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序言
典型QPQ（防腐氮化）超長深孔徑向多孔系管體結(jié)構(gòu)如圖1所示，管體參數(shù)見表1，可知典型QPQ超長深孔徑向多孔系管體為弱剛性結(jié)構(gòu)，在機(jī)械加工、熱處理過程中易變形[1，2]。本文以典型QPQ超長深孔徑向多孔系管體為研究對(duì)象，對(duì)其加工技術(shù)進(jìn)行研究。
a）軸測(cè)圖
b）剖視圖
圖1 典型QPQ超長深孔徑向多孔系管體三維結(jié)構(gòu)
表1 典型QPQ超長深孔徑向多孔系管體參數(shù)
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工藝設(shè)計(jì)
以通用機(jī)械加工[3-7]及熱處理[8-10]技術(shù)為基礎(chǔ)，初步設(shè)計(jì)QPQ超長深孔徑向多孔系管體加工工藝流程為：粗車削外圓→超聲波探傷→調(diào)質(zhì)處理→校形→鉆內(nèi)孔→精車削內(nèi)外形→銑鏜徑向各孔→磁粉探傷→磨削外圓→修倒角→QPQ處理。由典型QPQ超長深孔徑向多孔系管體結(jié)構(gòu)特性可知，工藝方案存在如下不足。
1）管體的結(jié)構(gòu)剛度不足，經(jīng)機(jī)械加工、熱處理后會(huì)產(chǎn)生變形，影響工件的尺寸及形狀精度。
2）管體經(jīng)QPQ處理后，結(jié)構(gòu)尺寸有不確定增長且無法精確修整，影響工件的最終尺寸控制、運(yùn)動(dòng)配合副的匹配精度。
3）管體經(jīng)QPQ處理后，如果工件尺寸或形狀精度超差，則只能讓步接收或報(bào)廢，無有效返修手段。以上問題耦合、疊加后，綜合導(dǎo)致產(chǎn)品裝配干涉、運(yùn)動(dòng)卡滯，成為技術(shù)瓶頸。
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工藝優(yōu)化
針對(duì)工藝方案的缺陷，采取超長深孔徑向多孔系管體的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)加工、加工應(yīng)力控制以及QPQ工件尺寸增長規(guī)律確定等復(fù)合加工措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)QPQ超長深孔徑向多孔系管體進(jìn)行穩(wěn)定、高精度加工的目的。基于以上技術(shù)分析思路，最終設(shè)計(jì)工藝流程[3-5]為：粗車削外圓→超聲波探傷→鉆內(nèi)孔→粗車削內(nèi)外形→調(diào)質(zhì)處理→校形→鏜軸向深孔→高溫回火→精車削內(nèi)外形→銑鏜徑向各孔→時(shí)效→修倒角→車削軸向孔螺紋→制徑向各孔→磨削外圓→外圓磁粉探傷→退磁→內(nèi)孔著色或熒光探傷→QPQ處理→拋光。
（1）穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)加工?、侔刖庸で埃旨庸ぐ氤善饭荏w內(nèi)外圓，均留余量4～5mm/半徑。使管體在半精加工、精加工余量足夠的前提下，形成近凈形結(jié)構(gòu)，通過切屑帶走大部分切削應(yīng)力。②半精加工前，均留余量4～5mm/半徑；精加工前，均留余量0.2～0.3mm/半徑；精加工后，均留余0.010～0.015mm/半徑。通過余量鏈的各級(jí)余量，包絡(luò)并消除剩余應(yīng)力而導(dǎo)致的變形。
（2）加工應(yīng)力控制 采取粗加工后調(diào)質(zhì)處理，半精加工前高溫回火處理，精加工前時(shí)效處理等復(fù)合熱處理措施，通過各級(jí)熱力場(chǎng)最大限度釋放各加工階段的各類應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)工件最大限度變形，為加工穩(wěn)定性奠定穩(wěn)定應(yīng)力場(chǎng)基礎(chǔ)。
（3）QPQ工件尺寸增長規(guī)律確定 選取不同材料試樣，研究不同氮化溫度、氮化時(shí)間后試樣在QPQ處理前后尺寸變化情況（見表2），從而對(duì)工件QPQ處理前的余量留取提供指導(dǎo)及借鑒。
（4）注意事項(xiàng)?、僬{(diào)質(zhì)、高溫回火、時(shí)效及QPQ處理。工件必須垂直吊掛。②拋光。僅去掉氧化層。若拋光會(huì)導(dǎo)致實(shí)體減小，則需考慮QPQ處理前留取拋光余量。
表2 常用材料QPQ處理前后尺寸變化量
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實(shí)施效果
典型超長深孔徑向多孔系弱剛性管體成品如圖2所示，QPQ處理后外圓檢測(cè)數(shù)據(jù)見表3，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均合格。
a）整體形貌
b）法蘭端面形貌
圖2 典型超長深孔徑向多孔系弱剛性管體成品
表3 管體QPQ處理后外圓檢測(cè)數(shù)據(jù) (單位：mm)
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分析與討論
5.1 技術(shù)分析
（1）機(jī)械加工穩(wěn)定性控制工藝 采用半精加工前形成近凈形結(jié)構(gòu)的方法，去除大部分機(jī)械加工應(yīng)力；采用留取合理余量鏈的方法，包絡(luò)并消除因釋放剩余機(jī)械加工應(yīng)力、全部熱處理應(yīng)力及全部材料內(nèi)應(yīng)力等而導(dǎo)致的變形。通過以上綜合措施，為工件最終成形奠定了穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了超長深孔徑向多孔系管體穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)加工。
（2）加工應(yīng)力控制工藝 采用多種、多次及分步復(fù)合熱處理方法，在工件精加工前，最大限度地釋放機(jī)械加工應(yīng)力、熱處理應(yīng)力及材料內(nèi)應(yīng)力，為工件最大限度變形奠定熱力場(chǎng)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了超長深孔徑向多孔系管體加工的應(yīng)力控制。
（3）常用材料QPQ處理前后尺寸變化量的確定 QPQ后工件的變形一般是由形狀和尺寸兩方面因素引起的，不同結(jié)構(gòu)形狀工件QPQ后變形是不同的。通過試驗(yàn)確定常用材料QPQ處理前后尺寸變化量，為QPQ超長深孔徑向多孔系管體加工余量留取、加工余量鏈確定提供了數(shù)據(jù)支持。
5.2 工藝規(guī)律討論與總結(jié)
1）機(jī)械加工穩(wěn)定性控制工藝中，半精加工前形成近凈形結(jié)構(gòu)、留取合理余量鏈等方法，可有效釋放材料、機(jī)械加工及熱處理等內(nèi)應(yīng)力，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生大幅變形，在結(jié)構(gòu)件穩(wěn)態(tài)半精加工前是一種有效的準(zhǔn)備加工措施。
2）加工應(yīng)力控制工藝中，多種、多次及分步復(fù)合熱處理方法，可通過熱處理方式最大限度釋放結(jié)構(gòu)件各種應(yīng)力，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生微幅以上變形，在結(jié)構(gòu)件穩(wěn)態(tài)精加工前是一種有效的準(zhǔn)備加工措施。
3）常用材料QPQ處理前后尺寸變化量的確定，在為結(jié)構(gòu)件QPQ處理前后變形量提供數(shù)據(jù)支持的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步為結(jié)構(gòu)件QPQ處理后精整形處理提供技術(shù)方向指引。
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結(jié)束語
本文通過QPQ超長深孔徑向多孔系管體加工技術(shù)研究，分析通用機(jī)械加工及熱處理技術(shù)的不足，采用工藝優(yōu)化后的復(fù)合加工措施，解決了管體的變形難題，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定、高精度加工，并取得了以下成果：通過機(jī)械加工穩(wěn)定性控制工藝，實(shí)現(xiàn)管體穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)加工余量鏈構(gòu)建，解決了管體加工變形消除問題；通過加工應(yīng)力控制工藝，實(shí)現(xiàn)管體最大限度變形的熱力場(chǎng)系統(tǒng)構(gòu)建，解決了管體加工的變形釋放問題。兩項(xiàng)工藝創(chuàng)新可對(duì)此類結(jié)構(gòu)件的加工起到一定的指導(dǎo)和借鑒作用。
