螺紋環規測量精度改進方法研究

吳然然

摘 要 螺紋環規作為外螺紋制件外螺紋檢測的專用量具，其檢測結果對產品使用情況影響很大，因此對螺紋環規檢測精度要求非常高。然而，目前市場上部分螺紋環規對公差小的產品測量精度不高，導致出現誤判的情況。因此，通過對螺紋環規進行分析，對提高螺紋環規的測量精度意義重大。本文以某螺紋環規為例，介紹了螺紋環規的原設計方案和使用方法，通過誤差分析測試找出問題所在并提出改進意見，再次通過試驗驗證發現改進后的螺紋環規測量精度得到了明顯提高。

關鍵詞 螺紋環規;誤差分析;測量精度;設計改進

引言

螺紋作為機械行業的一種典型結構，結構簡單、用途廣泛，可用于結構固定和連接、密封連接、傳遞運動和扭矩、承載壓力等[1]。螺紋環規作為一種螺紋的測量工具，對檢測外螺紋規格是否滿足設計要求意義重大。由于螺紋結構的產品使用較為廣泛，因此對螺紋環規的市場需求也較大。現在市面上的螺紋環規對于大公差尺寸測量結果較為準確，但對于精度較高的螺紋會出現較大誤差，從而導致產品檢測出現問題。為提升產品質量，在現有市場螺紋環規的基礎上進行改進，對生產出高精密螺紋環規意義重大。

1螺紋環規及使用方法

1.1 原始設計方案

螺紋環規用于測量外螺紋尺寸的正確性，通端為一件，止端為一件。止端環規在外圓柱面上有凹槽。當尺寸在100毫米以上時，螺紋環規為雙柄螺紋環規形式。對于該螺紋環規的原始方案是根據市面上的環規規格設計，環規整體形狀呈現圓環狀，外形直徑為32mm，厚度為8mm，在圓盤前后面兩側各倒有45度的斜角，斜角長度為1mm，螺紋環規的周邊為了加大摩擦設計為網紋，網紋的間距為0.5mm。螺紋環規的內環為9毫米直徑的螺紋，該設計是為了檢測外螺紋，與外螺紋配合使用，觀測是否能夠符合螺紋的配合要求。內環螺紋環規兩側各做了倒斜角操作，該斜角的角度為30度，倒角的目的是為了后期檢測過程中外螺紋便于配合固定以及便于外螺紋從螺紋環規上取下。螺紋環規內環的內螺紋處留有一個缺孔，此缺孔的角度呈現60度，關于中心線對稱，誤差在正負15分，留此缺口的目的是形成了通端與止端，通端直徑為8.993mm，止端直徑為8.026mm。當檢測過程中出現通端通，止口不通的情況時說明該外螺紋符合螺紋的設計標準。

1.2 測量方式

螺紋環規在使用過程中應注意被測螺紋公差等級、偏差代號與環規標識的公差等級、偏差代號相同（如M24*1.5-6h與M24*1.5-5g兩種環規外形相同，其螺紋公差帶不相同，錯用后將產生批量不合格品，其中6H與5g為螺紋精度）[2]。對于螺紋環規在使用前需要對被測外螺紋表面的油污和雜質進行清理，防止油污和雜質對螺紋環規高精密器具產生腐蝕影響其后續產品的測量[3]。然后要將螺紋環規進行校正，確保螺紋環規保持在最佳狀態。對于外螺紋進行校核過程中一手拿著具有外螺紋的制件，另一只手拿著螺紋環規，通過食指和拇指對螺紋環規進行轉動，而被檢測外螺紋制件不動，整個過程使螺紋環規在自由狀態下旋合，通過螺紋全部長度從而判定該被檢外螺紋制件螺紋是否合理。

2誤差分析測試

螺紋環規作為一個外螺紋制件螺紋尺寸的檢測量具，其檢測結果對后續產品的質量影響很大。如果螺紋環規出現問題，使得檢測結果不正確或出現較大誤差，那么對整個產品的質量影響很大。由于現在產品都是批量生產，一件外螺紋檢測出現問題就會出現一大批產品的質量問題，這對制造廠家來說是大損失，嚴重影響了廠家的信譽[4]。

開展精度改進項目前，接到生產線反饋，螺紋環規測量精度存在一定的誤差，嚴重影響到產品質量，耽誤了生產，為了進一步驗證螺紋環規的檢測精度需要對螺紋環規的使用情況進行一個全面了解，再進行相應的檢測驗證。

為了弄清問題來源與相關檢測人員進行溝通了解，得知反饋的螺紋環規對于公差精度要求不高的外螺紋檢測結果是較為準確的，而對公差精度要求較高的外螺紋誤差較大。針對上述問題決定進行檢測驗證，驗證的螺紋規格是M14×53.6×27，采用的螺紋環規就是生產線反饋的問題環規量具。

螺紋測量試驗中，有效螺紋長度的尺寸要求為27mm，精度要求為正負2.5mm。試驗中采用較為常用的控制變量法。為了避免其他因素對試驗結果產生的影響，整個測量過程中選擇同一個人作為該試驗的操作員，在相同的試驗環境下，用到的輔助工具、測量工具均相同，如采用同一個數顯式游標卡尺，對外螺紋制件上螺紋的同一個點進行測量。同時為了驗證結果采用同一批次采購的M14×1.5-4h的螺紋通規10個，對螺紋環規的正反兩個面進行測量得到20個數據。測量時先將待測外螺紋制件表面清潔干凈，一方面防止被測外螺紋制件上的雜質腐蝕量具，另一方面為了使得測量結果更加準確。然后校對螺紋環規的精度，確保其精度足夠，最后對被測外螺紋制件的螺紋進行檢測，采用了將螺紋環規在自由旋轉的過程中將通規擰到了收尾處，然后再退半圈的測量方法。數據結果記錄如表1。

經過對表1數據分析可知，這10個環規在測量過程中的最大誤差是0.3mm，對于同一個環規正反兩面的誤差也存在0.1mm，因此通過螺紋環規自由旋轉擰到通規底部再退半圈的方法測量螺栓的有效長度不夠精確。在這種情況下對于公差要求較大，如2.5mm以上的零件精度還是容易滿足的，但是對于那些公差要求較低，精度要求較高的零件，如對于公差要求只有0.2mm的零件就有可能會因為誤差，使得螺栓檢測存在偏差，導致誤判將零件判定為次品。

3螺紋環規設計改進

通過以上試驗可知，采用通規擰到尾部后采用退半圈的方法進行測量讀數時會出現對于精度要求不高的產品檢測結果是滿足要求的，但對于精度要求較高的產品，檢測結果就不滿足要求，出現誤判的現象。

通過對螺紋環規進行分析，螺紋環規的外觀形狀尺寸已經是定好的并且根據儀器的制造標準外觀形狀尺寸沒有參加檢測尺寸的過程，因此可以說外觀尺寸沒有變化。于是螺紋環規的圓盤狀直徑32mm、圓盤的前后面尺寸的倒角45度和長度為1mm，厚度為8mm，圓盤側面的網紋間距0.5mm，這些尺寸均不需要變動。

而在對外螺紋制件的螺紋是通過與螺紋通規的內孔也就是內螺紋進行配合的，那么這些配合尺寸就是關鍵尺寸，這些尺寸中的某些可能影響最終檢測結果。對這些關鍵尺寸分析可知，關鍵尺寸中包含了斜面的夾角60度，夾角的公差在正負15分，螺紋的通端直徑為8.993mm，螺紋的止端直徑為8.026mm，螺紋的中徑為8.350mm，同時正反兩面在螺紋口處還有兩邊倒角30度。由于螺紋通端和止端的直徑是根據被檢測外螺紋制件的螺紋齒形、牙型確定的，因此，通端止端的直徑和螺紋中徑是無法改變的，并且斜面的夾角及公差也是恒定不變的，那么影響螺紋環規測量精度的尺寸只有兩邊倒角了。由于在進行測量時是將螺紋環規進行自由旋緊到通端的尾部，此時又退回半圈，所以這半圈對測量結果影響較大，如果不進行退回由于有倒角在無法完成定位，這就無法完成對外螺紋制件的螺紋精確測量。想要消除這半圈的誤差，就要確定一個位置能夠實現外螺紋與螺紋環規的定位。通過對比可以發現，將螺紋環規正反兩側的倒角去掉后，再進行外螺紋制件螺栓的測量時，將螺紋環規自由旋緊，直到旋到通端底部時由于通端與螺紋環規的邊部接觸，實現定位也不用再退半圈就能夠實現外螺紋的測量。

通過上述分析后決定將螺紋環規處兩側的倒角去掉，其他部分與原螺紋環規的尺寸與結構保持完全相同。為進一步驗證試驗結果的正確性，同樣選擇去掉螺紋通規倒角的量具10個，確保操作人員，試驗環境，其他輔具與原螺紋通規試驗過程中的完全相同。同樣用M14×53.6×27零件再次進行測量，用長度規測量長度時將長度擰到底再測量，測量結果如表2所示。

由表2數據分析可知，對于同一個螺紋環規，大部分A、B面的數據都是相同的，極少數環A、B面的數據不同，但數據接近相同，誤差僅為0.1mm，幾乎不存在誤差，同時不同螺紋環規之間的誤差也在0.1mm左右，與之前的最大誤差0.3mm相比減少很多。

4改進效果評價

螺紋環規以前采用兩側留有倒角，由表1的實驗數據可知，同一種環規A、B面的數據存在著差異較大，并且不同環規之間誤差較為明顯，最大誤差達到了0.3mm，從而該螺紋環規對于低精度產品來說測量結果能夠滿足使用要求，但對高精度產品已不再適用。通過對原來螺紋環規進行分析，在其他尺寸保持一致的情況下，僅去除螺紋環規內螺紋兩側的倒角，然后再進行相同試驗，結果表明對于同一個環規A、B面的數據幾乎沒有差別，對不同螺紋環規的數據進行對比，發現誤差較小，最大誤差為0.1mm，從而說明改進后的螺紋通規測量精度得到了極大的提高。

5結束語

本文以某螺紋環規改進項目為例，對螺紋環規原設計方案和使用方法進行了闡述，進一步通過誤差分析確定了螺紋環規的改進方法，改進前后的試驗數據對比顯示，改進后的螺紋環規測量精度得到了顯著提高，此研究方法具有一定的工程應用價值。

參考文獻

[1] 田千四.螺紋環規測量方法的研究[J].價值工程，2013（19）：290-292.

[2] 任全，馮德強，陳峰.螺紋環規加工工藝分析[J].包頭職業技術學院學報，2011（3）：25-26.

[3] 吳秋梅，張明柱.螺紋環規量化檢測方法研究[J].河南科技，2019 （26）：50-52.

[4] 楊艷.螺紋環規加工工藝的改進[J].機械工程師，2013（3）：175-176.