重型設備內螺紋修復銑削機的設計研究

郜峰

摘要：重型機械制造業是國家工業水平的重要標志，重型機械設備零部件內螺紋局部出現坍塌、撕裂、彎曲、變形等問題時難以修復，該設備主要服務工業領域重型機械內螺紋中的缺陷修復工作，使得破損的內螺紋修復比傳統修復方法簡便、快捷、實用、成本低等。本文重點介紹了修復銑削機的裝置設計，堅持“先進性、實用性和可操作性”原則，以服務經濟社會發展為目標，具有良好的實用價值和較大的市場空間。

關鍵詞：重型設備? ?內螺紋損傷? ?銑削機

一、研究工作的科學意義

重型機械設備存在很多全壽期或者更換困難、代價大的零部件，此類零部件上的內螺紋在裝配、預防性維修、糾正性的維修過程中，常常會由于工作上的各種累加因素導致螺紋損傷的現象。對于小的缺陷，技術人員采用手工修復、絲錐修復，就可達到繼續使用的要求，但對于局部螺紋的坍塌、撕裂、彎曲等問題，技術人員往往束手無策。目前，修復技術往往采用以下三種方式：

第一，直接修復。如果內螺紋直徑大，技術人員可以直接修復，此類缺陷可忽略不計。

第二，擴孔攻絲，加大一級螺紋。此類方法屬于傳統的修復處理方式，整體工藝復雜，由于螺紋規格變化，需要重新計算分析螺栓、螺孔，對后續的維護工作會造成諸多不便。

第三，擴孔攻絲，加裝鋼絲螺套。此類方法能恢復原來螺紋孔的規格，主要方法是對損壞的螺紋孔進行擴孔、攻絲，加裝合適尺寸的鋼絲螺套，使鋼絲螺套形成的內螺紋規格與原螺孔的一致。目前，大多采用德國Heli-Coil公司提供的特制彈簧螺絲進行螺紋修復。

除了第一種方式之外，后面兩種修復方式主要運用于螺紋存在不可修復的情況。在修復過程前期，技術人員需要對原螺紋孔進行鉆孔，但由于設備的特殊性，存在以下問題：①原設備不可拆卸或者無法夾持，不能再上機床;②便攜式鉆床由于現場空間所限，無法固定或者需要增加特殊工裝才能完成夾持。在整體擴孔工作中，還存在中心對中、異物控制等諸多事宜，修復工藝復雜煩瑣。

內螺紋修復銑削機的設備結構相對簡單，操作工藝更便捷，可適用范圍廣。如針對坍塌、撕裂、彎曲等局部缺陷問題，在完成前期計算評估，后期進行輔助對中、調整過程后，技術人員僅對螺栓孔內有嚴重缺陷的螺紋進行銑削，使它們不影響主螺栓的正常擰入，又保證了螺栓連接強度不受影響。

此類設備的研究和運用，能夠較好地覆蓋內螺紋局部缺陷的修復工作，在很大程度上避免了由于局部缺陷造成的整體修復工作，降低了內螺紋修復的工作風險，減少了修復時間，有效降低了由于螺紋原因造成的設備報廢風險。

二、國內外螺紋修復技術的研究現狀和發展趨勢

目前，國內外內螺紋修復技術主要針對輕、重兩種類型，對于局部中等缺陷修復工作往往依靠臨時制造專用工具進行修復，或者對缺陷進行升級，再按照重型擴大化修復。

針對輕型內螺紋缺陷，如起扣缺陷、雙螺紋缺陷、捋絲、毛刺、微變形等輕微缺陷，技術人員一般采用油石、什錦銼、專用工具粘貼研磨砂紙（研磨膏）、絲錐進行修復，這種屬于比較簡單、成熟的修復工具和工藝，不再累述。

針對重型缺陷，如螺紋整體變形、滑牙、亂扣等較大螺紋行程的缺陷，傳統的修復技術為擴孔攻絲，加大一級螺紋，但由于規格的變動，對后續工作造成較大影響，逐漸被鋼絲螺套（如圖1所示）所替代。

針對內螺紋局部的坍塌、撕裂、彎曲變形，筆者經過調研，發現目前國內外尚無成熟的工具和修復工藝，大部分設備內螺紋出現局部中等規格的缺陷時，技術人員往往按照鋼絲螺套方式進行解決，但由于設備空間存在差異，在鉆孔過程中也出現過中心偏移等問題，再加上整個修復時間成本較大，所以此設備的研發將會進一步填充目前內螺紋局部缺陷的修復市場，有著良好的實用價值和較大的市場空間。

三、主要研究內容

1.內螺紋修復銑削機校刀裝置的研究

設備的內螺紋屬于唯一性結構，在修復工作中是不可逆過程，如果修復加工發生錯誤，勢必會造成缺陷擴大，所以針對不同的刀具，技術人員必須開發研制不同的校刀裝置，該裝置達到的目標是裝置自身與工具安裝簡易，固定性強，自由度小。同時，一套裝置可以配備不同規格的校刀模塊，能夠實現快速、準確安裝。另外，校刀過程要求簡單有效、方便操作、直觀易懂。

2.可調整式定位固定裝置的研究

受現場工作環境所限，螺紋孔中心距和孔徑不同，再加上螺紋孔周邊設備狀態不同，為了適應各種形式、結構的螺紋孔，設備必須具備可調節功能，該固定裝置兼具了銑削機的底座功能，即它必須具有一定的剛性和強度。本設計后續將按多種固定方式進行，又具備滿足幾種方式的可互換性及兼容性。

固定方式的主要方案根據螺紋孔情況進行設計和制訂。針對全螺紋孔，主要設計為膨脹螺紋卡盤式固定方式，即使用3～6片螺紋卡盤，通過機械、電動、氣動或液動方式與非檢修孔螺紋進行固定嚙合，卡盤做成不同螺距的規格，在針對不同螺距螺紋時可以進行簡易互換，達到完美匹配;針對有光孔結構的內螺紋，技術人員可采用軟橡膠+固定塊+凸輪的結構，橡膠主要作用是避免硬接觸，保護光孔，固定塊主要起粗調作用，以適用于多種孔徑規格，凸輪的主要作用是進行最終的固定，完成最后的鎖緊工作;針對周邊沒有孔形式的螺紋孔，固定方式主要采用真空吸附形式，其包含底部軟連接、真空盒及抽真空裝置，軟連接主要適用于周邊粗糙度不同的平面，真空盒和抽真空裝置主要是提供最終的吸附動力。

針對不同中心距的螺孔，主要設計內容包含鉸鏈調節、絲杠微控制和可靠的鎖緊機構，可以實現周向、徑向、直線等多曲線調整功能，又包含微動調整和鎖緊功能。

3.內螺紋可調式定心及測量裝置的研究

定心裝置主要針對有缺陷的螺紋孔，主要功能是保證銑削裝置的正確進給，結構主要包括可調式螺紋定心結構，設計理念與定位固定裝置相同，主要是3～6片卡盤式固定，作用是完成和缺陷螺紋孔的精密嚙合，已達到定心功能。測量裝置主要功能是定位缺陷位置，并進一步輔助銑削裝置完成最終的操作，其設計理念主要參考游標卡尺，帶有主尺和附尺，以盡可能提高測量精度，完成螺紋的精密修復銑削。

4.內螺紋銑削進給裝置的研究

銑削裝置主要作用是完成缺陷位置的最終銑削功能，主要結構是雙偏心走刀機構，它采用走刀螺母控制刀的進給，螺紋為細螺紋，有效地保證了進給精度;驅動機構采用手動、液動、氣動相結合的方式，主要針對不同硬度的螺紋;刀具主要采用螺旋進給方式，可以實現弧形推進，以適應內螺紋結構形式，保護其他完好的內螺紋。

5.內螺紋銑削視頻監控裝置的研究

監控裝置主要采用耐輻照、耐高溫性、耐腐蝕的材料，又要求集成與銑削裝置達到一體化拆卸功能，其主要功能是完成整個銑削工作觀察和監督，通過監視整個工作流程，從而保證銑削準確順利完成。內窺鏡采用現有的成型產品，利用光導纖維集觀察鏡頭和照明光源于一體，達到體積小、結構緊湊、安裝方便的要求，又可以控制鏡頭的轉動，進一步擴大觀察范圍;它包含40G的內存，可以完成視頻、照片的臨時存儲，又兼具其他顯示設備的兼容連接，可以實現遠程監控功能。

四、結語

銑削機能夠修復重型設備內螺紋的破損，筆者重點針對螺紋修復功能進行了設計。此設備的研究和運用，對于重型機械制造業有很大的意義，但銑削機刀具結構、刀具涂層技術、機器的驅動系統還有待進一步的研究開發。通過不斷改進、研究與設計該機器，該設備將更加適用于工程實際中多孔徑、任意螺紋螺孔段的修復工作。

參考文獻：

[1]徐杰，王新昶.超高強度鋼內螺紋銑削用涂層刀具及工藝研究[J].武漢紡織大學學報，2015（12）.

[2]王乃彥，沈越.大尺寸螺紋修復技術[J].新技術新產品，2014（3）.

[3]焦延娟.對螺套應用及安裝可靠性的研究[J].山東工業技術，2016（23）.

[4]江愛勝，劉敏.高強度材料內螺紋銑削刀具研究[J].設計與研究，2017（11）.

[5]何祖誠.可靠的內螺紋強化修復方法[J].機械工人（冷加工），2000（11）.

※本文系2019年嘉興市科技局公益性研究計劃項目研究成果，項目編號：2019AD32028。

（作者單位：嘉興職業技術學院）