螺纹环规加工工艺的改进

杨艳

（哈尔滨量具刃具集团有限责任公司，哈尔滨150040）

1 引言

螺纹环规是检验外螺纹制件是否合格的计量器具，具有操作简单、使用方便等特点。螺纹是一种重要的、简单的结构要素，应用非常广泛。可用于结构连接、密封连接、传递运动和扭矩、承载压力等。由于螺纹制件使用普遍，所以螺纹环规的需求量很多。为了满足市场的需求，加快生产周期，提高生产能力，根据实际加工情况，我公司将螺纹环规的工艺进行了改进，采用了合理的加工工艺，使工艺路线更加完善。

2 螺纹环规加工工艺的分析

螺纹的几何参数繁多，螺纹环规作为螺纹件计量器具，技术条件要求相应复杂。看似一个单体，不需要组合、装配，但有很多的几何参数参与测量。螺纹的三要素就是螺纹的中径尺寸、螺距误差、牙型角误差。常用规格螺纹环规的中径尺寸公差为0.010～0.018mm，螺距公差为0.004～0.007mm，牙型角的半角偏差根据螺距的不同而不同，螺距越小，公差越大，螺距越大，公差越小，偏差范围60′～8′。而车螺纹的规格一般螺距是 2～5mm，半角偏差基本是12′左右。加工螺纹环规的关键工序是加工螺纹。为了保证螺纹环规的技术要求，一般孔径大于20mm螺纹环规的螺纹加工工艺是粗车螺纹、精车螺纹、研磨螺纹。首先粗车螺纹，为精车螺纹留有0.4mm的加工余量。在精车螺纹时，要求保证牙型角、螺距误差，表面粗糙度达到Ra0.4～0.8，为研磨留出0.7mm左右的研量。此时需配备精车样柱，测量尺寸。热处理淬火，淬火硬度58～65HRC。受车削螺纹加工条件的限制，螺纹量规的螺纹表面粗糙度、螺距误差、牙型角误差不能实现设计的技术要求，在淬火后还需要进行研磨。研磨是用铸铁材料做成研磨器，按照留出的研磨量，分成三个尺寸。在专用机床上，加入不同粒度、硬度的研磨粉，将环规进行轴向移动、旋转运动，使之达到中径尺寸、粗糙度要求。用校对螺纹塞规来检测，保证环规的中径尺寸、螺距和牙型角。在研磨的过程中，由于环规复合运动的撞击，虽提高了牙表面质量，但环规出现锥度即喇叭口，也使螺纹的牙型角有磨钝的现象，或者使牙型角出现不对称的问题。

为此，我们将环规的加工工艺进行了整改。将传统的淬火前车螺纹的螺纹环规工艺，改为淬火后车削螺纹，直接达到螺纹环规的技术要求，取消了研磨螺纹工序。

首先按环规的型式尺寸备毛坯料，按环规的小径工序尺寸加工出孔径（此序孔的尺寸需留出车孔的余量），即转入热处理淬火工序。淬火后，首先在车床上车环规孔即环规小径，孔的最终工艺尺寸按照螺纹环规小径尺寸，以光滑塞规来控制尺寸。孔加工完成后，继续在车床上用硬质合金刀具车削螺纹，以保证螺纹环规的螺纹尺寸、牙型角等技术要求。

3 淬火后车螺纹环规的难点及刀具、车削参数的选定

淬火后车螺纹环规不同于普通的淬火件的加工，属于小内孔螺纹加工，要求刀头不能大，刀杆刚性好。为了保证螺纹牙型角，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决一些难题。由于淬火钢硬度和强度较高，产生的切削热量随即升高，加工淬火钢的导热系数低，螺纹车刀刀尖角较小，则大量的切削热都集中于刀尖处，故刀具极易磨损和崩刃。因此刀具材料的选择、刀具几何参数的确定、切削量的选择直接关系到淬火后车环规的质量。

3.1 刀具材料及刀杆选择

加工淬火钢的刀具材料要具有较高的耐热性、耐磨性和一定的抗冲击性。我们根据螺纹刀具几何参数等严格受限的条件分析，最终选择了硬度较适中、强度较高的726硬质合金刀片，车刀刀杆采用排刀式刀杆。

3.2 刀具几何参数的选定

只有根据具体的加工对象、加工材料的性能和刀具结构，刀具系统刚性等选择刀具几何参数，才能发挥刀具材料应有的性能。

（1）刀具前角对切削过程影响较大，为了保证刀具有较高的耐用性，前角不能太大，否则刃口强度太低，易崩刃，但前角太小，切削容易变形，切削温度和切削力都会增加，按一般选用γ=0°～10°，但考虑到螺纹牙型角是60°±12′，因此选用 γ=0°的前角。

（2）刀具后角较大能减小后刀面的摩擦，有利于提高刀具耐用度，但加大后角又会使楔角减小，切削中易出现崩刃现象，因此后角不易过大，一般淬火钢选用α=8°～12°，因考虑到挑丝刀强度较差，故选用α=10°。

（3）刀具圆弧半径大小直接影响到刀尖强度和表面粗糙度，一般选用R0.5～2mm，因受螺纹底径尺寸的影响，只能按照螺纹底径R0.12mm选用。

由于是螺纹加工，所以主偏角、副偏角都遵循60°±12′牙型角的规定。

3.3 切削速度的选择

切削速度一般选用v=30～75m/min，但考虑到刀尖强度过低和刀杆刚性不好的情况，经反复实验，v=9～12m/min较好。

3.4 切削深度的选择

车螺纹时考虑到刀尖热负荷大、刀杆细而振动大的实际情况，切削第一刀宜稍大一点，随后的各刀中按dp=0.1mm、dp=0.05mm交替车削，直至量规螺纹尺寸接近标准尺寸。然后采用反复光刀的方法，目的是减少刀具振动，提高牙型角精度和表面质量。

3.5 加工中应注意事项

避免二次装夹，一次将螺纹尺寸加工至合格；为确保牙型半角精度，装刀时用对刀仪严格对刀，力求准确；对刀后可进行试切，通过切削试棒，检测试棒半角来核对装刀精度。

4 工艺改进后的优点

在切削过程中，每项技术指标都有保障的条件：牙型角靠硬质合金的刀具角度保证；螺距误差依靠机床丝杠的精度保证；中径尺寸用校对塞规保证。这些都可以得到测量数据，看得见、摸得着，以此来进行计量基准尺寸传递，可以更准确地保证螺纹环规的精度。此外，为确保牙型角的几何精度，我们用线切割加工出刀具角度，并且通过调整反复切元（磨元）的方法，不仅确保了刀具精度，使刃口得到放电磁化，同时还对刃口和其它表面用金刚石油石进行了研磨，提高了加工表面质量，确保牙型面的粗糙度要求，提高了环规的使用寿命。另外无需再对螺纹进行二次加工，防止了再次加工带来的干扰、破坏。

5 螺纹环规工艺路线改进的必要性

淬火后车螺纹避免了环规淬火变形的问题。淬火前车螺纹，须将研磨时的研量留出，淬火后易发生变形，有时变形量非常大（特别是大规格M140以上）。一种变形是料缩，环规孔变大，研磨时没有了研磨余量，使前功尽弃，既造成浪费，又耽误了工期；另一种变形是料胀，环规孔变小，从而使研磨余量加大，不仅增加了劳动量，还破坏牙型角。淬火后车螺纹可以更直接地看到淬火后的毛坯料是否有缺陷，可否继续加工螺纹。淬火前加工螺纹，淬火后如出现料裂，无法进行研磨和使用，成为废品。而淬火后车螺纹避免了这些弊端。

淬火后车螺纹还具有节能降耗的优点。淬火前车螺纹，在车削螺纹后，需要有样柱、研磨器等工装：车削螺纹留有余量的尺寸靠精车样柱保证，每件环规需要6件样柱；研磨时，每件环规需要4件研磨器；此外，还需要多名研磨工人，研磨工作不仅苦脏累还损害健康。而淬火后车螺纹，不需要精车样柱和研磨器及研磨工人，不仅解放了劳动力，还节约了材料、减少了人员开支，缩短了加工时间。最重要的是，提高了环规的质量。

6 结论

通过螺纹环规工艺的改变，使环规的加工效率提高了近3倍，成本降低约30%，合格率提高15%。特别是单件小批量生产时，上述优势体现得更加明显。生产加工也比较灵活，根据工期，可随时调整产品加工，更好地满足了用户的需求。