高可靠性螺紋加工精度控制方法

介紹一種螺紋孔加工精度控制方法。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程各環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)性工藝分析，采取在零件狀態(tài)提高精度等級(jí)、反向攻螺紋控制螺紋精度和增加補(bǔ)償量，以及設(shè)計(jì)專用保護(hù)螺釘?shù)确椒?，攻克了工藝技術(shù)難題，并已成功應(yīng)用于批量生產(chǎn)。1

序言某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室殼體由前連接件、薄壁旋壓筒體、后連接件和支座經(jīng)過(guò)氬弧焊焊接、熱處理和噴砂組合加工而成。燃燒室薄壁殼體外表面焊接有2排軸向共20件支座，支座設(shè)計(jì)圖樣要求螺紋精度為M4-6H。支座螺紋用于安裝導(dǎo)彈電纜罩，螺紋聯(lián)接質(zhì)量可靠性要求高。由于受支座結(jié)構(gòu)、材料以及與燃燒室殼體焊接處空間結(jié)構(gòu)限制，采用傳統(tǒng)的工藝加工螺紋，產(chǎn)品合格率偏低。本文對(duì)產(chǎn)品加工各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行工藝分析和研究，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證、對(duì)比和分析，得到一種合理有效的螺紋精度控制方法。2

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及加工難點(diǎn)2.1

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)燃燒室殼體外形尺寸比較大，外徑為500mm，長(zhǎng)度為4500mm。支座手工焊接在燃燒室殼體外表面，其徑向跨距為（114±0.2）mm。燃燒室殼體和支座材料均選用D406A超高強(qiáng)度鋼。燃燒室殼體支座結(jié)構(gòu)如圖1所示。支座外形為長(zhǎng)圓形結(jié)構(gòu)，外徑尺寸14mm，寬度mm，中心處有內(nèi)螺紋M4-6H，螺距為0.7mm。螺紋底部凹槽與薄壁殼體之間僅有0.7mm間隙。圖1

燃燒室殼體支座結(jié)構(gòu)2.2

加工難點(diǎn)支座加工工藝流程如圖2所示。支座螺紋孔如安排在焊接、熱處理后加工，則存在以下幾個(gè)難點(diǎn)。1）支座螺紋孔底部與殼體間隙僅有0.7mm，機(jī)械加工時(shí)容易傷及薄壁殼體表面，存在質(zhì)量隱患。2）支座螺紋孔底部凹槽與殼體間隙小，螺紋加工時(shí)絲錐導(dǎo)向短，定位不穩(wěn)定，攻螺紋難度較大，容易加工偏斜，垂直度0.04mm無(wú)法保證。3）熱處理后材料硬度為48～52HRC，螺紋加工時(shí)容易造成絲錐斷裂，因螺紋問(wèn)題導(dǎo)致殼體報(bào)廢，從而使制造成本和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)較大?；谝陨戏治隹傻茫ё菁y需在焊接前加工，焊接后隨燃燒室殼體一起退火、噴砂、淬火和回火。淬火處理后，支座螺紋表面發(fā)生氧化，螺紋牙型表面附著有多余物。若支座螺紋在焊接前加工到位，燃燒室殼體組合加工后，用M4-6H絲錐清理支座螺紋牙型表面附著的多余物，同時(shí)會(huì)使部分支座內(nèi)螺紋牙型表面氧化層脫落。用M4-6H螺紋止規(guī)檢測(cè)時(shí)，合格率僅為67%。對(duì)17件燃燒室殼體支座M4-6H內(nèi)螺紋加工情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。如何提高支座螺紋加工精度，已成為產(chǎn)品生產(chǎn)交付中急需解決的工藝技術(shù)難題。圖2

加工工藝流程表1

17件燃燒室殼體支座M4-6H內(nèi)螺紋加工情況統(tǒng)計(jì)3

技術(shù)方案和工藝試驗(yàn)3.1

技術(shù)方案經(jīng)過(guò)對(duì)燃燒室殼體、支座加工過(guò)程各個(gè)工序進(jìn)行復(fù)查、檢測(cè)、分析和排查，認(rèn)為支座M4-6H內(nèi)螺紋尺寸精度超差主要原因?yàn)椋捍慊鹛幚砗?，支座螺紋表面發(fā)生氧化，螺紋牙型表面附著有多余物。在清理螺紋表面多余物的同時(shí)，會(huì)使部分支座內(nèi)螺紋牙型表面氧化層脫落，導(dǎo)致支座M4-6H內(nèi)螺紋精度超差。根據(jù)工藝分析，制定了兩種工藝方案。方案一：定制專用手用絲錐，分為頭錐和二錐，并對(duì)頭錐的中徑尺寸進(jìn)行控制。在支座零件狀態(tài)用頭錐攻螺紋并預(yù)留出加工余量。在燃燒室殼體熱處理后，再用二錐攻支座螺紋，以保證螺紋最終精度。方案二：在支座零件狀態(tài)將螺紋精度M4-6H提高一級(jí)，按M4-5H加工，有效補(bǔ)償M4-6H和M4-5H之間的差異，滿足螺紋精度要求。3.2

試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果第一種工藝方案分3步進(jìn)行。①定制專用絲錐（頭錐和二錐），頭錐中徑預(yù)留余量分別為0.30mm、0.20mm和0.10mm。②在支座零件加工時(shí)用頭錐攻螺紋。③熱處理后再用二錐攻螺紋。由于材料經(jīng)過(guò)熱處理后硬度較高（48～52HRC），而且受燃燒室殼體直徑較大結(jié)構(gòu)影響，操作人員攻螺紋操作難度增大，受力不均衡，切削力容易偏離軸線。試驗(yàn)過(guò)程中中徑余量為0.30mm時(shí)，螺紋孔用二錐攻螺紋時(shí)無(wú)法切削；中徑余量分別為0.20mm、0.10mm攻螺紋時(shí)，出現(xiàn)螺紋孔偏斜或絲錐斷裂情況，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。按第二種工藝方案，將支座螺紋精度提高一級(jí)加工，對(duì)10件燃燒室殼體支座M4-6H內(nèi)螺紋加工情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。螺紋精度得到很大改善，產(chǎn)品合格率從67%提高到95%。表2

方案二加工支座內(nèi)螺紋情況統(tǒng)計(jì)3.3試驗(yàn)結(jié)果分析通過(guò)對(duì)方案一和方案二的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行匯總分析，按方案二的加工方法，支座螺紋合格率得到大幅度提高。對(duì)超差螺紋用M4-7H螺紋規(guī)檢驗(yàn)，均為合格。對(duì)M4-6H與M4-5H、M4-7H螺紋精度尺寸進(jìn)行比較，具體見(jiàn)表3。表3

M4×0.7mm內(nèi)螺紋精度尺寸（單位：mm）可以看出，螺紋M4-5H中徑尺寸為mm，M4-6H中徑尺寸為mm，M4-7H中徑尺寸為mm。7H與6H最大極限尺寸偏差相差0.032mm，6H與5H最大極限尺寸偏差相差0.023mm，即不合格支座螺紋精度超差量不超過(guò)0.032mm。為了補(bǔ)償超差量，實(shí)際加工中螺紋精度提高到5H，補(bǔ)償量為0.023mm，基本可以滿足螺紋補(bǔ)償量要求。對(duì)于出現(xiàn)的個(gè)別螺紋精度超差情況，可認(rèn)為超差量很小，精度在6H與7H之間[4]。4

改進(jìn)措施和工藝驗(yàn)證對(duì)加工工藝過(guò)程進(jìn)行梳理，在產(chǎn)品合格率已得到很大提升的情況下，說(shuō)明工藝方法合理可行。對(duì)超差項(xiàng)通過(guò)分析，認(rèn)為導(dǎo)致螺紋精度超差是加工過(guò)程細(xì)節(jié)因素所致。為徹底解決支座螺紋精度問(wèn)題，在支座加工過(guò)程的以下環(huán)節(jié)進(jìn)行工藝改進(jìn)。1）在攻絲機(jī)上攻螺紋時(shí)，主軸會(huì)出現(xiàn)微小擺動(dòng)，隨著加工深度的變化，螺紋口部切削時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，口部與根部尺寸會(huì)有微量差異。采取從支座螺紋背面攻螺紋的方法，以補(bǔ)償加工過(guò)程中口部與根部的微量變化[5]。2）提高螺紋止規(guī)檢測(cè)精度。支座螺紋依然按M4-5H精度加工，要求用螺紋塞規(guī)檢驗(yàn)時(shí)，通規(guī)完全旋合通過(guò)，止規(guī)旋合圈數(shù)不超過(guò)1圈。3）燃燒室殼體熱處理前噴砂工序中需對(duì)支座螺紋進(jìn)行保護(hù)，改變以前用M4螺釘保護(hù)的工藝方法，重新設(shè)計(jì)專用保護(hù)螺釘，精度為M4-6f，并且將螺紋旋入長(zhǎng)度控制在1圈，避免多次旋合磨損。4）改變清理方法，在燃燒室殼體組合機(jī)械加工后，先用壓縮空氣將支座螺紋孔內(nèi)多余物吹干凈，再用螺紋塞規(guī)M4-6H通規(guī)檢驗(yàn)。若不能通過(guò)，先用M4螺釘清理，再用絲錐M4-5H清理，清理完后用螺紋塞規(guī)M4-6H檢驗(yàn)。經(jīng)過(guò)多次工藝試驗(yàn)驗(yàn)證，支座螺紋精度完全滿足產(chǎn)品精度要求，產(chǎn)品合格率提升到100%，徹底解決了支座螺紋精度問(wèn)題。5

結(jié)束語(yǔ)為保證在經(jīng)過(guò)焊接、熱處理后支座螺紋的高可靠性，通過(guò)以下措施控制螺紋精度。1）在零件狀態(tài)將螺紋精度提高一級(jí)加工，支座螺紋精度