細長空心零件加工工藝改進

趙凡

（齊齊哈爾雄鷹警用器材有限公司，黑龍江 齊齊哈爾161000）

1 概述

我公司某新品在開發試制階段，遇到關鍵零件加工問題。該類產品件呈細長空芯結構，截面呈不對稱扇形（見零件示意圖1），屬形狀較復雜的零件，熱處理變形規律難以掌控。開始我們采用精加工成型后進行鹽浴熱處理工藝方法，熱處理后發現零件扭曲變形，直線度超差，孔內殘留鹽漬嚴重，無法清理，人工校正時易碎裂，磨削加工后也無法滿足產品設計要求，此類工件加工工藝問題影響產品研制開發進程。

零件材料：42CrMo

熱處理硬度：45-50HRC 金相組織：回火屈氏體

熱處理圓柱度：＜0.5 磨削后圓柱度：＜0.1

2 問題分析

2.1 該零件是外形細長的薄壁管件，外徑φ190-0.02，內徑φ13+0.205+0.095，總長度在188，管體部截面呈不對稱扁圓形，管心部開階梯孔，致辭使管壁厚薄變化大；兩端多孔構型，如果火后加工非常困難，所以內孔必須在火前精加工成型，這種結構復雜、外型不對稱的纖細薄壁管狀零件勢必造成熱處理彎曲變形，直線度超差嚴重，校正極其困難，校正碎裂問題突出等工藝難題。

2.2 該類精加工成型件以往采用鹽浴爐加熱淬火熱處理工藝方案，不僅殘存于工件孔隙和盲孔中的鹽漬對精加工成型零件造成腐蝕，后序表面處理困難；熔鹽由零件帶出量大，輔助材料費用過多；生產現場工人作業環境污染大，勞動強度高，而且，由于其控制柜采用接觸器控溫，爐溫波動較大，工件保溫溫度起伏明顯，淬火硬度均勻性不佳。加熱淬火中瞬間熱應力和組織應力的綜合作用大于鋼的屈服強度時，就會產生畸變；當兩種應力的綜合作用超過鋼的抗拉強度時，則引起工件開裂。[1]

3 改進過程

根據以上分析，我們決定進行試驗改進機加工藝和熱處理工藝。

3.1 把零件機加部分分為兩部加工：由于內部孔太深，而且孔太小，前端孔只有∮1.9，零件淬火后很難加工完成，所以先把零件的內孔加工到位，熱處理后再進行火后加工外形，這樣可以盡量減小因外部形狀不規則引起的零件熱處理變形。

3.2 把鹽浴熱處理改為真空熱處理，采用VOQ2-100 雙室真空淬火爐替代RYD-75-13 鹽浴爐,能減少殘鹽隨工件帶出降低熔鹽浪費，還能防止熔鹽粘附在工件縫隙和盲孔中對工件造成腐蝕。工件入、出爐自動化運送，工人勞動強度降低，生產效率顯著提高；雙室真空爐控制柜上安裝了可存儲多段控溫的工藝控溫曲線，工藝一致性好，人為設定溫度誤差得以有效消除，工件熱處理硬度更均勻，工件由于人為操作造成的淬火變形明顯改善。

3.3 雙室真空淬火爐為工件光亮淬火提供了保證，該雙室真空淬火爐，具有真空加熱室與真空淬火室，淬火保證工件在高溫加熱與出爐淬火過程都在全封閉高真空下連續進行，極限真空度4×10-1Pa，采用真空淬火油淬火冷卻，保證工件能達到無氧化光亮淬火要求。

3.4 為防止工件熱處理變形，對火機加成型后零件不直接進行最終熱處理，而是先采用箱式熱處理爐進行去應力退火，再入真空爐采用吊掛方式加熱與淬火，在工件加熱淬火過程中，設計加工階梯芯軸式夾緊支撐輔具，從而有效控制了細長空心零件熱處理變形問題。

3.5 采用真空加熱淬火新工藝取代鹽浴爐加熱淬火傳統工藝方法，解決了鹽浴爐加熱淬火接觸器控溫加熱溫度起伏波動大的問題。鹽浴爐控溫采用接觸器，其控溫精度僅能滿足±10℃工藝要求；雙室真空淬火爐智能控溫儀采用了PID 控溫，能達到±5℃溫控精度, 保證細長空心件淬火溫度更均勻。在工藝試驗過程中，通過趟試調整工藝參數，設定了四段式多臺階加熱保溫，840℃適宜加熱溫度，工件加熱溫度更均勻，爐溫均勻性更好，使熱處理變形問題得到改解決善，良好解決了熱處理畸變與校正脆斷問題。

先將該工件進行550±10℃去應力退火，能進一步消除工件火前加工應力；在最終熱處理時，針對常規鹽浴爐人工操作，接觸器控溫波動大導致工件加熱淬火硬度均勻性較差，工件熱應力和組織應力綜合作用導到淬火變形大的問題，采用雙室真空淬火爐，工件在真空中加熱輻射傳熱，可采用多段預熱，長時間保溫[2]。

選取了對工件采用四臺階多段式加熱工藝曲線，在淬火升溫時設定在650℃保溫預熱，在工件回火時通過試驗與檢測，推選用350℃中溫回火，保證回火后基體多相組織為回火屈氏體，從而有效降低熱處理畸變與脆裂傾向。

圖2 細長空心零件熱處理工藝曲線

3.6 采用真空淬火油取代原普通淬火油作為該工件的冷卻介質，工件淬火硬度更均勻，表面達到光亮無氧化，保證細長空心件熱處理直線度要求。

表1 淬火介質性能指標檢測情況

4 工藝試驗與生產驗證

4.1 新舊工藝試驗對比, 細長空心零件在火前與火后分兩部分加工成型，選用雙室真空熱處理取代鹽浴爐傳統熱處理工藝方案，工件的內外在質量明顯提高，解決了熱處理變形無法校正的難題。

表2 細長空心零件鹽浴爐與真空爐熱處理試驗

4.2 細長管類工件采用輔具夾緊支撐真空淬火新工藝經批量生產表明，工件熱處理后無氧化腐蝕，熱處理后直線度合格，火后機加100%合格，不校正，無脆斷問題，工件硬度均勻，質量穩定，滿足產品件設計要求。

表3 細長空心管類工件輔具支撐真空熱處理新工藝批量驗證情況

5 結論

5.1 該系列細長空心零件采用新的工藝方法后，通過幾批該類零件冷、熱加工驗證，效果明顯提高，能夠滿足零件精度要求。解決了細長薄壁不對稱管的加工難題，保證產品研發進度。

5.2 該類工件新加工工藝的應用，細長空心管類工件內孔采用火前加工成型，熱處理采用輔具夾緊支撐的吊掛式高真空熱處理，火后再精加工外型的工藝創新，達到了工件無需校正，能保證熱處理后圓柱度＜0.5，而且能保證火后精加工圓柱度＜0.1。

5.3 此類工件熱處理打破了鹽浴爐熱處理傳統的工藝方法，成功推出了高真空加熱淬火的新工藝，以智能化、自動化程序控制取代原來手工操作，極大提高熱處理生產率，改善了工人作業環境。

5.4 雙室真空淬火爐應用于細長空心管狀工件，解決了傳統鹽爐接觸器控溫，爐溫波動大的弊端，實現了±5℃控溫精度，使該關鍵件的硬度更均勻，強韌性指標更可靠，產品件內在質量更優。

5.5 細長空心零件熱處理采用VOQ-100 雙室真空淬火爐取代RYD-75-13 鹽浴加熱爐，根本解決了鹽漬殘留于工件盲孔及縫隙腐蝕工件的問題；實現了高真空無氧化淬火，降低了后序表面處理費用，達到了提質增效的目標。

5.6 此類細長空心工件在內孔精加工后增加了去應力回火工序，最終熱處理利用新設備的熱處理曲線存儲功能，設定好四段臺階升溫工藝曲線，避開了人為影響，使工件熱處理變形可靠受控，保證了火后精加工外型工差要求，為熱處理工藝向智能化升級邁開可喜一步。