陜西法士特齒輪有限公司 金衛(wèi)華 肖 穎

圓錐量規(guī)的加工工藝特點(diǎn)

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介紹了高精度圓錐量規(guī)的特點(diǎn)，以某高精度圓錐量規(guī)為例，淺析了圓錐量規(guī)原材料的選擇、加工工藝及檢測(cè)方法。

高精度 圓錐量規(guī) 檢測(cè) 加工 工藝

一、概述

圓錐量規(guī)是按照?qǐng)A錐配合件的要求，設(shè)計(jì)、制造的標(biāo)準(zhǔn)圓錐實(shí)體。通過(guò)量規(guī)的圓錐表面與工件圓錐表面的接觸，借助顯示劑和軸向位置標(biāo)志，實(shí)現(xiàn)對(duì)圓錐配合件的錐角和圓錐直徑的檢驗(yàn)。

圓錐量規(guī)不同于光滑量規(guī)等極限量規(guī)，它是以通端量規(guī)和止端量規(guī)分別檢驗(yàn)工件實(shí)體尺寸或形位誤差是否超過(guò)極限公差的。它是利用量規(guī)與工件接觸時(shí)，因工件圓錐直徑的誤差，使量規(guī)產(chǎn)生軸向位移，通過(guò)軸向位移值，檢驗(yàn)工件圓錐直徑是否符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，還利用顯示劑，在量規(guī)與工件圓錐表面研合后，根據(jù)研合的接觸率，來(lái)判斷工件圓錐表面的圓錐角及形狀誤差。

圓錐量規(guī)的功能和結(jié)構(gòu)，使其具備以下特點(diǎn):

（1）圓錐量規(guī)基本尺寸是一個(gè)符合圓錐配合件設(shè)計(jì)要求的理想的圓錐實(shí)體；（2）在圓錐量規(guī)的結(jié)構(gòu)上，必須設(shè)置為檢驗(yàn)工件圓錐直徑的軸向位移標(biāo)志；（3）檢驗(yàn)工件的錐角或形狀誤差時(shí)，必須借助顯示劑，并按工件設(shè)計(jì)的要求，確定與工件的研合率和顯示劑的涂層厚度；（3）量規(guī)圓錐表面必須具有較高的耐磨性能。同時(shí)，必須從材料和熱處理等方面確保尺寸的穩(wěn)定性，對(duì)量規(guī)圓錐表面的粗糙度和形狀誤差有嚴(yán)格的要求。

二、圓錐量規(guī)的工藝分析

要保證量規(guī)具備以上特點(diǎn)，在量規(guī)的制造過(guò)程中，合理編制工藝路線就成為關(guān)鍵。必須技術(shù)要求:1.銳邊倒鈍；2.熱處理60^-65HRC；3.環(huán)塞規(guī)配磨后的接觸面為90%以上。

考慮采取必要的機(jī)加工工藝，來(lái)達(dá)到尺寸、形狀要求；通過(guò)合理的熱處理工藝，來(lái)達(dá)到量規(guī)的硬度要求，并提高尺寸的穩(wěn)定性。根據(jù)有關(guān)資料和工藝實(shí)踐可知，影響尺寸穩(wěn)定性的因素主要有馬氏體的析出、殘余奧氏體的穩(wěn)定性。現(xiàn)以圖1所示的塞規(guī)為例，分析其制作工藝。

1. 毛坯材料的選擇。制作量規(guī)的材料，要求具有較高的耐磨性、尺寸穩(wěn)定性、抗腐蝕性、較好的切削加工性和優(yōu)良的熱處理工藝性。根據(jù)GB11852-1989，一般選用優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等材料。結(jié)合熱處理現(xiàn)有條件，決定選用熱處理工藝性強(qiáng)、易切削、穩(wěn)定性較好的9SiCr。原材料須經(jīng)過(guò)鍛造，使毛坯的金屬纖維組織均勻、致密。

2. 工藝流程。落料—鍛造—球化退火—車削—探傷—淬火—粗磨削—回火—精磨削—時(shí)效—發(fā)黑—超精磨—刻字。各主要工序的要求分別為:鍛造:毛坯除尺寸要符合要求外，表面不得有裂紋、折疊、過(guò)熱、過(guò)燒等缺陷。球化退火:降低鍛造坯料的硬度，消除鍛造內(nèi)應(yīng)力，改善金相組織、細(xì)化晶粒，為后續(xù)熱處理做好準(zhǔn)備。車削:切削去大部分的加工余量，留磨削余量。探傷:避免材料內(nèi)在缺陷造成不必要的后續(xù)加工損失。淬火:得到較高的硬度和耐磨性，硬度達(dá)到60^-65HRC。粗磨削:將圓錐左右端面、圓錐面、臺(tái)階面磨削掉大部分的余量。低溫回火:去除磨削應(yīng)力。精磨削:精磨各相關(guān)表面，留少許超精磨量。時(shí)效:消除內(nèi)應(yīng)力，以穩(wěn)定尺寸。發(fā)黑:防止量規(guī)非工作面銹蝕，同時(shí)有增加美觀和去應(yīng)力的作用。超精磨:使量規(guī)達(dá)到成品的尺寸、形狀要求。

3. 工藝難點(diǎn)分析。

（1）圓度的控制。影響環(huán)塞規(guī)接觸精度重要因素之一的圓度，除了受機(jī)床本身精度的影響之外，還受塞規(guī)兩端中心孔的影響。作為塞規(guī)加工的定位基準(zhǔn)，中心孔的質(zhì)量對(duì)塞規(guī)加工精度有直接影響。例如中心孔的多角形、橢圓度等誤差會(huì)復(fù)映到加工表面上去。若中心孔為橢圓而孔頂尖形狀正確時(shí)，磨削過(guò)程中中心在頂尖上滑動(dòng)，當(dāng)中心孔長(zhǎng)軸位于半徑為O1a=R，短軸在垂直位置時(shí)，磨削得工件半徑為O1b=R-Δ，則Δ為中心孔長(zhǎng)、短軸半徑之差，工件半徑被多磨了Δ?？梢?jiàn)工件被磨成了與中心孔相似的橢圓。此外，中心孔與頂尖接觸不良，會(huì)降低工藝系統(tǒng)剛性。中心孔因承受工件重量和切削力而造成磨損不均，在使用中可能拉毛，因此在隨后的各加工階段特別是熱處理之后，必須修研中心孔。尤其對(duì)于高精度塞規(guī)，中心孔的精度更是保證塞規(guī)精度的關(guān)鍵。在粗磨、精磨及超精磨工序前必須安排中心孔修研工序。中心孔與頂尖的接觸面積在精磨時(shí)要求為75%，光整加工時(shí)要求達(dá)到80%以上。為此選用的修研方法是在機(jī)床上用六棱硬質(zhì)合金頂尖刮研，它的刃帶有微量切削作用和擠光作用，能修正中心孔的幾何形狀誤差，且效率高，工具壽命長(zhǎng)，粗糙度可達(dá)RaO.8μm。

（2）錐度量規(guī)大端尺寸的保證。錐度量規(guī)的大端尺寸要求很高，若僅通過(guò)磨削，既要保證量規(guī)的錐角，又要保證大端尺寸將十分困難。此時(shí)應(yīng)充分利用1:50錐度，即將直徑公差包含在長(zhǎng)度公差內(nèi)。如此時(shí)外圓公差為0.0028mm，長(zhǎng)度公差則相應(yīng)為0.0028mmX50=0.14mm。由此可見(jiàn)，通過(guò)長(zhǎng)度的變換來(lái)保證此公差較易。實(shí)踐證明，通過(guò)實(shí)際測(cè)量大端尺寸和理論大端尺寸來(lái)計(jì)算磨去長(zhǎng)度，則可保證大端尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求的方法是可行的。若測(cè)量得大端直徑為69.902mm，則(69.902一69.899) X50=0.003X50=0.15mm，此時(shí)再磨削塞規(guī)大端端面的0.15-0.29mm便可達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸。

（3）量規(guī)錐角的測(cè)量。制造過(guò)程中，特別是磨削時(shí)，應(yīng)保證塞規(guī)錐角的正確性。其錐角用正弦規(guī)進(jìn)行檢驗(yàn)。具體檢測(cè)如下:

計(jì)算所需量塊的高度h:h=Lsinβ

式中：h—量塊的高度；L—正弦規(guī)的長(zhǎng)度；β—正弦規(guī)與基準(zhǔn)平面的夾角。

根據(jù)尺寸，如選用L=100mm的正弦規(guī)，則測(cè)量所需使用量規(guī)的高度為114.588mm。

測(cè)量時(shí)，用千分表測(cè)量錐體的一端得al，再測(cè)量另一端得a2，并設(shè)兩測(cè)量點(diǎn)間距離為c，當(dāng)al=a2時(shí)，說(shuō)明塞規(guī)錐角滿足1:50；當(dāng)al=Aa2時(shí)，錐角β的誤差為△β=arctan[(al-a2)/c]；當(dāng)al〉a2時(shí)，表明錐角偏大，反之則錐角小。通過(guò)計(jì)算可得出錐角是否滿足設(shè)計(jì)公差要求的結(jié)論。

4. 建議確定錐角公差等級(jí)。由上述工藝分析可見(jiàn)，在我國(guó)現(xiàn)有工業(yè)制造水平的基礎(chǔ)上，尤其是非專業(yè)生產(chǎn)廠家，要穩(wěn)定地生產(chǎn)出完全符合使用要求的高精度量規(guī)是比較困難的。根據(jù)調(diào)研情況看，大部分圓錐配合件，錐角精度在AT3-AT8之間。選用AT1，AT3，AT5三個(gè)錐角公差等級(jí)的量規(guī)完全可以滿足AT3-AT8圓錐工件配合互換性的要求。通過(guò)變換研合檢驗(yàn)顯示劑涂層厚度，即可分別檢驗(yàn)AT3-AT8圓錐配合工件錐角。即1級(jí)量規(guī)(ATl)檢驗(yàn)AT3，AT4的工件錐角；2級(jí)量規(guī)(AT3)檢驗(yàn)AT5，AT6的工件錐角；3級(jí)量規(guī)(AT5)檢驗(yàn)AT7，AT8的工件錐角。AT8以下的工件的錐角通常不需要單獨(dú)規(guī)定圓錐量規(guī)的錐角公差，其直徑公差所限定的錐角誤差已經(jīng)可以滿足工件錐角精度檢驗(yàn)的要求了。

三、結(jié)束語(yǔ)

從實(shí)踐中體會(huì)到，制造高精度的圓錐量規(guī)，關(guān)鍵取決于制造過(guò)程中冷熱工序的合理編排和采用正確的檢測(cè)工藝。同時(shí)，對(duì)量規(guī)的錐角公差不一定要設(shè)計(jì)得很高，根據(jù)具體情況，只要符合產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)和使用功能即可。

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