非API螺纹环规电镀超硬磨料成型砂轮基体结构设计方法技术

一种非API螺纹环规电镀超硬磨料成型砂轮基体结构设计方法，该超硬磨料成型砂轮和磨削加工方法针对一种非API螺纹环规零件，采用超硬磨料成型砂轮和优化的成型磨削加工方法，从而避免非API螺纹环规磨削烧伤现象的出现。超硬磨料成型砂轮结构设计包含砂轮基体结构设计和砂轮工作型面结构设计，超硬磨料成型砂轮基体结构设计包含砂轮基体外形结构设计，砂轮沟槽因子设计，砂轮的断续周期即沟槽数量设计和砂轮的开槽参数设计；超硬磨料成型砂轮工作型面结构设计包含砂轮齿形结构设计和边角临界位置结构设计。结合优化的超硬磨料砂轮成形磨削加工参数，解决非API螺纹环规粗磨削加工过程中的磨削烧伤问题和高效磨削加工需求。

Design method of non - API thread ring gauge electroplated superhard abrasive grinding wheel substrate structure

A design method of non API thread ring gauge electroplated superabrasive grinding wheel matrix forming structure, the super abrasive grinding wheel and grinding method for forming a non API thread ring parts, forming grinding method using super abrasive grinding wheel forming and optimization, thereby avoiding the non API thread ring grinding burn phenomenon. Super abrasive grinding wheel structure comprises a wheel body molding design structure design and structure design of grinding wheel working surface, super abrasive grinding wheel matrix forming design structure comprises a wheel base shape grinding wheel groove structure design, factorial design, intermittent grinding wheel is slotted groove design and parameter design of the number of grinding wheel; design of super hard abrasive grinding wheel working surface molding the structure design includes critical position structure of grinding wheel tooth structure design and corner. Combined with the optimization of the grinding parameters of super hard abrasive wheel, the problem of grinding burn and high efficiency grinding in the process of coarse grinding of non API thread ring gauge are solved.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及非API螺纹环规电镀超硬磨料成型砂轮基体结构设计方法，具体涉及一种非API螺纹环规的电镀超硬磨料砂轮结构设计和成型磨削加工工艺，属于金属材料磨削加工

技术介绍
非API螺纹环规是专门用于综合检验油井管非API螺纹接头（外螺纹）加工质量的专用量具，对工件的耐磨性、尺寸稳定性和加工精度要求高，其制造过程对成型磨削温度控制，避免磨削烧伤，并获得较高的加工效率具有较高需求。零件材料为9Mn2V，该材料含Mn元素较高，有较少量V元素，经热处理后可获得高硬度（HRC60~63）和良好的耐磨性。该零件整体采用锥形结构，内表面采用偏梯形非API螺纹齿形结构，结构设计非常复杂；齿形结构尺寸细小，齿深1.575mm，螺距5.08mm；加工尺寸精度要求较高，达到IT4～IT3级，加工难度极大，加工过程中要求避免磨削烧伤，并获得较高的材料去除率。传统上，对于此类高硬度复杂结构零件，主要采用普通磨料成形磨削加工工艺方法粗精加工螺纹齿形面，因普通磨料砂轮的容屑空间较小，且冷却液较难进入磨削加工区，极易导致磨削烧伤和磨削裂纹的出现，降低了零件的使用寿命。非API螺纹环规的成形磨削加工工艺复杂，加工质量控制难度较大，因此在避免成型磨削过程中非API螺纹环规磨削烧伤现象的产生基础上，实现非API螺纹环规的高效成型磨削加工方法是一项关键技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有加工方法的不足，从电镀超硬磨料成型砂轮结构设计和成型磨削加工工艺方面提供一种适用于非API螺纹环规的高效加工方法，以解决非API螺纹环规的磨削烧伤和高效材料去除问题。本专利技术是通过以下技术方案来实现的，本专利技术包括以下步骤：步骤1，砂轮基体外形结构尺寸优化设计。步骤2，砂轮的沟槽因子优化设计。步骤3，砂轮的断续周期即沟槽数量优化设计。步骤4，砂轮的开槽参数优化设计。步骤5，砂轮齿形结构尺寸优化设计。步骤6，砂轮边角临界位置结构尺寸优化设计。步骤7，采用电镀超硬磨料成形砂轮粗磨削零件螺纹，选用优化的磨削加工参数、冷却方式，为精磨削加工留余量。步骤8，将步骤7中完成的工件进行清洗，检验。本专利技术提供的非API螺纹环规的电镀超硬磨料砂轮成型磨削加工方法，通过在非API螺纹环规零件批量生产加工的应用，具有以下积极效果：1、本专利技术采用电镀超硬磨料砂轮成型磨削加工方法，有效避免了非API螺纹环规成型磨削加工过程中磨削烧伤现象的产生。2、本专利技术采用优化的成形磨削加工参数和冷却方式，提高了非API螺纹环规的磨削加工效率。本专利技术所公开的非API螺纹环规电镀超硬磨料成型砂轮磨削加工方法具有良好的加工过程稳定性，零件的成型磨削材料去除率得到较大提升，避免了零件磨削烧伤现象的发生。附图说明图1为本专利技术实施例的待加工非API螺纹环规毛坯示意图；图2为本专利技术实施例的非API螺纹环规螺纹结构示意图；图3为本专利技术实施例的超硬磨料成型砂轮基体结构示意图；图4为本专利技术实施例的超硬磨料成型砂轮齿形结构示意图；图5为本专利技术实施例的超硬磨料成型砂轮承载面齿底位置结构示意图；图6为本专利技术实施例的超硬磨料成型砂轮承载面齿顶位置结构示意图；图7为本专利技术实施例的超硬磨料成型砂轮导向面齿顶位置结构示意图；图8为本专利技术实施例的超硬磨料成型砂轮导向面齿底位置结构示意图。具体实施方式下面结合某规格非API螺纹环规的加工实例，对本专利技术的具体方法作进一步的描述。参见图1所示非API螺纹环规毛坯示意图。其材料为9Mn2V，毛坯经过球化退火处理后，车削加工成圆环体，再经过淬火+浅冷+回火+浅冷+回火+时效热处理，毛坯尺寸为Ø305mm×Ø245mm×115mm。参见图2所示的非API螺纹环规螺纹结构示意图。零件内螺纹锥度1°47´24，螺距5.08mm，齿深1.575mm。成品零件加工质量要求为：螺纹齿深尺寸公差0.013mm，齿宽尺寸公差0.025mm；螺纹导向面与承载面过渡圆角尺寸分别为R0.203mm和R0.762mm，过渡圆角尺寸公差0.051mm；螺纹导向面与承载面外扩角角度尺寸公差30´；螺纹表面的表面粗糙度Ra≤0..32μm。非API螺纹环规零件的螺纹加工采用高精度螺纹磨床，最高转速30000转/分钟，主轴功率18千瓦，重复定位误差0.001mm。采用电镀超硬磨料成型砂轮实现螺纹的高效粗磨削加工，粗加工选用粒度为140号的CBN磨料，一方面保证成型砂轮的型面电镀磨粒制造精度，同时获得较高的材料去除率。在粗磨削加工过程中，分别在螺纹的导向面和承载面设置冷却管进行浇注式冷却，结合砂轮的开槽结构设计，冷却液可以进入磨削加工区以快速带走磨削产生热量。参见图3所示的超硬磨料成型砂轮基体结构示意图。超硬磨料成型砂轮基体结构尺寸包含砂轮基体外形结构尺寸，砂轮的沟槽因子，砂轮的沟槽数量，砂轮的开槽参数。参见图4所示的超硬磨料成型砂轮齿形结构示意图。超硬磨料成型砂轮齿形结构尺寸包含齿顶高度，齿顶宽度，砂轮承载面角度，砂轮导向面角度尺寸。参见图5所示的超硬磨料成型砂轮承载面齿底位置结构示意图。超硬磨料成型砂轮承载面齿底位置结构尺寸包含齿底位置过渡圆角尺寸和齿底位置直边长度。参见图6所示的超硬磨料成型砂轮承载面齿顶位置结构示意图。超硬磨料成型砂轮承载面齿顶位置结构尺寸为齿顶位置过渡圆角尺寸。参见图7所示的超硬磨料成型砂轮导向面齿顶位置结构示意图。超硬磨料成型砂轮导向面齿顶位置结构尺寸为齿顶位置过渡圆角尺寸。参见图8所示的超硬磨料成型砂轮导向面齿底位置结构示意图。超硬磨料成型砂轮导向面齿底位置结构尺寸包含齿底位置过渡圆角尺寸和齿底位置直边长度。非API螺纹环规电镀超硬磨料成型砂轮基体结构设计按照如下步骤顺次进行：步骤一，砂轮基体外形结构设计。优化设计砂轮的外径、内孔直径、砂轮宽度、砂轮顶部磨削位置厚度尺寸。所述步骤一具体包括以下四个步骤：步骤A：根据不同型号非API螺纹环规的最小内径尺寸要求，砂轮最大外径小于非API螺纹环规的最小内径尺寸。步骤B：砂轮内孔直径根据安装砂轮的砂轮芯轴直径确定，配合公差选择H6。步骤C：砂轮宽度必须大于非API螺纹环规的螺距尺寸，同时小于磨床的最大砂轮宽度。步骤D：砂轮顶部磨削位置厚度必须大于非API螺纹环规的螺距尺寸，同时小于砂轮宽度。步骤二，砂轮的沟槽因子设计。砂轮的沟槽因子综合保证砂轮的有效工作面积和砂轮的磨削性能，推荐砂轮的沟槽因子数值大于0.60，小于0.85。步骤三，砂轮的断续周期即沟槽数量设计。砂轮的沟槽数量保证磨削加工温度的脉动幅度变化较小，推荐砂轮的沟槽数量数值大于8，小于20。步骤四，砂轮的开槽参数设计。依据优选的沟槽因子和沟槽数量，砂轮的开槽参数保证砂轮磨削接触面积相对波动量较小，优化的砂轮沟槽宽度为3.5mm，螺旋角度大于40º，小于45º。步骤五，砂轮齿形结构尺寸设计。优化设计砂轮的齿顶高度，齿顶宽度，砂轮承载面角度，砂轮导向面角度尺寸。所述步骤五具体包括以下四个步骤：步骤A：根据不同型号非API螺纹环规的最小内螺纹齿顶高度尺寸，砂轮的齿顶高度小于最小内螺纹齿顶高度尺寸，大于最小内螺纹齿顶高度尺寸减去电镀超硬磨料成型砂轮粗磨削加工余量。步骤B：根据不同型号非API螺纹环规的最小内螺纹齿槽宽度尺寸，砂轮的齿顶宽度必须小于最小内螺纹齿槽宽度尺寸。步骤C：本文档来自技高网...

【技术保护点】
非API螺纹环规电镀超硬磨料成型砂轮基体结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，设计砂轮基体外形结构尺寸，包括砂轮的外径、内孔直径、砂轮宽度、砂轮顶部磨削位置厚度尺寸；步骤二，设计砂轮的沟槽因子；步骤三，设计砂轮的断续周期即沟槽数量；步骤四，设计砂轮的开槽参数；步骤五，设计砂轮齿形结构尺寸，包括齿顶高度，齿顶宽度，砂轮承载面角度，砂轮导向面角度尺寸；步骤六，设计砂轮边角临界位置结构尺寸，包括砂轮承载面齿底位置结构尺寸，砂轮承载面齿顶位置结构尺寸，砂轮导向面齿顶位置结构尺寸，砂轮导向面齿底位置结构尺寸；步骤七，采用电镀超硬磨料成型砂轮，选用优化的磨削加工参数和冷却方式，粗磨削零件螺纹；步骤八，超声波清洗，检验。

【技术特征摘要】
1.非API螺纹环规电镀超硬磨料成型砂轮基体结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，设计砂轮基体外形结构尺寸，包括砂轮的外径、内孔直径、砂轮宽度、砂轮顶部磨削位置厚度尺寸；步骤二，设计砂轮的沟槽因子；步骤三，设计砂轮的断续周期即沟槽数量；步骤四，设计砂轮的开槽参数；步骤五，设计砂轮齿形结构尺寸，包括齿顶高度，齿顶宽度，砂轮承载面角度，砂轮导向面角度尺寸；步骤六，设计砂轮边角临界位置结构尺寸，包括砂轮承载面齿底位置结构尺寸，砂轮承载面齿顶位置结构尺寸，砂轮导向面齿顶位置结构尺寸，砂轮导向面齿底位置结构尺寸；步骤七，采用电镀超硬磨料成型砂轮，选用优化的磨削加工参数和冷却方式，粗磨削零件螺纹；步骤八，超声波清洗，检验。2.根据权利要求1所述的非API螺纹环规电镀超硬磨料成型砂轮基体结构设计方法，其特征在于，所述步骤一具体包括以下四个步骤：步骤A：根据不同型号非API螺纹环规的最小内径尺寸要求，砂轮最大外径小于非API螺纹环规的最小内径尺寸；步骤B：砂轮内孔直径根据安装砂轮的砂轮芯轴直径确定，配合公差选择H6；步骤C：砂轮宽度必须大于非API螺纹环规的螺距尺寸，同时小于磨床的最大砂轮宽度；步骤D：砂轮顶部磨削位置厚度必须大于非API螺纹环规的螺距尺寸，同时小于砂轮宽度。3.根据权利要求1所述的非API螺纹环规电镀超硬磨料成型砂轮基体结构设计方法，其特征在于，所述步骤二，砂轮的沟槽因子设计，砂轮的沟槽因子综合保证砂轮的有效工作面积和砂轮的磨削性能，砂轮的沟槽因子数值大于0.60，小于0.85。4.根据权利要求1所述的非API螺纹环规电镀超硬磨料成型砂轮基体结构设计方法，其特征在于，所述步骤三，砂轮的沟槽数量数值大于8，小于20。5.根据权利要求1所述的非API螺纹环规电镀超硬磨料成型砂轮基体结构设计方法，其特征在于，所述步骤四，依据优选的沟槽因子和沟槽数量，砂轮的开槽参数保证砂轮磨削接触面积相对波动量较小，砂轮沟槽宽度为3.5mm，螺旋角度大于40º，小于45º。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭国强，陈明，林立芳，杨长祺，李中权，成群林，梁星慧，刘普林，
申请(专利权)人：上海航天精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31