一种气瓶锥螺纹底孔铰刀的设计方法

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-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；
△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	+0.07 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

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	+0.4 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

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	0.3 0	1.2	+0.2 0

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。 (end)