本發(fā)明涉及一種非API螺紋環(huán)規(guī)的熱處理和成形磨削加工方法，具體涉及一種非API螺紋環(huán)規(guī)的熱處理工藝和磨削加工工藝，屬于金屬材料熱處理與磨削加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

非API螺紋環(huán)規(guī)是專門用于綜合檢驗(yàn)油井管非API螺紋接頭（外螺紋）加工質(zhì)量的專用量具，對(duì)工件的耐磨性、尺寸穩(wěn)定性和加工精度要求高，零件材料為9Mn2V。該材料含Mn元素較高，有較少量V元素，經(jīng)熱處理后形成針狀馬氏體+殘余奧氏體+碳化物的金相組織結(jié)構(gòu)，可獲得高硬度（HRC60~63）和良好的耐磨性。該零件整體采用錐形結(jié)構(gòu)，內(nèi)表面采用偏梯形非API螺紋齒形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常復(fù)雜；齒形結(jié)構(gòu)尺寸細(xì)小，齒深1.575mm，螺距5.08mm；加工尺寸精度要求較高，達(dá)到IT4～I(xiàn)T3級(jí)，加工難度極大。

傳統(tǒng)上，對(duì)于此類高硬度復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，主要采用成形磨削加工工藝方法粗精加工螺紋齒形面，因普通磨料砂輪的非均勻磨損極易導(dǎo)致齒形加工尺寸精度超差，廢品率較高。同時(shí)，該零件材料的耐磨性能要求高，使用壽命要求達(dá)到兩萬次以上。這就導(dǎo)致非API螺紋環(huán)規(guī)熱處理和成形磨削加工工藝復(fù)雜，加工質(zhì)量控制難度較大。

因此，在保證零件加工尺寸精度和耐磨性能的前提下，實(shí)現(xiàn)非API螺紋環(huán)規(guī)高精加工的制造方法是一項(xiàng)核心關(guān)鍵技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有加工方法的不足，從熱處理工藝和磨削加工工藝方面提供一種適用于非API螺紋環(huán)規(guī)的高精加工方法，以解決非API螺紋環(huán)規(guī)的加工尺寸精度和使用壽命問題。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟：

步驟1，淬火熱處理；

步驟2，淺冷處理；

步驟3，回火熱處理；

步驟4，淺冷處理；

步驟5，回火熱處理；

步驟6，時(shí)效處理，將回火熱處理后的非API螺紋環(huán)規(guī)毛坯進(jìn)行時(shí)效處理，使毛坯材料達(dá)到硬度要求；

步驟7，采用普通磨料平形砂輪磨削時(shí)效處理后的非API螺紋環(huán)規(guī)毛坯內(nèi)圓面，余量均分布；

步驟8，采用顆粒較粗的普通磨料成形砂輪，選用優(yōu)化的磨削加工參數(shù)、成形砂輪整形參數(shù)與修銳參數(shù)、冷卻方式，粗磨削零件螺紋，并為精磨削留余量。

步驟9，采用顆粒較細(xì)的普通磨料成形砂輪，選用優(yōu)化的磨削加工參數(shù)、成形砂輪整形參數(shù)與修銳參數(shù)、冷卻方式，精磨削零件螺紋，加工至零件圖紙要求尺寸。

步驟10，采用普通磨料成形砂輪無火花磨削零件螺紋。

進(jìn)一步，對(duì)非API螺紋環(huán)規(guī)毛坯進(jìn)行真空油淬熱處理，淬火介質(zhì)為油，選用優(yōu)化的淬火熱處理工藝參數(shù)，預(yù)熱至450℃，保溫一定時(shí)間繼續(xù)升溫至820℃，保溫一定時(shí)間后采用50℃油冷，并保溫30min。

進(jìn)一步，對(duì)非API螺紋環(huán)規(guī)毛坯進(jìn)行淺冷處理，選用優(yōu)化的淺冷處理工藝參數(shù)，冷卻至-70℃，并保溫一定時(shí)間。

進(jìn)一步，對(duì)非API螺紋環(huán)規(guī)毛坯進(jìn)行回火熱處理，選用優(yōu)化的回火熱處理工藝參數(shù)，冷卻介質(zhì)為油，加熱至175℃，并保溫一定時(shí)間。

進(jìn)一步，對(duì)非API螺紋環(huán)規(guī)毛坯進(jìn)行時(shí)效處理，選用優(yōu)化的時(shí)效處理工藝參數(shù)，加熱至145℃，并保溫一定時(shí)間，空氣冷卻，從而達(dá)到毛坯材料的硬度要求達(dá)到HRC62～63。。

進(jìn)一步，對(duì)非API螺紋環(huán)規(guī)毛坯進(jìn)行熱處理，組合不同熱處理方式，選用優(yōu)化的熱處理工藝順序，優(yōu)化的淺冷處理和回火處理次數(shù)。

進(jìn)一步，選用顆粒較粗的普通磨料成形砂輪粗磨削零件螺紋，選用優(yōu)化的磨削加工參數(shù)、成形砂輪整形參數(shù)與修銳參數(shù)、冷卻方式，并保留一定余量。

本發(fā)明提供的非API螺紋環(huán)規(guī)的加工方法，通過在非API螺紋環(huán)規(guī)零件批量生產(chǎn)加工的應(yīng)用，具有以下積極效果：

1、本發(fā)明采用淬火、淺冷處理、回火、時(shí)效的熱處理工藝和優(yōu)化的熱處理次數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)淬火、回火、時(shí)效的熱處理方式，提升了非API螺紋環(huán)規(guī)材料的硬度和耐磨性能，有效改善了材料的磨削加工性能。

2、本發(fā)明采用優(yōu)化的成形磨削加工參數(shù)和冷卻方式，不僅解決了非API螺紋的磨削尺寸精度超差問題，還極大的提高了加工效率。

3、本發(fā)明采用優(yōu)化的成形砂輪整形參數(shù)與修銳參數(shù)，將非API螺紋環(huán)規(guī)粗精加工砂輪的修整作用分開，解決了砂輪的非均勻磨損問題。本發(fā)明所公開的非API螺紋環(huán)規(guī)制造工藝具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，提升了零件的加工質(zhì)量和耐磨性能，提高了零件的加工效率，降低了零件的制造成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例待加工非API螺紋環(huán)規(guī)毛坯示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例非API螺紋環(huán)規(guī)內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例非API螺紋環(huán)規(guī)制造工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合某規(guī)格非API螺紋環(huán)規(guī)的加工實(shí)例，對(duì)本發(fā)明的具體方法作進(jìn)一步的描述。

參見圖1所示非API螺紋環(huán)規(guī)毛坯示意圖。其材料為9Mn2V，毛坯經(jīng)過球化退火處理，再經(jīng)過車削加工成圓環(huán)體，尺寸為?168mm×?105mm×30mm。

參見圖2所示的非API螺紋環(huán)規(guī)內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)示意圖。零件內(nèi)螺紋錐度1°47′24，螺距5.08mm，齒深1.575mm。成品零件加工質(zhì)量要求為：螺紋齒深尺寸公差0.013mm，齒寬尺寸公差0.025mm；螺紋導(dǎo)向面與承載面過渡圓角尺寸分別為R0.203mm和R0.762mm，過渡圓角尺寸公差0.051mm；螺紋導(dǎo)向面與承載面外擴(kuò)角角度尺寸公差30′；螺紋表面的表面粗糙度Ra≤0..32m。

非API螺紋環(huán)規(guī)零件的螺紋加工采用高精度螺紋磨床，最高轉(zhuǎn)速30000轉(zhuǎn)/分鐘，主軸功率18千瓦，重復(fù)定位誤差0.001mm。分別采用?90mm和?70mm的普通磨料成形砂輪實(shí)現(xiàn)螺紋的高效磨削加工，粗加工選用粒度為60號(hào)的普通磨料成形砂輪以提高砂輪的容屑能力，并獲得較高的材料去除率；精加工選用粒度為80號(hào)的普通磨料成形砂輪以獲得良好的加工表面粗糙度。在粗精磨削加工過程中，分別在螺紋的導(dǎo)向面和承載面設(shè)置冷卻管進(jìn)行澆注式冷卻，利用雙向冷卻方式以快速帶走磨削產(chǎn)生熱量。采用金剛石滾輪對(duì)普通磨料成形砂輪進(jìn)行整形和修銳，金剛石滾輪的運(yùn)動(dòng)軌跡形狀與非API螺紋環(huán)規(guī)零件的螺紋齒形結(jié)構(gòu)相同，從而得到與螺紋齒形結(jié)構(gòu)耦合的砂輪齒形形狀。

非API螺紋環(huán)規(guī)零件制造工藝流程圖如圖3所示。按如下步驟順次進(jìn)行：

步驟一，淬火處理。對(duì)非API螺紋環(huán)規(guī)毛坯進(jìn)行真空淬火熱處理，淬火介質(zhì)為油。淬火熱處理工藝為：預(yù)熱至450℃，保溫45min；升溫至820℃，保溫45min；50℃油冷，保溫30min。

步驟二，淺冷處理。對(duì)淬火后的非API螺紋環(huán)規(guī)毛坯進(jìn)行淺冷處理，處理工藝為：冷卻溫度-70℃，保溫150min。

步驟三，回火處理。對(duì)淺冷處理后的非API螺紋環(huán)規(guī)毛坯進(jìn)行油浴回火，處理工藝為：回火溫度175℃，保溫120min。

步驟四，淺冷處理。對(duì)回火處理后的非API螺紋環(huán)規(guī)進(jìn)行淺冷處理，處理工藝為：冷卻溫度-70℃，保溫150min。

步驟五，回火處理。對(duì)淺冷處理后的非API螺紋環(huán)規(guī)毛坯進(jìn)行油浴回火，處理工藝為：回火溫度175℃，保溫120min。

步驟六，時(shí)效處理。對(duì)回火處理后的非API螺紋環(huán)規(guī)毛坯進(jìn)行時(shí)效處理，處理工藝為：時(shí)效溫度145℃，保溫2880min，空冷。毛坯材料硬度達(dá)到HRC62～63。

步驟七，采用普通磨料平形砂輪磨削加工時(shí)效處理后的非API螺紋環(huán)規(guī)毛坯內(nèi)圓至尺寸?106±0.05mm。

步驟八，選用顆粒較粗的普通磨料成形砂輪，在螺紋磨床上粗磨削零件螺紋。

所述步驟八具體包括以下五個(gè)步驟：

步驟A：在螺紋的導(dǎo)向面和承載面設(shè)置冷卻管，選用磨削油進(jìn)行雙向澆注式冷卻。

步驟B：粗磨削零件螺紋，砂輪線速度35m/s，零件進(jìn)給速度6m/min~8.1m/min，磨削深度逐次遞減，起始最大磨削深度0.045mm（直徑方向），終止最小磨削深度0.01mm（直徑方向）。

步驟C：采用金剛石滾輪對(duì)普通磨料成形砂輪進(jìn)行整形，砂輪承載面齒形整形設(shè)定值分別為R0.737mm和R0.254mm，外擴(kuò)角整形設(shè)定值10°，齒高整形設(shè)定值1.585mm~1.588mm；砂輪導(dǎo)向面齒形整形設(shè)定值分別為R0.152mm和R0.254mm，外擴(kuò)角整形設(shè)定值3°6′。

步驟D：采用金剛石滾輪對(duì)普通磨料成形砂輪進(jìn)行修銳，砂輪線速度35m/s，金剛石滾輪線速度35m/s，修整深度0.035mm~0.04mm（直徑方向），金剛石滾輪軸向進(jìn)給速度60mm/min。

步驟E：循環(huán)步驟B至步驟D，磨削加工非API螺紋環(huán)規(guī)螺紋小徑至尺寸?109.2±0.02mm。

步驟九，選用顆粒較細(xì)的普通磨料成形砂輪，在螺紋磨床上精磨削零件螺紋。

所述步驟九具體包括以下五個(gè)步驟：

步驟A：在螺紋的導(dǎo)向面和承載面設(shè)置冷卻管，選用磨削油進(jìn)行雙向澆注式冷卻。

步驟B：精磨削零件螺紋，砂輪線速度35m/s，零件進(jìn)給速度3.6m/min~4.8m/min，磨削深度0.02mm（直徑方向）。

步驟C：采用金剛石滾輪對(duì)普通磨料成形砂輪進(jìn)行整形，砂輪承載面齒形整形設(shè)定值分別為R0.725mm和R0.240mm，外擴(kuò)角整形設(shè)定值10°，齒高整形設(shè)定值1.588mm~1.590mm；砂輪導(dǎo)向面齒形整形設(shè)定值分別為R0.168mm和R0.240mm，外擴(kuò)角整形設(shè)定值3°6′。

步驟D：采用金剛石滾輪對(duì)普通磨料成形砂輪進(jìn)行修銳，砂輪線速度35m/s，金剛石滾輪線速度24.5m/s，修整深度0.025mm~0.03mm（直徑方向），金剛石滾輪軸向進(jìn)給速度30mm/min。

步驟E：循環(huán)步驟B至步驟D，磨削加工非API螺紋環(huán)規(guī)螺紋中徑至尺寸?111.275±0.010mm。

步驟十，選用顆粒較細(xì)的普通磨料成形砂輪，在螺紋磨床上無火花磨削零件螺紋，雙向澆注式冷卻，砂輪線速度35m/s，零件進(jìn)給速度3.6m/min~4.8m/min，磨削深度0mm，保證Ra0.32μm。

步驟十一，超聲波清洗，檢驗(yàn)，入庫。

通過采用本發(fā)明的熱處理工藝和磨削加工工藝，在非API螺紋環(huán)規(guī)零件的實(shí)際加工中進(jìn)行應(yīng)用，提升了零件材料的硬度和耐磨性能，改善了零件材料的磨削加工性能，解決了零件的磨削缺陷和砂輪的非均勻磨損問題，加工效率得到提高，零件的加工尺寸精度和加工表面質(zhì)量完全符合設(shè)計(jì)要求。