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一种气瓶锥螺纹底孔铰刀的设计方法

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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。

    图2 PZ27.8锥螺纹加工要求
  1. PZ27.8锥螺纹尺寸及加工精度要求
    2. PZ27.8锥螺纹尺寸及加工精度要求如图2所示。
  2. 铰刀各部分尺寸的确定
    1. 铰刀直径的确定
      1. 精铰刀基面上直径
        2. 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
      2. 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；
        3. 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
    2. 铰刀基本尺寸的确定
      3. 铰刀的基本尺寸见表2。
    3. 莫氏锥柄尺寸的确定
      4. 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

 

图3 粗铰刀前角及后角
图4 精铰刀前角及后角
  • 铰刀齿形尺寸的确定
    1. 前角g0
      2. 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°。
    2. 后角a0及刃带ba1
      3. 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)。
    3. 锥角ak
      4. 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。

    图5 粗铰刀工作图

    图6 精铰刀工作图

    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。
     

     

     

     


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