螺纹电镀前后尺寸精度的控制办法

螺纹电镀前后尺寸精度的控制办法

摘要：螺纹作为最重要的机械紧固件,其表面大多采用电镀层来进行防腐和装饰,而镀锌是最为普遍的电镀方式,控制好螺纹电镀前的尺寸是镀后尺寸合格的根本保证,也是许多螺纹加工企业的一大难题。本文就多年来螺纹产品电镀前尺寸精度控制的方法加以归纳和总结。

1·电镀层对螺纹几何参数的影响

假设镀层厚度在螺纹上是均匀分布的,则镀层对螺纹中径尺寸产生的影响如图1所示.

图1镀层对螺纹中径尺寸产生的影响

(外螺纹,以常用牙形角60°为例),其中:d为电镀前螺纹中径;d1为电镀后螺纹中径;t为电镀层厚度;Δd为电镀后螺纹中径单边增量。按几何关系:

则电镀后螺纹中径总的增量为:

d1-d=2Δd=4t

也就是说螺纹中径的增大量是镀层厚度的4倍。

同样道理,内螺纹电镀后,其中径减少量也是镀层厚度的4倍。

实际上,电镀过程中由于零件的突出部位容易发生电力线过度集中,即产生所谓的“尖端效应”,在齿尖部位容易镀得厚些,如图2所示。因此在制定电镀工艺时必须加以考虑。

2·螺纹电镀前尺寸的控制

为了使螺纹零件电镀后的尺寸合格,可以通过以下途径。

1)在耐腐蚀性能允许的条件下适当地减小镀层厚度,可以减少镀层厚度对配合尺寸的影响。

2)在零件性能允许的条件下,采用酸洗和化学抛光等工艺,事先对零件进行处理,预留零件需要电镀的厚度,以保证电镀后零件尺寸在图样要求范围内。

3)在零件机械加工过程中预留足够的镀层厚度尺寸。

4)选用耐腐蚀性更好的基体材料以减薄镀层厚度,或选用高耐蚀性镀层(在较低镀层厚度的情况下可达到同样的防护性能)来保证零件尺寸精度。

在实际生产过程中有2种较为常用的方法使零件表面预留出接近于镀层的尺寸余量,即化学尺寸抛光和机械加工过程中预留足够的镀层厚度尺寸,以下加以详细说明。

2.1 化学尺寸抛光

化学尺寸抛光就是使金属制品在特定的溶液中通过有规则的溶解以达到规定尺寸的一种加工方法。在化学抛光过程中,螺纹齿尖部位的溶解速度大于螺纹斜面和齿根部位的溶解速度,与电镀后齿尖部位镀层分布较厚相补偿,有利于修正电镀后齿尖几何形状。化学抛光能使粗糙的表面得到整平,有利于提高镀层的平滑度、降低孔隙率、提高耐蚀性[1];化学抛光还可以起到除锈作用。化学尺寸抛光操作比较简单,生产效率高,可以和电镀作业连为一体,只需在原有设备中增加一个化学抛光槽和清洗槽即可。

建议使用下列配方的抛光液:

磷酸60%(体积分数)

硫酸30%(体积分数)

硝酸10%(体积分数)

铬酸5~10g/L

温度120~140℃

一般溶解速度为5μ/min,生产中可根据零件需镀覆的厚度来计算溶解时间,并通过生产试验加以验证总结,可以有效控制螺纹的电镀质量。

2.2 机械加工过程中预留足够的镀层厚度尺寸

解决有配合要求的零件镀后尺寸配合问题必须与产品设计和工艺部门一道协商零件镀前工艺尺寸,事先预留镀层厚度及其镀覆尺寸偏差。应特别注意的是,在预留厚度的同时还应考虑因零件形状不同而引起的镀层厚度不均匀性的问题。

因镀层厚度和均匀性控制不好引起公差配合问题的部件,其中最普遍的是螺纹零件和紧固件等。

当螺纹零件进行电镀时,如前所述,其螺纹的牙尖和谷底的镀层厚度是不一样的。因此螺纹经电镀后出现配合障碍主要原因是镀层厚度不均造成的牙型角变形,其次才是镀层厚度增厚的问题。

在实际生产过程中往往是将以上2种方法结合起来,必须掌握一套有效的操作规程,以保证螺纹的电镀质量。

3·镀层厚度规定

普通螺纹可容纳的镀层厚度取决于螺距和螺纹公差带的位置。

1)最大镀层厚度可在GB/T5267-85《螺纹紧固件电镀层》[2]表格中选取。

2)电镀层的最小厚度:电镀层必须达到一定厚度才有应用价值,具体可根据国家的盐雾试验标准GB/T10125《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》来加以衡量,一般控制在3~5μm,可依据GB/T5267-85《螺纹紧固件电镀层》中的表格按螺距和公差带位置具体确定。

4·实际精度控制

1)内螺纹紧固件

对于内螺纹来说,一般常用的等级精度为H级,通常情况下,电镀时由于内螺纹的屏蔽作用,螺纹部分的镀层厚度相比较薄,如果在内螺纹的实际轮廓不是最大实体牙型的情况下,H级公差可以容纳一部分镀层厚度,也就是说镀后内螺纹的实际轮廓不超过H级公差的最大实体牙型就不会影响其旋合性。所以H级公差可以满足一般行业的要求,也就是说标准紧固件表面需要电镀时,镀前用H级塞规,镀后还用H级塞规检查。

对于有特殊要求的内螺纹紧固件,由于受到加工方法和检测方法的限制,一般采用高一等级的塞规来检测和控制螺纹电镀前的尺寸精度,同时控制镀层厚度,避免因镀层过厚而影响到尺寸精度。

2)外螺纹紧固件

外螺纹成形的方法较多,如搓丝、滚丝、铰丝和车削等,螺纹尺寸和加工公差比较容易控制,考虑到电镀层对螺纹几何参数的影响,电镀前尺寸控制准则如下[1]:

最大中径=d2max-4×最大镀层厚度

最小中径=d2min-4×最小镀层厚度

最大大径=dmax-2×最大镀层厚度

最小大径=dmin-2×最小镀层厚度

螺纹小径=d1-2×最大镀层厚度

式中,d为螺纹大径;d1为螺纹小径;d2为螺纹中径。

例如:M10×1.5-6g,镀层厚度0.005~0.015mm,则其镀前尺寸计算如下:

最大中径=8.994-4×0.015=8.934

最小中径=8.862-4×0.005=8.842

最大大径=9.968-2×0.015=9.908

最小大径=9.732-2×0.005=9.712

螺纹小径=8.344-2×0.015=8.824在实际生产过程中,为了使问题简化,便于生产和检验控制,一般可采用只控制螺纹中径的方法。

5·结语

经过长期的生产实践,合理地遵循电镀前尺寸的控制方法和准则可较好地控制螺纹电镀后的质量,特别是细牙螺纹和一些较难电镀的螺纹都可以得到有效质量控制。