高温合金螺母时效后螺纹变形研究

周晓巍 王晓云 刘 鹏

（沈阳黎明航空零部件制造有限公司，辽宁 沈阳 110043）

高温合金螺母时效后螺纹变形研究

周晓巍 王晓云 刘 鹏

（沈阳黎明航空零部件制造有限公司，辽宁 沈阳 110043）

外加螺母是外部管路连接导管和进油管的零件，这类零件在装配过程中需经常的拆卸，更换比较频繁。该类零件材料主要为GH696，而高温合金螺母时效后产生螺纹变形的问题日益突出，零件合格率低，严重制约了生产。随着数控设备的普及和数控技术的成熟，应用数控加工的方法，合理地设计零件的加工工艺路线，合理地选择数控加工的切削参数和刀具参数，最终加工出合格的零件，为解决此类螺母的时效变形问题奠定了基础。

外加螺母；高温合金；时效变形；刀具磨损

一、研究目标

目标是为了消除螺母螺纹变形问题，提高零件的合格率，并且满足现场高效加工，降低工人劳动强度。针对制约现场加工、影响生产进度这一顽症进行攻关。

二、方案设计

该类零件是典型的普通外加螺母类零件，以我厂现有设备和人员配制完全可以满足加工，零件内螺纹与孔、退刀槽端面分别有0.1mm和0.05mm的跳动要求，采用一次装夹，一次加工完成保证技术条件。零件中间检验过程中螺纹尺寸检查100%合格，热处理时效后出现了螺纹尺寸不合格的现象，经分析，不合格是由于时效处理造成，主要由于材料GH696时效后变形严重，变形量难控制。针对这一分析，制定了3种试验方案。

A方案：选用高硬度涂层刀片时效后加工。通过根据刀具样本和零件材料的对应，我们选了肯纳的K5025涂层刀片和伊斯卡的IC908涂层刀片进行加工，在加工过程尺寸不稳定，机床振动也比较厉害，刀具磨损过快，经过刀具定额统计，每个刀片只能加工3～5个合格零件，这样成本过高，以高额的刀具消耗来满足生产需求。刀具计划满足不了现场生产任务，这种方法只能应急时使用，不是解决根本的方法。

B方案：对变形量摸索，以扣严公差方法保证。在A方案否定后，通过试验摸索下GH696材料在时效前后的螺纹尺寸变化量，发现螺纹的变形量大于材料的收缩量，根据收集的数据决定将螺纹尺寸的下偏差提升0.05mm，我们通过派制了专用量具来控制螺纹加工尺寸，由于螺纹加工是在数控车床上完成，即使扣严0.05mm公差也能很容易加工。确定新方案后立即派制加急专用量具，量具到位后按照新方案加工一批零件，通过现场跟踪与测量，记录热处理前后数据，热处理前用新派制的专用塞规测量，热处理后再用标准量规测量，测量后螺纹有时会出现塞规能拧入2～3个螺距，就无法继续，这说明是不规则的变形，螺纹的无规律变形处于失控状态，测量结果只有50%零件合格，这样的合格率是不能满足生产需求的，通过对零件的分析，不合格的原因在与螺纹牙尖处和牙底R处材料分布不均，造成材料的变形也不均匀，不同规格大小变化不一，而内螺纹涉及的参数太多，变形量不好衡量，这时造成了检验合格率低的主要原因。

C方案：粗加工后时效再精加工完成的方式。经过深入研究和探讨，时效前内型面所有表面只留取0.1mm～0.2mm的加工余量，均未达到最终尺寸，取消原工艺路线中的中间检验既减少周转时间，又降低鉴定成本。

方案确定之后，选定了某零件号，批次为09-07-1，采用新方案加工，内型面所有加工表面预留加工余量0.1mm，新工艺路线为：毛料-固溶处理-车外形-车内外型面-铣六方-钻锁丝孔-时效处理-精车内型面-最终检验-吹砂-镀银。

虽然车内型面余量只有0.1mm，但是零件经过时效后硬度提高，精车内型面时刀具磨损非常快，为优化刀具寿命，我们先从螺纹刀具切削用量的选择方面入手，选择切削用量就是根据切削条件和加工要求，确定合理的吃刀深度aP、进给量f和切削速度vC。所谓合理的切削用量，就是指在保证加工质量的前提下，能获得较高生产效率和较低生产成本的切削用量。为优化刀具寿命，工件直径应不超过螺纹的最大直径0.12mm，也不能小于0.06mm，我们选择连续递减进刀，可获得不变的切削面积的进给进行精加工。最后一次走刀可以是不进刀的空走刀，这是用于消除切削过程中的反弹。转数最好为120r/min～180r/min，刀片应选择为TiN、TiCN复合提高抗高温氧化能力的带-2°倾斜后角刀片，这样的刀片消耗定额为0.08～0.12，精车时要严格按照刀具的消耗定额才能保证内型面的尺寸和光度，而且镀银时内型面均为加工表面，结合力好，镀银效果佳，最后该批零件全部合格交付，C方案试加工成功。

随后，投产了同类外加螺母零件，批次09-11-1，与C方案试验材料、形状均相同，只有螺纹大小不一样，攻关小组采用了C方案进行加工，零件合格率达到100%。解决时效变形的方法和加工参数得到实际验证，并进行固化。

三、结果讨论与分析

通过三个方案的试加工，分析总结如下：

A方案：采用特殊涂层的外购刀片加工时效后的零件，刀具磨损过于严重，加工的尺寸不稳定，刀具消耗定额过高，该方案的结论很不理想；

B方案：依据热处理车间攻关的结论，确定螺纹尺寸的变化量，将螺纹尺寸的下偏差提升0.05mm，重新派制相应的量具，实际加工中仍存在50%的零件螺纹塞规无法完全通过，螺纹产生了不规则的变形，单纯地调整螺纹的尺寸无法彻底解决变形问题；

C方案：先将内型面的加工表面预留0.1mm的余量，半成品时效后进行数控精车内型面，达到最终尺寸要求，不但零件质量提高，合格率直接提升至100%，镀层结合力好，而且刀具消耗也在合理范围内，加工参数也得到了优化。通过比较，C方案是解决问题的最佳方案。

结语

高温合金螺母时效变形问题的彻底解决，消除了近几年该类螺母的生产瓶颈，保证了批产任务的顺利进行，将本由热处理产生的不规则变形问题，通过机加工艺路线的合理调整，余量和加工参数的优化，在机加工艺中把问题解决。同时，正确、合理地选择机夹刀具的涂层材料、进刀方式、切削用量等参数，将大大提高刀具耐用度，减少加工辅助时间，降低切削加工成本，提高设备利用率，提高企业经济效益。

［1］李洪.机械加工工艺手册（第1版）［M］.北京：北京出版社，1990.

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［3］刘杰华，任昭荣.金属切削与刀具实用技术［M］：北京：国防工业出版社，2007.

［4］戴曙.金属切削机床技术［M］.北京：机械工业出版社，1993.

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