利用先鋒件選參提高合格率的工藝方法

郭 輝，沈 勇，許家家，魏文斌

(中航飛機起落架有限責任公司，陜西 漢中 723200)

國產某型號四發渦輪螺槳運輸機，其飛機氣動布局采用平直梯形懸臂式上單翼，雙梁箱式，低阻層流翼型。機翼由中央翼、中翼和外翼3部分組成，其中內、外翼分別裝有一長一短2組襟翼滾珠絲杠收放機構。滾珠絲杠副屬滾珠絲杠類高精端產品，此類產品的加工一直是業內薄弱環節，部分機床廠連年受國家自然資金扶持，技術方面至今仍未有大的突破。渦輪螺槳運輸機的襟翼螺桿屬薄壁類細長桿類部件，壁厚不足3.5 mm，長徑比>30，材料為優質合金滲碳鋼12CrNi3A，受使用環境影響，其重量、使用壽命、安全、可靠性能等綜合指標要求高，決定了其加工難度遠高于其他滾珠絲杠，在零件滲碳、熱處理過程中還極易發生變形(螺距伸長或縮短不可控)，產品合格率不足40%，成為企業亟待攻克的一項技術難題。

1 襟翼螺桿工藝流程

襟翼螺桿工藝流程如下：下料→分光→鉗工→車工→低溫回火→車工→磨工→車工→低溫回火→鍍銅→車工(車銅層，精車螺紋)→計量→滲碳→熱處理→…→磨工→車工→磁探→總檢→稱重→發藍→計量→成檢。

零件圖樣注釋要求：在螺桿全長齒型任意12扣螺紋上的螺距誤差為±0.04 mm，襟翼螺桿961.2 mm，約111扣，則全長螺距累積誤差為±0.4 mm。自襟翼螺桿(見圖1)研制生產批起，零件滲碳、熱處理后變形量超大，使螺桿在螺旋槽磨削后超差(部分螺旋槽無法見光)，合格率僅為40%。為排除熱處理爐中位置影響，對12爐螺桿進行定位熱處理數據分析后得知，零件伸長縮短變化與爐內裝掛位置無關。對襟翼螺桿化學成分進行分析，不同爐批棒料成分均有差異，但成分分析符合材料標準[1-3]。滲碳、熱處理變形是導致螺桿超差報廢的主要原因。

圖1 襟翼螺桿

2 襟翼螺桿滲碳、熱處理變形量規律

對2019年102件襟翼螺桿每12扣尺寸及滲碳和熱處理前后尺寸進行統計：滲碳后每12扣尺寸95.1%伸長，4.9%縮短，熱處理后每12扣尺寸94.2%縮短，5.8%伸長。襟翼螺桿經滲碳、熱處理后零件基本呈現縮短趨勢，僅5.8%左右伸長，因此可在滲碳、熱處理前，通過機械加工調整螺距累積誤差值彌補滲碳、熱處理縮短量，提高零件滲碳、熱處理后合格率。并初步認為，零件熱處理伸長縮短量與零件材料有關，爐批號不同則熱處理變化量不同。

3 調整螺距累積誤差工藝試驗

襟翼螺桿設計要求螺紋齒型在任意12扣上的螺距累計誤差為±0.04 mm，螺紋長961.2 mm，約111扣，則全長螺距累積誤差為±0.4 mm。

取3個不同爐批20件襟翼螺，在精車時全長螺距累積誤差按+0.2～+0.4 mm控制，進行工藝試驗，結果見表1。

表1 3個不同爐批全長螺距累積誤差為

(續表)

(續表)

3個爐批熱處理后合格率分別為40%、55%、80%。對合格的零件進行統計分析可知，零件滲碳熱處理后的變形量與爐批號有關[4]，不同爐批零件即使全長螺距累積誤差和滲碳狀態相同，熱處理后變形量也不同。

4 先鋒件工藝方法

先鋒件工藝方法是指在材料爐批號相同情況下，機械加工車間對首批零件單獨開卡片投3～5件作為先鋒件，等完成熱處理后，將零件熱處理結果反饋至機加，控制加工尺寸(如調整螺紋全長上的累積誤差)，確保零件滲碳熱處理后變形量在磨削合格的尺寸范圍內的一種工藝方法。當材料爐批號發生更改時，機械加工需重新對新爐號首批零件單獨開卡片投3～5件先鋒件，確定滲碳、熱處理前機械加工尺寸。

采用先鋒件工藝方法，可將滲碳前螺距累積誤差控制在一定區間內，待首批零件熱處理后，根據變形量再精確調整其他相同爐批號零件的螺距累積誤差值，可使大批量的零件滲碳熱處理后變形量控制在合格的區間內，從而達到提升加工合格率的目標[5-8]。

4.1 先鋒件選參試驗

在對2020年同一個爐批21件襟翼螺桿零件精車螺紋前，抽取18223110016-1材料爐批號中5件原材料作為先鋒件(見表2)，進行零件熱前機械加工尺寸參數初步確定。

表2 先鋒件參數摸索

根據表2數據分布可知，螺距累積誤差在+0.3～+0.5 mm范圍內，可有效控制零件滲碳熱處理后變形量在磨削合格的尺寸范圍內。

4.2 先鋒件首次零件加工

按選參試驗結果，將同一爐批21件零件螺距累積誤差控制在+0.3～+0.5 mm，滲碳前、熱處理后尺寸統計數據見表3。

表3 同一個爐批21件零件滲碳前、熱處理后尺寸統計表

表3中有3件(零件號分別為65001、65014、64020)螺紋熱處理后全長累積誤差超出-0.4～+0.4 mm，其余均在誤差區間內(見圖2a)，合格率為85.7%，其中累積誤差在0.4～0.5 mm時合格率最高，占72.36%(見圖2b)。

a)直方圖

b)累計誤差的概率密度分布圖圖2 滲前尺寸與熱處理后尺寸的直方圖及累計誤差在0.4～0.5 mm的概率密度分布圖

4.3 基于數據統計的二次零件加工

重新投產2批同爐號40件襟翼螺桿，在精車螺紋全長累積誤差時按首次零件加工最優數據0.4～0.5 mm進行生產，滲碳、熱處理變形后尺寸均在磨削合格的控制范圍內，40件零件熱處理合格率為100%(見表4)。

表4 同爐批40件襟翼螺桿采用“先鋒件先行”

(續表)

先鋒件首批合格率約為85%，結合首批加工數據篩選，二批合格率可達95%以上。在換爐批時，抽取先鋒件確定初次加工參數，并基于首次滲碳、熱處理后的數據統計進行二次控制，可有效提高襟翼螺桿滲碳、熱處理后合格率。

5 結語

襟翼螺桿是一種大長徑比圓弧形滾道槽薄壁滾珠絲杠，受滲碳、熱處理過程變形影響(螺距伸長或縮短不可控)，產品合格率極低。為確定變形原因，通過多組工藝試驗分別排除了熱處理爐中位置、材料不合格等因素。根據近年滲碳前、熱處理后變形特點，建立了先鋒件選參工藝流程，結合首批累積誤差數據分布，可確定熱處理前較好的螺距累積誤差區間。先鋒件選參工藝流程可作為材料熱處理后變形規律不明顯、尺寸控制困難工況下的一種提高合格率的加工方案[9]。