周曉巍 王曉云 劉鵬

摘 要：外加螺母是外部管路連接導(dǎo)管和進(jìn)油管的零件，這類零件在裝配過程中需經(jīng)常的拆卸，更換比較頻繁。該類零件材料主要為GH696，而高溫合金螺母時效后產(chǎn)生螺紋變形的問題日益突出，零件合格率低，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)。隨著數(shù)控設(shè)備的普及和數(shù)控技術(shù)的成熟，應(yīng)用數(shù)控加工的方法，合理地設(shè)計零件的加工工藝路線，合理地選擇數(shù)控加工的切削參數(shù)和刀具參數(shù)，最終加工出合格的零件，為解決此類螺母的時效變形問題奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：外加螺母；高溫合金；時效變形；刀具磨損

中圖分類號：TG376 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、研究目標(biāo)

目標(biāo)是為了消除螺母螺紋變形問題，提高零件的合格率，并且滿足現(xiàn)場高效加工，降低工人勞動強(qiáng)度。針對制約現(xiàn)場加工、影響生產(chǎn)進(jìn)度這一頑癥進(jìn)行攻關(guān)。

二、方案設(shè)計

該類零件是典型的普通外加螺母類零件，以我廠現(xiàn)有設(shè)備和人員配制完全可以滿足加工，零件內(nèi)螺紋與孔、退刀槽端面分別有0.1mm和0.05mm的跳動要求，采用一次裝夾，一次加工完成保證技術(shù)條件。零件中間檢驗過程中螺紋尺寸檢查100%合格，熱處理時效后出現(xiàn)了螺紋尺寸不合格的現(xiàn)象，經(jīng)分析，不合格是由于時效處理造成，主要由于材料GH696時效后變形嚴(yán)重，變形量難控制。針對這一分析，制定了3種試驗方案。

A方案：選用高硬度涂層刀片時效后加工。通過根據(jù)刀具樣本和零件材料的對應(yīng)，我們選了肯納的K5025涂層刀片和伊斯卡的IC908涂層刀片進(jìn)行加工，在加工過程尺寸不穩(wěn)定，機(jī)床振動也比較厲害，刀具磨損過快，經(jīng)過刀具定額統(tǒng)計，每個刀片只能加工3～5個合格零件，這樣成本過高，以高額的刀具消耗來滿足生產(chǎn)需求。刀具計劃滿足不了現(xiàn)場生產(chǎn)任務(wù)，這種方法只能應(yīng)急時使用，不是解決根本的方法。

B方案：對變形量摸索，以扣嚴(yán)公差方法保證。在A方案否定后，通過試驗摸索下GH696材料在時效前后的螺紋尺寸變化量，發(fā)現(xiàn)螺紋的變形量大于材料的收縮量，根據(jù)收集的數(shù)據(jù)決定將螺紋尺寸的下偏差提升0.05mm，我們通過派制了專用量具來控制螺紋加工尺寸，由于螺紋加工是在數(shù)控車床上完成，即使扣嚴(yán)0.05mm公差也能很容易加工。確定新方案后立即派制加急專用量具，量具到位后按照新方案加工一批零件，通過現(xiàn)場跟蹤與測量，記錄熱處理前后數(shù)據(jù)，熱處理前用新派制的專用塞規(guī)測量，熱處理后再用標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)測量，測量后螺紋有時會出現(xiàn)塞規(guī)能擰入2～3個螺距，就無法繼續(xù)，這說明是不規(guī)則的變形，螺紋的無規(guī)律變形處于失控狀態(tài)，測量結(jié)果只有50%零件合格，這樣的合格率是不能滿足生產(chǎn)需求的，通過對零件的分析，不合格的原因在與螺紋牙尖處和牙底R處材料分布不均，造成材料的變形也不均勻，不同規(guī)格大小變化不一，而內(nèi)螺紋涉及的參數(shù)太多，變形量不好衡量，這時造成了檢驗合格率低的主要原因。

C方案：粗加工后時效再精加工完成的方式。經(jīng)過深入研究和探討，時效前內(nèi)型面所有表面只留取0.1mm～0.2mm的加工余量，均未達(dá)到最終尺寸，取消原工藝路線中的中間檢驗既減少周轉(zhuǎn)時間，又降低鑒定成本。

方案確定之后，選定了某零件號，批次為09-07-1，采用新方案加工，內(nèi)型面所有加工表面預(yù)留加工余量0.1mm，新工藝路線為：毛料-固溶處理-車外形-車內(nèi)外型面-銑六方-鉆鎖絲孔-時效處理-精車內(nèi)型面-最終檢驗-吹砂-鍍銀。

雖然車內(nèi)型面余量只有0.1mm，但是零件經(jīng)過時效后硬度提高，精車內(nèi)型面時刀具磨損非常快，為優(yōu)化刀具壽命，我們先從螺紋刀具切削用量的選擇方面入手，選擇切削用量就是根據(jù)切削條件和加工要求，確定合理的吃刀深度aP、進(jìn)給量f和切削速度vC。所謂合理的切削用量，就是指在保證加工質(zhì)量的前提下，能獲得較高生產(chǎn)效率和較低生產(chǎn)成本的切削用量。為優(yōu)化刀具壽命，工件直徑應(yīng)不超過螺紋的最大直徑0.12mm，也不能小于0.06mm，我們選擇連續(xù)遞減進(jìn)刀，可獲得不變的切削面積的進(jìn)給進(jìn)行精加工。最后一次走刀可以是不進(jìn)刀的空走刀，這是用于消除切削過程中的反彈。轉(zhuǎn)數(shù)最好為120r/min～ 180r/min，刀片應(yīng)選擇為TiN、TiCN復(fù)合提高抗高溫氧化能力的帶-2°傾斜后角刀片，這樣的刀片消耗定額為0.08～0.12，精車時要嚴(yán)格按照刀具的消耗定額才能保證內(nèi)型面的尺寸和光度，而且鍍銀時內(nèi)型面均為加工表面，結(jié)合力好，鍍銀效果佳，最后該批零件全部合格交付，C方案試加工成功。

隨后，投產(chǎn)了同類外加螺母零件，批次09-11-1，與C方案試驗材料、形狀均相同，只有螺紋大小不一樣，攻關(guān)小組采用了C方案進(jìn)行加工，零件合格率達(dá)到100%。解決時效變形的方法和加工參數(shù)得到實際驗證，并進(jìn)行固化。

三、結(jié)果討論與分析

通過三個方案的試加工，分析總結(jié)如下：

A方案：采用特殊涂層的外購刀片加工時效后的零件，刀具磨損過于嚴(yán)重，加工的尺寸不穩(wěn)定，刀具消耗定額過高，該方案的結(jié)論很不理想；

B方案：依據(jù)熱處理車間攻關(guān)的結(jié)論，確定螺紋尺寸的變化量，將螺紋尺寸的下偏差提升0.05mm，重新派制相應(yīng)的量具，實際加工中仍存在50%的零件螺紋塞規(guī)無法完全通過，螺紋產(chǎn)生了不規(guī)則的變形，單純地調(diào)整螺紋的尺寸無法徹底解決變形問題；

C方案：先將內(nèi)型面的加工表面預(yù)留0.1mm的余量，半成品時效后進(jìn)行數(shù)控精車內(nèi)型面，達(dá)到最終尺寸要求，不但零件質(zhì)量提高，合格率直接提升至100%，鍍層結(jié)合力好，而且刀具消耗也在合理范圍內(nèi)，加工參數(shù)也得到了優(yōu)化。通過比較，C方案是解決問題的最佳方案。

結(jié)語

高溫合金螺母時效變形問題的徹底解決，消除了近幾年該類螺母的生產(chǎn)瓶頸，保證了批產(chǎn)任務(wù)的順利進(jìn)行，將本由熱處理產(chǎn)生的不規(guī)則變形問題，通過機(jī)加工藝路線的合理調(diào)整，余量和加工參數(shù)的優(yōu)化，在機(jī)加工藝中把問題解決。同時，正確、合理地選擇機(jī)夾刀具的涂層材料、進(jìn)刀方式、切削用量等參數(shù)，將大大提高刀具耐用度，減少加工輔助時間，降低切削加工成本，提高設(shè)備利用率，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

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