某弹簧粗制螺纹制造工艺应用研究

某弹簧粗制螺纹制造工艺应用研究

李彦峰、王伟、田转丽、梁昌锋

（中航西安飞机工业集团股份有限公司 陕西 西安 710089）

摘要：本文研究了弹簧螺纹由于氧化、脱碳、吹砂、腐蚀导致螺纹尺寸减少，螺纹加工先粗制再精制的方法，应留出加工余量，采用加大中径粗制板牙进行螺纹加工，试验表明，标准板牙（M10×1.5-5g6g）中径加大0.20mm、0.25mm的特制板牙可制备出牙型饱满，表面光滑的粗制螺纹，经镀铜、热处理、吹砂、褪铜后精制螺纹符合表面粗糙度要求。

关键词：特制板牙、粗制螺纹、精制螺纹、表面粗糙度

1、 前言

50CrVA是一种具有一定强度和良好韧性的中碳合金弹簧钢，广泛应用于汽车、飞机悬架弹簧钢板等领域弹簧、较大截面高负载重要弹簧及工作温度<300℃的阀门弹簧的制造^[1]。弹簧的成形工艺主要有冷成形和热成形，冷成形是在室温下进行加工成形，一般用在线径≤Φ15mm，复杂形状的弹簧；热成形是在加热状态下加工成形，一般用于线径≥Φ9mm，形状简单的弹簧^[2]。圆板牙是加工小尺寸的外螺纹刀具，为了容纳切屑及形成刀刃，板牙的切削锥部担负主要的切削工作，中间的完整螺纹部分起校准和导向作用^[3]。

50CrVA大弹簧采用冷成形方式绕制，两端借助板牙加工成螺纹。为减少螺纹牙型部分氧化、脱碳、吹砂、腐蚀致尺寸变化从而影响产品质量，弹簧两端加工螺纹部分先粗加工后精加工。采用板牙套丝的方法在棒料上切出外螺纹，制备的螺纹精度取决于板牙的精度^[4]。而实际中，为保证足够余量，一般采用对标准板牙研磨处理的板牙，目前多数加工单位采用手工研磨板牙，板牙尺寸无法精确控制，只能通过螺纹试制来验证研磨的板牙可行性。传统研磨方法可靠性差、成本高长、严重影响了零件的生产周期，因此亟待开展大弹簧粗制螺纹制造工艺研究工作。

本研究中对标准M10×1.5-5g6g板牙进行研磨，制定并验证了加大标准板牙（M10×1.5-5g6g）中径以制备螺纹的工艺方案，以考察板牙中径的选取对粗制螺纹的牙型、表面粗糙度及后续精加工螺纹质量的影响。

2、试验材料与方法

2.1 试验材料

试验材料为50CrVA钢丝，尺寸为Φ12.03mm，表1为50CrVA钢丝的化学成分。

表1 实验材料的化学成分 质量分数/ %

2.2 试验方法

弹簧螺纹产品要求M10×1.5-5g6g，零件尺寸如图1所示。为减少弹簧两端螺纹处氧化脱碳导致尺寸变化大对产品的影响，螺纹加工按以下工序进行：弹簧两端螺纹部分退火→粗制板牙粗加工→弹簧镀铜→空气炉淬火→弹簧退铜→精加工。采用将标准板牙中径加大的四组特制板牙粗加工螺纹，首先观察螺纹表面质量，牙型是否完整，再用M10×1.5-5g6g螺纹标准环规进行检测，是否通规和止规进行检查均应不能通过。

螺纹环规为综合量规，通规是检测螺纹综合中径，即含牙型角、大径和小径在内的综合检测，而止规仅检测单一中径，其牙型为2/3牙高^[5]。但环规检测合格可证明螺纹尺寸符合公差要求，不能得出螺纹具体尺寸。

图1 弹簧螺纹零件草图

3 工艺优化试验

大弹簧在表面处理前的M10×1.5-5g6g螺纹尺寸要求为：大径 ，中径 ，表面处理后M10-5h6h螺纹尺寸要求为：大径 ，中径 。根据以往板牙制造经验积累，优化试验采用中径分别加大0.1mm、0.15mm和0.2mm、0.25mm两组特制板牙在试棒上加工螺纹。

3.1中径加大0.1mm、0.15mm的特制板牙

分别采用中径加大0.1mm和0.15的板牙在试棒上试制螺纹，待加工螺纹的试棒尺寸为9.85mm-9.90mm。中径增加0.1mm和0.15mm的特制板牙粗制出的螺纹，经标准M10×1.5-5g6g环规检测，发现通规和止规均不能通过，证明螺纹尺寸符合公差要求。但是第二次试制过程中，发现螺纹表面粗糙，掉牙现象偶有发生，不符合粗制螺纹的要求。说明中径增加0.1mm和0.15mm的特制板牙加工粗制螺纹不稳定。

由于50CrVA属于中碳合金弹簧钢，具有较好的韧性，采用将板牙中径增加0.1mm和0.15mm特制板牙加工螺纹过程中，板牙材料不足与更好地加工切削50CrVA钢丝。因此再结合第一组板牙试制情况，将中径加大0.2mm和0.25mm。

3.2 中径加大0.2mm和0.25mm的特制板牙

采用中径加大0.2mm和0.25mm的板牙在试棒上加工螺纹，待加工螺纹的试棒尺寸为9.85mm-9.90mm。中径增加0.2mm和0.25mm的特制板牙粗制出的螺纹，经标准M10×1.5-5g6g环规检测，通规和止规均不能通过，证明螺纹尺寸符合公差要求。此外，观察螺纹表面质量，发现螺纹牙型饱满，表面光滑，表面粗糙度良好，符合粗制螺纹的要求。特制板牙实物如图2所示。

3.3 中径加大0.2mm和0.25的板牙可靠性验证

为了验证中径加大0.2mm和0.25mm的板牙加工出的螺纹质量的稳定性，采用该板牙试制疲劳试验件，加工出的螺纹见图3。按弹簧零件的制备流程，对螺纹继续进行后续工序。弹簧退铜后，对粗制螺纹进行精加工，并用M10×1.5-5g6g标准环规检测，发现采用中径加大0.2mm和0.25mm的特制板牙加工的螺纹通规都通过，止规都不能通过，符合精制螺纹的要求，证明此特制板牙对螺纹的加工是可靠的。

图
2 特制板牙 图3 特制板牙制备螺纹形貌

4 结束语

通过改进螺纹加工工具，研究了螺纹加工过程中板牙中径的选取对螺纹牙型、表面粗糙度及后续精加工螺纹质量的影响。试验结果表面，采用中径加大0.2mm和0.25mm的特制板牙对50CrVA钢丝进行螺纹粗制加工，有效地提高了粗制螺纹和精制螺纹的表面质量和尺寸公差要求的可靠性。通过对疲劳试验件加工验证，表明该特制板牙对改善螺纹质量切实有效。此改进加工工具的方法有望在各类小尺寸螺纹制造中进行推广应用。

参考文献

[1]张炜, 杨冬, 李润哲, 等. 50CrVA钢的工艺优化及其在钢板弹簧产品中的应用[J].汽车技术,2012,1: 56-60.

[2]张俊. 当今螺旋弹簧主要制造技术的应用和发展[J].机械工业标准化与质量,2008(10): 3-6.

[3]严慧萍, 蒋湘, 柳青松. 新型圆板牙螺纹刀具的设计[J].工具技术,2004,38(12): 47-48.

[4]梅艳波. 螺纹加工方法研究[J].长江大学学报（自然科学版）,2009,01(v.6): 279-280.

[5]廖书龙. 特种材料螺纹加工技术[J].航天制造技术,1995,(2): 37-49.

作者简介：李彦峰，高级工程师，从事飞机零部件热表处理工作。