車削螺紋的誤差分析與解決方法

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1 研究背景

眾所周知,非標準件螺紋加工方式主要有車螺紋、成型銑削、板牙車削、絲錐切削等。無論采用何種加工方式,螺紋加工均為成型刀具加工。成型刀具加工一般對刀具結構、安裝方式有較高要求,才能保證加工出合格的產品。筆者基于螺紋加工產品的質量事故,分析問題,查閱資料，總結誤差原因,并提出解決辦法[1-5]。

2 誤差分析

筆者車間加工不銹鋼石油錐管螺紋時,車削用白鋼刀具前刀面刃磨前角為10°～12°,環規檢驗合格。使用公扣旋緊時,密封不佳。筆者推斷為螺紋中徑有加工誤差。車削材料為40Cr，熱處理為調質布氏硬度(HB)為280的錐管梯形螺紋時,刀具前刀面刃磨前角為10°～12°。檢驗時,螺紋環規止端不能通過為檢驗合格。螺紋與公扣配裝后,軸向晃動度明顯大于成型銑刀銑削的螺紋。經判斷確認，仍然為中徑上偏差超差[6-11]。

如圖1所示,車刀前角切削時會對螺紋造成兩種誤差,一是螺紋軸向斷面形狀為曲線,二是牙型角超差。筆者主要分析牙型角誤差。

由圖1可知,螺紋的牙型深度H1在徑向斷面上測量,螺紋的實際牙型通過切削刃實際切削螺紋深度H2形成。根據計算，H2大于H1,螺紋螺距P由機床傳動鏈決定,是固定值。因此,牙型角θ1與θ2會有誤差。

計算如下：

tan(θ1/2)=P/(2H1)

(1)

tan(θ2/2)=P/(2H2)

(2)

(3)

(4)

式中：r1為工件原始螺紋內半徑;r2為工件原始螺紋外半徑;γ為刀具前角;θ1為測量螺紋牙型角;θ2為實際螺紋牙型角。

▲圖1 螺紋車削

3 實例

車削螺紋M30×3.5,γ為20°。根據公制60°螺紋公式有：

(5)

2r2=D+H/4

(6)

2r1=D1-H/2

(7)

D1=D-5H/4

(8)

式中：H為原始螺紋高度；D為螺紋外徑；D1為螺紋底徑。

經計算，r2為15.379 mm，r1為12.348 mm，θ2為57.62°。可見,實際牙型角與理論牙型角差2.38°,前角為20°時不能忽略這一誤差。對此,在刃磨刀具時前角為20°,牙型角刃磨為57.62°,方能加工出合格螺紋。

4 結束語

筆者所述理論計算模型只適用于切削刃前端位于工件中心平行位置的情況。此外,因為實際刀具切削刃在水平截面內不是一條直線,所以若切削刃前端高于或低于工件中心,則切削出的螺紋兩側依然會出現曲線誤差,即對刀高度誤差。針對這一問題,目前還沒有好的補償辦法，有待進一步研究。