搓丝机

定义

搓丝机是用一对搓丝板在工件杆部搓制外螺纹或沟槽的机床，在机床分类上属于螺纹加工机床中的少无切削加工类，与用滚丝轮旋转滚压的滚丝机并列^[1]。按加工刀具和成形方式划分，螺纹加工机床可分成切削加工与少无切削加工两大类，前者包括螺纹车床、螺纹铣床、螺纹磨床、攻丝机和套丝机，后者则包括搓丝机和滚丝机^[1]。

搓丝机所用的模具称为搓丝板，由两块平板组成，正面带有展开的螺纹齿形；装在滑块上往复运动的一块叫动板或活动搓丝板，装在工作台上固定不动的一块叫静板或固定搓丝板^[3]。在紧固件行业中，这类设备也常被称为搓牙机，其英文名称为 Thread Rolling Machine^[2]。

按结构形式，搓丝机可分为采用平板搓丝板的平丝板搓丝机与采用弧形搓丝板的型式；按自动化程度可分为全自动和半自动机型，常见型号如 Z25 系列自动搓丝机^[4]。

原理

搓丝属于冷体积成形工艺。坯料通常先经退火处理，直径大致等于所加工螺纹的中径，被送入动、静两块搓丝板之间；动板作平行于静板的往复直线运动，其齿面挤压工件表面，金属在常温下塑性流动并充满板上的牙形槽，从而成形出螺纹^[5][6]。两块搓丝板的螺纹牙形错开约半个螺距布置，静板一侧设有压入部分、校正部分和退出部分，坯件从压入段进入后被夹住，随板的相对移动被强迫转动，成形后在退出段滑落^[3][6]。

牙板挤压时所需压力称为辊轧压力，它与工件、模具的接触面积成正比，比例常数由被加工材料的性质决定；某一成形阶段的接触面积可写为 $A=lb$，辊轧压力则表示为 $P=Hlb$，其中 $l$、$b$ 分别是工件与凹模接触部分对凹模轴线投影的长度和宽度，$H$ 为材料相关的经验因子，材料硬度越高，$H$ 值越大^[7]。

成形过程中，坯料仅在通过工件轴线的纵向平面内作径向流动，不沿圆周方向流动，因此螺纹谷底附近区域出现明显的加工硬化，而工件中心部分并未硬化^[7]。加工时对转动圈数有要求，若圈数不足，工件受强迫压造会出现椭圆或其他异状变形，影响材料组织与机械性能；若滚动转数过多，则效率下降，螺纹牙表面易产生分离或乱扣^[2][8]。

graph LR

A[坯料送入] --> B[静板压入段夹住工件]

B --> C[动板往复挤压, 工件转动]

C --> D[校正段修正牙形]

D --> E[退出段滑落出件]

C --> F[滑块回程, 空行程]

发展历程

搓丝在工业生产中长期与滚丝并列，作为大批量制造外螺纹的两条主要工艺路线：搓丝效率较高，适应批量大、直径较小的螺纹产品，如螺丝生产；滚丝则适用于直径较大的螺纹加工，精度较高而生产率相对较低^[9]。国内早期广泛使用的平丝板搓丝机以 Z25 系列为代表，齐齐哈尔第二机床厂在 1979 年已生产 Z25-20 型自动搓丝机^[10]。

20 世纪 80 年代以后，国产搓丝机在运动件轻量化、运动规律协调和动平衡计算等方面做了改进，据此提高机器生产率；滚筒料斗与工件输出器等配套装置也同步发展，以适应高速大批量生产^[11][12]。Z25-12 型自动搓丝机的参数与精度要求相继纳入行业标准，如《自动搓丝机 基本参数》和《自动搓丝机 精度》。1983 年末，还曾试制成功用于搓制螺旋道钉的专用搓丝机并投入生产^[10]。

近年来，搓丝机的改进主要集中在送料与调节环节，相关专利分别涉及自动送料、可调让位组件、多搓丝板布置等方向，目的是提高加工精度、扩大适用规格范围并缩短循环时间^[13][14]。

应用

搓丝机最主要的用途是加工螺钉、螺栓、螺柱等紧固件的外螺纹，可搓制自攻螺丝、钻尾螺丝、机械螺丝及非标螺丝等类型^[2]。除标准螺纹外，同一原理还可用于加工梯形螺纹、模数螺纹、花键、网纹以及直纹花等外表面形状，例如三角形直纹花螺栓即在冷镦成形杆部后由搓丝工序辗出直纹花^[2][15]。

由于属于无切屑成形，搓丝得到的螺纹金属纤维流线连续、未被切断，强度、精度和一致性均较高，因此在标准件、汽车、拖拉机、电器等制造业的大批量生产中普遍采用^[12][16]。以冷挤压成形的螺纹，其强度可比切削螺纹有明显提高，表面粗糙度也更低，同时不产生切削废料，材料利用率高^[5][6]。

搓丝设备通常配有自动上下料机构，从送料、搓制到出料形成连续作业；配用两对搓丝板时，还可同时加工工件两端的螺纹^[13]。

局限

搓丝依赖材料塑性，对毛坯有前提要求。材料延伸率过低（一般低于 8%）时，滚压出的螺纹表面会出现皱纹、划伤、裂纹甚至断裂；硬度也不宜过高，否则工件对应力集中更敏感，模具寿命随之下降^[17]。类似地，滚压螺纹要求工件材料硬度不超过 HRC40，且坯件直径需与螺纹中径接近，对毛坯尺寸精度要求较高^[6]。

平搓丝板存在回程空行程，动板返回时不做功，限制了生产率；又因受行程与压入段、校正段长度的限制，一般只用于加工直径 24 毫米以下的螺纹^[7][3]。成形过程中压入和校正时间短、压力大，工件圆度误差较大，更不适合加工薄壁零件^[3]。

薄壁管件在两侧受挤压时，因中心为空容易产生塑性变形，截面变成椭圆形而导致加工失败，传统搓丝与滚丝对铜、铝等强度不足的材料和薄壁钢管都较难处理^[9]。此外，搓丝加工一般不能成形内螺纹，内螺纹只能借助无槽挤压丝锥等冷挤方法实现^[6]。成形中还可能出现表面裂纹、划伤、乱扣和失圆等缺陷，数量较少时在加工阶段不易被发现^[8]。

由于径向流动集中在表层，牙底附近硬化明显而心部未硬化，螺纹的性能改善限于一定深度；同时搓丝板在剧烈摩擦和冲击下易出现磨损、点蚀、崩齿与剥落，需选用 9SiCr、Cr12MoV 等钢材制造并控制热处理质量^[7][3]。

参见

• 搓丝板 —— 搓丝机上直接成形螺纹的平板模具，分动板与静板。

• 滚丝机 —— 用滚丝轮旋转滚压成形螺纹的同类冷挤压机床。

• 螺纹加工机床 —— 搓丝机所属的机床大类，涵盖车、铣、磨、攻丝等各类设备。

• 冷挤压 —— 搓丝所依据的少无切削成形工艺原理。

• 紧固件 —— 搓丝机最主要的加工对象，包括螺栓、螺钉与螺柱。