不完整螺纹形成机理分析及应用.pdf

2024年 第1期（总217期）CFHI冷加工一重技术我司承制的核反应堆压力容器的主螺纹孔及主螺栓均要求去除不完整螺纹。为更好实现不完整螺纹的去除，笔者分析不完整螺纹的形成机理。1螺纹的定义螺纹的定义为在圆柱或圆锥表面上沿螺旋线所形成的具有规定牙型的连续凸起。每个螺纹都分完整螺纹，不完整螺纹及螺尾三部分，由完整螺纹和不完整螺纹组成有效螺纹（不包括螺尾）（见图1）1。2不完整螺纹的形成不完整螺纹是指牙底完整而牙顶不完整的螺纹，是在螺纹加工过程中，由于多种因素导致螺纹没有加工完整。不完整螺纹会导致产品质量下降，生产效率降低和成本增加。因此，研究不完整螺纹的形成原因具有重要意义。加工螺纹前，端头倒角不同，不完整螺纹的形成过程会有差异，本文以工程上常见的不倒角、30倒角、45倒角三种状态下，螺距为4 mm的外螺纹为例，分析不完整螺纹在加工时的形成过程2。为方便说明，笔者将螺纹成型刀简化为螺纹基本牙型。2.1无倒角外螺纹（1）切削起始将螺纹刀具的切削起始点（刀具切削刃与工件接触起始）设为0方位，即轴向进给的起始点。由于刀具为60螺纹成型刀具，工件为直角未倒角状态，所以切削起始位置在刀具的根部（见图2）。（2）不完整螺纹起始在切削至202.5方位，轴向进给2.25 mm时，刀具切削截面的牙底已完整，1.一重集团大连核电石化有限公司高级工程师，辽宁大连11611310.3969/j.issn.1673-3355.2024.01.014摘要：以普通螺纹为例，分析典型工况下不完整螺纹产生的原因，提出应用场景解决方案。关键词：不完整螺纹；倒角；牙底；牙顶中图分类号：TG62文献标识码：B文章编号：1673-3355（2024）01-0014-03Analysis of Formation Mechanism pf Incomplete Thread and Its ApplicationSu Wei,Chen Xu,Sha JinbaoAbstract:This paper takes ordinary thread as example to analyze the cause of incomplete thread under typical workingcondition,and proposes solutions for relative application scenarios.Key words:Incomplete thread;chamfering;thread root;thread crest不完整螺纹形成机理分析及应用苏伟1，陈旭1，沙宝金1D内螺纹的基本大径（公称直径）；d外螺纹的基本大径（公称直径）；D2内螺纹的基本中径；d2外螺纹的基本中径；D1内螺纹的基本小径；d1外螺纹的基本小径；H原始三角形高度；P螺距。H=32P=0.866 025 404P图1普通螺纹的基本牙型46CFHI2024年 第1期（总217期）冷加工CFHI TECHNOLOGY此处为不完整螺纹起始点。在此特征点之前，成型刀未完全切入工件，继续加工将形成螺纹凸起（见图3）。（3）完整牙高形成切削至 315方位，轴向进给3.5 mm时，刀具切削截面的不完整螺纹凸起单边牙侧完整，开始出现牙顶，即牙高尺寸形成。由于此特征点尚未回转一周，螺纹凸起的另外一侧是端面未倒角状态（见图4）。（4）完整牙顶形成切削至 360方位，轴向进给4 mm时，刀具已切削一周，刀具切削截面的不完整螺纹凸起单边牙侧及牙顶完整。由于此特征点正好回转一周，螺纹凸起的另外一侧仍是端面未倒角状态（见图5）。（5）完整螺纹形成切削至472.5方位，轴向进给5.25 mm时，刀具已切削一周，刀具切削截面的螺纹双边牙侧及牙顶均完整，形成完整螺纹凸起，即此处特征点既是不完整螺纹的终止点，也是完整螺纹的起始点（见图6）。2.230倒角外螺纹（1）切削起始将螺纹刀具的切削起始点设为0方位，即轴向进给的起始点。由于刀具为60螺纹成型刀具，工件为30倒角状态，切削起始位置与刀具切削刃一致（见图7）。（2）不完整螺纹起始切削至90方位，轴向进给1 mm时，刀具切削截面的牙底已完整，此处为不完整螺纹起始点。在此特征点之前成型刀未完全切入工件，继续加工将形成螺纹凸起（见图8）。（3）完整牙高形成切削至 315方位，轴向进给3.5 mm时，刀具切削截面的不完整螺纹凸起单边牙侧完整，开始出现牙顶，即牙高尺寸形成。由于此特征点尚未回转一周，螺纹凸起的另外一侧是端面30倒角状态（见图9）。（4）完整牙顶、螺纹形成切削至360方位，轴向进给4 mm时，刀具已切削一周，刀具切削截面的螺纹双边牙侧及牙顶均完整，形成完整螺纹凸起，即此处特征点既是不完整螺纹的终止点，也是完整螺纹的起始点。由于螺纹加工前的端面图2切削起始示意图图3不完整螺纹起始示意图图4完整牙高示意图图5完整牙顶示意图图6完整螺纹示意图图7切削起始示意图图8不完整螺纹起始示意图472024年 第1期（总217期）CFHI冷加工一重技术倒角为30，在此特征点，刀具切削的牙侧与端面倒角正好形成螺纹的两个牙侧（见图10）。2.345倒角外螺纹（1）切削起始将螺纹刀具的切削起始点设为0方位，即轴向进给的起始点。由于刀具为60螺纹成型刀具，工件为45倒角状态，切削起始位置在刀具的尖部（见图11）。（2）不完整螺纹起始切削至90方位，轴向进给1 mm时，刀具切削截面的牙底已完整，此处为不完整螺纹起始点。此特征点之前成型刀未完全切入工件，继续加工将形成螺纹凸起（见图12）。（3）完整牙高形成切削至397.8方位，轴向进给4.42 mm时，刀具已切削一周，刀具切削截面的不完整螺纹凸起单边牙侧完整，开始出现牙顶，即牙高尺寸形成。在此特征点，刀具切削的其中一个牙侧为完整牙侧，另外一个牙侧由于加工前的端面倒角为45，尚未形成完整牙侧（见图13）。（4）完整牙顶、螺纹形成切削至442.8方位（轴向进给4.92 mm）时，刀具切削截面的螺纹双边牙侧及牙顶均完整，形成完整螺纹凸起，即此处特征点既是不完整螺纹的终止点，也是完整螺纹的起始点（见图14）。对比不倒角螺纹、30倒角螺纹及 45倒角螺纹，前两者完整螺纹起始点相同，后两者不完整螺纹起始点相同，但三者形成完整螺纹的终止点均不同（见表1）。在实际切削加工中，完整螺纹的终止点很难通过观察或测量直接判断得出，而螺纹的切削起始点较容易分辨。在辨别出螺纹切削加工的起始点后，可根据不同端面倒角计算得出完整螺纹的终止点角度，再配合相应的数控加工程序即可完图9 完整牙高示意图图10完整螺纹示意图图11切削起始示意图螺纹倒角03045螺纹特征点切削起始点000不完整螺纹起始点（牙底完整）202.59090完整螺纹起始点（牙高完整）315315397.8完整螺纹终止点（牙顶、牙侧完整）472.5360442.8表1不同倒角的螺纹特征点（）图12不完整螺纹起始示意图图13完整牙高示意图图14完整螺纹示意图（下转第45页）48CFHI2024年 第1期（总217期）热加工CFHI TECHNOLOGY表2蠕墨铸铁熔炼性能报告炉次1234抗拉强度(MPa)413527550494延伸率（%）3.51.73.33.4布氏硬度(HB)180225240210蠕化率（%）75708075珠光体（%）40808085备注试验失控、有缩孔-名称国标制动盘铸造技术指标RuT 350RuT 400RuT 450抗拉强度（MPa）350400450400屈服强度（MPa）245280315300延伸率%1.51.01.01.5布氏硬度（HB）160220180240200250190250蠕化率（%）一般50%或双方商定65%基体组织珠光体+铁素体珠光体珠光体50表3蠕墨铸铁性能国家标准及制动盘技术指标图6厚大部位缩松缺陷照片蠕化率65%，珠光体50，满足技术要求。3.2 铸件检验结果由于铁型砂箱加快凝固速度，盘体较薄部位早凝固，较厚较大部位后凝固，导致厚大部位凝固时得不到补缩，出现不同程度的疏松缺陷（见图 6），在第一次试验时两侧冒口补缩通道较短，无法为厚大部位补缩，产生缩松现象。对此，取消两侧冒口，在盘体内浇道部位加设四个浇冒口，在每处厚大部位设内冷铁；加固砂箱、加设出气口等。改进后试制3次，经射线和超声等探伤检测，盘体内部均无缩松、沙眼等缺陷。4结语在2021年，制动盘试制成功，上线使用2年之久，寿命与进口件相当。本次试制成功，确定制动盘材质及铸造工艺，为该产品国产化替代打下基础。参考文献 1 邱汉泉.蠕墨铸铁及其生产技术J.中国铸造装备与技术，2007(2):61-63 2 王文江,袁明忠,等.蠕墨铸铁生产中蠕化率的控制J.现代铸铁，2006(2):50；52-54 3 张文和,丁俊,等.蠕墨铸铁的生产J.现代铸铁,2006(2):54-55；58 4 周鸿鹏,杨光萍,等.蠕墨铸铁生产工艺控制J.山东冶金,2005(4):20-21,5 严运涛,钱坤才,等.蠕墨铸铁制动盘的试制J.现代铸铁,2011(1)：28-31 6 黄列群,潘东杰.铁型覆砂铸造工艺及其应用J.铸造,1992(2):38-40 7 吴云兴.日本德国法国高速列车用盘形制动元件的材料与工艺J.机车车辆工艺,1996(2):1-8收稿日期：2023-09-11整加工去除不完整螺纹。完整螺纹终止点距刀具切削起始点的回转角度值为：=()1+5163|tan30-tan 360（1）式中：螺纹端面倒角（）3结语本文以普通螺纹的基本牙型为基础，通过分析不完整螺纹的形成机理，为去除不完整螺纹提供理论依据。在去除不完整螺纹时，螺纹倒角为关键尺寸，倒角不同，不完整螺纹的长度不同，需要根据实际工况计算。根据此不完整螺纹形成机理，我司成功完成M1704螺纹孔及螺栓不完整螺纹的去除工作。参考文献 1 全国螺纹标准化技术委员会.中国机械工业标准汇编 螺纹卷M.北京：中国标准出版社，2005：37-41 2 王先逵.机械加工工艺手册M.北京：机械工业出版社，2006：7/1-7/25收稿日期：2023-10-12（上接第48页）45