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(chǎn)某型號四發(fā)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(nèi)、外翼分別裝有一長一短2組襟翼滾珠絲杠收放機構(gòu)。滾珠絲杠副屬滾珠絲杠類高精端產(chǎn)品，此類產(chǎn)品的加工一直是業(yè)內(nèi)薄弱環(huán)節(jié)，部分機床廠連年受國家自然資金扶持，技術(shù)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(yōu)質(zhì)合金滲碳鋼12CrNi3A，受使用環(huán)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(fā)生變形(螺距伸長或縮短不可控)，產(chǎn)品合格率不足40%，成為企業(yè)亟待攻克的一項技術(shù)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(fā)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(chǎn)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(shù)據(jù)分析后得知，零件伸長縮短變化與爐內(nèi)裝掛位置無關(guān)。對襟翼螺桿化學(xué)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(dǎo)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(guī)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(tǒng)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(jīng)滲碳、熱處理后零件基本呈現(xiàn)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(diào)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(guān)，爐批號不同則熱處理變化量不同。

3 調(diào)整螺距累積誤差工藝試驗

襟翼螺桿設(shè)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(jié)果見表1。

表1 3個不同爐批全長螺距累積誤差為

(續(xù)表)

(續(xù)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(tǒng)計分析可知，零件滲碳熱處理后的變形量與爐批號有關(guān)[4]，不同爐批零件即使全長螺距累積誤差和滲碳狀態(tài)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(jié)果反饋至機加，控制加工尺寸(如調(diào)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(nèi)的一種工藝方法。當材料爐批號發(fā)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(qū)間內(nèi)，待首批零件熱處理后，根據(jù)變形量再精確調(diào)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(qū)間內(nèi)，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(shù)初步確定。

表2 先鋒件參數(shù)摸索

根據(jù)表2數(shù)據(jù)分布可知，螺距累積誤差在+0.3～+0.5 mm范圍內(nèi)，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(nèi)。

4.2 先鋒件首次零件加工

按選參試驗結(jié)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(tǒng)計數(shù)據(jù)見表3。

表3 同一個爐批21件零件滲碳前、熱處理后尺寸統(tǒng)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(qū)間內(nèi)(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(shù)據(jù)統(tǒng)計的二次零件加工

重新投產(chǎn)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(yōu)數(shù)據(jù)0.4～0.5 mm進行生產(chǎn)，滲碳、熱處理變形后尺寸均在磨削合格的控制范圍內(nèi)，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(xù)表)

先鋒件首批合格率約為85%，結(jié)合首批加工數(shù)據(jù)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(shù)，并基于首次滲碳、熱處理后的數(shù)據(jù)統(tǒng)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(jié)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(chǎn)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(jù)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(jié)合首批累積誤差數(shù)據(jù)分布，可確定熱處理前較好的螺距累積誤差區(qū)間。先鋒件選參工藝流程可作為材料熱處理后變形規(guī)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]。