槽寬塞規設計與使用方法探討

摘 要：針對IT6-IT10級精度等級的槽寬無法用常規量具準確測量槽寬尺寸，該文根據JJG 343—2012《光滑極限量規檢定規程》和公差配合基礎知識，并結合實際運用經驗來介紹IT6-IT16精度等級槽寬對應的槽寬塞規的設計、現場檢驗作業、使用過程中存在的問題和改進方法。試驗表明，槽寬塞規與相同精度等級的內徑千分表相比，槽寬塞規使用操作簡單、檢測效率高、方便攜帶。同時根據通規進入槽內深度與槽寬尺寸的大小呈正向關系這一特點，根據槽寬公差等級來制定槽寬尺寸控制方法，讓槽寬尺寸控制更精準，減少超差風險。

關鍵詞：光滑極限量規；槽寬塞規設計；槽寬塞規使用；尺寸設計；處理方法

中圖分類號：TG815 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）27-0151-04

Abstract： In view of the fact that the groove width of IT6-IT10 accuracy grade can not be accurately measured by conventional measuring tools， this paper introduces the design， on-site inspection operation， existing problems and improvement methods of groove width plug gauge corresponding to IT6-IT16 precision grade slot width according to JJG 343—2012 "Verification Regulation of Plain Limit Gauges" and basic knowledge of tolerance fit， and combined with practical application experience. The experimental results show that compared with the inner diameter micrometer with the same accuracy， the slot width plug gauge has the advantages of simple operation， high detection efficiency and easy to carry. At the same time， according to the positive relationship between the depth of the general gauge entering the groove and the size of the groove width， the groove width size control method is formulated according to the groove width tolerance grade， so that the groove width size control is more accurate and the risk of out-of-tolerance is reduced.

Keywords： Plain Limit Gauges; slot width plug gauge design; slot width plug gauge use; dimension design; treatment method

IT6-IT10精度等級的槽寬無法用常規量具準確地測量槽寬尺寸。這里的“準確”是指量具本身自帶的誤差和人員測量誤差之和超過了或接近槽寬尺寸的公差帶寬，其測出的尺寸準確度不可信。內徑千分表若配標準環規使用最大誤差能控制在0.007～0.01 mm，但是檢測槽寬時要在槽寬垂向和縱向2個方向交叉移動，讀出交叉臨界點最小值過程中就會存在操作誤差。為減小操作誤差，在用內徑千分表測槽寬尺寸前先用環規校對并對內徑千分表的表盤調零，在測槽寬尺寸過程中原位垂向和縱向交叉移動重復測量4～5次，讀取最小值作為槽寬的尺寸，因此，內徑千分表檢測效率低、只能作為小批量零件槽寬尺寸檢測使用。

對批量槽寬尺寸檢測要用到槽寬塞規，槽寬塞規又叫鍵槽塞規、鍵槽量規、鍵槽規等。槽寬塞規是非國標產品，槽寬公差帶采用基孔制標注法，槽寬塞規的止規和通規公差帶的設計目前是參照JJG 343—2012《光滑極限量規檢定規程》[1]進行設計，提交量具廠進行制作。需要說明的是該檢定規程是國家質量監督檢驗檢疫總局結合現有工藝制造、檢驗水平，針對孔、軸檢測所需專用量規而制定的。而槽寬檢驗作業方法要根據槽寬塞規的實際計量尺寸、槽寬測量數據的大小而制定槽寬尺寸的控制措施，后面再進行詳細介紹。

1 槽寬塞規選材和外形設計

槽寬塞規是一種無刻度的專用定值量具[2-4]，這種量具通常將通規和止規做成“工”字型成對使用。槽寬塞規常常當做工作量規使用，用于槽寬加工過程中尺寸的控制。在槽寬檢驗作業時，通過通規塞入槽內的深度、力度手感，能預知加工后槽寬的尺寸大概范圍，不需要像內徑千分表一樣在槽寬檢測前用標準環規頻繁校對調零，因此，槽寬塞規操作簡單、便于攜帶，運用于地鐵和鐵路客車構架槽寬尺寸的控制和檢測。

槽寬塞規通規端測量面經常與槽寬內側面接觸來回摩擦而損耗，槽寬塞規選材上應挑選耐磨材料制造。比如軸承鋼Gcr15，或者通規端和止規端測量面焊接更耐磨的硬質合金材料，并將兩側的測量面研磨到設計公差帶范圍內。新造槽寬塞規通端側邊刻“T”，止端刻“Z”方便識別，槽寬通規和止規厚度推薦10～15 mm，槽寬通規的深度要高于待測槽寬的深度，止規的深度推薦20～25 mm。槽寬塞規測量面與底面棱邊為直角邊，檢測面的入口處不允許有鈍角或倒角，量規測量面的表面粗糙度（Ra）需符合表1的規定。

2 槽寬塞規尺寸設計

槽寬塞規的工作原理是用通規和止規分別控制槽寬的2個極限尺寸。由于量規有制造誤差，因此，需要對量規的通規和止規規定相同的制造公差控制量規的制造誤差，這里的制造公差值和位置要素值均與被檢測工件尺寸公差大小有關。通規在使用過程中會逐漸磨損，為了使通規具有一定的磨損壽命，槽寬塞規公差帶設計過程中需要留出適當的磨損余量，設置通規磨損極限，一但計量發現通規尺寸小于磨損極限時要求強制報廢。槽寬通規和止規計算公式如下。

槽寬通規公差帶設計公式：

最大極限尺寸=A+EI（最小極限尺寸）+Z（位置要素）+0.5×T（形位公差），

最小極限尺寸=A+EI（最小極限尺寸）+Z（位置要素）-0.5×T（形位公差），

通端磨損極限尺寸=A+EI。

槽寬止規公差帶設計：

最大極限尺寸=A+ES（最大極限尺寸）+0，

最小極限尺寸=A+ES（最大極限尺寸）-T（尺寸公差）。

式中：槽寬塞規的形位誤差 （平行度）應在其尺寸公差帶范圍內。其公差為量規尺寸公差T的50%。當量規尺寸公差小于或等于0.002 mm時，其形位誤差為0.001 mm。T為工作量規制造尺寸公差，Z為通端工作量規尺寸公差帶的中心線至工件最大實體尺寸之間的距離， A為理論值尺寸，ES為上極限偏差，EI為下極限偏差。

下面通過舉例介紹槽寬塞規的計算方法。圖1所示是地鐵構架定位轉臂56槽寬加工尺寸圖，槽寬尺寸為56（0+0.046） mm，槽深51 mm，槽底部R6圓角，要求設計用于槽寬檢測的通規和止規。設計步驟如下。

2.1 外形設計

產品槽寬尺寸為56（0+0.046） mm，查國標該產品槽寬為基孔制標注方法，公差代號為H，公差等級IT8。設計時將槽寬通規和止規做成“工”型，通端側邊刻“T”，止端刻“Z”，公差等級刻56H8，槽寬通規和止規厚度為12±0.1 mm，槽寬通規深度為50 mm，槽寬止規深度為20 mm，總長為155 mm，測量面與底面棱邊為直角邊，通過查表1可知，槽寬H8等級對應的量規測量面的表面粗糙度Ra0.1。為方便槽寬塞規手持，手持部分寬度30 mm，厚度10 mm，手持桿4個棱角、手持桿與通止規銜接處倒R3圓角（圖2）。

2.2 槽寬塞規選材

通規端和止規端材料選擇軸承鋼Gcr15，通規和止規測量面焊接硬質合金材料研磨到公差范圍內。

2.3 通規端和止規端尺寸設計

通過JJG 343—2012查表，56槽（0+0.046）查詢對應IT8=0.046 mm，T=0.004 6 mm，Z=0.007 mm，測量刃左右平行度為0.003 5 mm，槽寬塞規設計如圖3所示。

通端最大極限偏差=Z+T/2=+0.007+0.002 3=

+0.009 3 mm，

通端最小極限偏差=Z-T/2=+0.007-0.002 3=

+0.004 7 mm，

通規通端公差56（+0.004 7+0.009 3） mm，

通端磨損極限尺寸=A+EI=56.000 mm；

止端最大極限偏差=0，

止端最小極限偏差=-T=-0.004 6 mm，

止規端公差56.046（-0.004 60） mm。

3 槽寬塞規使用常見的問題和處理方法

根據JJG 343—2012《光滑極限量規檢定規程》只能查出孔與軸基本尺寸不超過500 mm、公差等級IT6級至IT16級工作量規設計的尺寸公差T值以及工作量規尺寸公差帶的中心線至工件最大實體尺寸之間的距離Z值。該規程中量規尺寸公差 T 和通端工作量規尺寸公差帶的中心線至工件最大實體尺寸之間的距離Z的數值是由國內目前量規制造工藝水平、材料和檢測手段來決定。工件的加工精度越高，尺寸越小，槽寬塞規的公差帶寬越小，其制造、校對、計量及其使用過程中控制槽寬尺寸的難度就越大。一般來說，量規通規和止規公差帶總和占工件槽寬公差的比值一般不超40%，否則制造過程和檢測過程非常困難。

用槽寬塞規測量槽寬時要求通規能插入到槽底，止規不能進入槽內為合格其實不完全正確。用槽寬塞規檢測產品尺寸時，通止規檢測面的尺寸、工件的表面粗造度、人員檢測的力度大小、量規的插入深度都會對槽寬的最終尺寸造成影響。舉個例子，我們現場有38（0，+0.039）槽，H8級精度，表面粗糙度要求Ra1.6。計算通規公差為38（+0.004，+0.008） mm，止規尺寸為38.039（-0.004，0） mm。計算所得止規和通規公差帶寬總和占工件公差帶的30.7%。槽寬通規計量尺寸為38.007 mm，止規計量尺寸為38.037 mm。用38H8精度等級設計的槽寬塞規檢測槽寬與內徑千分表復測的槽寬數據進行了對比，見表2。

從表2測量數據可以看出，槽寬實際尺寸與通規塞入槽內深度有很大關系。槽寬塞規對槽寬尺寸檢測時，手要對通規使力讓通規進入槽內。只要通規能進入槽寬的30%以上其槽寬尺寸一般都是合格的，并且用內徑千分表測量槽寬數據均值一定會大于通規的尺寸。通規進入槽內深度與槽寬尺寸的大小呈正向關系，特別是通規很輕松進入槽底，槽寬的尺寸會到達設計尺寸上限，甚至會少量超差。由此可得出結論，槽寬尺寸大小與工件的表面粗糙度、通規尺寸、人員檢測的力度大小、通規插入的深度有關，最理想的狀態是通規進入工件槽寬深度50%的位置。因此，槽寬塞規可以稱為槽寬尺寸控制規，對于槽寬尺寸小、公差等級越高的槽寬檢測要按表3和表4要求加嚴控制或從嚴控制，保證實際測量數據向槽寬尺寸公差的均值收斂。

用槽寬塞規檢驗槽寬尺寸時一定要遵循以下原則。第一，新量規或送檢后的量規計量后要將計量值貼于量規的側面，首次測量槽寬尺寸時要用內徑千分表復測12～15件槽寬樣本的實際尺寸，按表3和表4要求評估通規插入深度和實際尺寸范圍是否一致，槽寬實際數據是否向槽寬公差中值收斂。第二，槽寬塞規通規在使用過程中會存在磨損，使用過程中用外徑千分尺定期抽查通規和止規的尺寸，并對標簽通端和止端尺寸檢定結果進行核對。第三，用槽寬塞規對槽寬尺寸進行檢測時，最理想方法是通規從槽口兩側面向槽中心插入檢測，單邊插入槽寬深度超過槽寬50%以上，并旋轉通規檢測面能與槽面貼合，止規端無法進入槽內為合格。第四，若止規檢測槽寬過程中全通過或局部通過，可以改用內徑千分表進行復測槽寬尺寸，作為最后評判槽寬尺寸合格的最終依據。

4 結束語

1）槽寬塞規作為工作量規使用，它是通過通規插入槽寬內的深度、力度大小控制槽寬尺寸，也稱槽寬尺寸控制規。槽寬塞規公差帶是參照JJG 343—2012《光滑極限量規檢定規程》要求進行設計。

2）設計槽寬塞規時，止規和通規公差帶寬總和占工件公差帶的30%～40%左右。若止規檢測槽寬過程中全通過或局部通過不能說明槽寬尺寸超差，可改用內徑千分表進行復測槽寬尺寸，作為最后評判槽寬尺寸合格的最終依據。

3）槽寬塞規檢測產品尺寸時，通止規的尺寸、工件的表面粗糙度、人員檢測的力度大小、量規的插入深度都會對槽寬的最終尺寸造成影響。根據通規插入槽內深度的不同，測量的數據會比通規尺寸大0.007～0.03 mm不等，對于槽寬尺寸小，公差等級要求高的槽寬要采用加嚴控制和從嚴控制，保證實際測量數據向槽寬尺寸公差的均值收斂。

參考文獻：

[1] 光滑極限量規檢定規程：JJG 343—2012[S].2012.

[2] 產品幾何技術規范（GPS）線性尺寸公差ISO代號體系 第1部分：公差、偏差和配合的基礎：GB/T 1800.1—2020[S].2020.

[3] 張廣柱.實用型孔用塞規的研制[J].技術與教育，2016（4）：21-23.

[4] 蔡春堂.光滑極限量規設計[J].湖南農機，2013（9）：110-111.