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丝杠轴线进给滚压成形工艺参数的优化设计

深圳市威远精密技术有限公司李敬宇李一前

航天晨光研究院刘进江李国超

摘要：丝杠滚压成形过程属于金属材料大塑性变形过程。金属材料局部高应变及应变率导致成形

机理复杂，难以通过有限的物理试验建立滚压工艺参数与滚压结果之间的定量关系，导致滚压轮几何

形状、滚压轮转速等关键工艺参数难以优选。为此，本文在分析轴线滚压成形工艺滚压轮、丝杠毛坯

几何及运动关系的基础上，建立丝杠滚压成形工艺有限元仿真模型。采用响应面设计方法建立滚压参

数与滚压结果之间的定量关系，并对滚压工艺进行优化。研究成果对于提高丝杠滚压成形质量及生产

效率具有重要意义。

丝杠副（包括滚珠丝杠副）是机械设备上最常使用的通过分析滚压过程的等效应力，得到了滚压过程的变形规

传动、执行部件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运律；许丽华等研究了采用轴向进给法滚压多头长螺纹用滚丝

动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、轮的设计方法；段体清等基于DEFORM-3D分析了螺纹滚柱

可逆性和高效率的特点。在工程机械、能源装备、海洋装轧制成形工艺；范淑琴等基于螺纹滚压成形过程中模具和工

备等大型设备中使用的丝杠具有超大长径比，这类丝杠的件螺纹啮合点的运动特征，推导出不同参数下滚丝轮相位调

加工制造现在一般采用滚压成形工艺，因此轴向进给滚压整角的计算公式，提出了滚丝轮相位的调整方法；崔鑫等采

成形是其核心制造技术。用DEFORM-3D建立了三滚丝轮外螺纹滚压成形过程仿真

滚压丝杠是一种无切屑丝杠加工工艺，丝杠滚道（螺模型，分析了滚压过程中的应力、应变及扭矩，总结了三滚

纹）靠零件毛坯表层金属的塑性变形而形成。滚压加工过丝轮装置外螺纹滚压过程中工件塑性变形规律；张大伟等介

程中组成丝杠的金属纤维组织不仅未被切断，反而会得到绍了轴向进给主动旋转滚压设备的结构原理及运动特征，评

进一步强化，在丝杠表面形成冷作硬化层。这种工艺具有述了不同类型滚压机必威体育精装版研究进展。

加工效率高、加工质量好的特点。然而，丝杠滚压成形过上述研究多集中于螺旋滚压成形，针对丝杠成形工艺

程属于大塑性变形过程，局部高应变及应变率导致其成形研究较少。为此，本文研究了丝杠轴向进给加工滚压工

机理复杂，难以通过有限的物理试验建立滚压工艺参数与艺优化设计方法，该优化方法在滚压成形机理分析的基础

滚压结果之间的定量关系。现有技术主要存在的问题：工上，采用数值仿真和试验优化设计相结合的方法，解决了

艺设计长期依靠经验及试错方法，面对新型丝杠滚压工艺传统丝杠滚压工艺优化方法不能面向关键工艺变量进行针

设计缺少实践与理论基础，导致产业发展缓慢，工艺设计对性优化分析，且需要依靠大量物理试验的问题，缩短了

效率低，加工成本高，产品质量难以保证；多头丝杠滚压工艺设计周期，节约制造成本。

成形工艺系统参数繁多，缺少快速高效的方法针对关键工

艺参数进行优化。一、轴向进给滚压成形几何关系分析

针对沿轴线进给滚压加工成形工艺，很多学者开展了相

丝杠轴向进给滚压工艺几何关系主要包括三方面：丝

关方面的研究，如王媛等模拟了轴向进给式螺纹滚压过程，

WMEM·2020年第6期65

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