1 序言
某型號發(fā)動機燃燒室殼體由前連接件、薄壁旋壓筒體、后連接件和支座經過氬弧焊焊接、熱處理和噴砂組合加工而成。燃燒室薄壁殼體外表面焊接有2排軸向共20件支座，支座設計圖樣要求螺紋精度為M4-6H。支座螺紋用于安裝導彈電纜罩，螺紋聯接質量可靠性要求高。由于受支座結構、材料以及與燃燒室殼體焊接處空間結構限制，采用傳統的工藝加工螺紋，產品合格率偏低。本文對產品加工各個環(huán)節(jié)進行工藝分析和研究，通過試驗驗證、對比和分析，得到一種合理有效的螺紋精度控制方法。
2 產品結構特點及加工難點
2.1 結構特點
燃燒室殼體外形尺寸比較大，外徑為500mm，長度為4500mm。支座手工焊接在燃燒室殼體外表面，其徑向跨距為（114±0.2）mm。燃燒室殼體和支座材料均選用D406A超高強度鋼。燃燒室殼體支座結構如圖1所示。支座外形為長圓形結構，外徑尺寸14mm，寬度圖片mm，中心處有內螺紋M4-6H，螺距為0.7mm。螺紋底部凹槽與薄壁殼體之間僅有0.7mm間隙。
圖1 燃燒室殼體支座結構
2.2 加工難點
支座加工工藝流程如圖2所示。支座螺紋孔如安排在焊接、熱處理后加工，則存在以下幾個難點[1]。
1）支座螺紋孔底部與殼體間隙僅有0.7mm，機械加工時容易傷及薄壁殼體表面，存在質量隱患。
2）支座螺紋孔底部凹槽與殼體間隙小，螺紋加工時絲錐導向短，定位不穩(wěn)定，攻螺紋難度較大，容易加工偏斜，垂直度0.04mm無法保證。
3）熱處理后材料硬度為48～52HRC，螺紋加工時容易造成絲錐斷裂，因螺紋問題導致殼體報廢，從而使制造成本和質量風險較大。
基于以上分析可得，支座螺紋需在焊接前加工，焊接后隨燃燒室殼體一起退火、噴砂、淬火和回火。淬火處理后，支座螺紋表面發(fā)生氧化，螺紋牙型表面附著有多余物。若支座螺紋在焊接前加工到位，燃燒室殼體組合加工后，用M4-6H絲錐清理支座螺紋牙型表面附著的多余物，同時會使部分支座內螺紋牙型表面氧化層脫落。用M4-6H螺紋止規(guī)檢測時，合格率僅為67%。對17件燃燒室殼體支座M4-6H內螺紋加工情況進行統計，數據見表1。如何提高支座螺紋加工精度，已成為產品生產交付中急需解決的工藝技術難題。
圖2 加工工藝流程
表1 17件燃燒室殼體支座M4-6H內螺紋加工情況統計
3 技術方案和工藝試驗
3.1 技術方案
經過對燃燒室殼體、支座加工過程各個工序進行復查、檢測、分析和排查，認為支座M4-6H內螺紋尺寸精度超差主要原因為：淬火處理后，支座螺紋表面發(fā)生氧化，螺紋牙型表面附著有多余物。在清理螺紋表面多余物的同時，會使部分支座內螺紋牙型表面氧化層脫落，導致支座M4-6H內螺紋精度超差。
根據工藝分析，制定了兩種工藝方案。
方案一：定制專用手用絲錐，分為頭錐和二錐，并對頭錐的中徑尺寸進行控制。在支座零件狀態(tài)用頭錐攻螺紋并預留出加工余量。在燃燒室殼體熱處理后，再用二錐攻支座螺紋，以保證螺紋最終精度。
方案二：在支座零件狀態(tài)將螺紋精度M4-6H提高一級，按M4-5H加工，有效補償M4-6H和M4-5H之間的差異，滿足螺紋精度要求[2]。
3.2 試驗過程及結果
第一種工藝方案分3步進行。①定制專用絲錐（ 頭錐和二錐），頭錐中徑預留余量分別為0.30mm、0.20mm和0.10mm。②在支座零件加工時用頭錐攻螺紋。③熱處理后再用二錐攻螺紋。由于材料經過熱處理后硬度較高（48～52HRC），而且受燃燒室殼體直徑較大結構影響，操作人員攻螺紋操作難度增大，受力不均衡，切削力容易偏離軸線。試驗過程中中徑余量為0.30mm時，螺紋孔用二錐攻螺紋時無法切削；中徑余量分別為0.20mm、0.10mm攻螺紋時，出現螺紋孔偏斜或絲錐斷裂情況，產品質量難以保證[3]。
按第二種工藝方案，將支座螺紋精度提高一級加工，對10件燃燒室殼體支座M4-6H內螺紋加工情況進行統計，數據見表2。螺紋精度得到很大改善，產品合格率從67%提高到95%。
表2 方案二加工支座內螺紋情況統計
3.3 試驗結果分析
通過對方案一和方案二的試驗結果進行匯總分析，按方案二的加工方法，支座螺紋合格率得到大幅度提高。對超差螺紋用M4-7H螺紋規(guī)檢驗，均為合格。對M4-6H與M4-5H、M4-7H螺紋精度尺寸進行比較，具體見表3。
表3 M4×0.7mm內螺紋精度尺寸（單位：mm）
可以看出，螺紋M4-5H中徑尺寸為
mm，M4-6H中徑尺寸為
mm，M4-7H中徑尺寸為
mm。7H與6H最大極限尺寸偏差相差0.032mm， 6H與5H最大極限尺寸偏差相差0.023mm，即不合格支座螺紋精度超差量不超過0.032mm。為了補償超差量，實際加工中螺紋精度提高到5H，補償量為0.023mm，基本可以滿足螺紋補償量要求。對于出現的個別螺紋精度超差情況，可認為超差量很小，精度在6H與7H之間[4]。
4 改進措施和工藝驗證
對加工工藝過程進行梳理，在產品合格率已得到很大提升的情況下，說明工藝方法合理可行。對超差項通過分析，認為導致螺紋精度超差是加工過程細節(jié)因素所致。為徹底解決支座螺紋精度問題，在支座加工過程的以下環(huán)節(jié)進行工藝改進。
1）在攻絲機上攻螺紋時，主軸會出現微小擺動，隨著加工深度的變化，螺紋口部切削時間相對較長，口部與根部尺寸會有微量差異。采取從支座螺紋背面攻螺紋的方法，以補償加工過程中口部與根部的微量變化[5]。
2）提高螺紋止規(guī)檢測精度。支座螺紋依然按M4-5H精度加工，要求用螺紋塞規(guī)檢驗時，通規(guī)完全旋合通過，止規(guī)旋合圈數不超過1圈。
3）燃燒室殼體熱處理前噴砂工序中需對支座螺紋進行保護，改變以前用M4螺釘保護的工藝方法，重新設計專用保護螺釘，精度為M4-6f，并且將螺紋旋入長度控制在1圈，避免多次旋合磨損。
4）改變清理方法，在燃燒室殼體組合機械加工后，先用壓縮空氣將支座螺紋孔內多余物吹干凈，再用螺紋塞規(guī)M4-6H通規(guī)檢驗。若不能通過，先用M4螺釘清理，再用絲錐M4-5H清理，清理完后用螺紋塞規(guī)M4-6H檢驗。
經過多次工藝試驗驗證，支座螺紋精度完全滿足產品精度要求，產品合格率提升到100%，徹底解決了支座螺紋精度問題。
5 結束語
為保證在經過焊接、熱處理后支座螺紋的高可靠性，通過以下措施控制螺紋精度。
1）在零件狀態(tài)將螺紋精度提高一級加工，支座螺紋精度由M4-6H調整到M4-5H。
2）支座螺紋加工時從焊接面（背面）加工，熱處理淬火后正面檢測，補償加工過程中口部與根部的尺寸差異。
3）噴砂工序設計專用保護螺釘，減少對螺紋孔的擠壓。
通過采取各項工藝措施，螺紋加工精度得到控制，螺紋聯接可靠性已通過導彈飛行試驗考核，產品質量穩(wěn)定可靠。
