高強度鋼深盲孔螺紋加工工藝優(yōu)化改進

陳代鑫，程學(xué)森，崔坤明，劉隕雙，陳 偉

(成都飛機工業(yè)(集團)有限責(zé)任公司 液壓件廠，成都 610092)

高強度鋼深盲孔螺紋加工工藝優(yōu)化改進

陳代鑫，程學(xué)森，崔坤明，劉隕雙，陳 偉

(成都飛機工業(yè)(集團)有限責(zé)任公司 液壓件廠，成都 610092)

螺紋結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域，文章針對某項目中4340高強度合金鋼深盲孔螺紋零件在生產(chǎn)中出現(xiàn)的螺紋攻絲加工問題進行了工藝方案分析，并提出了基于柔性攻絲方法的數(shù)控加工優(yōu)化改進方案，并對柔性攻絲夾頭、工藝流程改進及切削參數(shù)研究進行了研究。經(jīng)實際加工驗證，該方案解決了因剛性抵觸造成的螺紋爛牙、絲錐破損等問題，零件加工質(zhì)量及效率得以明顯提升，同時該優(yōu)化方案具有非常好的應(yīng)用推廣價值。

高強度鋼；深盲孔螺紋；柔性攻絲

0 引言

螺紋銑削是常見的加工方法之一，通過采用螺紋銑刀進行加工，與傳統(tǒng)螺紋加工該工藝相比，其具有切削速度高、切削力小、加工精度高、同一把銑刀可以加工螺距不同尺寸的螺紋等特點[1-2]。對于直徑較小的內(nèi)螺紋，一般采用攻絲加工，何飛迎及尹世獻等人從絲錐的選擇及過程控制等方面介紹了不銹鋼螺紋的攻絲經(jīng)驗技巧[3-4]，張勇及侯忠海等人在鈦合金小直徑孔攻絲方法上開展了研究[5-6]，但大多基于手工經(jīng)驗，適用于單件小批量模式。鄧志平等人對振動攻絲方法開展相關(guān)研究[7-8]，李光軍在主軸浮動式攻絲機床上對超高強度鋼攻絲開展了研究[9]，牛祥永針對薄壁結(jié)構(gòu)件上的小直徑螺紋浮動攻絲方法進行了試驗研究[10]。本文所涉及到的零件屬于航空回轉(zhuǎn)類零件，同時具有小直徑、盲孔及高強度鋼的特點，生產(chǎn)批量大，對螺紋加工工藝提出了很高要求，針對該零件在加工中出現(xiàn)的攻絲難問題開展了基于浮動攻絲的數(shù)控攻絲工藝研究改進。

1 工藝方案分析

1.1 零件特性分析

圖1所示為某轉(zhuǎn)包項目襯套零件示意圖，具有深盲孔螺紋結(jié)構(gòu)，螺紋設(shè)計要求為0.3125-24 UNJF-3B，屬美制螺紋，將設(shè)計要求換算成公制后其要求為：螺紋內(nèi)徑7.9375mm，1英寸(25.4mm)內(nèi)含有24牙，螺紋精度等級為3B，螺紋有效深度為26.162mm。該零件材料為4340 AMS 6415 ANNEALED (國內(nèi)牌號40CrNiMoA)，并要求熱處理至125～145KSI (即862～1000.5MPa)。

圖1 典型零件結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 加工難點分析

從以上基本特性分析及生產(chǎn)實際過程，總結(jié)該零件加工特點為：

(1)螺紋孔深徑比超過3，屬于典型的深盲孔螺紋結(jié)構(gòu)，加工排屑困難。

(2)零件材料屬于高強度合金鋼，主要加工難點表現(xiàn)為切削力大、切削溫度高、刀具磨損快、刀具耐用度低及斷屑困難。

該零件原排在普通車床CA6140上加工，原工藝流程為先車削外圓，然后螺紋攻絲，經(jīng)過熱處理后再進行螺紋回絲。由于零件強度高，且螺紋為小直徑內(nèi)螺紋等特點，加工過程絲錐破損、斷裂及螺紋斷牙等問題，導(dǎo)致螺紋加工質(zhì)量問題頻出。

2 優(yōu)化方案設(shè)計及應(yīng)用

2.1 柔性攻絲改進

柔性攻絲也稱浮動攻絲，在攻絲過程中刀柄具有自動補償間隙功能，刀具和主軸不用剛性固定，刀柄具有軸向伸縮功能，使得絲錐沿軸向可以浮動。絲錐的軸向運動全靠自己咬進材料的螺紋來驅(qū)動，機床只提供旋轉(zhuǎn)運動即可。這樣的結(jié)構(gòu)消除了絲錐與螺紋之間的剛性抵觸現(xiàn)象，提高高強度鋼螺紋攻絲質(zhì)量，實現(xiàn)更高的切削速度、更高的切削效率。如圖2所示為數(shù)控車床使用的專用浮動攻絲夾頭。

圖2 浮動攻絲夾頭

2.2 工藝流程改進

為提高零件加工效率，將零件加工工藝流程也做了相應(yīng)調(diào)整，改進前后的零件工藝流程如表1所示：

表1 工藝流程改進對比

(1)將熱處理工序提前至零件加工前，簡化工藝流程，減少零件周轉(zhuǎn)，提高生產(chǎn)效率。

(2)為保證熱處理后攻絲質(zhì)量，將高速鋼絲錐改進為整體硬質(zhì)合金絲錐，提高刀具硬度及耐磨性，能實現(xiàn)高強度鋼的高效攻絲，以代替原方案的頭攻、二攻、回絲等多個步驟。

(3)螺紋底孔的加工對于絲錐的壽命、螺紋加工的質(zhì)量等方面有較大影響。首先，螺紋底孔直徑應(yīng)盡量取上差，這樣可減少絲錐的加工余量，降低絲錐的負荷，提高絲錐的使用壽命。但直接用鉆頭鉆底孔存在弊端，主要為難以準確保證孔徑尺寸及底孔垂直度，因此本文所述改進方案增加了一道鏜孔工步，修正鉆頭加工后的底孔。本文所述零件螺紋底孔為φ6.90mm，優(yōu)化后工藝方案更改為先鉆底孔φ6.74mm，再鏜底孔至φ6.90mm，準確地保證了底孔質(zhì)量，為攻絲提供了保證。

2.3 切削參數(shù)選擇

該零件外圓結(jié)構(gòu)尺寸簡單，其主要加工難度為深盲孔內(nèi)螺紋，因此在數(shù)控車床上的切削參數(shù)研究以螺紋的鉆削和攻絲為主，如表2所示，以尋求最佳切削參數(shù)匹配。

表2 切削參數(shù)試驗對象表

為同時保證螺紋加工質(zhì)量及效率，上述工序中的鉆底孔工序和攻絲工序是切削參數(shù)的重點研究對象，因此針對該兩個工序分別進行了正交試驗。本文以鉆底孔工序為例，簡要說明正交試驗過程。影響鉆孔質(zhì)量的因素主要有切削線速度Vc，每轉(zhuǎn)進給量fn及每層鉆深A(yù)p，每個因素考慮三個水平，即建立三因素三水平的正交試驗表，如表3所示。

表3 鉆底孔工序正交試驗表

通過上述試驗后，在滿足質(zhì)量要求的試驗結(jié)果中選取了加工效率最高的一組參數(shù)，再次進行了重復(fù)性驗證，以保證試驗參數(shù)穩(wěn)定性。重復(fù)以上試驗，確定了表2所示三個工序的最佳切削參數(shù)，見表4所示。

表4 切削參數(shù)試驗對象表

3 改進應(yīng)用效果

該零件優(yōu)化后經(jīng)過3000余件零件的實際驗證，完全滿足設(shè)計要求，其主要應(yīng)用效果總結(jié)如下：

(1) 零件質(zhì)量明顯提升，優(yōu)化前零件一次交檢合格率僅41.97%，優(yōu)化后零件一次交檢合格率達100%。

(2) 加工效率明顯提高，優(yōu)化前攻絲效率約為20min/件，優(yōu)化后攻絲效率約為3min，單件加工效率提高85%。優(yōu)化后共計加工了約3136件，共計節(jié)省加工時間約888.53h。

4 總結(jié)

本文針對高強度鋼深盲孔螺紋的加工工藝方案進行了分析研究，并提出了基于浮動攻絲方法的數(shù)控加工改進方案，經(jīng)驗證，該方案完全滿足設(shè)計要求，零件一次交檢合格率由41.97%提高到100%，單件加工效率提升85%，具有非常好的推廣應(yīng)用價值。

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[3] 侯忠海,張光德,杜濤,等.高強鈦合金小直徑深孔加工工藝[J].制造技術(shù)與機床,2014(6):60-64.

[4] 尹世獻.淺談不銹鋼攻絲技巧[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2013(17):138-138.

[5] 張勇.小直徑鈦合金螺紋盲孔的攻絲方法[J].工具技術(shù),2012,46(11):70-72.

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[10] 牛祥永.薄壁深腔小徑螺紋的數(shù)控加工研究[J].機械,2011,38(4):53-56.

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ProcessingTechnologyImprovementofHighStrengthSteelPartwithBlind-holeScrewThread

CHEN Dai-xin, CHENG Xue-sen，CUI Kun-ming, LIU Yun-shuang, CHEN Wei

(Hydraulic Part Wokshop，Chengdu Aircraft Industrial (Group) Co., Ltd., Chengdu 610092, China)

High strength steels are extensively used in industry like aerospace. This paper analysis tapping problem of high strength steel parts with blind-hole screw thread in manufacturing processes, and proposal a new processing technology which applies flexible tapping on CNC machines. Applications of flexible handles, processing and machining parameters are investigated in this paper. Based on the experimental results, this new technology effectively solves problems such as screw tooth and screw tap damages, also machining quality and efficiency are markedly improved. This new technology also has high value of applications.

high strength steel; blind-hole screw thread; flexible tapping

1001-2265(2017)11-0148-02

10.13462/j.cnki.mmtamt.2017.11.039

2017-01-10；

2017-03-07

陳代鑫(1985—)，男，貴州興義人，成都飛機工業(yè)(集團)有限責(zé)任公司高級工程師，研究方向為飛機結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工工藝、標準化工藝，(E-mail)dysonchen@126.com。

TH162;TG52

A

(編輯李秀敏)