在使用液化石油气瓶、氧气瓶、乙炔气瓶等溶解气瓶时对其密封性要求很高。根据国家标准GB 835-87，钢质气瓶的瓶口与瓶阀间的连接采用圆锥螺纹。气瓶口部螺纹的密封性与螺纹的加工精度有着密切的关系，而螺纹底孔的加工质量直接影响螺纹的精度，影响气瓶的密封性。笔者在进行钢质无缝溶解乙炔气瓶加工工艺的研究中，改变了气瓶原口部螺纹加工时钻孔—镗孔—攻螺纹的工艺方案，采用了新的钻、扩孔—粗、精铰螺纹底孔—攻螺纹的工艺，并专门设计了气瓶锥螺纹底孔加工用铰刀。经生产验证，可保证气瓶锥螺纹底孔的加工质量。
1 瓶口圆锥螺纹的基本尺寸
根据GB 8335-87，可知PZ27.8、PZ39两种圆锥螺纹的基本尺寸和牙型见图1与表1。
图1 圆锥螺纹的基本尺寸和牙型 |
表1
| 螺纹代号 |
每寸牙数 |
螺距t |
基面直径 |
螺纹长度 |
螺纹光度L |
r |
a(/°) |
| D(d) |
D2(d2) |
D1(d1) |
L1 |
L2 |
L3 |
| PZ39 |
12 |
2.117 |
39.000 |
37.643 |
36.286 |
17.67 |
26 |
>21 |
1.355 |
0.291 |
55 |
| PZ27.8 |
14 |
1.814 |
27.800 |
26.636 |
25.472 |
1.162 |
0.249 | |
2 PZ27.8 锥螺纹底孔铰刀的设计
本文以锥螺纹PZ27.8为例，介绍锥螺纹底孔铰刀的设计方法。
- PZ27.8锥螺纹尺寸及加工精度要求
- PZ27.8锥螺纹尺寸及加工精度要求如图2所示。
- 铰刀各部分尺寸的确定
- 铰刀直径的确定
- 精铰刀基面上直径
- 采用S20A(优质深冲钢)作为气瓶材料，考虑到加工后孔径会有扩张，因此精铰刀直径按以下公式计算：
D刀max=dmax-Pmax
D刀min=dmax-Pmax-G |
(1) | 式中D刀max——基面上精铰刀最大直径；
- dmax——基面上孔径上限；
- Pmax——孔的最大扩张量(一般在0.003～0.03mm 之间选取)，本文根据试验取Pmax=0.007mm
- D刀min——基面上精铰刀最小直径；
- G——铰刀制造公差：按IT8～IT9 级取G=0.015mm。
- 由于基面上锥螺纹底径为Ø25.472+0.025mm，则
dmax=25.472+0.025=25.497mm
- 代入式(1)
D刀max=25.497-0.007=25.49mm
D刀min=25.497-0.007-0.015=25.475mm
- 所以，精铰刀基面上直径为
D刀精=25.472+0.018+0.003mm
- 粗铰刀基面上直径
D'刀max=d-D1
D'刀min=D'刀max-D2 |
(2) | 式中D'刀max——基面上粗铰刀最大直径；
- d——基面上孔的公称尺寸；
- D'刀min——基面上粗铰刀最小直径；
- D1，D2——铰刀的制造公差，取D1=0.05mm，D2=0.021 mm
- 因此，粗铰刀基面上直径
- D'刀max=d-D1=25.472-0.05=25.422mm
- D'刀min=D'刀max-D2=25.472-0.021=25.401mm
- 则粗铰刀基面上直径为
- D刀粗=25.4+0.022mm
- 铰刀基本尺寸的确定
- 铰刀的基本尺寸见表2。
- 莫氏锥柄尺寸的确定
- 莫氏锥柄的尺寸见表3。
表2
| |
d01 |
L |
l |
l2 |
d1 |
d0 |
d4 |
r4 |
lc |
| 基本尺寸 |
偏差 |
基本尺寸 |
偏差 |
基本尺寸 |
偏差 |
| 粗 |
25.4 |
170 |
0
-2.5 |
40 |
0
-2.2 |
30 |
26.56 |
21.81 |
+0.07
0 |
23 |
1 |
50 |
| 精 |
25.472 |
170 |
0
-2.5 |
40 |
0
-2.2 |
30 |
26.66 |
21.88 |
+0.07
0 |
23 |
1 |
50 | |
表3
| 莫氏锥度号 |
D1 |
d2 |
d3 |
c |
l1 |
b |
e |
r2 |
r1 |
| 基本尺寸 |
偏差 |
| 3 |
24.051 |
19.131 |
18.6 |
13 |
98 |
7.9 |
0
-0.22 |
20 |
7 |
2 |
| 3 |
24.051 |
19.131 |
18.6 |
13 |
98 |
7.9 |
0
-0.22 |
20 |
7 |
2 | |
- 铰刀齿形尺寸的确定
- 前角g0
- 由于铰刀是在已加工出的孔的表面上进行半精加工和精加工，因此，与车刀一样，铰刀的前角对切屑变形及孔的表面粗糙度有直接影响。由于工件材料S20A的塑性较大，为了减少变形，采用高速钢W18Cr4V作为铰刀刀头材料，取粗铰刀前角g0为8°、精铰刀前角为3°。
- 后角a0及刃带ba1
- 后角a0的作用是在铰刀轴向进给时减少刀体圆柱部分与孔壁的摩擦。对于粗铰刀，为了防止后角齿背和孔壁发生摩擦，采用折线型后角，取ap1=10°，副后角ap2=20°，并将ap1保持在整个刃带宽度ba1=2mm 上(见图3)。对于精铰刀，取后角ap=10°(见图4)。
- 锥角ak
- 锥角ak等参数的选取见表4。
- 断屑槽尺寸的确定铰刀断屑槽尺寸见表5。
表4
| |
偏差 |
锥角akr |
后角a1 |
前角g |
齿数z |
q |
F |
r |
| d01直径处 |
d0直径处 |
| 基本尺寸 |
偏差 |
基本尺寸 |
偏差 |
| 粗 |
6°50'34" |
±25" |
20° |
8° |
6 |
80° |
1.4 |
+0.4
0 |
2.0 |
+0.4
0 |
1 |
| 精 |
6°50'34" |
±25" |
10° |
3° |
8 |
80° |
1.4 |
+0.4
0 |
2.0 |
+0.4
0 |
1 | |
表5
| |
S |
r3≤ |
b1 |
t |
| 基本尺寸 |
偏差 |
基本尺寸 |
偏差 |
| 粗 |
8 |
0.15 |
2.5 |
0.3
0 |
1.2 |
+0.2
0 | |
表6
| |
D≤ |
d |
l4 |
D4 |
| 粗 |
5 |
2 |
5.8 |
7.5 |
| 精 |
5 |
2 |
5.8 |
7.5 | |
- 中心孔尺寸的确定
- 铰刀中心孔尺寸见表6。
- 铰刀工作图
- 根据以上步骤确定铰刀的各部分参数和尺寸后，作出铰刀工作图。粗铰刀工作图见图5，精铰刀工作图见图6。
3 结语
通过锥螺纹底孔铰刀的设计，将气瓶原口部螺纹加工工艺中的镗孔变为铰孔，提高了气瓶口部螺纹的加工质量和生产率，具有一定的实用价值。 |
本文作者:中原工学院 付小莉 李勇
原载:《工具技术》2001年第10期 |
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