Отдельные аспекты метрологического обеспечения измерений внутренних диаметров отверстий с винтовой канавкой



В статье рассмотрены измерительные приборы, применяемые для проведения технического контроля внутренних диаметров отверстий с винтовой канавкой, поднята проблема контроля резьб и проанализированы признаки и критерии оптимальной точности измерения.

Ключевые слова: калибр, внутренний диаметр, измерение, нутромер, метрологическое обеспечение.

Решение вопросов точности измерения решает метрологическое обеспечение. Например, для измерения и контроля резьбы применяют специальные резьбовые калибры, и путем свинчивания рабочей резьбы калибра с резьбовой канавкой выявляется годность последней [1]. Порядок таких процедур обычно указывается в нормативном документе каждого калибра.

Для достижения максимальной эффективности резьбовые калибры контролируются поэлементно с большей точностью с помощью различных измерительных приборов [2]. Для этого обычно используют координатно-измерительные машины и длинномеры.

Альтернативой калибрам выступают различные виды нутромеров (в зависимости от точности и конструкции).

Измерители внутреннего диаметра с тремя наконечниками (трехточечные нутромеры) калибруются с помощью установочных колец. Их отличительной особенностью является самоцентрирование относительно диаметров отверстия изделия. Более распространенные и менее дорогие устройства имеют два наконечника и калибруются с помощью измерительных блоков. Как трехточечный, так и обычный нутромер могут быть оснащены индикатором с цифровым табло, чтобы показать внутреннюю ширину отверстия, хотя некоторые датчики не используют ни того, ни другого.

Для точных измерений резьбового соединения наиболее применимы именно трехточечные нутромеры, позволяющие исключить упомянутые выше погрешности. Трехточечные нутромеры по конструкции отличаются тем, что состоят из трех измерительных обычно линейных или сферических наконечников, расположенных под углом 120° и конического штока, установленного между ними. Для измерения резьбы оснащены насадками с конусообразными наконечниками.

Рис. 1. Схема трехточечного нутромера [3]

На рис. 1 показана схема трехточечного нутромера. Передаточным механизмом служит конус со спиральной поверхностью 1, вращение и перемещение конуса раздвигает измерительные наконечники 2 до касания с измеряемым отверстием. Продольное перемещение конуса измеряется с помощью измерительного винта или цифрового измерительного преобразователя.

Помимо этих более широко известных типов, для специализированных измерений подходят специфические типы нутромеров для измерения внутреннего диаметра.

Телескопические нутромеры для измерения внутреннего диаметра отправляют измерения на другой инструмент, зачастую на микрометр, для отображения. Можно выявить их отличительные особенности: они недороги, просты в использовании и подходят для глубоких отверстий, но они также менее точны, чем другие типы нутромеров.

Пневматические нутромеры для измерения внутреннего диаметра просты в использовании и точны, а также удобны для измерения степени конусности отверстий. Однако их необходимо калибровать каждый раз, когда они используются.

Нутромеры для малых отверстий, доступные в вариантах с цельносферическимии полусферическими наконечниками, лучше подходят для отверстий меньшего диаметра и могут использоваться для проверки формы отверстия. Полусферические нутромеры используются, когда измерение необходимо проводить около дна отверстия.

Однако, когда дело доходит до измерения резьбовых соединений, возникает множество существенных проблем как с юридической, так и с прикладной точки зрения. Несмотря на очевидную простоту в эксплуатации, до сих пор нет четкого подхода к классификации резьбовых калибров как средств измерений в отечественной и международной метрологии. Зачастую резьбовые калибры (эталоны, содержащие информацию о сложных взаимосвязях многих различных типов геометрических параметров) официально являются лишь средствами контроля, не гарантирующими правильность проверяемых резьб. В результате отсутствует схема поверки, которая строго регулирует, как единицы длины передаются от калибра к рабочей резьбе. Нет единства в отношении пригодности конкретного калибра для испытания резьбы с различной точностью. Нет четких требований к перечню параметров, необходимых для наиболее полной и объективной оценки точности изготовления резьбовых калибров и того, как они представлены.

Конечным потребителям важнейших изделий, имеющих множество резьбовых соединений, часто бывает недостаточно штампа в паспортах от метрологического отдела и отдела контроля качества. На деле это приводит к абсурдной ситуации, когда заказчик возвращает детали уже готового изделия, будь то самые незначительные винтики или гайки, для повторного измерения в метрологический отдел, желая получить не только подтверждение годности, но и максимально объективные данные о точности изготовления в числовом виде с различными испытаниями и подсчетами.

Технические и метрологические требования к резьбовым калибрам варьируются от страны к стране. Нет строгого соответствия между российскими и международными нормативными документами, а работа по внедрению единых стандартов так и не получила широкого распространения. В то же время плохая техническая оснащенность внутреннего рынка вынудила многие российские промышленные компании закупать калибры за рубежом. Практически вся нефтяная промышленность перешла на резьбовые соединения по американским стандартам API.

Российскому производству приходится полагаться на зарубежные метрологические ресурсы и тратить дополнительные деньги на транспортировку и пересылку. Возникает целый ряд проблем в случае, когда некоторые предприятия выпускают изделия с уникальными резьбовыми соединениями. Становится невозможно контролировать свойства изделия объективно и точно с использованием стандартных калибров. Предприятия вынуждены изготавливать калибры своими силами, а официальные подтверждения только внутренних специалистов организации зачастую не полностью удовлетворяют заказчиков.

Зарубежные национальные метрологические институты, помимо ВНИИМ, имеющие возможность качественных измерений резьбового соединения, насчитываются не более десятка. И активных продвижений по увеличению их количества в этой отрасли не наблюдается. И дело вовсе не в трудностях или отсутствиях возможностей, а скорее в том, что проблема мало освещается и затрагивается недостаточно широко. Метрологическое обеспечение резьбовых соединений требует пристального взгляда на поднимаемые вопросы по контролю и калибрам.

В Российской Федерации действует около 100 региональных центров стандартизации и методик измерений [4]. Около трети из них предлагают услуги по измерению резьбы. В то же время большинство лабораторий работают на небольших площадях, где номенклатура калибровочных приборов ограничена. Оборудование для измерения лучше всего работает только на крупных промышленных предприятиях, где производство пользуется спросом, но оно мало влияет на общую картину. В то же время спрос на сертифицированные резьбовые калибры неуклонно растет.

В отличие от разнообразия резьбовых калибров, нутромеры зависят лишь от размеров измеряемого изделия, будь то внешний, внутренний диаметр или резьба. Измерения с их помощью не только более точны и способны выявлять годность и негодность изделия, но и в числовом виде доносить информацию, где и какие отклонения были допущены, что позволяет cделать вывод, что они гораздо эффективней выявляют ошибки изготовления.

Однако в стандартном производстве номенклатуры большими партиями лучше применять калибры. Качественные нутромеры имеют существенно более высокую стоимость, чем обычные калибры, а также обязывают иметь соответствующие знания их эксплуатации. Поэтому наиболее эффективно их применять для замеров изделий, которые требуют повышенной точности.

Из чего можно сделать вывод, что для проведения качественных измерений внутреннего диаметра отверстий любого вида (в том числе с винтовой канавкой), специалисту необходимо не только учитывать экономические факторы, но и конструкции измеряемых деталей, конфигурацию, размеры, допуски и требования к точности, расчетное время, а также объем предполагаемых работ.

Литература:

1. Новиков, А. К. Калибры для контроля резьбы: учеб.–метод. пособие для студентов технических специальностей / А. К. Новиков, О. А. Суханова // М–во образования Респ. Беларусь; Белорус. гос. ун–т трансп. — Гомель: БелГУТ, 2014. — 52 с.
2. Сурков, И. В. Разработка методики координатных измерений резьбовых конических калибров / И. В. Сурков, Е. А. Суркова, А. И. Буртовая и др. // Труды. — 2015. — Т. 25. — С. 478–486.
3. Петров, А. В. Исследование деформации велосипедных втулок при натяжении спиц / А. В. Петров, А. А. Логинов // Неделя науки СПбПУ. — 2018. — С. 332–335.
4. Димов, Ю. В. Метрология, стандартизация и сертификация. Учебник для вузов. 4-е изд. Стандарт третьего поколения. // Издательский дом «Питер», 2021. — 496 с.