螺紋環(huán)規(guī)加工工藝的改進

楊艷

（哈爾濱量具刃具集團有限責任公司，哈爾濱150040）

1 引言

螺紋環(huán)規(guī)是檢驗外螺紋制件是否合格的計量器具，具有操作簡單、使用方便等特點。螺紋是一種重要的、簡單的結(jié)構(gòu)要素，應(yīng)用非常廣泛。可用于結(jié)構(gòu)連接、密封連接、傳遞運動和扭矩、承載壓力等。由于螺紋制件使用普遍，所以螺紋環(huán)規(guī)的需求量很多。為了滿足市場的需求，加快生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)能力，根據(jù)實際加工情況，我公司將螺紋環(huán)規(guī)的工藝進行了改進，采用了合理的加工工藝，使工藝路線更加完善。

2 螺紋環(huán)規(guī)加工工藝的分析

螺紋的幾何參數(shù)繁多，螺紋環(huán)規(guī)作為螺紋件計量器具，技術(shù)條件要求相應(yīng)復(fù)雜?？此埔粋€單體，不需要組合、裝配，但有很多的幾何參數(shù)參與測量。螺紋的三要素就是螺紋的中徑尺寸、螺距誤差、牙型角誤差。常用規(guī)格螺紋環(huán)規(guī)的中徑尺寸公差為0.010～0.018mm，螺距公差為0.004～0.007mm，牙型角的半角偏差根據(jù)螺距的不同而不同，螺距越小，公差越大，螺距越大，公差越小，偏差范圍60′～8′。而車螺紋的規(guī)格一般螺距是 2～5mm，半角偏差基本是12′左右。加工螺紋環(huán)規(guī)的關(guān)鍵工序是加工螺紋。為了保證螺紋環(huán)規(guī)的技術(shù)要求，一般孔徑大于20mm螺紋環(huán)規(guī)的螺紋加工工藝是粗車螺紋、精車螺紋、研磨螺紋。首先粗車螺紋，為精車螺紋留有0.4mm的加工余量。在精車螺紋時，要求保證牙型角、螺距誤差，表面粗糙度達到Ra0.4～0.8，為研磨留出0.7mm左右的研量。此時需配備精車樣柱，測量尺寸。熱處理淬火，淬火硬度58～65HRC。受車削螺紋加工條件的限制，螺紋量規(guī)的螺紋表面粗糙度、螺距誤差、牙型角誤差不能實現(xiàn)設(shè)計的技術(shù)要求，在淬火后還需要進行研磨。研磨是用鑄鐵材料做成研磨器，按照留出的研磨量，分成三個尺寸。在專用機床上，加入不同粒度、硬度的研磨粉，將環(huán)規(guī)進行軸向移動、旋轉(zhuǎn)運動，使之達到中徑尺寸、粗糙度要求。用校對螺紋塞規(guī)來檢測，保證環(huán)規(guī)的中徑尺寸、螺距和牙型角。在研磨的過程中，由于環(huán)規(guī)復(fù)合運動的撞擊，雖提高了牙表面質(zhì)量，但環(huán)規(guī)出現(xiàn)錐度即喇叭口，也使螺紋的牙型角有磨鈍的現(xiàn)象，或者使牙型角出現(xiàn)不對稱的問題。

為此，我們將環(huán)規(guī)的加工工藝進行了整改。將傳統(tǒng)的淬火前車螺紋的螺紋環(huán)規(guī)工藝，改為淬火后車削螺紋，直接達到螺紋環(huán)規(guī)的技術(shù)要求，取消了研磨螺紋工序。

首先按環(huán)規(guī)的型式尺寸備毛坯料，按環(huán)規(guī)的小徑工序尺寸加工出孔徑（此序孔的尺寸需留出車孔的余量），即轉(zhuǎn)入熱處理淬火工序。淬火后，首先在車床上車環(huán)規(guī)孔即環(huán)規(guī)小徑，孔的最終工藝尺寸按照螺紋環(huán)規(guī)小徑尺寸，以光滑塞規(guī)來控制尺寸?？准庸ね瓿珊螅^續(xù)在車床上用硬質(zhì)合金刀具車削螺紋，以保證螺紋環(huán)規(guī)的螺紋尺寸、牙型角等技術(shù)要求。

3 淬火后車螺紋環(huán)規(guī)的難點及刀具、車削參數(shù)的選定

淬火后車螺紋環(huán)規(guī)不同于普通的淬火件的加工，屬于小內(nèi)孔螺紋加工，要求刀頭不能大，刀桿剛性好。為了保證螺紋牙型角，要求刀尖耐磨性好，不能崩刃，所以在刀具方面及切削加工中需解決一些難題。由于淬火鋼硬度和強度較高，產(chǎn)生的切削熱量隨即升高，加工淬火鋼的導熱系數(shù)低，螺紋車刀刀尖角較小，則大量的切削熱都集中于刀尖處，故刀具極易磨損和崩刃。因此刀具材料的選擇、刀具幾何參數(shù)的確定、切削量的選擇直接關(guān)系到淬火后車環(huán)規(guī)的質(zhì)量。

3.1 刀具材料及刀桿選擇

加工淬火鋼的刀具材料要具有較高的耐熱性、耐磨性和一定的抗沖擊性。我們根據(jù)螺紋刀具幾何參數(shù)等嚴格受限的條件分析，最終選擇了硬度較適中、強度較高的726硬質(zhì)合金刀片，車刀刀桿采用排刀式刀桿。

3.2 刀具幾何參數(shù)的選定

只有根據(jù)具體的加工對象、加工材料的性能和刀具結(jié)構(gòu)，刀具系統(tǒng)剛性等選擇刀具幾何參數(shù)，才能發(fā)揮刀具材料應(yīng)有的性能。

（1）刀具前角對切削過程影響較大，為了保證刀具有較高的耐用性，前角不能太大，否則刃口強度太低，易崩刃，但前角太小，切削容易變形，切削溫度和切削力都會增加，按一般選用γ=0°～10°，但考慮到螺紋牙型角是60°±12′，因此選用 γ=0°的前角。

（2）刀具后角較大能減小后刀面的摩擦，有利于提高刀具耐用度，但加大后角又會使楔角減小，切削中易出現(xiàn)崩刃現(xiàn)象，因此后角不易過大，一般淬火鋼選用α=8°～12°，因考慮到挑絲刀強度較差，故選用α=10°。

（3）刀具圓弧半徑大小直接影響到刀尖強度和表面粗糙度，一般選用R0.5～2mm，因受螺紋底徑尺寸的影響，只能按照螺紋底徑R0.12mm選用。

由于是螺紋加工，所以主偏角、副偏角都遵循60°±12′牙型角的規(guī)定。

3.3 切削速度的選擇

切削速度一般選用v=30～75m/min，但考慮到刀尖強度過低和刀桿剛性不好的情況，經(jīng)反復(fù)實驗，v=9～12m/min較好。

3.4 切削深度的選擇

車螺紋時考慮到刀尖熱負荷大、刀桿細而振動大的實際情況，切削第一刀宜稍大一點，隨后的各刀中按dp=0.1mm、dp=0.05mm交替車削，直至量規(guī)螺紋尺寸接近標準尺寸。然后采用反復(fù)光刀的方法，目的是減少刀具振動，提高牙型角精度和表面質(zhì)量。

3.5 加工中應(yīng)注意事項

避免二次裝夾，一次將螺紋尺寸加工至合格；為確保牙型半角精度，裝刀時用對刀儀嚴格對刀，力求準確；對刀后可進行試切，通過切削試棒，檢測試棒半角來核對裝刀精度。

4 工藝改進后的優(yōu)點

在切削過程中，每項技術(shù)指標都有保障的條件：牙型角靠硬質(zhì)合金的刀具角度保證；螺距誤差依靠機床絲杠的精度保證；中徑尺寸用校對塞規(guī)保證。這些都可以得到測量數(shù)據(jù)，看得見、摸得著，以此來進行計量基準尺寸傳遞，可以更準確地保證螺紋環(huán)規(guī)的精度。此外，為確保牙型角的幾何精度，我們用線切割加工出刀具角度，并且通過調(diào)整反復(fù)切元（磨元）的方法，不僅確保了刀具精度，使刃口得到放電磁化，同時還對刃口和其它表面用金剛石油石進行了研磨，提高了加工表面質(zhì)量，確保牙型面的粗糙度要求，提高了環(huán)規(guī)的使用壽命。另外無需再對螺紋進行二次加工，防止了再次加工帶來的干擾、破壞。

5 螺紋環(huán)規(guī)工藝路線改進的必要性

淬火后車螺紋避免了環(huán)規(guī)淬火變形的問題。淬火前車螺紋，須將研磨時的研量留出，淬火后易發(fā)生變形，有時變形量非常大（特別是大規(guī)格M140以上）。一種變形是料縮，環(huán)規(guī)孔變大，研磨時沒有了研磨余量，使前功盡棄，既造成浪費，又耽誤了工期；另一種變形是料脹，環(huán)規(guī)孔變小，從而使研磨余量加大，不僅增加了勞動量，還破壞牙型角。淬火后車螺紋可以更直接地看到淬火后的毛坯料是否有缺陷，可否繼續(xù)加工螺紋。淬火前加工螺紋，淬火后如出現(xiàn)料裂，無法進行研磨和使用，成為廢品。而淬火后車螺紋避免了這些弊端。

淬火后車螺紋還具有節(jié)能降耗的優(yōu)點。淬火前車螺紋，在車削螺紋后，需要有樣柱、研磨器等工裝：車削螺紋留有余量的尺寸靠精車樣柱保證，每件環(huán)規(guī)需要6件樣柱；研磨時，每件環(huán)規(guī)需要4件研磨器；此外，還需要多名研磨工人，研磨工作不僅苦臟累還損害健康。而淬火后車螺紋，不需要精車樣柱和研磨器及研磨工人，不僅解放了勞動力，還節(jié)約了材料、減少了人員開支，縮短了加工時間。最重要的是，提高了環(huán)規(guī)的質(zhì)量。

6 結(jié)論

通過螺紋環(huán)規(guī)工藝的改變，使環(huán)規(guī)的加工效率提高了近3倍，成本降低約30%，合格率提高15%。特別是單件小批量生產(chǎn)時，上述優(yōu)勢體現(xiàn)得更加明顯。生產(chǎn)加工也比較靈活，根據(jù)工期，可隨時調(diào)整產(chǎn)品加工，更好地滿足了用戶的需求。