滚丝模材料的选择

出处：按学科分类—工业技术 轻工业出版社《工模具材料应用手册》第268页（3068字）

选择滚丝模材料的最重要的特性便是模具钢材的硬度、韧性与抗磨性。必须要有足够的硬度和韧性，致使模具能承受在使用中对它所作用的力；良好的抗磨性也是必要的，因为把滚丝模从使用中撤下来的主要原因是由于模具上螺纹的峰尖磨损，以致滚压出来的螺纹不再符合外形尺寸或机能的要求，而不能继续使用。

模具的性能好坏是由所生产的合格零件数来衡量的，它不仅和模具材料的机械性能有关，而且还和①被滚丝毛坯的硬度、尺寸大小和外形精度；②螺纹的节距；③模具是板式的还是圆形的；④模具装配的精度；⑤滚丝机内在的精度；⑥模具入口段螺纹的设计；⑦滚制速度；⑧每一坯料所需滚压的转数；⑨被加工材料的表面状态(坯料表面应无氧化、起皮或其它不需要的表面层，例如不合适的表面渗碳)有关。

最常用的滚丝模材料为M1和M2高速钢；D2高碳高铬工具钢和A2中合金冷模钢。所选择的钢必须在淬硬前进行适当地退火，并应有足够的均匀的碳粒分布。

在大多数应用场合，D2、M1和M2的性能差不多，而A2的使用寿命稍为低些。一般来讲D2、M1和M2应选用供大量生产之需，并供大件、粗牙和较高硬度合金滚压之用。下述硬度范围对多数应用是合适的：

上述所示的硬度在淬火之后应经两次回火，如果不用两次回火的话，那么模具会提前损坏。

如果被滚压件的直径和丝扣公差许可的话，可在淬硬之前机加工好或磨好。供该种工艺的推荐用钢，按性能优劣先后排列。为取得所需硬度而需要热处理时，其平均变形情况如下：

如果公差要求较小的平均变形，模具必须在热处理后再磨：如果在模具热处理后再磨，一般不会减少模具的寿命，但要求采取恰当的磨削技术(不要滥磨)。

通常螺纹表面的光洁度比相应模具表面粗糙20～40%，一般不管用什么样材料对所规定的模具表面光洁度是很容易达到的。对滚制要求高精度细牙螺纹时，则用A2最为经济，可用切削或磨削加工模具螺纹。

从近的观点来看，解决有缺陷的模具装置的一个办法，(这是大多数模具早期损坏的原因)是减低模具的硬度以增加韧性。不过，最好的办法还是要装配得好，因为减低硬度通常会降低模具的寿命。对搓丝板和圆滚模，硬度不够常使螺纹牙顶镦粗、下陷或压平；而太硬的话则会使螺牙从根部崩掉。

在许多应用场合，模具材料的硬度与韧性折衷处理是十分重要的，当磨损是主要考虑因素时，较高的硬度是可取的，但是又会导致上述的其它类型的故障。

搓丝板用于生产标准螺纹的紧固件及大多数木螺纹。标准搓丝板的静模部分如图71所示，针对特定的螺丝大小，模具要根据滚压最大的螺纹长度来制造，并可用来滚压任意长度的螺纹。同一模具可用来滚压不同长度的紧固件直到模具的磨损失效。除非要求特种螺纹或批量较小，一般模具用的材料应按最大产量来选择。

图71 典型的搓丝板和圆滚模

用D2制成的搓丝板一般在淬硬之前先磨好；如果在淬硬后再磨，由于D2在磨得不好时会裂开，所以在淬硬前先磨。

圆滚模也如图71所示。圆滚模一般在淬硬后再磨。除了最难滚丝的那种材料以外，小批量生产的大部分圆滚模都采用A2，因为它的磨削性能和抗磨损性能都不错。比较昂贵的钢如D2、M1和M2用于大量生产是合适的，还适用于难滚压的工件材料。

举例

关于滚丝模的专门评价如下：虽然这里所介绍的圆滚模均用A2制成，搓丝板均用D2制成，并不说明在本例中或在其它应用场合中，A2是制作圆滚模的最好材料，或D2是制作搓丝板的最好材料。

用D2钢在淬硬前由滚切法制成的72副滚丝模，直至最后损坏，按照模具寿命的分布显示在图72中。这些数据是从同种结构、同种工具钢的模具用来滚压同种坯料和同种螺纹所取得的。很明显，在所有这种情况下，许多影响模具寿命的因素都得到了控制，所获得的寿命分布是有大的差距，并且是畸变的。对那些必须在接近疲劳极限情况下工作的工具来说，这种差距和分布方式并不是少见的。它着重说明：当工具钢供应来源或是热处理的变动对滚丝模寿命的影响，通常不能单凭通过少数工具在生产中试验来评定的。

图72 滚压钢螺栓用的D2工具钢模具寿命

在13mm螺栓机上滚制低碳钢螺栓，72副模具的寿命分布

图73(a)示出用1022钢坯，滚压1／4－20螺丝，D2工具钢搓丝板的大致平均寿命。部分试验是在经过淬硬的坯料上做的，包括其中所取得的最高硬度二点的数据。在模具高硬度情况下，模具寿命就短而不稳定。两曲线间带阴影的部分，就表示这种模具寿命的分布带和无规律性。当采用常用模具钢和常用滚压方法时，坯料硬度HRC33对滚丝来讲已到极限。M42高速钢曾用来滚压较高硬度坯料的螺纹之用。

图73(b)示出用A2工具钢制成的圆滚模的最大与最小模具寿命与坯料硬度的关系。这类模具主要用于滚压大多数由易切削的黄铜或铝合金制成的细牙螺纹螺栓，数据中包括某些其装置和坯料接近于理想的高产量情况。此外，用于滚压小件细牙的模具比滚压大件粗牙的模具有较高的平均寿命，从而用A2工具钢制成的各种圆滚模的平均预期寿命比图73(b)两条曲线之间的平均值为低。

图73(c)示出铝和铜坯用圆滚模，钢坯用搓丝板时，模具寿命与工件直径之间的关系。上、下两条曲线为A2圆滚模，其中大多数为淬硬后再磨削，主要用来滚压细牙－绝大部分为特种螺纹，当坯料硬度为HRB88时，不管坯料是铜的或是铝的，对模具的寿命无显着的差别。

图73 滚压各种硬度和直径坯料的滚丝模寿命的变化

对1016～1020钢材滚压的曲线，给出了在一单独装置中的几百副D2模的平均寿命，这些模具有特殊入口段的螺纹外形，模具经机加工及淬硬，并在淬硬状态下使用。

其它曲线指出在往复滚丝机上用搓丝板滚压1010～1038钢件螺纹时，坯料尺寸大小与预期的平均寿命的关系。

异常的情况会大大变更模具的寿命，例如用1040热轧钢滚压16mm的螺纹，当坯料的直径不太均匀、起皮并未经退火处理时，模具寿命仅为45，000件。