2026-08-No1-扣件技術新訊
余征諴博士 / 國立高雄科技大學 鍛造輥軋工程研究中心
各位【台灣扣件產業服務雲】會員先進們大家好，與您分享本期 #扣件技術新訊 (2026-08-No-1)：
#技術主題 : #Ti6Al4V鈦合金螺紋溫間滾牙成形技術
Ti6Al4V鈦合金螺紋溫間滾牙成形技術，提高成形溫度及降低摩擦係數，可提升材料流動性，降低螺牙疊料缺陷長度。
#什麼是Ti6Al4V鈦合金螺紋溫間滾牙成形技術？
Ti6Al4V鈦合金螺紋溫間滾牙成形技術（Warm Thread Rolling）是在攝氏25 - 450°C之特定溫度區間，透過感應加熱使鈦合金工件軟化後，再以一對滾輪擠壓成形螺紋的製程技術。相較於室溫下進行的傳統冷間滾牙成形，溫間滾牙能提升材料塑性流動能力，有效抑制螺牙頂部的疊料（Folding）與裂紋缺陷。實驗研究顯示，隨溫間滾牙溫度上升，螺牙疊料缺陷長度呈整體遞減趨勢，數值模擬與實驗量測之偏差小於10%。
#為什麼傳統冷間滾牙鈦合金螺紋容易產生疊料缺陷？
Ti6Al4V鈦合金因高比強度與優異耐蝕性，廣泛應用於航太與精密扣件領域，但其於室溫下塑性較差、變形抗力偏高。傳統冷間滾牙螺紋加工在此條件下，材料流動不均，容易在螺牙頂部產生疊料與裂紋，並伴隨明顯應力集中，進而降低螺栓強度與疲勞壽命。這正是溫間滾牙成形技術被開發的核心原因-利用提高加工溫度改善材料流動特性，同時兼顧加工效率與零件品質。
#溫間滾牙成形製程包含哪些步驟？
完整溫間滾牙螺紋成形製程可分為三階段：
1. 加熱：感應加熱線圈對待加工區域升溫，溫度感測器即時回饋數據至控制系統。
2. 滾牙：加熱後之工件送入一對螺紋滾輪間，滾輪旋轉加壓使表面金屬依牙形塑性變形，形成螺紋。
3. 冷卻：以100–120°C/s之水冷淬火，此為 Ti6Al4V 外螺紋溫間滾牙之最佳冷卻速率，可確保螺紋尺寸穩定，並於表面引入殘餘壓應力層，提升機械性能與使用壽命。
#數值模擬如何驗證溫間滾牙成形的可靠性？
Shi [1] 以 M6 螺栓為研究對象，並以Abaqus 有限元素分析軟體建立三維熱機耦合模型，材料塑流應力為適用於溫塑性成形的 Johnson-Cook 模型。
滾輪牙形角30°、牙高0.578mm，滾輪徑向進給速率0.12mm/s、轉速30RPM，工件與滾輪間摩擦係數設定為0.2。
模擬結果顯示扭矩曲線呈先升後降之趨勢，相較冷間滾牙，溫間滾牙之扭矩明顯降低且製程更穩定。
#摩擦係數如何影響螺牙疊料深度？
摩擦係數對疊料深度呈現「先降後升」之雙重調節效應：
(1) 摩擦係數偏低時材料流動順暢、疊料長度較短。
(2) 係數升至約0.2時可適度抑制材料紊流，疊料長度最小。
(3) 摩擦係數過高時，反而阻礙材料均勻流動，加劇螺牙頂部堆積與扭曲，使疊料缺陷惡化。
#溫間滾牙成形對扣件產業有哪些應用效益？
Ti6Al4V鈦合金螺紋溫間滾牙成形技術可有效改善鈦合金等難加工合金扣件之成形品質，降低試模與報廢率，並提升螺栓之疲勞壽命與結構安全性，適用於航太扣件、精密機械螺栓等高階應用場景。
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#FAQ區塊
Q1：溫間滾牙成形與冷間滾牙成形的主要差異是什麼？
A1：溫間滾牙在25–450°C溫度區間進行，材料塑性較佳、變形抗力較低；冷間滾牙於室溫進行，材料流動性差，較易產生螺牙疊料與裂紋缺陷。
Q2：Johnson-Cook本構模型的用途是什麼？
A2：Johnson-Cook模型用於描述金屬材料在不同應變率、溫度下的流動應力行為，適合模擬溫塑性成形製程，是建立熱機耦合有限元模型的關鍵依據。
Q3：溫間滾牙成形後的冷卻速率有何要求？
A3：Ti6Al4V外螺紋溫間滾牙以100–120°C/s之冷水淬火為最佳冷卻方案，可穩定螺紋尺寸並引入殘餘壓應力層，提升機械性能。
Q4：摩擦係數多少時疊料缺陷最輕微？
A4：研究顯示摩擦係數約0.2時疊料深度最小；係數過低或過高皆會使材料流動不均，加劇疊料缺陷。
Q5：溫間滾牙成形模擬的準確度如何？
A5：數值模擬與實驗量測之螺牙疊料長度偏差小於10%，顯示模型具備良好的預測精度與可靠性。
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應用該技術，可協助產業透過『Ti6Al4V鈦合金螺紋溫間滾牙成形技術』，建立『螺紋成形技術』之技術能量及相關研究開發之參考資料。
根據公開的網頁及專利資訊，可提供相關類似技術與產品之公司，如：慶達科技股份有限公司、詠全企業股份有限公司、博創實業有限公司、鐿鈦科技股份有限公司、高角度企業有限公司 ... 等公司。
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#參考資料：
[1] Shi, Y., & Yan, F. (2026, July). Numerical simulation and experimental study of warm roll forming of external threads in Ti6Al4V alloy. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 3277, No. 1, p. 012109). IOP Publishing., https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/3277/1/012109/meta
[2] 台灣扣件產業服務雲, 扣件技術新訊, Vol. 2026-08-No1, Ti6Al4V鈦合金螺紋溫間滾牙成形技術, https://www.tw-fastener.com/tfsc/knowledge/BLP_61b35c1a-9226-4d8f-8666-960fb830c247
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Tag: #Fastener, #Thread, #Titanium, #Rolling, #Screw.
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#Further Information :
#Article Type : Patent Review.
#Title : Numerical simulation and experimental study of warm roll forming of external threads in Ti6Al4V alloy
#Product : Fastener, Bolt, Nut, Screw.
#Technology : Multi-Stage Forging, Process design, Die design,
#Process Design : Coil cutting, Heading, Upsetting, Forward extrusion, Backward extrusion.
#Benefit : High production efficiency, Low material waste, High material usage.
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