/上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院

0 引言

目前世界上有三大螺紋技術(shù)體系：歐洲米制螺紋、美制統(tǒng)一螺紋（UN）（以下簡稱為統(tǒng)一螺紋）與英制惠氏螺紋，其中統(tǒng)一螺紋[（1864年改造英國W螺紋，60°平牙頂、平牙底，二戰(zhàn)后盟軍國防部將其變?yōu)榻y(tǒng)一 UN 螺紋（ASME B1.1）][1]最為典型，在目前的緊固螺紋中仍然占主導(dǎo)地位。在研制出口型設(shè)備、國際通用型設(shè)備，尤其是美制設(shè)備時有著廣泛的應(yīng)用[2]。

1 統(tǒng)一螺紋的檢測手段分類

與統(tǒng)一螺紋的廣泛應(yīng)用形成鮮明對比的是，統(tǒng)一螺紋的檢測校準(zhǔn)方法各國標(biāo)準(zhǔn)不一，至今也沒有一致認(rèn)可的規(guī)范與方法。目前，國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的三種測量方法是校對規(guī)比測法、測長儀中徑測量法以及綜合螺紋測量儀輪廓掃描法。

1.1 校對規(guī)比測法

1905年發(fā)明螺紋通止規(guī)（泰勒原則）即校對規(guī)（包括環(huán)規(guī)和塞規(guī)），其為比較測量的方法，如在測量3/4-16UNF-2A螺紋環(huán)規(guī)通端時，選用同型號3/4-16UNF-2A的螺紋校對塞規(guī)，當(dāng)校對規(guī)通規(guī)通過（TT通）被測螺紋且校對規(guī)止規(guī)不通過（TZ止）被測螺紋時證明螺紋符合校對規(guī)要求。相反當(dāng)校對規(guī)通規(guī)不通過（TT止）被測螺紋或者校對規(guī)止規(guī)通過（TZ通）被測螺紋時證明該螺紋不合格。這種方法只保證螺紋裝配性通止方式給出定性結(jié)果，不能對單項(xiàng)參數(shù)做出定量分析，故雖然大多數(shù)生產(chǎn)廠家采用這種相對簡單快捷的檢測方法，但是其作用面較窄，不能滿足對準(zhǔn)確度要求較高的測量（美制可調(diào)式螺紋除外）[3]。

1.2 測長儀中徑測量法

測長儀為目前普遍應(yīng)用的幾何量檢測設(shè)備，其準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好，可以通過測量加計(jì)算得到螺紋的中徑值，被應(yīng)用于螺紋中徑的測量。選用的三針或者測球直徑dD應(yīng)盡量接近最佳直徑d0。在相互垂直的兩個截面上測量m值（m值為球心的水平距離）。利用已知的螺距P，牙形角α，以及探針直徑dD代入式（1），計(jì)算單一中徑[4]。其中A1、A2為修正量，查表可得。

1.3 綜合螺紋測量儀輪廓掃描法

綜合螺紋測量儀輪廓掃描法，其通過探頭接觸式掃描內(nèi)外螺紋輪廓的方式，再通過計(jì)算機(jī)擬合出螺紋實(shí)際輪廓，然后計(jì)算得到螺紋的大徑、小徑、螺距、牙形半角以及中徑。因其沒有球徑補(bǔ)償值以及人為操作誤差，這種輪廓掃描法對于準(zhǔn)確度較高的螺紋測量有比較明顯的優(yōu)勢。但是該法存在儀器成本較高以及檢測周期較長等明顯的缺點(diǎn)[5]。

2 中徑測量比對分析

通過檢測一個7/16-20UNF-2A通端螺紋環(huán)規(guī)的實(shí)例，對比測長儀與綜合螺紋測量儀在統(tǒng)一螺紋中徑檢測中的實(shí)際測量過程，然后通過各項(xiàng)規(guī)格的統(tǒng)一螺紋的檢測數(shù)據(jù)分析說明兩種方法測量結(jié)果的一致性與差異性。

2.1 螺紋校對規(guī)

選取 7/16-20UNF-2A 通端通規(guī)（TT） 與7/16-20UNF-2A 通端止規(guī)（TZ）與被測螺紋做旋合試驗(yàn)，結(jié)果通端通規(guī)（TT）完全通過被測螺紋，通端止規(guī)（TZ）在被測螺紋約7/8圈處止住。校對規(guī)定性合格，但是無法定量給出中徑值，并且因?yàn)榻Y(jié)果證明被測環(huán)規(guī)已經(jīng)接近不合格位置（1圈附近），需要對數(shù)值做準(zhǔn)確測量。

2.2 測長儀

選用一臺TRIMOS一米測長機(jī)，設(shè)備型號LABC1000P，準(zhǔn)確度：±（0.15 +L/2000） μm。

如表1所示，最終通過測長儀雙測頭法，測得中徑平均值為M1= 10.2536 mm，擴(kuò)展不確定度：

表1 測長儀結(jié)果

2.3 綜合螺紋測量儀

選用一臺荷蘭產(chǎn)的IAC綜合螺紋測量儀，型號規(guī)格 MSXP16060P，準(zhǔn)確度：±（2.5 +L/200） μm。

如表2所示，最終通過綜合螺紋測量儀輪廓掃描法，測得中徑值為（10.2490～ 10.2550） mm，均值為M2= 10.2520 mm，擴(kuò)展不確定度：

表2 綜合螺紋測量儀掃描結(jié)果

En值遠(yuǎn)小于1，證明在7/16-20UNF-2A通端螺紋環(huán)規(guī)測量中，兩種測量方法測量結(jié)果的同一性較好，滿足測量要求。

按照上述方法，對各項(xiàng)規(guī)格的統(tǒng)一螺紋環(huán)規(guī)、塞規(guī)進(jìn)行檢測和數(shù)據(jù)分析，如表3、表4所示。

表3、表4中的數(shù)據(jù)清晰地展現(xiàn)出，在統(tǒng)一螺紋塞規(guī)的中徑測量中，兩種方法的測量結(jié)果差異性極小，而在統(tǒng)一螺紋環(huán)規(guī)的中徑測量中兩種方法的測量結(jié)果差異性也是極小的，只有在極大值與極小值情況下出現(xiàn)了En值的升高。導(dǎo)致出現(xiàn)這類偏差的原因主要是測球直徑dD與最佳直徑d0存在微小誤差，以及螺紋尺寸過小時人為誤差增大[6]。

表3 統(tǒng)一螺紋環(huán)規(guī)中徑測量結(jié)果

表4 統(tǒng)一螺紋塞規(guī)中徑測量結(jié)果

3 結(jié)語

本文介紹了三種統(tǒng)一螺紋的中徑值檢測方法，并指出三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。通過檢測一個7/16-20UNF-2A通端螺紋環(huán)規(guī)的實(shí)例，詳細(xì)說明了螺紋校對規(guī)只能進(jìn)行定性，不能進(jìn)行定量分析，測長儀中徑測量法與綜合螺紋測量儀輪廓掃描法在測量結(jié)果上的同一性。最后分析對比了各項(xiàng)尺寸統(tǒng)一螺紋環(huán)規(guī)塞規(guī)的數(shù)據(jù)，得出測長儀中徑測量法與綜合螺紋測量儀輪廓掃描法的測量結(jié)果差異性極小，只有在極大值或極小值時，由于測球直徑dD與最佳直徑d0引入的誤差，以及螺紋過小尺寸時人為誤差增大，才導(dǎo)致了En值出現(xiàn)小幅度上升。