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[摘 要]本文阐述的是高温合金螺母时效后内螺纹变形的问题，经多次试验验证，最后通过调整工艺路线制定该加工方案基本可行，依据刀具磨损的情况，重新选择刀具型号，并固化了工艺参数，彻底解决了时效变形问题。
[关键词]螺母;高温合金;时效变形;刀具磨损
中图分类号：TP655 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）14-0228-01
随着数控设备的普及和数控技术的成熟，应用数控加工的方法，合理地设计零件的加工工艺路线，合理地选择数控加工的切削參数和刀具参数，最终加工出合格的零件，为解决此类螺母的时效变形问题奠定了基础。
通过前期GH696材料螺母的数据收集，整理归纳多年来不合格零件的数据，该零件是典型的普通外加螺母类零件，以工厂现有设备和人员配制完全可以满足加工，零件内螺纹与孔、退刀槽端面分别有0.1mm和0.05mm的跳动要求，最好要一次装夹，一次加工完成保证技术条件。通过分析原工艺路线是：
毛料-固溶-车外形-车内型面-铣六方-去毛刺-钻锁丝孔-去毛刺-中间检验-时效-最终检验-吹砂-镀银
中间检验过程中螺纹尺寸100%检查过，发热处理时效后进行最终检验时螺纹塞规无法通过，时效后出现了螺纹尺寸不合格的现象，问题就出在时效处理工序当中，热表处理厂也认为材料GH696变形严重，变形量难控制。最终制定了4种方案进行分别摸索。
A方案：按原工艺路线增加丝锥过螺纹工序
通过查阅GH696材料时效后实际硬度为d=3.25～3.29，根据硬度要求我们派工制造了材料W2Mo9Cr4VCo8（M42）丝锥，通过使用新派制丝锥在重新修整螺纹的过程中丝锥便出现掉齿的现象，而且丝锥磨损严重。
B方案：选用高硬度涂层刀片时效后加工
通过根据刀具样本和零件材料的对应，我们选用肯纳的K5025涂层刀片和伊斯卡的IC908涂层刀片进行加工，在加工过程尺寸不稳定，机床振动也比较厉害，刀具磨损过快，经过刀具定额统计，每个刀片只能加工3～5个合格零件，这样成本过高，以高额的刀具消耗来满足生产需求。
C方案：联合热处理车间对变形量摸索，以扣严公差方法保证
在前两种方案全部否定的时候，通过试验摸索GH696材料在时效前后的螺纹尺寸变化量，发现螺纹的变形量大于材料的收缩量，根据收集的数据决定将螺纹尺寸的下偏差提升0.05mm，我们通过派制了专用量具来控制螺纹加工尺寸，由于螺纹加工是在数控车床上完成，即使扣严0.05mm公差也能很容易加工。确定新方案后立即派制加急专用量具，量具到位后按照新方案加工一批零件，通过现场跟踪与测量，记录热处理前后数据，热处理前用新派制的专用塞规测量，热处理后再用标准量规测量，测量后螺纹有时会出现塞规能拧入2～3个螺距，就再也拧不动的情况，这说明是不规则的变形，螺纹的无规律变形处于失控状态，测量结果只有50%零件合格，这样的合格率是不能满足生产需求的，通过对零件的分析，不合格的原因在与螺纹牙尖处和牙底R处材料分布不均，造成材料的变形也不均匀，不同规格大小变化不一，而内螺纹涉及的参数太多，变形量不好衡量，这时造成了检验合格率低的主要原因。
D方案：重新制定工艺路线，采用粗加工后时效再精加工完成的方式
经过深入研究和探讨，时效前内型面所有表面只留取0.1～0.2mm的加工余量，均未达到最终尺寸，原工艺路线中的中间检验工序可以取消，既减少周转时间，又降低鉴定成本和劳动强度。
方案确定之后，我们选定了零件大胆采用新方案加工，内型面所有加工表面预留加工余量0.1mm，新工艺路线为：
毛料-固溶处理-车外形-车内外型面-铣六方-钻锁丝孔-时效处理-精车内型面-最终检验
虽然车内型面余量只有0.1mm，但是零件经过时效后硬度提高，精车内型面时刀具磨损非常快，为优化刀具寿命，我们先从螺纹刀具切削用量的选择方面入手，选择切削用量就是根据切削条件和加工要求，确定合理的吃刀深度aP、进给量f和切削速度vC。所谓合理的切削用量，就是指在保证加工质量的前提下，能获得较高生产效率和较低生产成本的切削用量。为优化刀具寿命，工件直径应不超过螺纹的最大直径0.12mm。但也不能小于0.06mm，我们选择连续递减进刀，可获得不变的切削面积的进给进行精加工。最后一次走刀可以是不进刀的空走刀，这是用于消除切削过程中的反弹。转数最好为120～180r/min，刀片应选择为TiN、TiCN复合提高抗高温氧化能力的带-2°倾斜后角刀片，这样的刀片消耗定额为0.08～0.12，精车时严格按照刀具的消耗定额才能保证内型面的尺寸和光度，而且镀银时内型面均为加工表面，结合力好，镀银效果佳，最后该批零件全部合格交付，D方案试加工成功。
随后，投产了同类外加螺母零件，采用了相同的工艺路线、预留余量和刀具参数的方法进行加工，该批零件一共1000多件全部合格，零件合格率终于达到了100%。解决时效变形的方法和加工参数得到了实际验证， 最终将工艺规程整体换版，固化到工艺规程当中。
通过四个方案的试加工，我们进行了总结和分析：
A方案：派制丝锥修整时效后的螺纹，修整时仍然是切削的过程，有切屑产生，螺纹时效前已经加工合格，采用修整的方法，刀具消耗不稳定，螺纹的可靠性和质量会有潜在的隐患，方法不可行;
B方案：采用特殊涂层的外购刀片加工时效后的零件，刀具磨损过于严重，加工的尺寸不稳定，刀具消耗定额过高，该方案的结论不理想;
C方案：依据热处理车间攻关的结论，确定螺纹尺寸的变化量，将螺纹尺寸的下偏差提升0.05mm，重新派制相应的量具，实际加工中仍存在50%的零件螺纹塞规无法完全通过，螺纹产生了不规则的变形，单纯地调整螺纹的尺寸无法彻底解决变形问题;
D方案：先将内型面的加工表面预留0.1mm的余量，半成品时效后进行数控精车内型面，达到最终尺寸要求，不但零件质量提高，合格率直接提升至100%，镀层结合力好，而且刀具消耗也在合理范围内，加工参数也得到了优化。通过比较，D方案是解决问题的最佳方案。
通过机加工艺路线的合理调整，余量和加工参数的优化，在机加工艺中把高温合金螺母时效变形问题彻底解决，保证了批产任务的顺利进行，消除了近几年该类零件的生产瓶颈。在零件加工过程中，掌握材料的自身特性、热处理的变化，正确、合理地选择机夹刀具的涂层材料、进刀方式、切削用量等参数，将大大提高刀具耐用度，减少加工辅助时间，降低切削加工成本，提高设备利用率，提高企业经济效益。
参考文献
[1]刘杰华，任昭荣.金属切削与刀具实用技术[M]：北京：国防工业出版社，2007
[2]何世禹.机械工程材料[M]：哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1995
[关键词]螺母;高温合金;时效变形;刀具磨损
中图分类号：TP655 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）14-0228-01
随着数控设备的普及和数控技术的成熟，应用数控加工的方法，合理地设计零件的加工工艺路线，合理地选择数控加工的切削參数和刀具参数，最终加工出合格的零件，为解决此类螺母的时效变形问题奠定了基础。
通过前期GH696材料螺母的数据收集，整理归纳多年来不合格零件的数据，该零件是典型的普通外加螺母类零件，以工厂现有设备和人员配制完全可以满足加工，零件内螺纹与孔、退刀槽端面分别有0.1mm和0.05mm的跳动要求，最好要一次装夹，一次加工完成保证技术条件。通过分析原工艺路线是：
毛料-固溶-车外形-车内型面-铣六方-去毛刺-钻锁丝孔-去毛刺-中间检验-时效-最终检验-吹砂-镀银
中间检验过程中螺纹尺寸100%检查过，发热处理时效后进行最终检验时螺纹塞规无法通过，时效后出现了螺纹尺寸不合格的现象，问题就出在时效处理工序当中，热表处理厂也认为材料GH696变形严重，变形量难控制。最终制定了4种方案进行分别摸索。
A方案：按原工艺路线增加丝锥过螺纹工序
通过查阅GH696材料时效后实际硬度为d=3.25～3.29，根据硬度要求我们派工制造了材料W2Mo9Cr4VCo8（M42）丝锥，通过使用新派制丝锥在重新修整螺纹的过程中丝锥便出现掉齿的现象，而且丝锥磨损严重。
B方案：选用高硬度涂层刀片时效后加工
通过根据刀具样本和零件材料的对应，我们选用肯纳的K5025涂层刀片和伊斯卡的IC908涂层刀片进行加工，在加工过程尺寸不稳定，机床振动也比较厉害，刀具磨损过快，经过刀具定额统计，每个刀片只能加工3～5个合格零件，这样成本过高，以高额的刀具消耗来满足生产需求。
C方案：联合热处理车间对变形量摸索，以扣严公差方法保证
在前两种方案全部否定的时候，通过试验摸索GH696材料在时效前后的螺纹尺寸变化量，发现螺纹的变形量大于材料的收缩量，根据收集的数据决定将螺纹尺寸的下偏差提升0.05mm，我们通过派制了专用量具来控制螺纹加工尺寸，由于螺纹加工是在数控车床上完成，即使扣严0.05mm公差也能很容易加工。确定新方案后立即派制加急专用量具，量具到位后按照新方案加工一批零件，通过现场跟踪与测量，记录热处理前后数据，热处理前用新派制的专用塞规测量，热处理后再用标准量规测量，测量后螺纹有时会出现塞规能拧入2～3个螺距，就再也拧不动的情况，这说明是不规则的变形，螺纹的无规律变形处于失控状态，测量结果只有50%零件合格，这样的合格率是不能满足生产需求的，通过对零件的分析，不合格的原因在与螺纹牙尖处和牙底R处材料分布不均，造成材料的变形也不均匀，不同规格大小变化不一，而内螺纹涉及的参数太多，变形量不好衡量，这时造成了检验合格率低的主要原因。
D方案：重新制定工艺路线，采用粗加工后时效再精加工完成的方式
经过深入研究和探讨，时效前内型面所有表面只留取0.1～0.2mm的加工余量，均未达到最终尺寸，原工艺路线中的中间检验工序可以取消，既减少周转时间，又降低鉴定成本和劳动强度。
方案确定之后，我们选定了零件大胆采用新方案加工，内型面所有加工表面预留加工余量0.1mm，新工艺路线为：
毛料-固溶处理-车外形-车内外型面-铣六方-钻锁丝孔-时效处理-精车内型面-最终检验
虽然车内型面余量只有0.1mm，但是零件经过时效后硬度提高，精车内型面时刀具磨损非常快，为优化刀具寿命，我们先从螺纹刀具切削用量的选择方面入手，选择切削用量就是根据切削条件和加工要求，确定合理的吃刀深度aP、进给量f和切削速度vC。所谓合理的切削用量，就是指在保证加工质量的前提下，能获得较高生产效率和较低生产成本的切削用量。为优化刀具寿命，工件直径应不超过螺纹的最大直径0.12mm。但也不能小于0.06mm，我们选择连续递减进刀，可获得不变的切削面积的进给进行精加工。最后一次走刀可以是不进刀的空走刀，这是用于消除切削过程中的反弹。转数最好为120～180r/min，刀片应选择为TiN、TiCN复合提高抗高温氧化能力的带-2°倾斜后角刀片，这样的刀片消耗定额为0.08～0.12，精车时严格按照刀具的消耗定额才能保证内型面的尺寸和光度，而且镀银时内型面均为加工表面，结合力好，镀银效果佳，最后该批零件全部合格交付，D方案试加工成功。
随后，投产了同类外加螺母零件，采用了相同的工艺路线、预留余量和刀具参数的方法进行加工，该批零件一共1000多件全部合格，零件合格率终于达到了100%。解决时效变形的方法和加工参数得到了实际验证， 最终将工艺规程整体换版，固化到工艺规程当中。
通过四个方案的试加工，我们进行了总结和分析：
A方案：派制丝锥修整时效后的螺纹，修整时仍然是切削的过程，有切屑产生，螺纹时效前已经加工合格，采用修整的方法，刀具消耗不稳定，螺纹的可靠性和质量会有潜在的隐患，方法不可行;
B方案：采用特殊涂层的外购刀片加工时效后的零件，刀具磨损过于严重，加工的尺寸不稳定，刀具消耗定额过高，该方案的结论不理想;
C方案：依据热处理车间攻关的结论，确定螺纹尺寸的变化量，将螺纹尺寸的下偏差提升0.05mm，重新派制相应的量具，实际加工中仍存在50%的零件螺纹塞规无法完全通过，螺纹产生了不规则的变形，单纯地调整螺纹的尺寸无法彻底解决变形问题;
D方案：先将内型面的加工表面预留0.1mm的余量，半成品时效后进行数控精车内型面，达到最终尺寸要求，不但零件质量提高，合格率直接提升至100%，镀层结合力好，而且刀具消耗也在合理范围内，加工参数也得到了优化。通过比较，D方案是解决问题的最佳方案。
通过机加工艺路线的合理调整，余量和加工参数的优化，在机加工艺中把高温合金螺母时效变形问题彻底解决，保证了批产任务的顺利进行，消除了近几年该类零件的生产瓶颈。在零件加工过程中，掌握材料的自身特性、热处理的变化，正确、合理地选择机夹刀具的涂层材料、进刀方式、切削用量等参数，将大大提高刀具耐用度，减少加工辅助时间，降低切削加工成本，提高设备利用率，提高企业经济效益。
参考文献
[1]刘杰华，任昭荣.金属切削与刀具实用技术[M]：北京：国防工业出版社，2007
[2]何世禹.机械工程材料[M]：哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1995