李成思， 劉欣寧

（1.河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程學(xué)院，河南南陽473000;2.北京理工大學(xué)機械與車輛學(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)濟損失，進行了螺紋牙型檢測分析實驗。

圖1 檢測內(nèi)螺紋用螺紋塞規(guī)

1 螺紋牙型抽樣檢測

1.1 普通螺紋的基本牙型

普通螺紋的基本牙型是指國家標(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。基本牙型定義在軸向剖面上，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

螺紋牙型檢測方法有螺紋樣板比較法、萬能工具顯微鏡測量法（軸切法、影像法、干涉法）2大類4種方法。依據(jù)測量方法的選擇原則，選擇工具顯微鏡測量法中的影像法進行測量。

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2次牙型印模檢測[4-6]，檢測結(jié)果如表1所示。

表1 螺紋抽樣檢測結(jié)果

經(jīng)過2次測量結(jié)果對比,牙型半角實際值變動較大,可能是因投影測量時找正不一致所致。牙型全角2次測量分別為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刀具刀尖角度著手進行分析。

2 對刀具和相應(yīng)產(chǎn)品進行對比分析

2.1 用1#刀進行實驗

圖樣要求加工螺紋的刀具如圖3所示。實際加工螺紋的刀具如圖4所示，各刀尖角實際值分別為刀尖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#刀加工牙型測量結(jié)果

2.2 用2#刀進行實驗

2#刀片測量數(shù)據(jù)如圖6所示。將刀桿用百分表相對于機床導(dǎo)軌找平行,用2#刀片標(biāo)號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，編號為2-1和2-2，印模厚度在8 mm左右，測量數(shù)據(jù)如表3所示。

圖6

圖7

圖8

圖9

表3 用2#刀加工牙型測量結(jié)果

2#刀片標(biāo)號b刀尖刀尖角57°09′，加工出來的產(chǎn)品牙型角為55°29′，反而縮小了1°40′，因此對2#刀b刀尖進行使用后的重測，測量結(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刀刃，未經(jīng)對刀樣板校對就進行加工；另外，也存在測量誤差等因素。

2.3 用3#刀進行實驗

為了分析結(jié)果更準(zhǔn)確，又用3#刀進一步實驗，3#刀標(biāo)號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3-1，測量結(jié)果如表4和圖9所示[10-11]。

通過多次實驗和分析，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，加工過程中都會產(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，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［14］，對于外螺紋

對于內(nèi)螺紋

牙型半角誤差對中徑的補償值按下式計算，當(dāng)實際牙型半角小于基本牙型半角時，中徑補償值為

當(dāng)實際牙型半角大于基本牙型半角時，中徑補償值為

牙型半角平均誤差對中徑的補償值為

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)實際中徑等于基本牙型中徑，實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，實際螺紋的作用中徑不能超出最大實體牙型的中徑，實際螺紋上任何部位的單一中徑不能超出最小實體牙型的中徑。即螺紋實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)檢驗螺紋時，通螺紋量規(guī)為全牙型，能控制最大實體邊界，止螺紋量規(guī)為不完全牙型，只有防止實際中徑超出最小實體邊界，卻不能控制整個牙型的最小實體邊界。因此，如果牙型半角實際偏差大于允許極限偏差，盡管止規(guī)能止，但仍有一部分實際牙型輪廓在最小邊界以外。這就是雖然實際牙型半角偏差遠遠大于計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手段保證；3）成型刀具經(jīng)檢驗合格后使用,使用中修磨后重新檢驗后再使用；4）檢驗成型刀具用的量具執(zhí)行強制周期檢定；5）定期抽檢螺紋牙型各單項參數(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

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

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