槽寬塞規(guī)設(shè)計(jì)與使用方法探討

摘 要：針對(duì)IT6-IT10級(jí)精度等級(jí)的槽寬無(wú)法用常規(guī)量具準(zhǔn)確測(cè)量槽寬尺寸，該文根據(jù)JJG 343—2012《光滑極限量規(guī)檢定規(guī)程》和公差配合基礎(chǔ)知識(shí)，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)來(lái)介紹IT6-IT16精度等級(jí)槽寬對(duì)應(yīng)的槽寬塞規(guī)的設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)作業(yè)、使用過(guò)程中存在的問(wèn)題和改進(jìn)方法。試驗(yàn)表明，槽寬塞規(guī)與相同精度等級(jí)的內(nèi)徑千分表相比，槽寬塞規(guī)使用操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)效率高、方便攜帶。同時(shí)根據(jù)通規(guī)進(jìn)入槽內(nèi)深度與槽寬尺寸的大小呈正向關(guān)系這一特點(diǎn)，根據(jù)槽寬公差等級(jí)來(lái)制定槽寬尺寸控制方法，讓槽寬尺寸控制更精準(zhǔn)，減少超差風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：光滑極限量規(guī)；槽寬塞規(guī)設(shè)計(jì)；槽寬塞規(guī)使用；尺寸設(shè)計(jì)；處理方法

中圖分類號(hào)：TG815 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）27-0151-04

Abstract： In view of the fact that the groove width of IT6-IT10 accuracy grade can not be accurately measured by conventional measuring tools， this paper introduces the design， on-site inspection operation， existing problems and improvement methods of groove width plug gauge corresponding to IT6-IT16 precision grade slot width according to JJG 343—2012 "Verification Regulation of Plain Limit Gauges" and basic knowledge of tolerance fit， and combined with practical application experience. The experimental results show that compared with the inner diameter micrometer with the same accuracy， the slot width plug gauge has the advantages of simple operation， high detection efficiency and easy to carry. At the same time， according to the positive relationship between the depth of the general gauge entering the groove and the size of the groove width， the groove width size control method is formulated according to the groove width tolerance grade， so that the groove width size control is more accurate and the risk of out-of-tolerance is reduced.

Keywords： Plain Limit Gauges; slot width plug gauge design; slot width plug gauge use; dimension design; treatment method

IT6-IT10精度等級(jí)的槽寬無(wú)法用常規(guī)量具準(zhǔn)確地測(cè)量槽寬尺寸。這里的“準(zhǔn)確”是指量具本身自帶的誤差和人員測(cè)量誤差之和超過(guò)了或接近槽寬尺寸的公差帶寬，其測(cè)出的尺寸準(zhǔn)確度不可信。內(nèi)徑千分表若配標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)使用最大誤差能控制在0.007～0.01 mm，但是檢測(cè)槽寬時(shí)要在槽寬垂向和縱向2個(gè)方向交叉移動(dòng)，讀出交叉臨界點(diǎn)最小值過(guò)程中就會(huì)存在操作誤差。為減小操作誤差，在用內(nèi)徑千分表測(cè)槽寬尺寸前先用環(huán)規(guī)校對(duì)并對(duì)內(nèi)徑千分表的表盤(pán)調(diào)零，在測(cè)槽寬尺寸過(guò)程中原位垂向和縱向交叉移動(dòng)重復(fù)測(cè)量4～5次，讀取最小值作為槽寬的尺寸，因此，內(nèi)徑千分表檢測(cè)效率低、只能作為小批量零件槽寬尺寸檢測(cè)使用。

對(duì)批量槽寬尺寸檢測(cè)要用到槽寬塞規(guī)，槽寬塞規(guī)又叫鍵槽塞規(guī)、鍵槽量規(guī)、鍵槽規(guī)等。槽寬塞規(guī)是非國(guó)標(biāo)產(chǎn)品，槽寬公差帶采用基孔制標(biāo)注法，槽寬塞規(guī)的止規(guī)和通規(guī)公差帶的設(shè)計(jì)目前是參照J(rèn)JG 343—2012《光滑極限量規(guī)檢定規(guī)程》[1]進(jìn)行設(shè)計(jì)，提交量具廠進(jìn)行制作。需要說(shuō)明的是該檢定規(guī)程是國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局結(jié)合現(xiàn)有工藝制造、檢驗(yàn)水平，針對(duì)孔、軸檢測(cè)所需專用量規(guī)而制定的。而槽寬檢驗(yàn)作業(yè)方法要根據(jù)槽寬塞規(guī)的實(shí)際計(jì)量尺寸、槽寬測(cè)量數(shù)據(jù)的大小而制定槽寬尺寸的控制措施，后面再進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 槽寬塞規(guī)選材和外形設(shè)計(jì)

槽寬塞規(guī)是一種無(wú)刻度的專用定值量具[2-4]，這種量具通常將通規(guī)和止規(guī)做成“工”字型成對(duì)使用。槽寬塞規(guī)常常當(dāng)做工作量規(guī)使用，用于槽寬加工過(guò)程中尺寸的控制。在槽寬檢驗(yàn)作業(yè)時(shí)，通過(guò)通規(guī)塞入槽內(nèi)的深度、力度手感，能預(yù)知加工后槽寬的尺寸大概范圍，不需要像內(nèi)徑千分表一樣在槽寬檢測(cè)前用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)頻繁校對(duì)調(diào)零，因此，槽寬塞規(guī)操作簡(jiǎn)單、便于攜帶，運(yùn)用于地鐵和鐵路客車(chē)構(gòu)架槽寬尺寸的控制和檢測(cè)。

槽寬塞規(guī)通規(guī)端測(cè)量面經(jīng)常與槽寬內(nèi)側(cè)面接觸來(lái)回摩擦而損耗，槽寬塞規(guī)選材上應(yīng)挑選耐磨材料制造。比如軸承鋼Gcr15，或者通規(guī)端和止規(guī)端測(cè)量面焊接更耐磨的硬質(zhì)合金材料，并將兩側(cè)的測(cè)量面研磨到設(shè)計(jì)公差帶范圍內(nèi)。新造槽寬塞規(guī)通端側(cè)邊刻“T”，止端刻“Z”方便識(shí)別，槽寬通規(guī)和止規(guī)厚度推薦10～15 mm，槽寬通規(guī)的深度要高于待測(cè)槽寬的深度，止規(guī)的深度推薦20～25 mm。槽寬塞規(guī)測(cè)量面與底面棱邊為直角邊，檢測(cè)面的入口處不允許有鈍角或倒角，量規(guī)測(cè)量面的表面粗糙度（Ra）需符合表1的規(guī)定。

2 槽寬塞規(guī)尺寸設(shè)計(jì)

槽寬塞規(guī)的工作原理是用通規(guī)和止規(guī)分別控制槽寬的2個(gè)極限尺寸。由于量規(guī)有制造誤差，因此，需要對(duì)量規(guī)的通規(guī)和止規(guī)規(guī)定相同的制造公差控制量規(guī)的制造誤差，這里的制造公差值和位置要素值均與被檢測(cè)工件尺寸公差大小有關(guān)。通規(guī)在使用過(guò)程中會(huì)逐漸磨損，為了使通規(guī)具有一定的磨損壽命，槽寬塞規(guī)公差帶設(shè)計(jì)過(guò)程中需要留出適當(dāng)?shù)哪p余量，設(shè)置通規(guī)磨損極限，一但計(jì)量發(fā)現(xiàn)通規(guī)尺寸小于磨損極限時(shí)要求強(qiáng)制報(bào)廢。槽寬通規(guī)和止規(guī)計(jì)算公式如下。

槽寬通規(guī)公差帶設(shè)計(jì)公式：

最大極限尺寸=A+EI（最小極限尺寸）+Z（位置要素）+0.5×T（形位公差），

最小極限尺寸=A+EI（最小極限尺寸）+Z（位置要素）-0.5×T（形位公差），

通端磨損極限尺寸=A+EI。

槽寬止規(guī)公差帶設(shè)計(jì)：

最大極限尺寸=A+ES（最大極限尺寸）+0，

最小極限尺寸=A+ES（最大極限尺寸）-T（尺寸公差）。

式中：槽寬塞規(guī)的形位誤差 （平行度）應(yīng)在其尺寸公差帶范圍內(nèi)。其公差為量規(guī)尺寸公差T的50%。當(dāng)量規(guī)尺寸公差小于或等于0.002 mm時(shí)，其形位誤差為0.001 mm。T為工作量規(guī)制造尺寸公差，Z為通端工作量規(guī)尺寸公差帶的中心線至工件最大實(shí)體尺寸之間的距離， A為理論值尺寸，ES為上極限偏差，EI為下極限偏差。

下面通過(guò)舉例介紹槽寬塞規(guī)的計(jì)算方法。圖1所示是地鐵構(gòu)架定位轉(zhuǎn)臂56槽寬加工尺寸圖，槽寬尺寸為56（0+0.046） mm，槽深51 mm，槽底部R6圓角，要求設(shè)計(jì)用于槽寬檢測(cè)的通規(guī)和止規(guī)。設(shè)計(jì)步驟如下。

2.1 外形設(shè)計(jì)

產(chǎn)品槽寬尺寸為56（0+0.046） mm，查國(guó)標(biāo)該產(chǎn)品槽寬為基孔制標(biāo)注方法，公差代號(hào)為H，公差等級(jí)IT8。設(shè)計(jì)時(shí)將槽寬通規(guī)和止規(guī)做成“工”型，通端側(cè)邊刻“T”，止端刻“Z”，公差等級(jí)刻56H8，槽寬通規(guī)和止規(guī)厚度為12±0.1 mm，槽寬通規(guī)深度為50 mm，槽寬止規(guī)深度為20 mm，總長(zhǎng)為155 mm，測(cè)量面與底面棱邊為直角邊，通過(guò)查表1可知，槽寬H8等級(jí)對(duì)應(yīng)的量規(guī)測(cè)量面的表面粗糙度Ra0.1。為方便槽寬塞規(guī)手持，手持部分寬度30 mm，厚度10 mm，手持桿4個(gè)棱角、手持桿與通止規(guī)銜接處倒R3圓角（圖2）。

2.2 槽寬塞規(guī)選材

通規(guī)端和止規(guī)端材料選擇軸承鋼Gcr15，通規(guī)和止規(guī)測(cè)量面焊接硬質(zhì)合金材料研磨到公差范圍內(nèi)。

2.3 通規(guī)端和止規(guī)端尺寸設(shè)計(jì)

通過(guò)JJG 343—2012查表，56槽（0+0.046）查詢對(duì)應(yīng)IT8=0.046 mm，T=0.004 6 mm，Z=0.007 mm，測(cè)量刃左右平行度為0.003 5 mm，槽寬塞規(guī)設(shè)計(jì)如圖3所示。

通端最大極限偏差=Z+T/2=+0.007+0.002 3=

+0.009 3 mm，

通端最小極限偏差=Z-T/2=+0.007-0.002 3=

+0.004 7 mm，

通規(guī)通端公差56（+0.004 7+0.009 3） mm，

通端磨損極限尺寸=A+EI=56.000 mm；

止端最大極限偏差=0，

止端最小極限偏差=-T=-0.004 6 mm，

止規(guī)端公差56.046（-0.004 60） mm。

3 槽寬塞規(guī)使用常見(jiàn)的問(wèn)題和處理方法

根據(jù)JJG 343—2012《光滑極限量規(guī)檢定規(guī)程》只能查出孔與軸基本尺寸不超過(guò)500 mm、公差等級(jí)IT6級(jí)至IT16級(jí)工作量規(guī)設(shè)計(jì)的尺寸公差T值以及工作量規(guī)尺寸公差帶的中心線至工件最大實(shí)體尺寸之間的距離Z值。該規(guī)程中量規(guī)尺寸公差 T 和通端工作量規(guī)尺寸公差帶的中心線至工件最大實(shí)體尺寸之間的距離Z的數(shù)值是由國(guó)內(nèi)目前量規(guī)制造工藝水平、材料和檢測(cè)手段來(lái)決定。工件的加工精度越高，尺寸越小，槽寬塞規(guī)的公差帶寬越小，其制造、校對(duì)、計(jì)量及其使用過(guò)程中控制槽寬尺寸的難度就越大。一般來(lái)說(shuō)，量規(guī)通規(guī)和止規(guī)公差帶總和占工件槽寬公差的比值一般不超40%，否則制造過(guò)程和檢測(cè)過(guò)程非常困難。

用槽寬塞規(guī)測(cè)量槽寬時(shí)要求通規(guī)能插入到槽底，止規(guī)不能進(jìn)入槽內(nèi)為合格其實(shí)不完全正確。用槽寬塞規(guī)檢測(cè)產(chǎn)品尺寸時(shí)，通止規(guī)檢測(cè)面的尺寸、工件的表面粗造度、人員檢測(cè)的力度大小、量規(guī)的插入深度都會(huì)對(duì)槽寬的最終尺寸造成影響。舉個(gè)例子，我們現(xiàn)場(chǎng)有38（0，+0.039）槽，H8級(jí)精度，表面粗糙度要求Ra1.6。計(jì)算通規(guī)公差為38（+0.004，+0.008） mm，止規(guī)尺寸為38.039（-0.004，0） mm。計(jì)算所得止規(guī)和通規(guī)公差帶寬總和占工件公差帶的30.7%。槽寬通規(guī)計(jì)量尺寸為38.007 mm，止規(guī)計(jì)量尺寸為38.037 mm。用38H8精度等級(jí)設(shè)計(jì)的槽寬塞規(guī)檢測(cè)槽寬與內(nèi)徑千分表復(fù)測(cè)的槽寬數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，見(jiàn)表2。

從表2測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出，槽寬實(shí)際尺寸與通規(guī)塞入槽內(nèi)深度有很大關(guān)系。槽寬塞規(guī)對(duì)槽寬尺寸檢測(cè)時(shí)，手要對(duì)通規(guī)使力讓通規(guī)進(jìn)入槽內(nèi)。只要通規(guī)能進(jìn)入槽寬的30%以上其槽寬尺寸一般都是合格的，并且用內(nèi)徑千分表測(cè)量槽寬數(shù)據(jù)均值一定會(huì)大于通規(guī)的尺寸。通規(guī)進(jìn)入槽內(nèi)深度與槽寬尺寸的大小呈正向關(guān)系，特別是通規(guī)很輕松進(jìn)入槽底，槽寬的尺寸會(huì)到達(dá)設(shè)計(jì)尺寸上限，甚至?xí)倭砍?。由此可得出結(jié)論，槽寬尺寸大小與工件的表面粗糙度、通規(guī)尺寸、人員檢測(cè)的力度大小、通規(guī)插入的深度有關(guān)，最理想的狀態(tài)是通規(guī)進(jìn)入工件槽寬深度50%的位置。因此，槽寬塞規(guī)可以稱為槽寬尺寸控制規(guī)，對(duì)于槽寬尺寸小、公差等級(jí)越高的槽寬檢測(cè)要按表3和表4要求加嚴(yán)控制或從嚴(yán)控制，保證實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)向槽寬尺寸公差的均值收斂。

用槽寬塞規(guī)檢驗(yàn)槽寬尺寸時(shí)一定要遵循以下原則。第一，新量規(guī)或送檢后的量規(guī)計(jì)量后要將計(jì)量值貼于量規(guī)的側(cè)面，首次測(cè)量槽寬尺寸時(shí)要用內(nèi)徑千分表復(fù)測(cè)12～15件槽寬樣本的實(shí)際尺寸，按表3和表4要求評(píng)估通規(guī)插入深度和實(shí)際尺寸范圍是否一致，槽寬實(shí)際數(shù)據(jù)是否向槽寬公差中值收斂。第二，槽寬塞規(guī)通規(guī)在使用過(guò)程中會(huì)存在磨損，使用過(guò)程中用外徑千分尺定期抽查通規(guī)和止規(guī)的尺寸，并對(duì)標(biāo)簽通端和止端尺寸檢定結(jié)果進(jìn)行核對(duì)。第三，用槽寬塞規(guī)對(duì)槽寬尺寸進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，最理想方法是通規(guī)從槽口兩側(cè)面向槽中心插入檢測(cè)，單邊插入槽寬深度超過(guò)槽寬50%以上，并旋轉(zhuǎn)通規(guī)檢測(cè)面能與槽面貼合，止規(guī)端無(wú)法進(jìn)入槽內(nèi)為合格。第四，若止規(guī)檢測(cè)槽寬過(guò)程中全通過(guò)或局部通過(guò)，可以改用內(nèi)徑千分表進(jìn)行復(fù)測(cè)槽寬尺寸，作為最后評(píng)判槽寬尺寸合格的最終依據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

1）槽寬塞規(guī)作為工作量規(guī)使用，它是通過(guò)通規(guī)插入槽寬內(nèi)的深度、力度大小控制槽寬尺寸，也稱槽寬尺寸控制規(guī)。槽寬塞規(guī)公差帶是參照J(rèn)JG 343—2012《光滑極限量規(guī)檢定規(guī)程》要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2）設(shè)計(jì)槽寬塞規(guī)時(shí)，止規(guī)和通規(guī)公差帶寬總和占工件公差帶的30%～40%左右。若止規(guī)檢測(cè)槽寬過(guò)程中全通過(guò)或局部通過(guò)不能說(shuō)明槽寬尺寸超差，可改用內(nèi)徑千分表進(jìn)行復(fù)測(cè)槽寬尺寸，作為最后評(píng)判槽寬尺寸合格的最終依據(jù)。

3）槽寬塞規(guī)檢測(cè)產(chǎn)品尺寸時(shí)，通止規(guī)的尺寸、工件的表面粗糙度、人員檢測(cè)的力度大小、量規(guī)的插入深度都會(huì)對(duì)槽寬的最終尺寸造成影響。根據(jù)通規(guī)插入槽內(nèi)深度的不同，測(cè)量的數(shù)據(jù)會(huì)比通規(guī)尺寸大0.007～0.03 mm不等，對(duì)于槽寬尺寸小，公差等級(jí)要求高的槽寬要采用加嚴(yán)控制和從嚴(yán)控制，保證實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)向槽寬尺寸公差的均值收斂。

參考文獻(xiàn)：

[1] 光滑極限量規(guī)檢定規(guī)程：JJG 343—2012[S].2012.

[2] 產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）線性尺寸公差I(lǐng)SO代號(hào)體系 第1部分：公差、偏差和配合的基礎(chǔ)：GB/T 1800.1—2020[S].2020.

[3] 張廣柱.實(shí)用型孔用塞規(guī)的研制[J].技術(shù)與教育，2016（4）：21-23.

[4] 蔡春堂.光滑極限量規(guī)設(shè)計(jì)[J].湖南農(nóng)機(jī)，2013（9）：110-111.