史紅艷，付 淵，齊全洪

（山西北方機(jī)械制造有限責(zé)任公司，山西 太原 030009）

0 引 言

某產(chǎn)品筒類零部件多為薄壁、深孔焊接件，加工過程集多種工藝特點(diǎn)于一體，在焊接和機(jī)加過程中易產(chǎn)生變形，影響零件精度。薄壁深孔焊接件防變形加工方法綜合了焊接加工工藝、熱處理加工工藝與機(jī)械加工工藝，是一種結(jié)合薄壁焊接筒件整體加工過程所采取的控制、減少變形的加工方法。該技術(shù)通過合理確定加工流程及加工參數(shù)，工序間穿插進(jìn)行熱處理，解決了薄壁深孔焊接件由于焊接應(yīng)力和機(jī)加應(yīng)力共同作用使零件加工中產(chǎn)生變形的問題,保證了薄壁深孔焊接件的加工質(zhì)量。薄壁深孔焊接件的防變形加工方法是深孔加工方法的延伸、拓展和整合，適用于火炮及其他行業(yè)薄壁套筒類零件的加工，對(duì)提高薄壁深孔類產(chǎn)品的加工質(zhì)量具有十分重要的意義。

1 零部件工藝特點(diǎn)分析

某產(chǎn)品上的零部件多為薄壁、深孔且內(nèi)孔鍍鉻的組焊件。以其中一薄壁深孔組焊件為例說明，壁厚為5～6 mm，深度不等，在300～700 mm之間不等，內(nèi)孔尺寸精度在IT8～I(xiàn)T9之間，表面粗糙度高且內(nèi)孔每隔一定距離在互相垂直的方向上測(cè)量，見圖1，最大最小差不能超過某一尺寸[1]。

圖1 某薄壁深孔組焊件簡(jiǎn)圖

2 零部件的加工難點(diǎn)

薄壁深孔焊接件的加工由于機(jī)加應(yīng)力和焊接產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力共同作用使零件加工中產(chǎn)生變形；另外，由于薄壁筒剛度不足，裝夾和加工時(shí)容易產(chǎn)生變形。零件內(nèi)孔在焊接部位，兩端口部均有不規(guī)整的超差，尺寸精度和形狀公差不能保證。

在機(jī)械加工中，深孔較一般孔的加工難度大，而薄壁、焊接筒的加工由于焊接產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和機(jī)加應(yīng)力共同作用使零件加工中產(chǎn)生變形；由于薄壁筒剛度不足，裝夾和加工時(shí)容易產(chǎn)生變形；深孔加工，切削時(shí)刀具系統(tǒng)易產(chǎn)生振動(dòng)，導(dǎo)致刀具軸線走偏且變形超差。

多種變形因素使零件技術(shù)要求如內(nèi)孔尺寸精度與形狀公差、壁厚差等加工精度難以保證。

3 零件加工的工藝

3.1 工藝分析

薄壁深孔焊接件防變形加工技術(shù)的總體思路：根據(jù)零部件件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行工藝性分析—確定薄壁深孔焊接件的加工要點(diǎn)和難點(diǎn)—提出解決方案。針對(duì)上薄壁深孔焊接件的特點(diǎn)，通過多次試驗(yàn)，確定了如下總體方案：下料—機(jī)加—焊接—機(jī)加—鍍鉻，并細(xì)化各個(gè)階段的工藝方案，采取各種工藝措施，保證零件加工質(zhì)量[2]。

毛坯材料選用35Cr、40Cr的無縫鋼管；長(zhǎng)短選用單件的2倍，在批量生產(chǎn)時(shí)提高加工效率。

3.2 加工工藝

3.2.1 第一次機(jī)加工

齊兩端面、粗車外圓、粗鏜孔，切除大部分余量；再精車焊接部位，劃線并鉆孔待焊接用。其中加工后的外形設(shè)計(jì)為切斷后可成兩件成品，需要尺寸鏈的換算[3],如圖2所示。

3.2.2 焊接方法

材料選用 35Cr、40Cr，為合金結(jié)構(gòu)鋼，焊后易產(chǎn)生冷裂紋，因此焊接過程中應(yīng)采用一定的工藝方法降低焊接接頭的淬硬傾向，防止產(chǎn)生裂紋。由于零部件筒壁較薄，焊接生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生變形，同時(shí)在后續(xù)的機(jī)加工中由于焊接應(yīng)力的存在，也會(huì)產(chǎn)生變形，因此在焊接時(shí)就要盡量控制變形在最低限度的情況下最大可能地降低焊接殘余應(yīng)力。圖3為焊后示意圖。

3.2.3 焊后進(jìn)行去應(yīng)力退火，消除焊接殘余內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定焊后尺寸，降低產(chǎn)生冷裂紋的傾向。

3.2.4 第二次機(jī)加工（中間穿插熱處理）

機(jī)加過程及熱處理簡(jiǎn)述：第二次機(jī)加是加工的關(guān)鍵件工序，內(nèi)孔的尺寸精度、直線度、圓柱度、表面粗糙度等要求都要在此加工中保證。

由于焊接變形、薄壁筒剛度不足、裝夾和加工時(shí)容易產(chǎn)生變形、切削時(shí)易振動(dòng)、內(nèi)孔容易走偏且變形超差，其他技術(shù)要求如壁厚差、內(nèi)孔圓柱度等形位公差也難保證，因此可通過如下方法進(jìn)行解決。

通過加工試驗(yàn)確定機(jī)加工藝路線為：去應(yīng)力退火—粗加工—去應(yīng)力退火—半精加工—時(shí)效處理—精加工。

圖2 某薄壁深孔組焊件中間加工簡(jiǎn)圖

圖3 某薄壁深孔組焊件中間加工簡(jiǎn)圖

為了保證內(nèi)孔的加工質(zhì)量，采用內(nèi)孔和外圓互為基準(zhǔn)的方法，逐步去除加工余量，內(nèi)孔需經(jīng)過深孔鉆削、深孔粗鏜、半精鏜、精鏜、珩磨或拋光等工序的加工。過程如下：

1）焊后在較高溫度下退火，消除焊接產(chǎn)生的應(yīng)力。

2）以內(nèi)孔和外圓互為基準(zhǔn)粗、半精加工內(nèi)孔和外圓，并在此后切成兩個(gè)工件。安排此工序切斷避免了在加工完成后切斷時(shí)產(chǎn)生的薄壁深孔口部的變形；以內(nèi)孔和外圓互為基準(zhǔn)，反復(fù)加工，逐步切削余量，防止切削受力變形，從而為后續(xù)工序保證加工精度和形位公差奠定工藝基礎(chǔ)。

3）切斷后送熱處理，消除在機(jī)加過成程中的機(jī)加應(yīng)力。

4）采用浮動(dòng)鏜刀進(jìn)行精鏜內(nèi)孔，留余量待磨。

5）時(shí)效處理，消除精鏜內(nèi)孔時(shí)產(chǎn)生的受力變形與避免磨削時(shí)產(chǎn)生的熱變形。

6）內(nèi)孔的粗磨，此工序在數(shù)控珩磨機(jī)上進(jìn)行。為避免裝夾變形，在裝夾時(shí)采用加裝開口套的方法。

7）精車外圓、內(nèi)支口及內(nèi)螺紋的加工。

8）內(nèi)孔的精磨，磨后保證內(nèi)孔尺寸要求。

9）其他輔助工序的加工，如劃線、銑、鉆、鉗等工序。

10）內(nèi)孔的拋光，進(jìn)一步提高表面粗糙度。

4 變形控制技術(shù)

1)薄壁筒加工變形控制首先防止在機(jī)械加工過程中的裝夾變形。由于薄壁筒剛度不足，裝夾和加工時(shí)容易產(chǎn)生變形，合理選擇裝夾定位方式和夾緊裝置結(jié)構(gòu)，使夾緊力、夾緊接觸面積、作用部位保證裝夾可靠且不產(chǎn)生超出允許范圍的變形。加工時(shí)合理選擇刀具和切削參數(shù)，盡量減小切削力的不利影響。以內(nèi)孔和外圓互為基準(zhǔn)，反復(fù)加工，釋放機(jī)加應(yīng)力。

2)在加工過程中按照加工余量與變形量適時(shí)進(jìn)行去應(yīng)力退火熱處理，選用正確的退火、時(shí)效處理工藝參數(shù)。

3)優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)新型焊接工藝及防變形焊接工裝。

5 結(jié)束語

1）解決了薄壁深孔焊接件加工由于焊接產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和機(jī)加應(yīng)力共同作用使零件加工中產(chǎn)生變形的問題，保證了薄壁深孔焊接件的加工質(zhì)量與各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

2）薄壁深孔焊接件防變形加工技術(shù)是在套筒、深孔加工方法的基礎(chǔ)上采用合理工藝路線及機(jī)加過程中適時(shí)熱處理的工藝措施解決了變形問題，該項(xiàng)技術(shù)是深孔加工方法的延伸、拓展和整合。

3）薄壁深孔焊接件防變形加工技術(shù)已成功應(yīng)用在某產(chǎn)品的批生產(chǎn)中，技術(shù)成熟，加工質(zhì)量穩(wěn)定。為薄壁深孔焊接件類零件的加工創(chuàng)造了成功的案例，可適用于機(jī)械行業(yè)類似零件的加工。

[1] 李旦.機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M].第2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[2] 鄭修本.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[3] 王先奎.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.