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MJ加强螺纹滚丝轮牙型设计

发布时间:2012-01-17

零件采用MJ加强螺纹时,外螺纹圆弧形牙底可大大减小应力集中,从而增加零件的疲劳寿命,可提高疲劳寿命两倍多。因此要求滚丝轮齿顶一定要加工成圆弧状,圆弧必须转接圆滑,不能有尖点出现,其大小要保证滚压的零件牙底圆弧半径为0.15~0.18P,因为考虑到经过滚压的外螺纹工件的牙底圆弧要小于滚丝轮的牙顶圆弧,所以滚丝轮齿顶圆弧和倒角圆弧规定为0.16~0.18P.在实际加工中,当滚压力消除后,材料会发生弹性恢复,零件螺纹牙顶圆弧将变大,牙底圆弧将变小,特别是外螺纹零件为钛合金、高温合金等难加工材料时,其弹性模数较低,弹性变形的倾向大,易产生弹性变形和弹性恢复,而且每种材料的弹性恢复程度各不相同,相应的滚压用滚丝轮牙顶圆弧要求也不同,因此滚丝轮齿顶圆弧和倒角圆弧还需要进行修正,才能保证工件牙型的圆弧要求。经过试验,滚压钛合金时,材料的弹性恢复在0.005~0.012mm之间;滚压高温合金时,材料的弹性恢复在0~0.005mm之间。 因 此 滚压钛合金时,滚丝轮齿顶圆弧和倒角圆弧需要修正为 0.17~0.185P;滚压高温合金时,滚丝轮齿顶圆弧和倒角圆弧需要修正为0.165~0.18P.滚丝轮的齿形尺寸确定为:上齿高=H/2-5H/24=0.433P-0.180P=0.253P(比普通螺纹0.289P齿高减少),公差为滚丝轮圆弧取最小0.16P时,即取为+0.02P.滚压钛合金、高温合金时,根据修正后的圆弧大小确定适当的上齿高及公差。下齿高与普通螺纹相同=H/2-H/8=0.433P-0.108P=0.325P.同理,滚压后零件牙型角也发生收缩,MJ螺纹的中径公差精度等级较高,要求比较严格,因此牙型角变化也应考虑。为保证螺纹工件的精度,对滚丝轮的螺距及半角也规定了误差范围,螺距误差取为0.25 Td2中径当量值,ΔP=0.25Td2/1.7321,占工件误差的62.5%,半角误差的中径当量值取为0.12Td2,+Δa/2=arctan(0.12Td2/0.75P),-Δa/2=arctan(0.12Td2/1.5P),占工件误差的30%.其他按0.2Td2给出,三部分综合为0.45Td2,不超出0.5Td2.滚丝轮还必须作倒角,否则在滚压时会损坏滚丝轮边缘的螺纹,尤其是滚压高强度和硬质材料时更为显着。倒角的大小应满足MJ螺纹首尾中所规定的螺纹收尾长度的要求,还考虑滚丝轮的寿命及避免崩齿,所以选用倒角为16°,宽度为1.3~1.5P.有了设计良好的滚丝轮,为了保证取得好的滚压效果,在使用中还须注意几点 :

(1) 滚压前坯件直径的合理选取。滚压难加工材料坯件直径d1=d-0.67P,由公式计算出的滚压前坯件直径是近似的,大多数要根据滚压后的螺纹实际中径情况,通过试验进行修正。特别是钛合金、高温合金材料机械性能不同,对滚压螺纹影响较大,对精度要求较高的MJ螺纹影响也比较显着。

(2) 难加工材料滚压螺纹时速度随材料和材料强度的不同而不同,滚压钛合金、高温合金等难加工材料时,滚丝轮速度比滚压普通钢的低,钛合金、高温合金的相对延伸率δ5=10%~20%,滚丝轮滚压螺纹时速度为7~12m/min.

(3) 严格控制滚压过程,采用正确的滚压方法和采用刚性好、精度高的设备,否则螺纹表面将出现皱纹、摺痕、划伤、裂纹、断裂,滚压工具的寿命也很低,除了滚压工具的寿命会急剧降低外,滚压后的工件螺纹对应力集中比较敏感,还将使工件螺纹过早地疲劳损坏。