试加工经验表明:数控车床滚压外螺纹必须一次成型, 若采用2次或多次加工成型, 螺纹牙形易出现错位、双眼皮等缺陷, 且滚丝轮易损坏, 减少使用寿命;
通常螺纹加工直径较小的 (≤准10mm) 加工参数为:主轴转速900r/min;轴向走刀906mm/min;粗车进给量0.1mm/r;精车进给量0.02mm/r;螺纹加工直径较大的 (≥准10mm) 加工参数为:主轴转速500r/min;轴向走刀600mm/min;粗车进给量0.3mm/r;精车进给量0.05mm/r。
通过对数控滚压螺纹与数控车削螺纹的加工程序的反复尝试, 为后续的外螺纹加工提供了参考依据, 数控滚压螺纹与数控车削螺纹的加工程序对照见表3。
4 结语
一种新型的活塞杆螺纹滚压夹具 篇4
活塞杆产品是往复式压缩机上的关键零件。如图1为一种常用的活塞杆, 由于该杆工作时处于高压状态, 作往复运动, 主要承受拉、压交变载荷, 因此要有较高的可靠性和使用寿命, 而影响二者质量特性的最关键因素是螺纹质量, 采用螺纹滚压能降低螺纹表面粗糙度, 提高螺纹的抗拉强度, 提高产品质量, 但目前活塞杆螺纹一直采用传统的车削加工, 满足不了用户对产品质量的更高要求, 为了从根本上解决这一问题, 通过市场调查和可行性研究, 发现国内只有个别厂家采用螺纹滚压, 范围仅限于个别型号的小活塞杆, 故决定对现有的各种中、小型活塞杆产品均进行技术改造, 改螺纹车削为螺纹滚压, 以满足用户对各种活塞杆产品的更高需求。
按螺纹滚压原理, 活塞杆螺纹采用径向滚丝。
滚丝原理:如图2所示, 2个带螺纹牙型的滚丝轮安装在相互平行的轴上, 2个滚丝轮齿顶互相错开半个螺距, 工件放在两轮中间的支承板上, 两轮同向等速旋转, 其中一轮还做径向进给运动, 工件在滚丝轮带动下旋转, 表面受径向挤压形成螺纹。
由于活塞杆产品种类、规格较多, 常用工件的长度较长, 一般在1~3m之间, 滚压部位螺纹直径较大, 一般在30~90mm之间, 螺纹长度在150mm以下, 螺距也较大, 故不能将活塞杆直接放在支承板上滚压加工, 加工时要考虑整个工件装夹、定位问题, 这就需要有螺纹滚压夹具, 但螺纹滚压设备厂家根据滚压部位要求只提供Z28-100滚压设备, 为此需设计一种专用的活塞杆螺纹滚压夹具。
如图1所示的活塞杆材质为38CrMoAlA, 有两处螺纹, 螺纹处调质硬度为235~277HB, 因左端M85×4-6h螺纹与压缩机十字头连接, 此处螺纹与右端M90×4-6h相比, 螺纹处出现裂纹等质量问题的可能性大些, 用户从经济性考虑常常要求滚压左端M85×4-6h螺纹, 现以滚压该杆M85×4-6h螺纹为例来介绍螺纹滚压夹具。
2 夹具的整体结构、主要部件设计和精度分析
2.1 整体结构设计
根据螺纹滚压原理和六点定位原理, 考虑活塞杆产品较长、较重、滚丝部位滚压力较大特点, 螺纹滚压夹具需限制5个自由度, X軑、Y軑、Z軑、軑Y、軑Z, 采用两顶尖进行定位, 并对工件外圆进行辅助支撑。
螺纹滚压夹具主要作用:能用两顶尖对工件进行定位, 并用支承架对工件进行辅助支撑, 在滚丝轮作用下带动工件旋转。同时为了适合多种工件长度加工需要, 两顶尖需要移动以调整距离, 要有支承导轨。
基于上述考虑, 如图3所示, 将整体结构分为由四部分组成: (1) 支承导轨, (2) 头部顶尖装置, 在图中导轨左端, (3) 尾部顶尖装置, 在图中导轨右端, (4) 可调节的支承架。
1.水泥台2.支承轴3.支座4.M12短固定螺栓5.M12螺母6.调整垫片7.地脚螺栓8.尾部支承套9.尾部连接板10.固定套11.滑套12.大螺母13.手柄14.锁紧螺母15.平键16.推力球轴承17.端盖18.M6螺栓19.螺杆20.M12长固定螺栓21.顶尖22.锥套23.头部连接板24.头部支承套25.小轴26.M10螺母27.支架28.向心球轴承29.垫片30.升降杆31.升降螺母32.定位环33.升降支座34.连接套
2.2 主要部件设计
(1) 支承导轨设计:主要由水泥台、支承轴、支座、M12短固定螺栓、地脚螺栓、调整垫、M12螺母组成。
滚丝机型号为Z28-100, 因工件较长, 装夹时工件伸出滚丝机工作台之外, 故在滚丝机工作台右侧砌300mm宽的水泥台, 其高度和滚丝机工作台相同, 相当于加长了滚丝机工作台, 整个夹具安装在水泥台之上, 如图3所示。
支承轴和支座是支承导轨的主要零件, 支承轴即圆柱形导轨采用合金钢40Cr制作, 直径为60mm, 经调质和氮化处理, 表面硬度大于600HV, 耐磨性较好, 支承轴外圆和支座内孔相配合, 为了装夹长工件, 支承轴设计的较长, 可装夹3.2m长工件, 装夹时工件穿过滚丝机, 一端位于滚丝机工作台之上, 另一端位于夹具水泥台之上, 为使前后项尖装置能够调整位置, 其上两侧开有长槽, 两顶尖装置能够在槽中移动, 调整好位置后, 用M12短固定螺栓将其固定在合适位置。为保持支承导轨稳定性, 起支承作用的支座用地脚螺栓和水泥台固定。
(2) 头部顶尖装置设计:由头部支承套、头部连接板、锥套、顶尖和M12短固定螺栓组成。
该装置位于夹具的支承轴最左侧, 顶尖采用莫氏4号顶尖, 主要作用是顶住工件滚丝一端端面的中心孔。
(3) 尾部顶尖装置设计:主要由尾部支承套、尾部连接板、固定套、滑套、螺杆、大螺母、推力球轴承、端盖、顶尖和手柄、锁紧螺母、平键、M6螺栓、M12长固定螺栓和M12短固定螺栓组成。
该装置位于夹具的支承轴最右侧, 螺杆、大螺母、滑套、顶尖是该装置的关键件, 螺杆为左旋螺纹, 通过推力球轴承、端盖, 用锁紧螺母固定, 使螺杆只能转动, 不能移动。螺杆和大螺母相配合, 大螺母和滑套相连接, 滑套上开有长槽, 顶尖装在滑套上, 用手柄转动螺杆, 大螺母移动, 带动滑套移动, 使顶尖顶住工件尾部 (即不滚丝一端) 端面的中心孔。
注意:前后顶尖轴心线高度即工件轴心线高度关系到加工螺纹质量, 其值用短试件做工艺试验确定 (该试件螺纹长按加工工件螺纹长115mm, 工件总长150mm) , 可用支座下面的调整垫片调整高度, 对于材质为38CrMoAlA, 硬度为235-277HB工件, 滚压M85×4-2a螺纹时工件轴心线比滚丝轮轴心线低0.2mm。
(4) 可调节的支承架设计:该结构分为两大部分, 底座部分和支承架部分, 位于夹具的支承轴中间。
底座部分:如图3所示, 由连接套、升降支座、升降螺母、定位环和固定螺栓组成。
支承架部分:由升降杆、支架、向心球轴承、小轴、垫片、M10螺母组成。如图4所示:2个向心球轴承通过小轴安装在支架两侧, 加工时工件最长的准90外圆位于两个轴承外圈外圆中间, 和两外圆接触进行辅助支撑, 两外圆构成一个V形块, 工件旋转带动两个轴承外圈旋转。为满足直径较小的工件加工螺纹, 支承架部分可用小向心球轴承制有小规格的备用。
1.小轴2.M10螺母3.支架4.向心球轴承5.垫片6.升降杆
该结构作用:支撑工件外圆, 并能调整支承架高度和方向。
支承架高度调整:转动升降螺母上的手柄, 因其轴向被定位环固定不动, 使得升降杆上下移动, 用来调整向心球轴承高度。
支承架方向调整:升降螺母相对支座转动, 使支承架能相对底座部分转动。
2.3 夹具的精度分析
为保证工件加工要求, 夹具定位误差△D、调整安装误差△T-A、加工方法误差△G三方面误差合成后不超出工件加工公差的范围。即:△D+△T-A+△G≤δK, δK为螺纹公差。
要求:△D≤δK/3, 其中调整安装误差△T-A和加工方法误差△G可采取一定措施进行控制。
本文主要分析定位误差△D, 因为△D=△B+△Y
(1) 计算基准不符误差△B:滚压螺纹时工序基准是以两顶尖中心孔定位, 定位基准重合, △B=0
(2) 计算基准位移误差△Y:定位时支座内孔与支撑轴外圆为间隙配合, 选用, 存在基准位移误差。
δD:夹具支座内孔公差, 准60H7的公差为0.03;δd:夹具支撑轴外圆公差, 准60h6的公差为0.019。
(3) 计算定位误差△D:
δK:螺纹公差, 以滚压图1活塞杆上M85×4-6h螺纹为例, 该螺纹中径公差较小, 为0.236mm;螺纹大径公差较大, 为0.475mm。按螺纹中径公差0.236mm进行分析。
故该夹具能满足加工时定位精度要求, 此夹具定位方案可行。
3 具体操作
3.1 机床调试
装M85×4-6h两滚丝轮, 装M85×4-6h滚丝支承板至工作台中心, 将外圆磨至中径尺寸的短滚丝试件放在支承板上调整两滚丝轮轴向位置。用主轴中心距调整手柄, 调整两滚丝轮中心距, 并使两滚丝轮中心和工作台中心重合, 启动机床, 作M85×4-6h滚压试验, 检查试件螺纹尺寸, 若不行, 调整支承板高度, 直至试件螺纹尺寸合格为止, 最后确定出支承板高度, 确定出滚丝工件轴线与滚丝轮轴线高度差。
3.2 安装夹具
(1) 安装支承导轨:将各支座、2个可调节支承架的底座部分装在支承轴外圆上, 支座下放入调整垫片, 用百分表找正支承轴外圆上母线、两侧的长槽, 使支承轴轴心线平行于两个M85×4-6h滚丝轮中心线, 再用百分表找正支承轴轴心线位置, 使支承轴轴心线在两滚丝轮中心线上, 即均与滚丝机工作台中心重合, 用埋入水泥台中的地脚螺栓固定。
(2) 将头架顶尖装置、尾部顶尖装置安装在支承轴上。
(3) 将2个可调节支承架装在底座上, 高度先适当调整。
3.3 装夹工件
调整工件轴线 (即夹具两顶尖轴线高度) , 将工件用行车吊着呈水平状, 将工件已磨至中径尺寸的M85×4-6h滚丝外圆平放在两滚丝轮下方中心位置的硬质合金材质支承板上, 支承板高度在前面做工艺试验中已调整好, 确定好工件的轴向位置, 用图1工件左右两中心孔顶住图3夹具头部和尾部两顶尖, 将顶尖装置上各处固定螺栓拧紧。调整工件中心高, 先使工件轴线和两滚丝轮轴线等高, 再按滚压试验确定的工件轴线与滚丝轮轴线高度差, 调整支座下的调整垫片厚度至合适尺寸, 这样就调整好工件轴线高度 (即两顶尖轴线高度) 。
支承架高度调整:调整好2个可调节的支承架高度, 使工件最长的准90外圆和支承架轴承外圈外圆接触良好, 提高工件稳定性。
3.4 工件加工
完成以上步骤后, 开动滚丝机, 使主轴启动, 油泵启动, 调整好滚丝压力, 两滚丝轮同向等速旋转, 其中一轮还做径向进给运动, 工件在滚丝轮带动下旋转, 进行M85×4-6h螺纹滚丝加工, 首件检查合格后, 该型号其它工件可以按此方法进行加工。
其它型号活塞杆螺纹加工:只需换上加工该螺纹用的滚丝轮, 用短试件做工艺试验, 调整好两滚丝轮轴向位置和中心距, 调整好支承板高度, 然后用此夹具安装工件, 启动滚丝机进行加工即可。
4 结语
此活塞杆螺纹滚压夹具结构简单, 设计新颍, 操作方便, 适用范围广, 经济合理。采用圆柱形导轨, 导轨长度较长, 头部、尾部顶尖位置可调, 支承架高度和方向可调, 并配有各种规格小支承架, 可用来加工常用的各种中、小型活塞杆上一定螺纹长度、一定直径范围内螺纹。投入使用后, 已进行了多种型号活塞杆上多种螺纹滚压加工, 如M90×4-6h、M76×4-6h、M68×4-6h等螺纹, 降低了螺纹表面粗糙度, 提高了螺纹强度, 延长了工件使用寿命, 保证了产品质量, 解决了生产中技术难题, 提高了产品的档次, 使活塞杆产品更加可靠、稳定, 并创造了一定的经济效益。
摘要：往复式压缩机上的活塞杆加工过程中, 为提高螺纹质量, 需进行螺纹滚压。文中设计了一种新型的活塞杆螺纹滚压夹具, 投入生产后, 使用效果良好, 保证了产品质量。
关键词：活塞杆,螺纹滚压,夹具,设计
参考文献
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螺纹冷滚压 篇5
由于目前市场上该类产品的价格在不断下降，有些厂家为了成本需要就逐渐地减少螺纹套筒长度和外径尺寸，再加上现场的丝头制作质量控制不严，带来的直接后果就是连接质量下降。
1 认识误区
1)在实际施工中有些施工单位要求试件的抗拉强度必须与母材等强，更有甚者要求在等强的基础上试件的抗拉强度大于等于母材抗拉强度标准值的1.10倍。这是一种错误的认识，因为钢筋母材的实际抗拉强度有可能小于母材抗拉强度标准值的1.10倍，例如HRB400钢筋的抗拉强度标准值为570MPa，其1.10倍就是627MPa。如果钢筋母材的实际抗拉强度在570～627MPa之间就不能同时满足两组条件。在JGJ107条文解释第6章中明确说明，对于I级接头，当试件断于钢筋母材时，试件合格;当试件断于接头长度区段时，则应满足实际抗拉强度大于等于1.10倍母材抗拉强度标准值。这两种判断依据是并列关系。
2)有些单位在丝头加工时对钢筋端面不采取切头措施，认为对连接质量没有多大影响，而且还能省掉切头的成本。两根钢筋的连接是靠钢筋端面相互顶紧，产生一定的预紧力消除了螺纹间隙来实现接头的牢固。钢筋在没有用砂轮切割机切平端面的情况下，其端面在相互顶紧时由于表面不平整而相互卡住，不能使之在套筒内顶紧从而消除螺纹间隙，直接后果就是被连接的钢筋没有真正连接牢固(见图1)，当受到外界较大力作用时，其螺纹间隙就会表现出来，此时接头的变形性能将严重不合格，后果可能是出现砼裂纹等问题。
3)在丝头加工时存在一些认识上的差异，因为在相关标准中的表述容易产生误解。例如对“螺尾(washout thread)”的认识，标准JG163中定义为“向钢筋表面过渡的牙底不连续的螺纹”。有人理解为螺纹过渡段不完整的螺纹;有人理解为过渡段中牙型小于正常螺纹牙型的部分等等。实际上剥肋滚压直螺纹是不存在“螺尾”的，其由完整螺纹向钢筋表面过渡的部分称为“不完整螺纹”，也就是螺纹牙型不完整的意思。实际中我们可以看到过渡部分不完整螺纹的牙底是逐渐变宽的。该部分“不完整螺纹”在标准中也被定义为有效螺纹，具有一定的力量传递作用。不完整螺纹是产生在螺纹丝头向钢筋过渡的部分，只有平滑的过渡才能保证在该段上的机械性能不被过度削弱。
4)由于钢筋的先天缺陷会导致被滚压出的螺纹的部分牙顶宽度过大，在螺纹圆周的分布不连续。标准60°三角螺纹的牙顶宽度为0.125P(螺距)，按照JG163中规定理解牙顶宽度小于0.3P的不完整螺纹也为有效螺纹。在施工现场有的监理人员提出凡是牙顶不完整的螺纹超过两圈都算不合格，这是没有完全理解标准中相关内容的含义。只有当牙顶宽度大于0.3P的不完整螺纹累加起来超过2个螺纹周长时，该丝头才能判定为不合格。小于两圈是不会对连接效果有影响的。
5)在有的工地上要求在钢筋连接施工时要求没有外露丝扣，因此操作工在加工丝头时就故意把丝头的长度做短。这样做法严重影响了钢筋连接的质量，必须予以纠正和预防。在标准中规定“钢筋连接完毕后，标准型接头连接套筒外应有外露有效螺纹，且连接套筒单边外露有效螺纹不得超过2P”。因何在标准中规定必须有外露螺纹呢?笔者认为这是出于两点考虑。首先，没有螺纹外露在连接施工完成后检查时就不能判断丝头长度，因为此时的丝头已经在套筒内部，不易进行判断。其次，钢筋的正确连接需要将钢筋丝头端面顶紧，以消除螺纹间隙使连接可靠。无螺纹外露时，即使拧紧力矩达到规定值，但是我们无法判断钢筋丝头是否在套筒内相互顶紧，与连接套筒的配合间隙是否已经消除，因为此时可能是套筒端口与螺纹的过渡段咬合(见图2)。在该情况下，如果建筑物受到地震等强外力时，随着钢筋被拉压，咬合部分被破坏，螺纹间隙此时就会显现出来，可能会导致砼的开裂。所以，在实际施工中我们必须把接头的丝扣外露当成一项重要检查内容。另外，标准还要求外露有效螺纹不得超过2P。做出这条规定的原因是在试验中发现，滚轧直螺纹的丝杆强度如果没有与套筒内螺纹咬合，则其抗拉强度随着长度的增加而迅速下降。试验中发现，当外露有效螺纹长度超过3.5P时抗拉强度就变得不稳定，在螺纹部分破坏的概率迅速提高。
2 控制盲点
1)过渡段
在实际生产过程中，质量检查人员可能会注意到丝头长度、螺纹尺寸或螺纹是否完整，而过渡段却往往忽视了。然而过渡段却是螺纹连接中关键的一环，其好坏直接决定着接头的抗拉强度。在这里我们需要注意的是，对于过渡段的要求是均匀过渡(见图3)，而且过渡段也不能太长，一般掌握在2～3个螺距左右即可。这就要求操作者在加工钢筋丝头时要注意剥肋刀片的磨损情况，在刀片的前段的切削刃是有一定倾斜角度的，在刀片修磨时要保持该角度。
2)牙型饱满度和表面的光洁度
当剥肋刀片太钝或者滚丝轮使用时间过长后，加工出的螺纹丝头可能出现牙型不饱满的情况(偏瘦、牙顶锋利)，如果用螺纹环规测试，可能结果是合格的(螺纹中径合格)，但这种螺纹所能承受的力量将大打折扣，其实际抗拉强度将降低。另外一点，螺纹的表面光洁度对钢筋接头的变形量是有一定影响的，因此现场质量控制的另一个要点就是丝头表面光洁度，而该项指标的关键因素就是滚丝轮的使用寿命。
3)套筒连接对中性
施工人员为了方便干活或者个别情况下钢筋丝头不好旋入套筒，施工中没有将钢筋丝头端面调整到套筒中心，即没有发挥套筒的最大咬合长度。正确的装配是保证接头连接质量的一项重要因素。首先要对钢筋丝头的加工长度有一个现场标准，所有设备都要按照这个标准进行加工，避免制作的钢筋丝头长短不齐。第二点是在现场装配时，要求接头套筒两端外露的丝扣在标准规定范围内，并尽量一致。
参考文献
[1]JGJ107-2003,钢筋机械连接通用技术规程[S].
[2]JG163-2004,滚轧直螺纹钢筋连接接头[S].
螺纹冷滚压 篇6
关键词：滚压直螺纹,套筒,钢筋机械连接
1 粗钢筋机械连接技术发展状况
近年来, 粗直径钢筋机械连接技术一直是建设部推广的重点科技项目, 钢筋机械连接技术也在讯速的发展, 套筒冷挤压、锥螺纹套筒、镦粗直螺纹、直接滚压直螺纹和剥肋滚压直螺纹等较为先进的钢筋连接技术层出不穷。特别是剥肋滚压直螺纹连接技术, 是在镦粗直螺纹和直接滚压直螺纹接头的基础上发展起来的, 它兼顾了前述几种连接形式的优点, 同时又具备了螺纹成型精度高、剥肋滚压成型一步到位和加工设备性能优良等特点。
2 剥肋滚压直螺纹机械连接的特点
剥肋滚压直螺纹连接技术是采用钢筋剥肋滚丝机, 先将钢筋的横肋和纵肋进行剥切处理后, 使钢筋滚丝前的柱体直径达到同一尺寸, 然后再进行螺纹滚压成型。由于螺纹底部钢筋原材没有被切削掉, 而是被滚压挤密, 钢筋产生加工硬化, 提高了原材强度, 从而实现了钢筋等强度连接的目的。与其他的钢筋连接方式相比较, 具有以下优点。
(1) 接头强度高:达到JGJ107-2003《钢筋机械连接通用技术规程》中Ⅰ级接头性能要求, 具有优良的延性及反复拉压的性能。
(2) 抗疲劳性能好:能通过了200万次疲劳试验。
(3) 质量稳定:螺纹牙型好、精度高、对中性好, 不存在虚假螺纹, 对劳动者素质及检测工具的依赖性明显减少。
(4) 施工速度快:套筒工厂化生产, 钢筋丝头预制加工, 现场装配作业, 不影响施工进度。
(5) 应用范围广:适用于直径在16mm~40mm的国产的Ⅱ、Ⅲ级冷扎带肋钢筋任意方向和位置的同异径连接;对弯折钢筋、固定钢筋、钢筋笼等不能转动钢筋的场合及狭小场地钢筋排列密集处, 正反丝扣型接头用途非常广。
(6) 施工方便:施工现场连接不用电、不用气、无明火作业, 全天候施工, 不受风、雨等气候条件影响。
(7) 有利于环境保护:直螺纹连接无噪声污染, 无油污污染、无烟尘和弧光污染、有利于保护劳动者身体健康和施工现场的文明整洁。
(8) 便于管理:直螺纹接头施工中能够避免不同直径钢筋混用一种连接套的情况, 尤其在夜间或昏暗环境下不易发现, 能够避免出现这种情况。
3 剥肋滚压直螺纹机械连接的施工过程
3.1 材料进场验收
螺纹套筒应采用45号钢, 并符合现行国家标准GB/T699-1999《优质碳素结构钢》、GB/T1591-1994《低合金强度结构钢》中的相应规定。主要参数和热处理状态、螺距、牙型高度、牙型角、公称直径等均应符合有关规定。套筒材料的机械性能要求:屈服强度σs≥355MPa、抗拉强度σb≥600MPa、延伸率δsgt≥16%。
套筒进场必须有生产厂家出具的产品质量证明书及合格证。套筒外表面应光滑, 不得有裂缝、节疤等缺陷, 内螺纹不得缺牙、错牙。
3.2 施工机械及人员配备
(1) 参加滚压直螺纹接头施工的人员必须进行技术培训, 经考核合格后方可持证上岗操作。
(2) 切割设备:砂轮切割机, 由一人操作。
(3) 滚压设备:钢筋剥肋滚压直螺纹机, 由两人操作。
(4) 其它设备:螺纹环规、外径卡规、管钳扳手等, 可一人操作。
3.3 钢筋丝头加工工艺流程
钢筋端面平头→剥肋滚压螺纹→丝头质量检验→带帽保护→丝头质量抽验→存放待用。
(1) 钢筋端面平头。
按照设计施工图纸, 先调直再正确量取钢筋长度, 采用砂轮切割机 (无齿锯) 进行切割, 严禁气割或用钢筋切断机切割。这样, 可保证将要套丝的端面平头。平头的目的是让钢筋端面与母材轴线方向垂直, 端头弯曲, 马蹄严重的应切除。
(2) 剥肋滚压螺纹。
将切割成型的钢筋抬到操作平台上, 操作工人按照设计的丝头长度, 【丝头加工长度为标准型套筒长度的1/2其公差为+2P (P为螺距) 】, 和钢筋直径调整机床, 先加工一端丝头, 使用钢筋剥肋滚压直螺纹机将待连接的钢筋端头加工成螺纹, 采用水溶性切削液, 当气温低于0℃时应掺入15~20亚硝酸钠, 严禁用机油作切削液或不加切削液加工丝头。然后自动倒车返离工作, 再加工同一根钢筋的另一端, 待两端头均加工完成后, 抬下工作平台, 戴上塑料保护帽, 按规格分类分层码放整齐备用。
(3) 半成品保护。
套丝完成, 并经质量检查合格的钢筋称为半成品。对半成品应采取严格的保护措施, 这是钢筋等强度剥肋滚压直螺纹连接成功的关键。施工中主要采取两种方法进行保护。
(1) 分层码放。用薄竹板或木片放在上下两层钢筋之间, 使每层钢筋之间都有一定的距离不互相碰撞。
(2) 带帽保护。用专用的钢筋丝头保护帽 (塑料材质) 对钢筋丝头进行保护, 防止螺纹被磕碰或被污物污染。
3.4 现场安装
钢筋就位→拧下钢筋丝头保护帽→用螺纹套筒接头连接→作标记→施工检验。
按设计施工图纸将丝头检验合格的钢筋搬运至安装处, 先由操作工人检查套筒和钢筋的规格是否一致, 钢筋和套筒的丝扣是否干净、完好无损, 连接套筒的位置, 规格和数量应符合设计要求。经检查无误后拧下保护帽, 手工将两待接钢筋的丝头拧入套筒中二、三扣, 以钢筋不脱离套筒为准, 然后由两名操作工人各持一把力矩扳手, 一把咬住钢筋, 一把咬住套筒, 两把力矩扳手共同用力直到接头拧紧。对已经拧紧的接头做标记, 与未拧紧的接头区分开。
3.5 质量检查与验收
现场检验应进行外观质量检查和单向拉伸试验, 应符合JGJ107-2003《钢筋机械连接通用技术规程》的规定。
4 剥肋滚压直螺纹机械连接的经济效益
与传统的焊接和其它机械连接技术相比, 采用剥肋滚压直螺纹机械连接技术单个接头的经济效益并不明显。但由于该具有一些不同于传统的应用特点: (1) 在受压区和装配构件中钢筋受力较小部位, 接头百分率不受限制。 (2) 在构件受拉区, 钢筋受力较小的部位, 接头百分率不受限制。 (3) 当钢筋接头在有抗震要求的框架梁端和柱端的箍筋加密区内而无法避开时, 可采用该接头 (但接头百分率不超过50%) 。因此, 采用剥肋滚压直螺纹机械连接在钢筋下料时的灵活性更强, 可减少大量的废料, 从而有效地降低施工成本。
5 结语
钢筋等强度剥肋滚压直螺纹机械连接, 通过近年来的发展、技术已成熟稳定, 在工程建设中得到广泛的应用, 并以其技术先进、加工工序少、操作方便、连接强度高、连接质量可靠等诸多优点受到业内各方的高度评价, 取得了良好的经济和社会效益。随着建筑产业的不断发展, 钢筋混凝土结构的跨度和规模也越来越大, 粗直径钢筋的应用日益广泛, 钢筋连接技术将向高质量、易施工、操作简单且经济廉价的方向发展。由于钢筋等强度剥肋滚压直螺纹连接具有独特的技术优势, 将成为几种机械连接中最经济、最实用的一种施工技术, 适合大力推广应用。
参考文献
螺纹冷滚压 篇7
关键词：机械连接,等强度,应用
粗直径钢筋机械连接技术是建设部推广的十项新技术之一,钢筋等强度剥肋滚压直螺纹连接是钢筋等强度机械连接最新、最可靠的一项技术,其工艺原理是利用螺纹成型机将钢筋接头端部的纵横肋剥除后将其滚压成直螺纹丝头,并通过专用套筒连成一体组成一个机械接头。这种接头与钢筋母材等强度,适用于ϕ16 mm～ϕ40 mm的Ⅱ,Ⅲ级热轧带肋钢筋,在任意方向和位置的同径和异径钢筋的连接。
1 施工工艺
工艺流程为:平头→剥肋滚压螺纹→丝头检验→利用套筒连接→接头检验→完成。
丝头加工过程:将待加工钢筋加持在设备的台钳上,开动机器,扳动进给装置,动力头向前移动,开始剥肋滚压螺纹,等滚压到调定位置后,设备自动停机并反转,将钢筋端部退出动力头,扳动进给装置将设备复位,钢筋丝头即加工完成。加工成型的钢筋丝头,定点堆放整齐,避免丝头因碰撞产生变形,影响施工质量。
2 剥肋滚压直螺纹机械连接与其他连接方式的优势分析
2.1 受施工管理水平的影响小,适应性较强,施工操作简便,接头质量稳定可靠
20世纪90年代受本地经济发展水平的影响,焊接接头占有较大的比重。但长期以来也因此存在着诸多弊病:持证操作的焊工较少,焊工素质普遍不高;焊接质量波动大,即使是同一人,其焊接质量也因时而异,焊接试件代表性较差;现场焊接接头外观检查不易操作,对如电弧焊中焊缝厚度、焊缝宽度、横向咬边深度、焊缝气孔及夹渣的数量和大小的检查,气压焊中偏心量、两钢筋轴线弯折角、压焊面偏差的检查,电渣压力焊中焊包的均匀度、接头处的弯折角、轴线偏移的检查等,其检查结果均由检查者对焊接过程情况的认识程度、检测器具的齐全程度和精确度来决定,受主观影响较大,往往导致焊接接头外观检查走过场。而这些都不同程度地影响着钢筋工程的质量,为结构安全埋下一定隐患。
2.2 钢筋机械连接受管理水平的影响较少
1)操作简便易懂、易掌握。
钢筋等强度剥肋滚压直螺纹接头有专用的钢筋滚压直螺纹成型机,加工螺丝头不需其他专用辅助设备,操作简单。对不同直径的钢筋螺丝头的长度有专门的定位块,只需对成型机进行一些小的局部调整即可满足需要,一般人仅需半天或更短的时间内即可掌握全部操作要领,而且装卡钢筋需两人即可操作完成。
2)接头质量保证率高。
对本地区某工程使用的约7 000余个直螺纹接头,依据规范规定,按批量随机抽样检验,所有接头经试验全部合格,且在满足抗拉强度不小于该级别钢筋抗拉强度标准值的情况下,试验中仅有几个试件是钢筋从套筒中滑脱而破坏外(此类破坏依据规范仍可判为合格),其余试件均为母材拉断的破坏形式。克服了钢筋焊接接头中因手工操作人为因素影响而产生质量不稳定的致命弊端。
3)现场接头外观检查简单,其要求的量化指标直观性强,试件具有代表性。
在利用套筒连接现场钢筋接头时,用管钳和专用力矩扳手进行施工,质检人员用力矩扳手检查验收。只要达到规定的接头拧紧力矩值,拧紧后的滚压直螺纹接头无完整丝扣外露,质量就可满足要求。现场外观检查极为方便。另外因该种接头的机械化作业含量较高,施工质量稳定,且在操作时不会造成钢筋变形,连接后也不存在如钢筋焊接后偏心受力的问题,从各方面保证了钢筋接头质量要求。
2.3 施工速度快,节约现场安装时间
专用的钢筋滚压直螺纹成型机一次装卡钢筋即可完成钢筋剥肋和滚压螺纹两道工序,丝头成型速度快。在大量使用中,经统计,对ϕ20以上钢筋,等强度剥肋滚压直螺纹机械连接每个台班(单台班8 h,4人一组)可制作及连接300个接头,而焊接每台班(也按8 h,4人计)接头数电弧焊约为120个,电渣压力焊约为160个,水平钢筋窄间隙焊约为120个。虽然机械接头因套筒价格较贵(平均一个约7元左右),比焊接头成本要高,但由于施工速度快,大大节约了施工现场钢筋分项所占用的时间,螺丝头可提前制作好,因此可提高钢筋连接工效50%以上,节省了部分脚手、架板搭设工序,而缩短的工期也会带来较好的经济效益和社会效益。
2.4 适应环境能力强,不受低温环境限制
新疆地区冬季持续时间较长,一年可达5个月之久。冬季持续最低气温为-20 ℃～-30 ℃,冬期施工较为普遍。钢筋的负温焊接,当环境温度低于-20 ℃时,则不宜进行施焊。由于施工现场面积大,搭暖棚费时费工,增加了操作难度,使用焊接接头势必会增加施工成本,同时,受气温条件的影响,质量也不宜保证。钢筋机械连接却不受低温限制,加工螺纹的成型机中的切削液在0 ℃时仍为液态,不影响操作。气温低于0 ℃,在切削液中掺入15%～20%的亚硝酸钠便可正常施工,或仅需在钢筋加工制作处搭一简易暖棚即可。施工现场安装时的温度不受任何限制,为冬施的顺利实施提供了可靠的保证。
3 结语
今后的建筑市场是质量和工期的市场,钢筋等强度剥肋滚压直螺纹连接技术既能保证质量,又能缩短工期,适应性强,安全环保,在本地区具有广阔的推广前景。
参考文献