加工普通螺紋產生缺陷的原因分析

李成思， 劉欣寧

（1.河南工業職業技術學院機械工程學院，河南南陽473000;2.北京理工大學機械與車輛學院，北京100081）

0 引言

某公司新生產一大批產品，該產品為特M121×2內螺紋，檢驗內螺紋用螺紋塞規（如圖1所示），螺紋塞規一端為通規，另一端為止規；通規能通、止規能止判定為合格，否則為不合格[1-2]；但在判定為合格的產品中發現螺紋有被刀尖劃傷的現象，為了保證產品質量、提高生產率及避免不必要的經濟損失，進行了螺紋牙型檢測分析實驗。

圖1 檢測內螺紋用螺紋塞規

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準GB/T192—2003中所規定的具有螺紋基本尺寸的牙型，如圖2所示?；狙佬投x在軸向剖面上，是指按規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]，檢測結果如表1所示。

表1 螺紋抽樣檢測結果

經過2次測量結果對比,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 對刀具和相應產品進行對比分析

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件產品，通螺紋塞規能通，止螺紋塞規能止,用硫磺和石墨按一定的比例熔化后澆注牙型印模一件，設牙型印模編號為1-1,結果如表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#刀加工牙型測量結果

2.2 用2#刀進行實驗

2#刀片測量數據如圖6所示。將刀桿用百分表相對于機床導軌找平行,用2#刀片標號b刀尖加工一產品，通螺紋塞規能通，止螺紋塞規能止，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，測量數據如表3所示。

圖6

圖7

圖8

圖9

表3 用2#刀加工牙型測量結果

2#刀片標號b刀尖刀尖角57°09′，加工出來的產品牙型角為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

為了分析結果更準確，又用3#刀進一步實驗，3#刀標號b刀尖角度為58°36′，如圖8所示。用3#刀b刀尖加工一產品，通螺紋塞規能通，止螺紋塞規能止，牙型印模編號3-1，測量結果如表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#刀加工牙型測量結果

3 螺紋牙型半角誤差分析

螺紋幾何參數較多，加工過程中都會產生誤差，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]。

根據文獻［14］，對于外螺紋

對于內螺紋

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

當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內螺紋，中徑公差為0.25 mm，螺距P為2 mm，假設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能通，止螺紋塞規能止呢？

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，才算合格[15]。但是，用螺紋量規檢驗螺紋時，通螺紋量規為全牙型，能控制最大實體邊界，止螺紋量規為不完全牙型，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能通、止螺紋塞規能止的原因所在。

4 加工過程中應采取的措施和辦法

1）加工設備滿足加工精度要求并嚴格執行周期檢修；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行強制周期檢定；5）定期抽檢螺紋牙型各單項參數，不單純依螺紋量規作為判別產品合格與否的唯一標準；6）操作者必須有高度職業操守和責任心。

5 結論

實踐證明，用通、止螺紋塞規檢測內螺紋，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、止螺紋環規檢驗外螺紋，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，用螺紋量規檢驗螺紋零件時，只有在工藝正常的控制狀態下，才能行之有效，否則將會造成誤判。

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