凿岩钎具波形螺纹检测探讨

摘 要：螺纹连接凿岩钎具在加工中有一个重要的工序就是螺纹的加工，不仅要达到产品螺纹的加工精度，还要保证螺纹互换性达标。而凿岩钎具螺纹要求传递冲击能量，因此在几何形式上与普通螺纹有很大差异，是一种专用的工具螺纹。本文就凿岩钎具波形螺纹的检测原理及方法作了论述。

关键词：凿岩钎具；波形螺纹；检测方法

中图分类号：TD231.61 文献标识码：B

前言

随着世界钎具凿岩技术的不断进步，大功率凿岩台车、大规格螺纹连接凿岩钻具的使用越来越广泛。大规格螺纹连接钻具在加工中有一个比较重要的问题是螺纹的加工。由于国内外钎具生产厂家众多，各厂家的加工设备、加工方法、加工水平存在一定的差距，其加工出来的螺纹形状、尺寸不可能完全相同。要保证各厂家产品在螺纹上的连接配合，就必须保证螺纹的互换性。也就是说产品无论在哪种情况下配套使用，都有着良好的通用性。

保证产品螺纹的互换性主要是保证螺纹达标，即切实保证所加工螺纹达到通用标准。如何既简单、又比较实际地解决这一问题呢？我们根据多年的生产实践，总结了一套相对比较实用的方法，在此与大家一起探讨。

1 螺纹标准

要讨论螺纹的互换性，就必须从螺纹的标准说起。

国际上现在通用的波形螺纹标准如图1和表1所示。

2 检测方法概述

2.1 检测原理

通过以上螺纹标准可以看出，要确定一个产品的螺纹是否合格，首先要检测该产品的螺纹直径是否达标，然后还要检测其螺纹形状的实体尺寸（即螺纹牙型）是否达标。只有二者均达到标准，才能确定该产品螺纹合格。

2.2 检测工具

2.2.1 螺纹直径检测工具

常见的螺纹直径检测工具有游标卡尺、内外径千分尺等。但由于此类量具在实际检验中比较麻烦，操作水平要求较高，一般并不采用。考虑检测螺纹直径其实只是检测螺纹直径尺寸是否达标，所以可以通过用光滑量规检测其最大、最小极限尺寸的方法来检测。

2.2.2 螺纹实体尺寸检测工具

要准确地检测出螺纹形状的实体尺寸，应当是在工具显微镜上进行测量。但是这种检测非常繁琐，不能进行批量检测，一般并不采用。在实际检测中，我们一般是采用综合测量法，即根据螺纹配合原理，设计出满足其旋合性要求的螺纹，和检测螺纹要求的几个尺寸的极限量规。下面分别叙述。

3 量规的设计原则及其有关尺寸计算方法

3.1 螺纹光滑极限量规

顾名思义，螺纹光滑极限量规就是检验产品螺纹直径极限尺寸的工具。通过用光滑极限量规检测，可判定某一产品螺纹内外径是否在标准范围之内。

3.1.1 设计原理及种类

光滑极限量规应由通规及止规组成，分别检验产品的极大、极小两个极限尺寸。根据所检测产品螺纹直径对象的不同又可分为检验外螺纹外径最大极限尺寸的光滑通端环规（光滑通通规）、检验外螺纹外径最小极限尺寸的光滑止端环规（光滑止通规）（见图2：外螺纹外径极限量规示意图）、以及检验内螺纹小径最小极限尺寸的光滑通端塞规（光滑通塞规）、以及检验内螺纹小径最大极限尺寸的光滑止端塞规（光滑止塞规）（见图3：内螺纹内径极限量规示意图）。

光滑极限量规是一种没有刻度的专用检验工具，它只能检定某一个产品尺寸是否合格，即该产品尺寸是否在规定的极限尺寸内，而不能测量出该产品实际具体尺寸。所以光滑极限量规的基本尺寸就是被检产品的极限尺寸。我们用来检测钎具产品螺纹，同样也应根据被检螺纹直径的极限尺寸来设计的光滑极限量规。

3.1.2 基本尺寸及公差

1）基本尺寸

根据螺纹标准可知，钎具产品外螺纹直径为d，内螺纹直径为D1。如果我们设定外螺纹直径公差代码为Td，内螺纹直径公差代码为TD1，相应的外螺纹光滑通端环规基本尺寸为DT，光滑止端环规基本尺寸为Dz，内螺纹光滑通端塞规基本尺寸为dT ，光滑止端塞规基本尺寸为dZ，根据1的定义为：DT = d ， Dz = d - Td = d - 0.20 mm ，dT = D ，dz = D+TD1 = D + 0.25 mm。

2）公差

根据《公差与配合手册》中光滑极限量规设计的泰勒极限原则（即磨损极限原则），通过查手册，在？准20 mm～？准50 mm范围内，取光滑通端环规的磨损极限为-0.03-0.046 mm，光滑止端环规的磨损极限为± 0.008 mm，光滑通端塞规的磨损极限为+0.046+0.03 mm，光滑止端塞规的磨损极限为± 0.008 mm。综合以上数据，根据得表2：螺纹光滑量规尺寸公差表。

3）使用方法

任何规格螺纹产品的螺纹直径检验只要满足表中相应通止量规检验即可。在检测时，通端光滑极限量规应通过被检测的螺纹，止端光滑极限量规不通过被检螺纹，但允许部分通过，通过长度不超过8～10 mm，否则判为不合格。

3.2 螺纹极限量规

前面说过，光滑极限量规只能检验产品螺纹的直径极限尺寸是否达标，而不能检测螺纹形状（即螺纹牙型的实体尺寸是否达标）。这样还不能判定一个产品螺纹是否合格，要判定螺纹形状是否合格，必须再有一种检验工具，就是螺纹极限量规。

3.2.1 基本原理

螺纹极限量规是根据螺纹牙型的基本形状及内外螺纹的旋合性原理，专门设计的一种螺纹形状的专检工具。它是一种综合测量法，同时对螺纹形状的几个参数进行检测，判定它们是否在极限尺寸范围之间，而不针对某个螺纹参数的具体值进行检测。这种方法比较简单方便，适用于车间检验。

3.2.2 螺纹极限量规的种类、功能及用途

1）内螺纹通端螺纹塞规

（1）设计原则

a：保证螺纹的最小作用中径满足标准要求；

b：保证被检螺纹满足旋合条件；

c：保证内螺纹的最大实体尺寸满足标准要求。

内螺纹通端螺纹塞规结构如图4。

（2）有关尺寸及公差

根据1可知，内螺纹通端螺纹塞规检验的螺纹参数为：H1 = 1.5 mm，R1 = 5.1 mm，R2 = 6.4 mm，大径D大 = D1 （D1为被检内螺纹直径基本尺寸）。

假定内螺纹通端螺纹塞规的大径基本尺寸为d大，牙高为h，波峰圆弧半径为r1，波谷圆弧半径为r2，根据公差与配合原则得：

H = （H1+Zh） ± Th / 2 r1 = （R1+Zr1） ± Tr1 / 2

r2 = （R2-Zr2） ±Tr2 / 2

d大 = [（D1+2H1）+ZPL ] ±Td大 / 2

其中Th、Tr1、Tr2、Td大 分别为牙高、波峰圆弧半径、波谷圆弧半径、量规大径的尺寸公差，Zh、Zr1、Zr2为尺寸公差带中心线到工件最小实体尺寸之间的距离，ZP L为由通端螺纹塞规中径公差带的中心线到工件内螺纹中径下偏差之间的距离。

查手册， 取Th= 0.009 mm，Tr1= 0.024 mm，Tr2 =0.030 mm，Zh = 0.005 mm，Zr1 = 0.050 mm，Zr2 = 0.050 mm，ZPL = 0.046 mm，Td大 = 0.018 mm。

带入上述公式，概括得出内螺纹通端螺纹塞规的尺寸及公差（见表3）。

2） 止端螺纹塞规

（1）设计原则

a：保证螺纹的最大作用中径满足标准要求；

b：保证被检螺纹满足旋合条件，即单一中径条件；

c：保证内螺纹的最小实体尺寸满足标准要求。

止端螺纹塞规结构如图5（与内螺纹通端螺纹塞规结构相似）。

（2）有关尺寸及公差

根据1可知，内螺纹止端螺纹塞规检验的螺纹参数为：H1 = 1.7 mm，R1 = 5.9 mm，R2 = 5.6 mm，大径D大 = D1 + TD1

假定内螺纹止端螺纹塞规的大径基本尺寸为d大，牙高为h，波峰圆弧半径为r1，波谷圆弧半径为r2，根据公差与配合原则得：

h = （H1-Th / 2） ± Th / 2 r1 = （R1-Tr1 /2 ） ±Tr1 / 2

r2 = （R2+Tr2 / 2） ±Tr2 / 2

d大 = [（D1+TD1）+TPL / 2] ±Td大 / 2

其中Th、Tr1、Tr2、Td大 分别为牙高、波峰圆弧半径、波谷圆弧半径、量规大径的尺寸公差，Zh、Zr1、Zr2为尺寸公差带中心线到工作最小实体尺寸之间的距离，TPL为由止端螺纹塞规中径公差带的中心线到工作内螺纹中径下偏差之间的距离。

查手册，取Th = 0.009 mm，Tr1 = 0.025 mm，Tr2 = 0.025 mm， TPL = 0.032 mm， Td大 = 0.020 mm。

带入上述公式，概括得出内螺纹止端螺纹塞规的尺寸及公差（见表4）。

3）外螺纹通端螺纹环规

（1）设计原则

a：满足螺纹的旋合条件；

b：满足最大实体原则；

c：保证被检螺纹的最大作用中径满足标准要求。

外螺纹通端螺纹环规如图6所示。

（2）有关尺寸及公差

根据1可知，外螺纹通端螺纹环规检验的螺纹参数为：h1=1.5 mm，r1=5.9 mm，r2=5.6 mm，d大 = d；

假定外螺纹止端螺纹环规的小径基本尺寸为D小 ，牙高为H，波峰圆弧半径为R1，波谷圆弧半径为R2，根据公差与配合原则得：

H = （h1+ZH）±TH / 2 R1 = （r1+ZR1） ±TR1 / 2

R2 = （r2 -ZR2 ） ±TR2 / 2

D小 = （D大 - 2H）±TD小 / 2

其中TH、TR1、TR2、TD小 分别为牙高、波谷圆弧半径、波峰圆弧半径、量规小径的尺寸公差。

查手册，取TH = 0.009 mm，TR1 = 0.025 mm，TR2=0.020 mm， ZR1 = 0.050 mm，ZR2 = 0.050 mm，TD小 = 0.040 mm。

带入上述公式，概括得出内螺纹止端螺纹塞规的尺寸及公差（见表5）。

4）外螺纹止端螺纹环规

（1）设计原则

a：保证螺纹的单一中径满足旋合条件；

b：满足最小实体原则；

c：保证被检螺纹的最小作用中径满足标准要求。

外螺纹止端螺纹环规如图7（与外螺纹通端螺纹环规结构类似）。

（2）有关尺寸及公差

根据1可知，外螺纹通端螺纹环规检验的螺纹参数为：h1=1.7 mm，r1=5.1 mm，r2=6.4 mm，大径d大 = d-Td（d为被检内螺纹直径的基本尺寸，Td为其公差）。

假定外螺纹止端螺纹环规的小径基本尺寸为D小，牙高为H，波谷圆弧半径为R1，波峰圆弧半径为R2，根据公差与配合原则得：

H=（h1+TH / 2）±TH / 2 R1=（r1+TR1 / 2） ±TR1 / 2

R2=（r2-TR2 / 2） ±TR2 / 2

D小 = （d大 -2H）±TD小 / 2

其中TH、TR1、TR2、TD小 分别为牙高、波谷圆弧半径、波峰圆弧半径、量规小径的尺寸公差。

查手册，取TH= 0.009 mm，TR1= 0.025 mm，TR2= 0.030 mm， TD小 = 0.042 mm。

带入上述公式，概括得出外螺纹止端螺纹塞规的尺寸及公差（见表6）。

3.3 使用方法

任何规格的螺纹，其牙型实体尺寸的检验都应当满足螺纹通止极限量规的要求，用螺纹极限量规检测波形螺纹的综合参数时，通端螺纹规应通过被检螺纹，其旋入量应不小于螺纹工作长度，止端螺纹规应不旋入或即便旋入，其旋入量也应不大于二个螺距，否则判为不合格。

4 结语

1） 总的来说，钎具波形螺纹的检验通过通止光滑量规、通止螺纹规，可以大大提高批量生产检验的速度。若要精确地测量某个螺纹参数的具体值，则必须用内、外径千分尺、工具显微镜等仔细测量。较好的内、外径千分尺有大测砧千分尺等，专门用于螺纹内外径的检测。

2） 对于螺纹实体尺寸的检测，除了使用工具显微镜外，有必要研究专用的实体检测设备。贵阳特殊钢有限责任公司与四川实时信号研究所共同研究设计了一种叫作螺纹测量仪的装置，专门用于螺纹实体尺寸的测量。其原理是用探针在螺纹的轮廓线上运动，由计算机记录下探针的运动轨迹，然后通过计算机程序将其运动轨迹用图形方式准确地测算、反映出来。螺纹没量仪既可小批量地检测部份产品的螺纹尺寸，也可精确地进行抽样检查，检具专检等工作（包括螺纹检验量规），是目前国内最先进、最精确的螺纹专用测量设备之一。

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