全牙型螺紋工藝在連接器螺紋零件加工中的應(yīng)用

康克勇，劉 明，廖龍彬，李君華

（1.四川華豐科技股份有限公司，四川綿陽，621000；2.空裝成都局駐綿陽地區(qū)第二軍代室，四川綿陽，621000）

1 引言

螺紋零件是連接器中廣泛使用的功能結(jié)構(gòu)件，螺紋加工是連接器零件機(jī)械加工中最重要的工序之一。傳統(tǒng)螺紋加工方法如螺紋車削、攻絲套絲、螺紋滾壓和螺紋磨削。螺紋的車削加工采用標(biāo)準(zhǔn)螺紋車刀或采用磨刃的高速鋼刀具加工，存在牙型角度不標(biāo)準(zhǔn)、牙型肥瘦偏差、變異、牙型面粗糙度、毛刺、旋和緊澀、順暢性不好等缺陷，螺紋加工過程中的工藝尺寸設(shè)計(jì)、加工參數(shù)設(shè)定、牙型分刀次數(shù)、機(jī)床參數(shù)等要素也存在較大不確定性，從而導(dǎo)致螺紋質(zhì)量一致性和功能性缺陷問題，在螺紋產(chǎn)品應(yīng)用和裝配環(huán)節(jié)造成質(zhì)量問題。

2 全牙型螺紋加工工藝

全牙型螺紋加工工藝是一種螺紋車削成型工藝方法。是通過采用全牙型螺紋刀具，對(duì)螺紋工藝尺寸設(shè)計(jì)、螺紋加工參數(shù)、螺紋牙型分刀、槽工藝線路、機(jī)床主軸參數(shù)等確定性因素設(shè)定與控制，實(shí)現(xiàn)螺紋加工工藝因素的確定性，通過完善可控的工藝使螺紋制造的一致性提升，減少螺紋質(zhì)量波動(dòng)，提高連接器螺紋的牙型形貌、尺寸精度，從而提高連接器產(chǎn)品的質(zhì)量。

3 工藝驗(yàn)證

3.1 螺紋刀具特征

全牙型螺紋刀具、泛牙型螺紋刀具特征示意見圖1。

圖1 全牙型和泛牙型刀片示意圖

A泛牙型

●可加工角度為55°或60°的不同標(biāo)準(zhǔn)的螺紋螺距。

●根部有小圓弧的刀片適用于小螺紋范圍的螺紋加工。

●徹底完成內(nèi)外螺紋加工，需附加操作。

●不推薦用于批量生產(chǎn)。

●減少所需適用的刀片型號(hào)。

B全牙型

●可加工出完整的螺紋形狀。

●根部有小圓弧的刀片僅適用于相關(guān)螺距范圍的螺紋加工。

●推薦用于批量生產(chǎn)。

●限用于加工一種螺紋形狀。

3.2 在相同加工工藝分別采用全牙型和泛牙型螺紋刀具加工連接器螺紋零件樣本試驗(yàn)

1）不同轉(zhuǎn)速參數(shù)下采用全牙型螺紋刀具和泛牙型螺紋刀具加工螺紋樣本，通過樣本螺紋三徑、螺距、牙型角檢測(cè)評(píng)估螺紋加工情況包括螺紋牙型和螺紋尺寸。以M22*1－6g型號(hào)螺紋樣本檢測(cè)情況：

圖2 M22*1.0全牙型加工螺紋大徑尺寸

圖3 M22*1.0泛牙型加工螺紋大徑尺寸

圖4 M22*1.0全牙型加工螺紋中徑尺寸

圖5 M22*1.0泛牙型加工螺紋中徑尺寸

2）全牙型與泛牙型螺紋刀具加工螺紋樣本牙尖形狀對(duì)比：

全牙型加工的牙頂平滑，泛牙型牙頂平直尖角。

圖6 M22*1.0全牙型與泛牙型牙尖形狀

3）采用不同螺紋尾部退刀槽的加工線路加工帶退刀槽的螺紋樣本，比較其對(duì)螺紋尾部成型牙型差異。分為“螺紋→外槽→螺紋”和“外槽→螺紋→外槽”兩種工藝線路.其成型螺紋牙型對(duì)比：

圖7 不同加工線路螺紋尾部牙型比較

螺紋尾部槽加工線路的不同導(dǎo)致螺紋尾部收尾的差異，都會(huì)產(chǎn)生突變，但是先槽后螺紋線路方式“螺紋→外槽→螺紋”的尾部牙型螺紋收尾平穩(wěn)。先螺紋后槽方式“螺紋→外槽→螺紋”螺紋尾部突變大。

通過全牙型和泛牙型螺紋刀具加工連接器螺紋零件的螺紋質(zhì)量對(duì)比，在直徑尺寸精度、牙型形狀，槽尾部斷面兩種工藝加工螺紋會(huì)出現(xiàn)不同的特征。牙頂?shù)募馄街薄⑽膊繑嗝嫱蛔儑?yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致螺紋旋和順暢差，也會(huì)造成電鍍螺紋鍍層質(zhì)量問題。

4 螺紋制造工藝導(dǎo)致螺紋質(zhì)量波動(dòng)差異的主要問題分析

1）工藝技術(shù)文件中未對(duì)螺紋加工工藝參數(shù)、程序等主要工藝要素明確，現(xiàn)場(chǎng)加工人員根據(jù)加工中對(duì)螺紋量具滿足情況作為過程加工的唯一判據(jù)來確定相應(yīng)參數(shù)和加工線路，螺紋加工因素的差異會(huì)造成螺紋質(zhì)量一致性差異。

2）切削加工刀具的泛化使用，螺紋型號(hào)對(duì)應(yīng)的刀具采用泛牙型螺紋，刀具每種規(guī)格適應(yīng)的螺紋型號(hào)可以有多種，刀具型號(hào)的泛化會(huì)造成加工螺紋質(zhì)量的波動(dòng)。

3）根據(jù)螺紋精度等級(jí)其螺紋的直徑尺寸允許在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，不同的工藝設(shè)計(jì)者在工藝尺寸確定時(shí)的不統(tǒng)一會(huì)造成加工螺紋的直徑差異，會(huì)造成螺紋特性要素包括螺紋牙型與直徑尺寸的波動(dòng)。

4）螺紋加工中走刀路線、刀具分刀次數(shù)（即走刀量）的非確定性會(huì)導(dǎo)致螺紋牙型粗糙度和退刀槽斷面突變處牙型波動(dòng)，造成螺紋質(zhì)量波動(dòng)。

5）螺紋加工中刀具的安裝誤差，包括刀具安裝后刀尖中心高差異、刀具中心線與產(chǎn)品螺紋軸線的垂直度差異等會(huì)造成螺紋加工質(zhì)量差異。

6）螺紋加工工藝系統(tǒng)的剛度差異或變化，主軸的振顫、刀具的振顫、零件夾持偏差、螺紋基體基面與主軸中心線的不同軸度等會(huì)造成螺紋牙型面的粗糙度差異波動(dòng)、螺紋牙型圓度波動(dòng)。

7）連接器零件由于應(yīng)用環(huán)境性能的要求，一般會(huì)在螺紋表面采用鍍層提高連接器的環(huán)境性能。因此鍍層要素會(huì)影響連接器螺紋零件的制造質(zhì)量。螺紋電鍍層的設(shè)計(jì)對(duì)螺紋工藝尺寸確定、預(yù)留電鍍層與電鍍后實(shí)際鍍層的差異等都會(huì)造成螺紋零件的螺紋質(zhì)量差異。

通過工藝試驗(yàn)樣本可以發(fā)現(xiàn)：不同的轉(zhuǎn)速、加工線路、刀具類別等工藝要素對(duì)螺紋的質(zhì)量有直接影響。當(dāng)轉(zhuǎn)速超過一定范圍時(shí)螺紋的三徑尺寸會(huì)超出公差范圍。同時(shí)全牙型和泛牙型螺紋的牙尖形狀有較大差異，從螺紋旋合應(yīng)用情況，泛牙型螺紋刀具加工的牙頂平直且尖銳，對(duì)螺紋電鍍鍍層的生成和螺紋旋合都會(huì)產(chǎn)生不良影響。

5 全牙型刀具加工螺紋的穩(wěn)定工藝策略

結(jié)合全牙型螺紋工藝加工工藝試驗(yàn)驗(yàn)證情況，在連接器螺紋零件的加工中采用螺紋工藝尺寸再設(shè)計(jì)、刀具型號(hào)選擇、刀具參數(shù)控制、工藝參數(shù)、刀具安裝走刀方式、鍍層厚度等系列工藝措施提升螺紋加工質(zhì)量。

5.1 螺紋工藝尺寸設(shè)計(jì)

螺紋工藝尺寸設(shè)計(jì)包括螺紋基體工藝尺寸、螺紋中經(jīng)、螺紋大小徑。結(jié)合對(duì)螺紋直徑公差和螺紋加工工藝波動(dòng)特征，全牙型螺紋工藝尺寸設(shè)計(jì)采用中值調(diào)整法確定中值計(jì)算：內(nèi)螺紋中值＝名義尺寸＋＋EI）；外螺紋中值＝名義尺寸－

根據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證由于工藝系統(tǒng)誤差的原因設(shè)置螺紋中值漂移調(diào)整要素：

（1）螺紋中值漂移值：外螺紋－a.內(nèi)螺紋＋a.a值的確定應(yīng)結(jié)合螺紋的精度等級(jí)和基體材料的切削特性確定。

（2）刀具修光刃修光量△修光量，此尺寸需要參考刀具參數(shù)；

螺紋基體尺寸：作為螺紋加工的基面工序工藝尺寸

外螺紋：d大徑基體尺寸 ＝（dmax＋dmin）／2－a＋2△修光量

內(nèi)螺紋：D小徑基體加工尺寸 ＝（Dmax＋Dmin）／2＋a－2△修光量

螺紋完型尺寸：在螺紋基體尺寸通過分次進(jìn)刀走完螺紋牙型高度及修光量后形成的尺寸，包括大徑、中徑、和小徑尺寸；完成螺紋加工后應(yīng)能夠順利通過螺紋對(duì)應(yīng)的通止規(guī)檢測(cè)；螺紋中徑千分尺檢測(cè)其尺寸應(yīng)在中徑公差帶分布范圍。

綜合各方面因素，螺紋工藝尺寸計(jì)算方法為：

外螺紋：d小徑加工尺寸＝（dmax＋dmin）／2－a－2h刀尖高＋2△修光量；

內(nèi)螺紋：D大徑加工尺寸 ＝（Dmax＋Dmin）／2＋a＋2h刀尖高－2△修光量；

5.2 刀具選擇和刀具精度控制

全牙型刀具的選擇，刀具有關(guān)尺寸的要求，包括螺紋刀具牙型角度、螺紋刀具牙尖高度h刀尖高、刀尖圓弧，修光刃高度及圓角。成型螺紋刀具有磨制成型（G）和壓制成型（M）方式，不同方式的螺紋刀具的精度會(huì)有差異。應(yīng)結(jié)合加工工藝需要選擇。

5.3 工藝參數(shù)

主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定、螺紋牙型高度分刀參數(shù)設(shè)定（包括分刀量和分刀次數(shù)）、進(jìn)給速度等。在制定螺紋加工工藝時(shí)，應(yīng)結(jié)合螺紋基體材料的切削性能將主軸轉(zhuǎn)速、分刀次數(shù)和每刀的切削量合理選擇。

5.4 刀具安裝

車螺紋時(shí)，為了保證牙型正確，對(duì)裝刀提出嚴(yán)格的要求。裝刀時(shí)刀尖高低應(yīng)對(duì)準(zhǔn)工件軸線，并且車刀刀尖角的中心線必須與工件軸線嚴(yán)格保持垂直，這樣車出的螺紋，其兩牙型半角才會(huì)相等；如果把車刀裝歪，就會(huì)產(chǎn)生牙型歪斜，如圖8所示。車削螺紋的牙型角的精度與刀具的牙型角度和刀具的安裝精度有著直接關(guān)系。

圖8 螺紋車加工刀具安裝角度示意圖

5.5 走刀方式

螺紋加工走刀路線有直進(jìn)法和斜進(jìn)法。直進(jìn)法（徑向法、橫向法）就是在每次往復(fù)行程后車刀沿橫向進(jìn)刀，通過多次行程把螺紋車削好。由于刀具兩側(cè)刃同時(shí)工作，切削力較大，但排屑困難，容易產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象，但牙型正確，一般用于車削螺距小于3mm的螺紋。斜進(jìn)法就是螺紋加工刀具沿著螺紋一側(cè)順次進(jìn)刀，適用于大螺距螺紋加工，在螺紋精度要求不是很高的情況下加工更為方便，可以做到一次成型。加工螺紋刀具走刀示意圖如圖9。在加工較高精度螺紋時(shí)，可以先采用斜進(jìn)法粗加工，然后用直進(jìn)法進(jìn)行精加工。但要注意刀具起始點(diǎn)定位要準(zhǔn)確，否則會(huì)產(chǎn)生“亂牙”現(xiàn)象，造成零件報(bào)廢。

圖9 螺紋刀具走刀方法示意圖

5.6 鍍層厚度

普通螺紋可容納的鍍層厚度取決于螺距和螺紋公差帶的位置。鍍層厚度的設(shè)計(jì)在保證產(chǎn)品性能前提下，通過設(shè)計(jì)規(guī)范確定。在進(jìn)行有鍍層厚度要求螺紋工藝尺寸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮鍍層對(duì)其影響。

在預(yù)留厚度的同時(shí)還應(yīng)該考慮因零件形狀不同而引起的鍍層厚度不均勻的問題，因鍍層厚度和均勻性控制不好引起公差配合問題，當(dāng)螺紋零件進(jìn)行電鍍時(shí)螺紋的牙尖和谷底的鍍層厚度是不一樣的，因此螺紋經(jīng)電鍍后出現(xiàn)配合障礙原因包括鍍層厚度不均造成的牙型角變形，及鍍層厚度增厚造成螺紋直徑超差。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中需要預(yù)留鍍層后和電鍍后實(shí)際情況進(jìn)行分析，找出預(yù)留厚度取值范圍和鍍層實(shí)際厚度與均勻性波動(dòng)的控制措施。

6 結(jié)論

全牙型螺紋加工工藝是通過對(duì)螺紋工藝尺寸的確定，采用全牙型螺紋刀具、準(zhǔn)確控制螺紋刀具安裝精度、刀具走刀方式、分刀次數(shù)、機(jī)床主軸參數(shù)等工藝要素，實(shí)現(xiàn)連接器車削螺紋零件加工，實(shí)現(xiàn)螺紋成型精度（包括牙型形貌和尺寸精度）滿足螺紋量具檢測(cè)要求和使用功能，提高螺紋質(zhì)量一致性。與采用試驗(yàn)工藝尺寸、靠螺紋量具（通止規(guī)）來調(diào)整加工的泛牙型工藝方案相比較，全牙型螺紋制造工藝加工的車削螺紋更能滿足連接器的螺紋連接要求。

采用全牙型螺紋穩(wěn)定性工藝策略加工多種螺紋規(guī)格批量樣本（包括僅螺紋要素及帶螺紋產(chǎn)品），經(jīng)過6061鋁合金和316L不銹鋼多種型號(hào)螺紋樣本測(cè)量和實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，螺紋尺寸精度、旋和順暢性、牙型一致性等均能滿足要求。