吊鉤螺母加工工藝

張生磊，王亞潔，武晉偉，王福遠

太原重工股份有限公司 山西太原 030024

1 序言

吊鉤組是起重機應用最廣泛的起吊裝置之一，主要由滑輪、軸承、吊鉤、吊鉤螺母、吊鉤橫梁及拉板等零部件組成。通常將吊鉤鉤柄尾部設計為螺紋聯接形式，與吊鉤螺母配合使用，將吊鉤裝在吊鉤橫梁上[1，2]。普通三角螺紋制造工藝簡單，一般在小型吊鉤（5號以下）上應用較多[3]，但存在應力集中嚴重的問題，因此中大型吊鉤多采用梯形圓螺紋。

梯形圓螺紋制造工藝比較復雜，尺寸精度很難保證，在實際生產中一般將吊鉤螺母和吊鉤柄部的外螺紋采用配作的方法進行加工[4]，這樣做就需要經驗豐富的操作人員進行多次試加工，加工效率低，嚴重影響生產進度。相比吊鉤柄部的外螺紋，吊鉤螺母的內螺紋更難加工和測量，加工精度更不容易保證，而且螺母的加工精度直接關系到吊鉤是否能正常旋轉，因此有必要對吊鉤螺母的加工方法進行研究和改善，提高螺母的加工精度和質量。

2 工件加工技術要求

吊鉤螺母通常與吊鉤配合使用，通過螺紋聯接。常用的12號吊鉤螺母及梯形圓螺紋如圖1所示，下部凹型環形槽用于安裝軸承，其中環形槽φ150E9外圓和深度為25mm的頂面與軸承上圈配合，用于軸承定位；φ150E9外圓與內孔（梯形圓螺紋底徑）同軸度≤φ0.100mm，凹型環形槽頂面與軸孔的垂直度需控制在0.100mm以內。該螺母的梯形圓螺紋規格為TY72×8mm，中徑為68mm，底徑為64mm，螺距為8mm，所以螺紋的加工難度較大，加工周期較長，生產效率較低。

圖1 12號吊鉤螺母及梯形圓螺紋

主要加工難點：吊鉤螺母為盤類零件，并且采用鍛件毛坯（實心鍛件），需要車出外圓、內孔、端面和環形槽等，加工余量大，加工精度要求高；內孔較小，工件厚度85mm，采用鏜刀精車內孔及螺紋時，懸臂較長，剛性較差，切削時容易振動，精度難保證，尤其是加工內螺紋時容易“扎刀”。

3 工藝流程

吊鉤螺母常用的材料有35、35CrMo 和34Cr2Ni2Mo等，因吊鉤螺母為主要承載件，因此選用鍛件作為其毛坯件，優先選用圓盤類和環形鍛件作為毛坯。工藝流程：下料→鍛造→正火→粗車（外圓、端面）→調質處理→半精車→探傷→精車→鉗工修配→探傷→檢驗入庫。粗車主要目的是去除工件多余的毛坯量，為調質處理做準備；調質處理后進行半精車，去除工件的氧化皮，提高工件的表面質量，為探傷做準備；探傷合格后進行精車，主要加工吊鉤螺母的重要表面，保證吊鉤螺母的加工精度。

加工步驟：①精車外圓、上端面，倒角。②工件調頭，重新裝夾工件，以外圓為基準找正，精車φ64C11內孔，為了實現通配，內孔按φ64++00..3235mm上偏差進行加工，精車下部環形槽，檢測φ150E9的同軸度及尺寸公差，測量合格后，將環形槽外圓下部部分加工至φ155mm。③以內孔為基準找正，車削梯形圓螺紋。車削梯形圓螺紋時，螺距大，吃刀深，尤其內螺紋加工難度較大，而且不容易檢測，下面就內螺紋加工進行工藝研究和改進。

4 螺紋常用加工方法

常用的螺紋車削方法有徑向進刀法、斜向進刀法和軸向進刀法。

徑向進刀法又稱直進法，在車削螺紋時，車刀的左右兩側切削刃將全部參與切削，由中滑板橫向進給，通過多次行程，直到車削完螺紋為止。徑向進刀法適用于螺距P≤3mm的三角螺紋的車削加工，因車刀的切削刃全部參與切削，容易導致加工時切削力增大和切削溫度升高，造成排屑困難，當切削到一定深度時，容易出現“扎刀”和“崩刀”現象。

左右切削法又稱雙面切削法，為了減少車刀兩個切削刃同時切削產生的“扎刀”現象，在車削螺紋時，只用車刀一側切削刃進行切削，在橫向進給的同時，利用小滑板使車刀向左或向右微量進給，經過多次行程，直到螺紋車削完成。這種方法適合于大螺距螺紋的加工[5，6]。

斜向進刀法又稱單面趕刀法，車削螺紋時，除了中滑板橫向進給外，只將小滑板向一個方向做微量進給，主要用于大螺距螺紋的粗車，但是這種加工方法存在牙型角不對、長度不對和大小徑尺寸不對等缺點。

5 吊鉤螺母梯形圓螺紋加工方法

根據上述車削螺紋方法的特點，任何一種方法均能完成梯形圓螺紋的加工，但是由于螺紋的精度難以保證，因此需要采用多種方法相結合來完成螺紋的加工。螺紋的車削可分為粗車和精車兩個階段。

（1）圓螺紋的粗加工 采用直進法和左右切削法，因該梯形圓螺紋螺距為8mm，深度為4.4mm，精度要求較高，故可采用分層車削的方法。

1）粗車采用R1.5mm圓弧車刀進行加工。由于車削內螺紋時，刀桿懸臂較長，吃刀較大時容易振動，對螺紋精度有影響，因此對刀位置選在螺紋的正中位置進刀。采用直進法粗車螺紋，走完一個行程后，采用左右切削法分步車削螺紋的左右輪廓，移動小滑板分別向左/右微量進給，用車刀左/右刃進行單邊切削，左右移動位移可以根據吃刀量計算或采用繪圖軟件計算；每次進給量控制在0.2～0.3mm，避免因切削力過大而出現“扎刀”和“崩刀”現象。螺紋粗加工如圖2所示。

圖2 螺紋粗加工

2）采用左右切削法粗車螺紋時，螺紋的單邊留0.1～0.2mm精車余量。

3）螺紋底部圓弧部分采用直進法車削，用R1.5mm圓弧車刀分步加工到尺寸φ72.8mm，兩邊留0.1～0.2mm精車余量。

（2）圓螺紋的精加工 采用左右切削法和直進法。

采用圓弧成形刀精車螺紋，車削時可以采用低速切削、分段光刀的方法，可以避免因吃刀量過大而造成“崩刀”的現象。

例如，第一次行程精車牙型的左側輪廓，第二次行程精車牙型的右側輪廓，第三次行程精車牙底圓弧，采用樣板進行測量對比后，第四次精修牙型及尺寸。通過四次精車，保證螺紋的精度和尺寸，同時采用成形刀低速慢走刀的方法，可以減少切削熱，消除刀痕，提高表面質量。螺紋精加工如圖3所示。

圖3 螺紋精加工

在精車過程中必須增加高壓切削液，不僅能快速降溫，延長刀具使用壽命，而且能帶走部分切屑，避免劃傷已加工表面，改善螺紋的表面質量。

（3）牙頂圓弧成形加工 采用成形刀進行牙頂圓弧加工（見圖4）。成形刀可以用高速鋼車刀刃磨制成，采用樣板進行對比，檢查刃口刃磨是否與樣板一致。加工圓弧倒角時，安裝相應的成形刀，通過多次切削成形。這種單刃切削車刀可以避免因操作不當對螺紋造成損傷。

圖4 牙頂圓弧加工

6 螺紋常用的檢測方法

6.1 梯形螺紋樣板檢測

梯形圓螺紋屬于非標螺紋，目前還沒有標準的量具進行檢測，在實際加工中，采用樣板進行檢測，其中樣板包括凸樣板和凹樣板兩種配合使用，凸樣板用來檢測凹牙尺寸和牙型，檢測時將樣板靠在螺紋牙型上，檢測樣板與螺紋之間的間隙，必要時采用放大鏡和塞尺等輔助工具進行測量；凹樣板主要用來檢測車刀的刀尖形狀和精度；凸凹樣板主要用于過程測量。

6.2 組合樣板檢測

為了檢測螺距和螺紋精度，設計了一種組合檢測樣板（見圖5），其中A板尺寸為螺紋小徑尺寸，B板尺寸為螺紋牙型尺寸，采用線切割加工成形，并進行必要的修形，采用三針法檢測合格后用于螺紋檢測；A+B板通過卡槽定位固定在檢測桿上，專門用于檢測吊鉤螺母內螺紋。用該樣板在內螺紋中旋轉檢測內螺紋尺寸是否滿足要求，并配合百分表，前后移動樣板可用于檢測螺紋之間的軸向間隙。通過組合樣板的檢測，可以滿足其尺寸要求，同時可以實現與外螺紋的配合。

圖5 組合檢測樣板

7 結束語

起重機吊鉤組用吊鉤螺母是起重機的重要零件，車削吊鉤螺母內螺紋時，因刀桿較長，切削受力較大，容易振動，一般情況下很難保證該螺紋的加工質量。通過對起重機吊鉤螺母車削加工的研究，用圓弧車刀分層加工，采用直進法和左右切削進給相結合的方法完成螺紋的加工，并自制牙頂圓弧成形刀等刀具，解決螺紋加工難題。另外，通過合理規劃切削路線，選擇合理的切削參數，采用專用的組合樣板進行檢測等措施，保證了起重機吊鉤螺母的加工質量，實現了與吊鉤通用互換的目的。

專家點評

常用的螺紋車削方法有徑向進刀、斜向進刀和左右進刀3種，每種方法都有其優點和不足。該文根據梯形圓螺紋的牙型特點，提出多種車削方法相結合，粗加工采用直進法和左右進刀、分層切削的方法，減小切削抗力；精加工采用圓弧成形刀低速切削、分段光刀的方法，消除刀痕，提高螺紋表面質量。文章內容豐富，分析全面，重點闡述了梯形圓螺紋的分層加工方法，通過優化進刀路線，設計組合樣板，同時解決了螺紋的加工和檢測難題，實現了吊鉤螺母的通用互換。