加工普通螺紋產(chǎn)生缺陷的原因分析

李成思， 劉欣寧

（1.河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，河南南陽(yáng)473000;2.北京理工大學(xué)機(jī)械與車(chē)輛學(xué)院，北京100081）

0 引言

某公司新生產(chǎn)一大批產(chǎn)品，該產(chǎn)品為特M121×2內(nèi)螺紋，檢驗(yàn)內(nèi)螺紋用螺紋塞規(guī)（如圖1所示），螺紋塞規(guī)一端為通規(guī)，另一端為止規(guī)；通規(guī)能通、止規(guī)能止判定為合格，否則為不合格[1-2]；但在判定為合格的產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)螺紋有被刀尖劃傷的現(xiàn)象，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)率及避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失，進(jìn)行了螺紋牙型檢測(cè)分析實(shí)驗(yàn)。

圖1 檢測(cè)內(nèi)螺紋用螺紋塞規(guī)

1 螺紋牙型抽樣檢測(cè)

1.1 普通螺紋的基本牙型

普通螺紋的基本牙型是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T192—2003中所規(guī)定的具有螺紋基本尺寸的牙型，如圖2所示?；狙佬投x在軸向剖面上，是指按規(guī)定將原始正三角形削去一部分后獲得的牙型。

圖2 普通螺紋的基本牙型

牙型角α是指在螺紋牙型上，相鄰兩個(gè)牙側(cè)面的夾角，米制普通螺紋的基本牙型角為60°，牙型半角α/2是指在螺紋牙型上，牙側(cè)與螺紋軸線垂直線間的夾角[3]。

1.2 牙型抽樣檢測(cè)

螺紋牙型檢測(cè)方法有螺紋樣板比較法、萬(wàn)能工具顯微鏡測(cè)量法（軸切法、影像法、干涉法）2大類(lèi)4種方法。依據(jù)測(cè)量方法的選擇原則，選擇工具顯微鏡測(cè)量法中的影像法進(jìn)行測(cè)量。

用硫磺和石墨按一定的比例熔化后澆注牙型印模2件，通過(guò)2次牙型印模檢測(cè)[4-6]，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 螺紋抽樣檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)過(guò)2次測(cè)量結(jié)果對(duì)比,牙型半角實(shí)際值變動(dòng)較大,可能是因投影測(cè)量時(shí)找正不一致所致。牙型全角2次測(cè)量分別為52°05′和52°02′,牙型角縮小，牙高相應(yīng)增大。一般情況下,螺紋牙型角的大小取決于加工螺紋刀具尖角的大小,因此，要想找出螺紋劃痕的原因需從檢測(cè)刀具刀尖角度著手進(jìn)行分析。

2 對(duì)刀具和相應(yīng)產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比分析

2.1 用1#刀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

圖樣要求加工螺紋的刀具如圖3所示。實(shí)際加工螺紋的刀具如圖4所示，各刀尖角實(shí)際值分別為刀尖a角度為58°40′、刀尖b角度為58°35′、刀尖c角度為58°45′。安裝定位面夾角60°±5′合格。3個(gè)副切削刃均不是直線而呈圓弧狀塌邊。

圖3

圖4

圖5

角度為58°35′的b刀尖加工1件產(chǎn)品，通螺紋塞規(guī)能通，止螺紋塞規(guī)能止,用硫磺和石墨按一定的比例熔化后澆注牙型印模一件，設(shè)牙型印模編號(hào)為1-1,結(jié)果如表2和圖5（投影放大的形狀）所示。將圖3、圖4進(jìn)行比較，刀尖的形狀和牙型基本一致，但牙型半角相差太大[8-9]。

表2 用1#刀加工牙型測(cè)量結(jié)果

2.2 用2#刀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

2#刀片測(cè)量數(shù)據(jù)如圖6所示。將刀桿用百分表相對(duì)于機(jī)床導(dǎo)軌找平行,用2#刀片標(biāo)號(hào)b刀尖加工一產(chǎn)品，通螺紋塞規(guī)能通，止螺紋塞規(guī)能止，澆注牙型印模2件，編號(hào)為2-1和2-2，印模厚度在8 mm左右，測(cè)量數(shù)據(jù)如表3所示。

圖6

圖7

圖8

圖9

表3 用2#刀加工牙型測(cè)量結(jié)果

2#刀片標(biāo)號(hào)b刀尖刀尖角57°09′，加工出來(lái)的產(chǎn)品牙型角為55°29′，反而縮小了1°40′，因此對(duì)2#刀b刀尖進(jìn)行使用后的重測(cè)，測(cè)量結(jié)果如圖7所示。

圖7中刀尖角度為27°30'+27°32'=55°2′，與加工出來(lái)的產(chǎn)品牙型角55°29′比較接近，但55°2′與55°29′相差2°07′，仍不是刀尖角使用磨削損耗的正常速度。分析其原因，主要是操作者在加工前用油石修磨過(guò)刀刃，未經(jīng)對(duì)刀樣板校對(duì)就進(jìn)行加工；另外，也存在測(cè)量誤差等因素。

2.3 用3#刀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

為了分析結(jié)果更準(zhǔn)確，又用3#刀進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，3#刀標(biāo)號(hào)b刀尖角度為58°36′，如圖8所示。用3#刀b刀尖加工一產(chǎn)品，通螺紋塞規(guī)能通，止螺紋塞規(guī)能止，牙型印模編號(hào)3-1，測(cè)量結(jié)果如表4和圖9所示[10-11]。

通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)和分析，終于取得了比較理想的螺紋牙型輪廓。

表4 用3#刀加工牙型測(cè)量結(jié)果

3 螺紋牙型半角誤差分析

螺紋幾何參數(shù)較多，加工過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生誤差，都將不同程度地影響螺紋的互換性。其中，中徑誤差、螺距誤差和牙型半角誤差3項(xiàng)，即作用中徑的大小是影響螺紋互換性的主要因素[12-13]。

根據(jù)文獻(xiàn)［14］，對(duì)于外螺紋

對(duì)于內(nèi)螺紋

牙型半角誤差對(duì)中徑的補(bǔ)償值按下式計(jì)算，當(dāng)實(shí)際牙型半角小于基本牙型半角時(shí)，中徑補(bǔ)償值為

當(dāng)實(shí)際牙型半角大于基本牙型半角時(shí)，中徑補(bǔ)償值為

牙型半角平均誤差對(duì)中徑的補(bǔ)償值為

式中Δα/2=（|Δα/2左|+|Δα/2右|）/2。

加工的螺紋為特M121×2內(nèi)螺紋，中徑公差為0.25 mm，螺距P為2 mm，假設(shè)實(shí)際中徑等于基本牙型中徑，實(shí)際螺距等于基本牙型螺距，則以中徑公差之半代入式（5），可得牙型半角允許偏差為Δα/2=125/0.364×2=2°51'42''。

表1中牙型半角平均偏差為30°－26°01′45″=3°58′15″＞2°51′42″；表2中牙型半角平均偏差為30°－25°22′30″=4°37′30″＞2°51′42″。

那為什么通螺紋塞規(guī)能通，止螺紋塞規(guī)能止呢？

按照螺紋中徑合格性差別原理，實(shí)際螺紋的作用中徑不能超出最大實(shí)體牙型的中徑，實(shí)際螺紋上任何部位的單一中徑不能超出最小實(shí)體牙型的中徑。即螺紋實(shí)際牙型輪廓都要在螺紋公差帶以內(nèi)，才算合格[15]。但是，用螺紋量規(guī)檢驗(yàn)螺紋時(shí)，通螺紋量規(guī)為全牙型，能控制最大實(shí)體邊界，止螺紋量規(guī)為不完全牙型，只有防止實(shí)際中徑超出最小實(shí)體邊界，卻不能控制整個(gè)牙型的最小實(shí)體邊界。因此，如果牙型半角實(shí)際偏差大于允許極限偏差，盡管止規(guī)能止，但仍有一部分實(shí)際牙型輪廓在最小邊界以外。這就是雖然實(shí)際牙型半角偏差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于計(jì)算允許偏差而通螺紋塞規(guī)能通、止螺紋塞規(guī)能止的原因所在。

4 加工過(guò)程中應(yīng)采取的措施和辦法

1）加工設(shè)備滿足加工精度要求并嚴(yán)格執(zhí)行周期檢修；2）刀具的安裝正確性要由檢測(cè)手段保證；3）成型刀具經(jīng)檢驗(yàn)合格后使用,使用中修磨后重新檢驗(yàn)后再使用；4）檢驗(yàn)成型刀具用的量具執(zhí)行強(qiáng)制周期檢定；5）定期抽檢螺紋牙型各單項(xiàng)參數(shù)，不單純依螺紋量規(guī)作為判別產(chǎn)品合格與否的唯一標(biāo)準(zhǔn)；6）操作者必須有高度職業(yè)操守和責(zé)任心。

5 結(jié)論

實(shí)踐證明，用通、止螺紋塞規(guī)檢測(cè)內(nèi)螺紋，能控制最大實(shí)體邊界，卻不能完全控制最小實(shí)體邊界；同理，用通、止螺紋環(huán)規(guī)檢驗(yàn)外螺紋，也能控制最大實(shí)體邊界，卻不能完全控制最小實(shí)體邊界。因此，用螺紋量規(guī)檢驗(yàn)螺紋零件時(shí)，只有在工藝正常的控制狀態(tài)下，才能行之有效，否則將會(huì)造成誤判。

［參考文獻(xiàn)］

[1] 王均杰,李銳.普通螺紋加工質(zhì)量控制措施探討[J].機(jī)械工程師,2014(4)：60-62.

[2] 王岳昭.分析測(cè)量普通螺紋牙形半角的方法[J].青島大學(xué)學(xué)報(bào)(工程技術(shù)版),1999(2)：3-5.

[3] 黃云清.公差配合與測(cè)量技術(shù)[M].3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2015.

[4] 張靜.螺距和牙型角誤差對(duì)螺紋中徑尺寸的影響[J].鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛工人,2003(1)：1-4.

[5] 楊沿平,喻偉雄.普通螺紋牙側(cè)角誤差對(duì)螺紋結(jié)合互換性的影響[J].中國(guó)機(jī)械工程,2004(12)：856-858.

[6] 歐協(xié)峰.螺紋檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)計(jì)量,2014(1)：68-70.

[7] 武秋鳳.對(duì)螺紋中徑的理解及其合格性的判斷[J].科技創(chuàng)業(yè)家,2013(5)：161-162.

[8] 尚玉華,柴軍.普通螺紋中徑及其檢測(cè)方法探討[J].山西機(jī)械,2000(增刊1)：41-42.

[9] 李娟,何江潔.淺談螺紋塞規(guī)的測(cè)量方法[J].工業(yè)計(jì)量,2015(增刊2)：16-19.

[10]韓素超,劉立杰.螺紋塞規(guī)中徑測(cè)量解析[J].中國(guó)計(jì)量,2013(1)：93-94.

[11]吳文生.統(tǒng)一螺紋塞規(guī)中徑檢測(cè)的理論與實(shí)踐[J].工業(yè)計(jì)量,2009(6)：14-15.

[12] 廖念釗.互換性與技術(shù)測(cè)量[M].6版.北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社,2012.

[13]劉興富.螺紋中徑參數(shù)符合定義的數(shù)學(xué)模型[J].機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量,2011(3)：26-30.

[14]全國(guó)螺紋標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).公制、美制和英制螺紋標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)[M].3版.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

[15] 梅艷波.螺紋加工方法研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)理工卷,2009(1)：279-280.