滾壓法是一種塑性加工工藝，它在不破壞金屬纖維的前提下，使金屬體作出塑性位移，做到無切屑使金屬成形，這樣既能改善被加工螺紋的機(jī)械性能，也大大節(jié)約了航空航天零件用的特殊材料。 

由于航空航天領(lǐng)域的零件一般采用熱強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、抗腐蝕性強(qiáng)的高溫合金、鈦及其合金、不銹鋼等材料。這些材料的顯著特點(diǎn)是比強(qiáng)度高、熱強(qiáng)性好、耐蝕性能好、化學(xué)活性大、導(dǎo)熱性能差、彈性模量小，都屬于難加工材料，其切削加工特點(diǎn)為變形系數(shù)小、切削變形大、加工硬化傾向大、切削力大、切削溫度高、刀具易磨損、表面質(zhì)量和精度不易保證。航空航天零件的連接形式多種多樣，螺紋是其中重要的一種連接形式。常用的螺紋連接廣泛使用的是MJ加強(qiáng)螺紋，要求外螺紋工件牙底為加大圓弧的加強(qiáng)螺紋，而且經(jīng)淬火后滾壓螺紋，采用這樣的螺紋可以得到較高的螺栓機(jī)械性能。

航空航天MJ加強(qiáng)外螺紋的最佳解決方案

對航空航天鈦合金、高溫合金MJ加強(qiáng)外螺紋而言，通用刀具已不能很好地滿足零件的使用要求，而需要從設(shè)計(jì)、制造等環(huán)節(jié)提供最佳加工方案，其中涉及到選擇刀具材料、改進(jìn)刀具工藝、選擇合適的切削速度等。滾壓法是一種塑性加工工藝，它在不破壞金屬纖維的前提下，使金屬體作出塑性位移，做到無切屑使金屬成形，這樣既能改善被加工螺紋的機(jī)械性能，也大大節(jié)約了航空航天零件用的特殊材料。外螺紋零件經(jīng)滾壓塑性變形后，其強(qiáng)度和硬度都有所提高，而塑性則有所降低，螺紋部分的金屬纖維沒有被切斷，只是沿螺紋牙型發(fā)生了變形。經(jīng)過滾壓的零件材料，材質(zhì)比較致密，且表面產(chǎn)生冷作硬化層，并存在殘余壓應(yīng)力，因而滾壓后零件的耐磨性有比較大的提高，螺紋的疲勞強(qiáng)度可提高20%~40%.經(jīng)過滾壓的零件，螺紋表面的粗糙度也大大提高，優(yōu)異的表面質(zhì)量可提高螺紋的循環(huán)強(qiáng)度。材料發(fā)生塑性變形后，隨著變形程度的增大，強(qiáng)度越來越高，因此滾壓出來的螺紋，其抗拉強(qiáng)度可提高20%~30%,抗剪強(qiáng)度提高5%.同時(shí)，MJ加強(qiáng)外螺紋對強(qiáng)度要求較高，采用金屬塑性變形原理滾壓螺紋的方法較好地解決了牙底為加大圓弧這一難題。因此航空航天企業(yè)鈦合金、高溫合金MJ加強(qiáng)外螺紋零件加工的最佳刀具應(yīng)選用滾絲輪。

滾絲輪的設(shè)計(jì)及使用要點(diǎn)

1 鈦合金、高溫合金MJ外螺紋特點(diǎn)

（1）   零件材料通常為難加工材料，如鈦合金和高溫合金。

（2） 螺紋與普通螺紋唯一的區(qū)別是外螺紋采用了大圓弧牙底，牙底為連續(xù)、光滑的曲線，曲線上圓弧的半徑最大為0.18P.

（3） 螺紋精度要求較高，公差帶選用普通螺紋4h6h、4g6g,在中徑公差范圍內(nèi)，螺距誤差、半角誤差、圓度誤差、錐度誤差以及其他任何影響螺紋形狀的誤差所對應(yīng)的中徑當(dāng)量總和，不得超出中徑公差之半。螺距極限偏差ΔP =0.4Td2/1.7321,半角極限偏差Δa/2= arctan（0.3Td2/1.125P）。

2 滾絲輪的設(shè)計(jì)

（1） 刀具材料，首先應(yīng)選用性能良好的刀具材料以及好的真空爐熱處理及工藝控制，加工鈦合金、高溫合金MJ外螺紋，既能有效滿足工件要求，又可保證滾絲輪具有較好的壽命。

（2） 滾絲輪的外形結(jié)構(gòu)。常用滾絲機(jī)主軸有：φ54、φ75、φ80及部分特殊直徑主軸，由滾絲機(jī)型號選取滾絲輪的直徑范圍，確定具體螺紋頭數(shù)，厚度可根據(jù)零件螺紋部分長度制成單邊或雙邊使用。

滾絲輪牙型設(shè)計(jì)

零件采用MJ加強(qiáng)螺紋時(shí)，外螺紋圓弧形牙底可大大減小應(yīng)力集中，從而增加零件的疲勞壽命，可提高疲勞壽命兩倍多。因此要求滾絲輪齒頂一定要加工成圓弧狀，圓弧必須轉(zhuǎn)接圓滑，不能有尖點(diǎn)出現(xiàn)，其大小要保證滾壓的零件牙底圓弧半徑為0.15~0.18P,因?yàn)榭紤]到經(jīng)過滾壓的外螺紋工件的牙底圓弧要小于滾絲輪的牙頂圓弧，所以滾絲輪齒頂圓弧和倒角圓弧規(guī)定為0.16~0.18P.在實(shí)際加工中，當(dāng)滾壓力消除后，材料會發(fā)生彈性恢復(fù)，零件螺紋牙頂圓弧將變大，牙底圓弧將變小，特別是外螺紋零件為鈦合金、高溫合金等難加工材料時(shí)，其彈性模數(shù)較低，彈性變形的傾向大，易產(chǎn)生彈性變形和彈性恢復(fù)，而且每種材料的彈性恢復(fù)程度各不相同，相應(yīng)的滾壓用滾絲輪牙頂圓弧要求也不同，因此滾絲輪齒頂圓弧和倒角圓弧還需要進(jìn)行修正，才能保證工件牙型的圓弧要求。經(jīng)過試驗(yàn)，滾壓鈦合金時(shí)，材料的彈性恢復(fù)在0.005~0.012mm之間；滾壓高溫合金時(shí)，材料的彈性恢復(fù)在0~0.005mm之間。 因 此 滾壓鈦合金時(shí)，滾絲輪齒頂圓弧和倒角圓弧需要修正為 0.17~0.185P;滾壓高溫合金時(shí)，滾絲輪齒頂圓弧和倒角圓弧需要修正為0.165~0.18P.滾絲輪的齒形尺寸確定為：上齒高=H/2-5H/24=0.433P-0.180P=0.253P（比普通螺紋0.289P齒高減少），公差為滾絲輪圓弧取最小0.16P時(shí)，即取為+0.02P.滾壓鈦合金、高溫合金時(shí)，根據(jù)修正后的圓弧大小確定適當(dāng)?shù)纳淆X高及公差。下齒高與普通螺紋相同=H/2-H/8=0.433P-0.108P=0.325P.同理，滾壓后零件牙型角也發(fā)生收縮，MJ螺紋的中徑公差精度等級較高，要求比較嚴(yán)格，因此牙型角變化也應(yīng)考慮。為保證螺紋工件的精度，對滾絲輪的螺距及半角也規(guī)定了誤差范圍，螺距誤差取為0.25 Td2中徑當(dāng)量值，ΔP=0.25Td2/1.7321,占工件誤差的62.5%,半角誤差的中徑當(dāng)量值取為0.12Td2,+Δa/2=arctan（0.12Td2/0.75P），-Δa/2=arctan（0.12Td2/1.5P），占工件誤差的30%.其他按0.2Td2給出，三部分綜合為0.45Td2,不超出0.5Td2.滾絲輪還必須作倒角，否則在滾壓時(shí)會損壞滾絲輪邊緣的螺紋，尤其是滾壓高強(qiáng)度和硬質(zhì)材料時(shí)更為顯著。倒角的大小應(yīng)滿足MJ螺紋首尾中所規(guī)定的螺紋收尾長度的要求，還考慮滾絲輪的壽命及避免崩齒，所以選用倒角為16°，寬度為1.3~1.5P.有了設(shè)計(jì)良好的滾絲輪，為了保證取得好的滾壓效果，在使用中還須注意幾點(diǎn) :

（1） 滾壓前坯件直徑的合理選取。滾壓難加工材料坯件直徑d1=d-0.67P,由公式計(jì)算出的滾壓前坯件直徑是近似的，大多數(shù)要根據(jù)滾壓后的螺紋實(shí)際中徑情況，通過試驗(yàn)進(jìn)行修正。特別是鈦合金、高溫合金材料機(jī)械性能不同，對滾壓螺紋影響較大，對精度要求較高的MJ螺紋影響也比較顯著。

（2） 難加工材料滾壓螺紋時(shí)速度隨材料和材料強(qiáng)度的不同而不同，滾壓鈦合金、高溫合金等難加工材料時(shí)，滾絲輪速度比滾壓普通鋼的低，鈦合金、高溫合金的相對延伸率δ5=10%~20%,滾絲輪滾壓螺紋時(shí)速度為7~12m/min.

（3） 嚴(yán)格控制滾壓過程，采用正確的滾壓方法和采用剛性好、精度高的設(shè)備，否則螺紋表面將出現(xiàn)皺紋、摺痕、劃傷、裂紋、斷裂，滾壓工具的壽命也很低，除了滾壓工具的壽命會急劇降低外，滾壓后的工件螺紋對應(yīng)力集中比較敏感，還將使工件螺紋過早地疲勞損壞。

（4）選用高精度、出力穩(wěn)定型的滾絲機(jī)滾牙機(jī)來滾壓，滾絲輪的壽命更好。