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摘要：介绍了一种加工钢质无缝溶解乙炔气瓶锥螺纹底孔的铰刀设计方法，对铰刀的主要参数和特点做了简要分析。
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。 （图片）
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。
2.1 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。（图片）
图2 PZ27.8锥螺纹加工要求2.2 铰刀各部分尺寸的确定
1) 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-PmaxD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=25.49mmD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-D1D'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；
△1，△2——铰刀的制造公差，取△1=0.05mm，△2=0.021 mm
因此，粗铰刀基面上直径
D’刀max=d-△1=25.472-0.05=25.422mm
D’刀min=D’刀max-△2=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
铰刀的基本尺寸见表2。 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 | +0.070 | 23 | 1 | 50 | | 精 | 25.472 | 170 | 0-2.5 | 40 | 0-2.2 | 30 | 26.66 | 21.88 | +0.070 | 23 | 1 | 50 |
3) 莫氏锥柄尺寸的确定
莫氏锥柄的尺寸见表3。 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 |
4) 铰刀齿形尺寸的确定
·前角γ0
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γ0为8°、精铰刀前角为3°。
·后角α0及刃带ba1
后角α0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αp1=10°，副后角αp2=20°，并将αp1保持在整个刃带宽度ba1=2mm 上(见图3)。对于精铰刀，取后角αp=10°(见图4)。 （图片） （图片）
图3 粗铰刀前角及后角 图4 精铰刀前角及后角 ·锥角αk 等参数的选取见表4。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 | +0.40 | 2.0 | +0.40 | 1 | | 精 | 6°50'34" | ±25" | 10° | 3° | 8 | 80° | 1.4 | +0.40 | 2.0 | +0.40 | 1 |
5) 断屑槽尺寸的确定 铰刀断屑槽尺寸见表5。 表5
| | S | r3≤ | b1 | t | | 基本尺寸 | 偏差 | 基本尺寸 | 偏差 | | 粗 | 8 | 0.15 | 2.5 | 0.30 | 1.2 | +0.20 |
6) 中心孔尺寸的确定 铰刀中心孔尺寸见表6。表6
| | D≤ | d | l4 | D4 | | 粗 | 5 | 2 | 5.8 | 7.5 | | 精 | 5 | 2 | 5.8 | 7.5 |
2.3 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。（图片）
图5 粗铰刀工作图（图片）
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。
6/8/2007
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