螺纹量规公差存在的问题与解决办法

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螺纹量规公差存在的问题与解决办法
文献[1]、[2]都指出螺纹量规公差存在问题,作者更进一步指出螺纹环规要求的是单一中径,而用校对螺纹塞规检验的是作用中径,只有分项检测才能满足单一中径的要求。又指出分项检测不能测量小尺寸螺纹环规,仍需用校对螺纹塞规检验,而现行的校对螺纹塞规的公差过大,Tcp远大于TR/3。
      1.问题的提出
根据国家标准GB/T 3934-2003(审查稿)[2]的前言,它与ISO 1502的主要差异有两点:1.按GB/T 1.1-2000对编排格式进行了修改;2.增加了止端螺纹环规的牙型高度。与GB/T 3934-1983的主要变化是:1.修改了标准名称;2.增加了验收及检验(2003年版第9条);3.螺纹的判定放入附录(1983年版第14、15、16条;2003年版的附录B)。螺纹环规与校对螺纹塞规的螺纹中径公差带位置图如图1所示;螺纹塞规的螺纹中径公差带位置图如图2所示。l螺纹塞规、螺纹环规及其校对螺纹塞规的螺纹中径公差值、允许磨损值应不大于表1的规定。

表1  螺纹量规螺纹中径公差值、允许磨损值表            μm

 Td2、TD2

TR

TPL

TCP

m

ZR

ZPL

螺纹环规

螺纹塞规

 wGO

 wNG

 wGO

 wNG

 24≤Td2、TD2≤50

8

6

6

10

-4

0

10

7

8

6

 50<Td2、TD2≤80

10

7

7

12

-2

2

12

9

9.5

7.5

 80<Td2、TD2≤125

14

9

8

15

2

6

16

12

12.5

9.5

125<Td2、TD2≤200

18

11

9

18

8

12

21

15

17.5

11.5

 200<Td2、TD2≤315

23

14

12

22

12

16

25.5

19.5

21

15

 315<Td2、TD2≤500

30

18

15

27

20

24

33

25

27

19

 500<Td2、TD2≤670

8

22

18

33

28

32

41

31

33

23

注:ZR为负值表示位于图1中Td2之外,而代入公式计算不应考虑符号。


        文献[1]最先指出GB/T 3934-1983螺纹量规公差存在问题,文献[2]在其标准编制说明中指出标准不完善,希望在标准在审定过程中得以解决。文献[1]、[2]都给出表2的数据来说明公差的不完善。表2给出螺纹环规与校对螺纹塞规公差带之间的最小距离。其主要观点如下:

表2  螺纹环规与校对螺纹塞规公差带之间的最小距离表         μm

TD2、Td2

m-(TR+TCP)/2

WGO-(TR/2+TCP)

WNG-(TR/2+TCP)

24~50

3

0

-3

>50~80

3.5

0

-3

>80~125

4

1

-3

>125~200

4.5

3

-3

>200~315

4.5

2

-4

>315~500

4.5

3

-5

>500~670

5

4

-6

1.      T和TT、Z和ZT公差带中心距离m相同,见图1。因T和TT是完整牙型 ,且旋合长度较长,而Z是截短牙型,螺纹长度短,因而T和TT旋合时半角误差和螺距误差对作用中径的影响比Z和ZT旋合时的影响大,而用相同的m值作补尝是不恰当的。并且m的大小也值得探讨。

2.      ZS和ZZ公差带间的最小距离(WNG-TR/2-TCP)为负值,表明两公差带有部分重叠。这样将导致ZS中径小于ZZ中径,以致产生ZZ能止住的Z环规,ZS却不能止住的不合理现象。TS和TZ公差带间的最小距离(WGO-TR/2-TCP)偏小,可能由于半角误差和螺距误差对作用中径的影响,产生TZ能止住的T环规,TS却不能止住的不合理现象。

也可能产生T环规并未显著磨损,而TS却能通过。

3.       实践表明用校对螺纹塞规检验合格的螺纹环规,其单一中径不一定合格;而单一中径合格的螺纹环规用校对螺纹塞规检验不一定合格。要作到螺纹环规的单一中径与作用中径同时都合格,一般要进行挑选。常常很难在一批用校对螺纹塞规检验合格的螺纹环规中挑选出单一中径也合格的螺纹环规。实践也验证了GB/T 3934-1983标准不完善。

上述事实表明螺纹环规的检验,必须进行研究和改进。

另外还有一个现象非常值得研究,就是检验螺纹环规时,若用螺纹环规同一生产厂的校对螺纹塞规检验,合格的概率就大得多;而用不同生产厂的校对螺纹塞规检验,合格的概率就小得多。这是因为同一生产厂的螺纹环规与校对螺纹塞规在工艺上考虑了它们半角和螺距的误差的同一性,本来用于补尝半角和螺距误差的m,由于它们半角和螺距的误差的同一性而扩大了螺纹环规的中径公差,使一部分不合格的螺纹环规误判为合格。当半角和螺距的误差的同一性不存在时,这些不合格的环规便被暴露出来。本来应该将它们剔除出去,却因文献[2]中的9.1.2及9.2.2两条又将它们放回合格的螺纹环规中。9.1.2条使本来只适用于工件螺纹合格与不合格的判定的附录B,扩大到螺纹环规的检验。这样前面第3点的问题就更加突出。要解决螺纹环规的检验问题,还必须从根本的出发点来探讨。

2.问题的实质

首先要认清工件螺纹中径公差与螺纹环规的中径公差的区别。前者规定的是作用中径的公差,它除了包括中径公差,还包括有半角和螺距的公差所引入的中径当量公差。而螺纹环规的中径公差就是单一中径公差,它不是作用中径公差[3]。因为螺纹环规还另外有半角公差和螺距公差。在检验外螺纹制件的作用中径时,通端螺纹环规T是作为体现最大实体牙型的中径。止端螺纹环规Z是用来控制外螺纹制件的实际中径。检验时,应不能与工件螺纹旋合,表明工件的实际中径不超出螺纹中径的最小实体尺寸。由于螺纹环规的半角和螺距的误差的影响也能使止端螺纹环规Z不能与工件螺纹旋合,以致造成错判。为减小这种影响,而将止端螺纹环规Z的螺纹减少到2~3圈,并将牙型截短。既是如此也不能完全消除这种影响。通端和止端的螺纹塞规与螺纹环规也有相同的功能,而螺纹塞规却没有用校对量规检验,而是用分项检验螺纹中径、半角及螺距。螺纹环规却用校对螺纹塞规检验,而没有用分项检验。这是因为螺纹环规分项检验较螺纹塞规分项检验的难度更大一些,效率更低一些。用校对螺纹塞规检验螺纹环规虽然效率很高,但它是检验螺纹环规的作用中径,没有检验螺纹环规的单一中径,因此它不符合螺纹环规检验的功能要求,它也就无法控制螺纹环规的质量。因此用分项检验螺纹环规取代用校对螺纹塞规检验螺纹环规才是从根本上解决螺纹环规质量问题的方法。只要分项测量的扩展不确定度(置信系数k=3)小于或等于被检螺纹环规各参数公差带的1/3即可。

然而分项测量还存在一些问题:1.无论是用挂钩测量法或用双球测量头测量法,都有一个最小被测中径的极限尺寸,小于这个尺寸的环规都无法测量。2.由于测量仪器所附测量头的测球直径系列不齐全,不能满足螺纹环规各种规格的需要,更缺少最佳尺寸的测头。3.内螺纹的螺距及其牙形角的测量较困难,特别是牙形角的测量更困难。因此分项测量只能解决部分尺寸较大的螺纹环规的检测,另外一部分尺寸较小的螺纹环规还只能用校对螺纹塞规检验。

3.解决问题的措施

上面已把问题分析得很清楚了。下面作者提出下列解决措施。

1.提高校对螺纹塞规的制造精度,缩小它的制造公差。校对螺纹塞规

中径的制造公差应小于螺纹环规中径制造公差的三分之一,即Tcp≤TR/3;校对螺纹塞规的螺距以及半角的制造公差应小于一般螺纹塞规的一半。这样就消除了表2中的负数,也消除了TS和TZ的矛盾。这也符合测量工具的总不确定度应小于被测产品制造公差的三分之一的原则。

2.按一定的关系缩减Z和ZT间的m值,这样可以防止合格螺钉的中

径小于公差下限过多,而提高螺钉的机械强度。

3.将国家标准GB/T 3934-2003(审查稿)中的9.1.2及9.2.2两条中关于

螺纹环规合格的判定应改为,凡判定螺纹环规为不合格的校对螺纹塞规均符合本标准要求的,该环规应判为不合格。而不是原来的“凡判定螺纹环规为合格的校对螺纹塞规均符合本标准要求的,该环规应判为合格”。这样可以扩大螺钉的制造公差,降低螺钉的制造成本,还可以提高螺钉的机械强度。只是这样要提高环规的制造成本,包括容易引起质量纠纷,只要出厂前用两个不同批次的校对螺纹塞规进行检验,就可以减少这种纠纷。对于螺钉合格判定应仍按标准原来的阐述。

4.开发系列最佳尺寸球测头(挂钩用及双球测头)供中径测量用。

5.研究内螺纹半角测量方法,包括超声波、CT…等成像技术用于内螺

纹半角的测量。改善模印法的材料和工艺方法以提高螺距和半角的测量精度。

6.在分项检验与用校对螺纹塞规检验发生矛盾时,应以分项检验为准。

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