圓錐量規的加工工藝特點

陜西法士特齒輪有限公司 金衛華 肖 穎

圓錐量規的加工工藝特點

陜西法士特齒輪有限公司 金衛華 肖 穎

介紹了高精度圓錐量規的特點，以某高精度圓錐量規為例，淺析了圓錐量規原材料的選擇、加工工藝及檢測方法。

高精度 圓錐量規 檢測 加工 工藝

一、概述

圓錐量規是按照圓錐配合件的要求，設計、制造的標準圓錐實體。通過量規的圓錐表面與工件圓錐表面的接觸，借助顯示劑和軸向位置標志，實現對圓錐配合件的錐角和圓錐直徑的檢驗。

圓錐量規不同于光滑量規等極限量規，它是以通端量規和止端量規分別檢驗工件實體尺寸或形位誤差是否超過極限公差的。它是利用量規與工件接觸時，因工件圓錐直徑的誤差，使量規產生軸向位移，通過軸向位移值，檢驗工件圓錐直徑是否符合設計要求。同時，還利用顯示劑，在量規與工件圓錐表面研合后，根據研合的接觸率，來判斷工件圓錐表面的圓錐角及形狀誤差。

圓錐量規的功能和結構，使其具備以下特點:

（1）圓錐量規基本尺寸是一個符合圓錐配合件設計要求的理想的圓錐實體；（2）在圓錐量規的結構上，必須設置為檢驗工件圓錐直徑的軸向位移標志；（3）檢驗工件的錐角或形狀誤差時，必須借助顯示劑，并按工件設計的要求，確定與工件的研合率和顯示劑的涂層厚度；（3）量規圓錐表面必須具有較高的耐磨性能。同時，必須從材料和熱處理等方面確保尺寸的穩定性，對量規圓錐表面的粗糙度和形狀誤差有嚴格的要求。

二、圓錐量規的工藝分析

要保證量規具備以上特點，在量規的制造過程中，合理編制工藝路線就成為關鍵。必須技術要求:1.銳邊倒鈍；2.熱處理60^-65HRC；3.環塞規配磨后的接觸面為90%以上。

考慮采取必要的機加工工藝，來達到尺寸、形狀要求；通過合理的熱處理工藝，來達到量規的硬度要求，并提高尺寸的穩定性。根據有關資料和工藝實踐可知，影響尺寸穩定性的因素主要有馬氏體的析出、殘余奧氏體的穩定性?，F以圖1所示的塞規為例，分析其制作工藝。

1. 毛坯材料的選擇。制作量規的材料，要求具有較高的耐磨性、尺寸穩定性、抗腐蝕性、較好的切削加工性和優良的熱處理工藝性。根據GB11852-1989，一般選用優質碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等材料。結合熱處理現有條件，決定選用熱處理工藝性強、易切削、穩定性較好的9SiCr。原材料須經過鍛造，使毛坯的金屬纖維組織均勻、致密。

2. 工藝流程。落料—鍛造—球化退火—車削—探傷—淬火—粗磨削—回火—精磨削—時效—發黑—超精磨—刻字。各主要工序的要求分別為:鍛造:毛坯除尺寸要符合要求外，表面不得有裂紋、折疊、過熱、過燒等缺陷。球化退火:降低鍛造坯料的硬度，消除鍛造內應力，改善金相組織、細化晶粒，為后續熱處理做好準備。車削:切削去大部分的加工余量，留磨削余量。探傷:避免材料內在缺陷造成不必要的后續加工損失。淬火:得到較高的硬度和耐磨性，硬度達到60^-65HRC。粗磨削:將圓錐左右端面、圓錐面、臺階面磨削掉大部分的余量。低溫回火:去除磨削應力。精磨削:精磨各相關表面，留少許超精磨量。時效:消除內應力，以穩定尺寸。發黑:防止量規非工作面銹蝕，同時有增加美觀和去應力的作用。超精磨:使量規達到成品的尺寸、形狀要求。

3. 工藝難點分析。

（1）圓度的控制。影響環塞規接觸精度重要因素之一的圓度，除了受機床本身精度的影響之外，還受塞規兩端中心孔的影響。作為塞規加工的定位基準，中心孔的質量對塞規加工精度有直接影響。例如中心孔的多角形、橢圓度等誤差會復映到加工表面上去。若中心孔為橢圓而孔頂尖形狀正確時，磨削過程中中心在頂尖上滑動，當中心孔長軸位于半徑為O1a=R，短軸在垂直位置時，磨削得工件半徑為O1b=R-Δ，則Δ為中心孔長、短軸半徑之差，工件半徑被多磨了Δ。可見工件被磨成了與中心孔相似的橢圓。此外，中心孔與頂尖接觸不良，會降低工藝系統剛性。中心孔因承受工件重量和切削力而造成磨損不均，在使用中可能拉毛，因此在隨后的各加工階段特別是熱處理之后，必須修研中心孔。尤其對于高精度塞規，中心孔的精度更是保證塞規精度的關鍵。在粗磨、精磨及超精磨工序前必須安排中心孔修研工序。中心孔與頂尖的接觸面積在精磨時要求為75%，光整加工時要求達到80%以上。為此選用的修研方法是在機床上用六棱硬質合金頂尖刮研，它的刃帶有微量切削作用和擠光作用，能修正中心孔的幾何形狀誤差，且效率高，工具壽命長，粗糙度可達RaO.8μm。

（2）錐度量規大端尺寸的保證。錐度量規的大端尺寸要求很高，若僅通過磨削，既要保證量規的錐角，又要保證大端尺寸將十分困難。此時應充分利用1:50錐度，即將直徑公差包含在長度公差內。如此時外圓公差為0.0028mm，長度公差則相應為0.0028mmX50=0.14mm。由此可見，通過長度的變換來保證此公差較易。實踐證明，通過實際測量大端尺寸和理論大端尺寸來計算磨去長度，則可保證大端尺寸達到設計要求的方法是可行的。若測量得大端直徑為69.902mm，則(69.902一69.899) X50=0.003X50=0.15mm，此時再磨削塞規大端端面的0.15-0.29mm便可達到設計尺寸。

（3）量規錐角的測量。制造過程中，特別是磨削時，應保證塞規錐角的正確性。其錐角用正弦規進行檢驗。具體檢測如下:

計算所需量塊的高度h:h=Lsinβ

式中：h—量塊的高度；L—正弦規的長度；β—正弦規與基準平面的夾角。

根據尺寸，如選用L=100mm的正弦規，則測量所需使用量規的高度為114.588mm。

測量時，用千分表測量錐體的一端得al，再測量另一端得a2，并設兩測量點間距離為c，當al=a2時，說明塞規錐角滿足1:50；當al=Aa2時，錐角β的誤差為△β=arctan[(al-a2)/c]；當al〉a2時，表明錐角偏大，反之則錐角小。通過計算可得出錐角是否滿足設計公差要求的結論。

4. 建議確定錐角公差等級。由上述工藝分析可見，在我國現有工業制造水平的基礎上，尤其是非專業生產廠家，要穩定地生產出完全符合使用要求的高精度量規是比較困難的。根據調研情況看，大部分圓錐配合件，錐角精度在AT3-AT8之間。選用AT1，AT3，AT5三個錐角公差等級的量規完全可以滿足AT3-AT8圓錐工件配合互換性的要求。通過變換研合檢驗顯示劑涂層厚度，即可分別檢驗AT3-AT8圓錐配合工件錐角。即1級量規(ATl)檢驗AT3，AT4的工件錐角；2級量規(AT3)檢驗AT5，AT6的工件錐角；3級量規(AT5)檢驗AT7，AT8的工件錐角。AT8以下的工件的錐角通常不需要單獨規定圓錐量規的錐角公差，其直徑公差所限定的錐角誤差已經可以滿足工件錐角精度檢驗的要求了。

三、結束語

從實踐中體會到，制造高精度的圓錐量規，關鍵取決于制造過程中冷熱工序的合理編排和采用正確的檢測工藝。同時，對量規的錐角公差不一定要設計得很高，根據具體情況，只要符合產品的實際應用狀態和使用功能即可。

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