普通螺紋加工質(zhì)量控制措施探討

王均杰， 李銳

（1.鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，鄭州450121；2.鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，鄭州450052）

普通螺紋加工質(zhì)量控制措施探討

王均杰1， 李銳2

（1.鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，鄭州450121；2.鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，鄭州450052）

以普通螺紋加工的質(zhì)量控制為研究對象,選擇攻、套螺紋、車削螺紋、銑削螺紋、滾壓螺紋、磨削螺紋以及螺紋檢測為探討方向，分別闡述了其各自的工藝特點及相應(yīng)的保證加工質(zhì)量的措施，提出了行之有效的具體意見。

普通螺紋；螺紋加工；質(zhì)量控制

0 引言

普通螺紋牙型都為三角形，故又稱三角形螺紋，廣泛用于聯(lián)結(jié)和緊固零部件，是機(jī)械設(shè)備和儀器儀表中常見的結(jié)構(gòu)要素，其制造加工質(zhì)量對機(jī)器設(shè)計功能的正常發(fā)揮有著較為明顯的影響。普通螺紋的加工方法和檢測手段種類繁多，其中較為常用的加工方法有車削、銑削、磨削、滾壓及套、攻螺紋等，而螺紋的檢測通常是借助專用量規(guī)進(jìn)行綜合檢驗，單項測量主要用于協(xié)助工藝質(zhì)量問題分析。

1 螺紋加工

1.1 攻、套螺紋

1）絲錐攻螺紋。對于小直徑的內(nèi)螺紋一般采用絲錐加工。絲錐好似一個開有容屑槽的螺釘，其工作部分是由切削段和校準(zhǔn)段組成，前者多為圓錐形，以便在切去孔內(nèi)螺紋牙間金屬時讓刀齒能分擔(dān)負(fù)荷，后者的作用是修光螺紋和引導(dǎo)絲錐。為減少切削力和延長刀具壽命，絲錐常成組使用，依次分擔(dān)切削量。

當(dāng)螺紋孔所在的位置特殊，或零件結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，或螺紋孔直徑較小等情況，就宜采用鉗工中的手攻螺紋，但其質(zhì)量受人為因素影響較大。鉸杠是手攻螺紋的必要輔件，其規(guī)格和長度可據(jù)絲錐尺寸大小選定。起攻前，要對底孔口進(jìn)行合適的倒角；攻絲過程中要注意及時檢查絲錐與孔端面的垂直度，按照頭錐、二錐、三錐的順序依次旋入，每換新錐宜先手控旋入1～2圈，正確定位后再加鉸杠，為使操作順暢應(yīng)加油潤滑，為方便排屑應(yīng)多次反轉(zhuǎn)或退出。轉(zhuǎn)動鉸杠時，兩手用力要平衡、均勻，軸向壓力要適度，切忌用力過猛和左右晃動。

當(dāng)生產(chǎn)批量較大時，宜采用機(jī)攻螺紋，不但能顯著提升加工效率，而且加工質(zhì)量較為穩(wěn)定。機(jī)攻螺紋除了要選擇恰當(dāng)?shù)牡毒吆蛫A具外，要嚴(yán)格控制有關(guān)的位置和方向精度，如機(jī)床主軸的徑向圓跳動，夾具定位面和絲錐中心軸線的垂直度，工件底孔和絲錐的同軸度等。另外，切削速度對加工質(zhì)量的影響較大，選擇時要綜合考慮材料、中徑、螺距、孔深等具體情況，同樣條件下，直徑、螺距較小的宜取相對高速。

絲錐的工作條件十分惡劣，在小直徑螺紋孔的加工過程中會出現(xiàn)較多問題，例如斷裂、崩刃、磨損等。為防止絲錐折斷，要避免螺紋底孔的直徑及深度過小，嚴(yán)格控制與刀具的同軸度；刃磨要及時且參數(shù)的選擇要合適；要根據(jù)工件材質(zhì)確定相應(yīng)的排屑方式和切削速度。為避免崩掉切削刃，應(yīng)適當(dāng)增加切削錐的長度而減小每齒切削厚度；適當(dāng)減小絲錐的前角；降低絲錐的硬度而增加其韌性；對于磨損的絲錐要及時更換。為延長絲錐工作壽命預(yù)防其過快磨損，不但要正確選擇其合適的刃磨參數(shù)，更要控制加工中的切削速度，并且充分使用恰當(dāng)?shù)那邢饕骸?/p>

2）板牙套螺紋。板牙的外形好似一個帶有排屑孔的圓螺母，其切削部分設(shè)在排屑孔的兩端，中部的定徑部分起修光作用，當(dāng)其磨損超極限后，可沿板牙外圓所設(shè)的深槽將其割開，調(diào)緊螺釘進(jìn)行補(bǔ)償。手工套螺紋需按板牙的外徑規(guī)格選擇相配套的板牙架。操作過程和攻螺紋相似，注意始終保持圓桿工件與板牙端面的垂直，兩手對板牙架的施力要均勻，初始壓力大，套入3～4扣后可只轉(zhuǎn)動不加壓，并經(jīng)常反轉(zhuǎn)，以利斷屑。

1.2 車削螺紋

車削適應(yīng)性強(qiáng)，可加工未淬硬的各種材料、各種類型和不同直徑的螺紋。車削螺紋時，要保證主軸帶動工件每轉(zhuǎn)動一圈，車刀準(zhǔn)確地移動一個螺距或?qū)С痰木嚯x。

若所用車床的絲杠螺距與被加工工件的螺距比值非整數(shù),就不能在退刀時打開“開合螺母”，應(yīng)采用正反車法來退刀，即在走刀行程結(jié)束時不提起“開合螺母”，直接徑向退刀，反轉(zhuǎn)主軸，使車刀沿縱向退回，再進(jìn)行下一個行程，使主軸、絲杠和刀架之間保持傳動，從而車刀也始終會準(zhǔn)確地在一固定螺旋槽內(nèi)切削，不會出現(xiàn)亂扣。

若車床絲杠螺距與工件螺距比值恰成整數(shù),則在車削中既可采用“正反車法”，也可用“起合開合螺母法”，但提起“開合螺母”后，至少要等絲杠轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)才能重新合上，確保車刀準(zhǔn)確進(jìn)入前一刀車出的螺旋槽內(nèi)。

為防止亂牙，要確保將“開合螺母”完全閉合上。其它控制產(chǎn)生亂牙的措施有：可靠緊固車刀與工件；刀具出現(xiàn)磨損或進(jìn)行更換要及時準(zhǔn)確校位；嚴(yán)格限制絲杠軸向間隙等。

螺紋的車削一般分粗車和精車兩個過程，粗車可將螺旋槽內(nèi)的大部分余量去除，螺紋的中徑和表面粗糙度等技術(shù)要求由精車來保證。粗車時易出現(xiàn)三面切削,車刀承受的切削抗力加大，往往導(dǎo)致扎刀、斷刀或拉毛螺紋等質(zhì)量問題。對此較為有效的控制措施是"左右借刀法",即在車削過程中,不但作橫向進(jìn)刀,而且將車刀向左或向右作適度的微量進(jìn)給。由于硬質(zhì)合金刀具硬度高、耐磨性好，可不使用切削液高速切削，粗車螺紋比較適宜；高速鋼的碳化物晶粒細(xì)，易磨出鋒利的刃口，利于進(jìn)行微量進(jìn)給，在切削時加以合理的切削液，能顯著降低表面粗糙度，適合精車。

車刀的幾何角度會直接影響到螺紋的牙型角，尤其是刀尖角必須在更換刃磨時進(jìn)行嚴(yán)格準(zhǔn)確的檢測。另外，若刀具磨損后沒有及時刃磨，容易造成加工出的牙型角兩側(cè)不是直線而是曲線或“爛牙”；若安裝車刀后沒有準(zhǔn)確保證其切削刃的對稱中心線與工件軸線的垂直關(guān)系，就會造成“倒牙”，即牙型角傾斜；對于磨有較大徑向前角的螺紋車刀，其刀尖角要做相應(yīng)的修正；高速切削時，會產(chǎn)生較大的擠壓變形，使車削出的牙型角擴(kuò)大，應(yīng)適當(dāng)減小刀尖角。

車刀安裝不當(dāng)也會影響到螺紋的加工質(zhì)量。首先，刀尖應(yīng)與工件旋轉(zhuǎn)中心等高，若定位過高，其后刀面會頂住工件，增大摩擦力，甚至把工件頂彎；若過低，則切屑不易排出，吃刀深度會不斷自動趨向加深，以致將工件抬起。再者，要用對刀樣板使刀尖角的平分線與工件軸線垂直。另外，刀柄伸出的長度應(yīng)盡量減小，以增加剛性，避免振動。

車削多線螺紋首先要重視分線法的選擇，在加工過程中注意分線的正確操作；要根據(jù)導(dǎo)程來進(jìn)行計算螺旋角和調(diào)整機(jī)床以及確定掛輪調(diào)節(jié)手柄的位置；應(yīng)在刃磨時加大順走刀方向一側(cè)的切削刃后角一個螺旋角，另一側(cè)則相反；精車要安排在所有螺旋槽都粗車完后一起進(jìn)行，以便保證各牙型的一致性。

1.3 銑削螺紋

螺紋銑削的精度要比車削低，表面粗糙度較大，可作為精密螺紋的預(yù)加工，生產(chǎn)率較高。銑削普通螺紋常采用梳形銑刀，在加工中，工件每轉(zhuǎn)一圈，銑刀轉(zhuǎn)動中沿軸向移動一個導(dǎo)程，工件只須旋轉(zhuǎn)一圈多些就可銑削出全部螺紋。

隨著CNC技術(shù)的快速發(fā)展，利用數(shù)控銑床加工螺紋在企業(yè)中應(yīng)用的越來越多，其加工精度、生產(chǎn)效率及質(zhì)量穩(wěn)定性等方面都有突出優(yōu)勢，銑刀的壽命長且工藝范圍廣，一把螺紋銑刀就可加工牙型相同而旋向和直徑不同的內(nèi)、外螺紋，尤其適宜批量生產(chǎn)高精度與大直徑的螺紋。

1.4 滾壓螺紋

滾壓螺紋是使坯件在滾壓工具的壓力下發(fā)生塑性變形而制出螺紋，是一種無屑加工，由于材料的纖維在加工中未被切斷，其產(chǎn)品的強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能較好，生產(chǎn)率也較高，適合大批量加工外螺紋。常用于實施螺紋滾壓的工具為搓絲板和滾絲輪，相比較起來，滾絲的加工精度高些，表面粗糙度也較小，但生產(chǎn)率較搓絲低。

螺紋滾壓的成型質(zhì)量與毛坯材料的特性直接相關(guān)，選用壓延性、冷流動性較好的坯材有利于穩(wěn)定的控制加工精度。另外，要注意合理的確定毛坯倒角、長度、直徑等幾何參數(shù)，為減小滾壓工具所承受的變形抗力，延長其使用壽命，坯件頂端應(yīng)車30°倒角；為減小坯件受滾壓時存在軸向伸長對徑向增長的影響，應(yīng)適當(dāng)加大螺紋長度尺寸較小的毛坯直徑值，對滾壓后不再切削加工的螺紋，滾壓長度應(yīng)較設(shè)計尺寸略小；要精確控制毛坯直徑，太小則易滾壓出不完整的螺紋牙，太大則易出現(xiàn)中徑或大徑尺寸超差，甚至擠裂，也使?jié)L壓單元承受過大額外壓力。

1.5 磨削螺紋

對于工作應(yīng)力較大、易發(fā)生疲勞損壞的部件,其螺紋多用磨削法制造，其加工精度可達(dá)3級，表面粗糙度為Ra0.4～Ra0.1，能顯著提高螺紋的疲勞強(qiáng)度和工作壽命。磨削所用的砂輪有單線和多線兩種，前者的砂輪易修整，加工精度高，可磨削較長的外螺紋或直徑較大的內(nèi)螺紋，但生產(chǎn)率不高；后者的牙型精度較低，砂輪修整困難，只能加工較短的外螺紋，其磨削中只須工件旋轉(zhuǎn)一周多即可，故生產(chǎn)率高。

磨削普通螺紋前常先車削或銑削開槽,熱處理后再在螺紋磨床上磨削而成，多用于牙形半角較大或長度較短的螺紋，其淬火后較大的熱變形及余量的不均勻性是質(zhì)量控制的重點。另外，要盡量避免出現(xiàn)嚴(yán)重影響螺紋表面質(zhì)量的波紋和燒傷等現(xiàn)象,控制波紋就是要抑制各類振源，防止燒傷就是要改善砂輪的散熱條件。再有，砂輪的選擇也要注意，其粒度一般按最大允許根寬確定，受螺紋底部允許的最大圓弧半徑所限，精度要求高的可選陶瓷砂輪，批量大的可選樹脂砂輪，磨削內(nèi)螺紋應(yīng)選易碎裂的磨料，磨削外螺紋宜用形狀保持性好的剛玉磨料。還有，為減小主軸熱伸長對螺距精度的影響，除了降低砂輪及工件的轉(zhuǎn)速外，要合理選用和安裝主軸軸承；改進(jìn)主軸結(jié)構(gòu)，使其熱變形方向轉(zhuǎn)移；磨床工作前應(yīng)進(jìn)行足夠的空轉(zhuǎn)而達(dá)熱平衡；對磨床內(nèi)、外的熱源進(jìn)行有效的隔離或控制。

2 螺紋檢測

對于同規(guī)格的普通內(nèi)、外螺紋，若加工質(zhì)量合格，在裝配時應(yīng)不經(jīng)挑選就能在給定的軸向長度內(nèi)全部旋合，且應(yīng)有設(shè)計的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度和緊固性。當(dāng)批量加工時，常用的檢測器具是螺紋量規(guī)和光滑極限量規(guī)，都由通規(guī)（通端）和止規(guī)（止端）組成的綜合性檢驗量具，前者有塞規(guī)和環(huán)規(guī)兩種，塞規(guī)檢驗內(nèi)螺紋，環(huán)規(guī)檢驗外螺紋，并由通規(guī)、止規(guī)兩件組成一副。螺紋量規(guī)的通規(guī)檢驗作用中徑及底徑，保證可旋合性；止規(guī)檢驗單一中徑，保證聯(lián)結(jié)強(qiáng)度。光滑極限量規(guī)用于檢驗頂徑尺寸。被檢工件可先用光滑極限量規(guī)檢驗，合格后再用螺紋量規(guī)檢驗，只有在其通規(guī)可通過、止規(guī)通不過的情況下為合格。為保證對螺紋加工質(zhì)量的準(zhǔn)確判定，應(yīng)先對被檢工件的被檢部位做適當(dāng)?shù)那謇?，去除油污、切屑、毛刺等干擾雜質(zhì)，操作中嚴(yán)格按檢測規(guī)程進(jìn)行，可配合螺紋千分尺等專用單項檢測器具作綜合評判，對于超差情況可用標(biāo)準(zhǔn)相配件做裝配測試，檢測比例不宜僅根據(jù)批量大小確定，恰當(dāng)處理檢測精度和效率的關(guān)系，力爭高的檢測效益。另外，生產(chǎn)現(xiàn)場可采用量針法對中徑做較為精確的測量，其中單針法常用于直徑較大的螺紋，三針法要借助公法線千分尺來進(jìn)行，都是通過測量針（或牙頂與量針）間的距離而間接得出中徑測量值。為減少測量誤差，應(yīng)使所選定的量針與牙槽接觸點的軸向距離盡量接近半個螺距，要采用可靠而熟練的操作手法，要獲取多組檢測數(shù)據(jù)并進(jìn)行科學(xué)的處理和分析。

3 結(jié)語

以上所述及的普通螺紋加工方法中：攻、套螺紋的加工質(zhì)量受操作因素的影響最大；車削的應(yīng)用最為廣泛，其刀具的刃磨參數(shù)對加工質(zhì)量的影響較為明顯；銑削和滾壓的生產(chǎn)效率相對較高，但精度一般不高；磨削能獲得較高的加工尺寸精度和表面質(zhì)量，但砂輪修整困難，加工范圍較為有限?？傊?，普通螺紋的加工具有一定的特殊性，其加工過程中會產(chǎn)生多種形式的質(zhì)量問題，其中既有刀具、夾具、量具、輔具和設(shè)備等客體的原因，也有選材、設(shè)計和操作等主體的原因，進(jìn)行有效的質(zhì)量控制就需要結(jié)合現(xiàn)場的具體情況并根據(jù)加工對象的特點和加工技術(shù)要求做綜合分析，探究出問題的本質(zhì)，科學(xué)地采取針對性的合理措施。

［1］ 陳建環(huán)，肖蘇華．螺紋數(shù)控車削加工的工藝研究［J］．機(jī)床與液壓，2010（12）：36-37．

［2］ 許偉君．淺析車削普通三角形螺紋的技巧［J］．中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2013（12）：93-94．

［3］ 張秀梅．淺談螺紋滾壓加工技術(shù)［J］．中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（12）：149．

（編輯：啟 迪）

TG 62

A

1002－2333（2014）04－0060－03

王均杰（1974—），男，講師，碩士，主要研究方向為機(jī)械制造。

2014-01-23