內(nèi)螺紋零件熱處理后攻螺紋困難的原因分析及解決方案

劉海燕，王瑩瑩，任園春

第一拖拉機股份有限公司齒輪傳動公司 河南洛陽 471004

1 序言

在實際生產(chǎn)中，低碳合金鋼一般都需要經(jīng)過滲碳淬火來增加本身的硬度和強度，由于有許多軸類零件在滲碳淬火后都需要進行攻螺紋，并對螺紋進行修復，所以就要求內(nèi)螺紋孔的表面硬度不能過高，否則會加大攻螺紋的難度，甚至導致零件報廢。一般對于此類零件，在進行滲碳淬火前，要對內(nèi)螺紋孔進行防滲處理，但是在實際操作中，難免會出現(xiàn)失誤，造成零件不易攻螺紋。因此，本課題就對此類問題從不同方面進行探討分析。

2 背景介紹

我單位生產(chǎn)的某批軸類齒輪，材料為20CrMnTi鋼，該零件帶有內(nèi)螺紋孔，如圖1所示。該軸類齒輪在進行滲碳淬火前，要對螺紋孔進行防滲處理[1]。該零件在經(jīng)過滲碳淬火、回火和拋丸清理進入下一道工序后，車間反饋內(nèi)螺紋存在大量不合格現(xiàn)象，螺紋塞規(guī)無法正常檢測，并且在用絲錐修復零件內(nèi)螺紋孔的過程中，攻螺紋極其困難，若不及時解決，不僅會影響發(fā)貨節(jié)點，甚至零件會有報廢的可能，因此解決該問題迫在眉睫。

圖1 帶螺紋孔的軸齒輪

3 原因分析

（1）螺紋損壞的原因 為了保證零件表面的清潔度，低碳合金鋼在滲碳淬火和回火后，要進行拋丸清理。由于拋丸過程中鋼丸的沖擊力較大，螺紋比較薄，若不采取保護措施，螺紋極有可能被損壞，所以在對帶有內(nèi)螺紋的零件進行拋丸時，需要用特定的工裝對其螺紋孔進行保護，以防螺紋被破壞[2]。本次螺紋損壞的主要原因就是在拋丸過程中，未做到對螺紋進行有效的防護。

（2）攻螺紋困難的原因 帶有螺紋孔的零件，在滲碳淬火前，要對螺紋孔進行防滲處理，以防螺紋部位滲碳淬火后硬度較高，對后續(xù)加工造成影響。本批零件攻螺紋困難的原因就是防滲過程沒有做好，導致防滲劑沒有起到防滲的作用，造成滲碳淬火后螺紋處硬度高，使絲錐無法正常進行修復。

4 返修方案

（1）方案的確定 該零件在返修時應注意的問題：在降低螺紋硬度的同時，要保證零件外表面硬度合格（表面硬度要求58～64HRC），因此在保證這一要求的前提下，來尋求該零件的返修措施。

由于只需要降低該零件內(nèi)螺紋孔的表面硬度，首先確定是否能使局部硬度降低。但是由于螺紋孔結構特殊，無法使用感應加熱的方式對其進行加熱，達到降低硬度的目的，所以我們查閱了各種書籍、資料，并且向單位有經(jīng)驗的老師傅們請教，在經(jīng)過專項攻關小組成員共同探討后，確定了一種看似較“笨”的返修措施：用加熱后的小金屬棒對螺紋孔進行加熱退火[3]。

（2）方案所需材料

1）研究對象：帶螺紋孔的軸齒輪（見圖1）。

2）加熱設備：小型馬弗加熱爐。

3）試驗材料：φ80mm×100mm的金屬棒（零件螺紋孔為φ90mm×80mm）。

（3）方案的實施 采取如下步驟。

第一步：將小型馬弗加熱爐溫度調(diào)至600℃，溫度達到后，將φ80mm×100mm的金屬棒放入。

第二步：待金屬棒到達設定溫度后，保溫10min，使其充分加熱，用工具將金屬棒放入螺紋孔內(nèi)，如圖2所示。

圖2 放入小棒的零件

第三步：待加熱后的金屬棒降溫后（由紅變黑）取出，換取另外一根繼續(xù)放入，將此根金屬棒繼續(xù)放入爐內(nèi)，如此重復7～8次。

第四步：攻螺紋。在攻螺紋階段，考慮到機械攻螺紋不易控制，因此采用手動攻螺紋，以防止在攻螺紋過程中出現(xiàn)絲錐斷裂的情況。

（4）方案的檢驗 攻螺紋后，需要用特定的螺紋塞規(guī)對螺紋孔進行檢驗，要求塞規(guī)下旋至要求的刻度處（見圖3），方視為合格。

圖3 塞規(guī)檢驗

（5）方案小結 試驗前期，用此方案返修5件零件，經(jīng)攻螺紋、塞規(guī)檢驗等過程，確定此方案可行。后續(xù)用此方案共返修150件零件，合格率100%。此方案成本低、易操作，且簡單有效，但是效率低，如需使用，應結合實際生產(chǎn)情況而定。

5 優(yōu)化方案

后續(xù)該零件又出現(xiàn)類似質(zhì)量問題，若用上述方案，生產(chǎn)效率會很低，影響發(fā)貨節(jié)點，因此為了提高生產(chǎn)效率，又重新確定了返修方案。

該零件淬火后，第一次回火是150℃保溫120min[4]，在降低螺紋硬度的同時，還要保證表面硬度合格（表面硬度要求58～64HRC）。因為螺紋很細，加熱時升溫快，經(jīng)過綜合考慮，決定采用高溫快速加熱的方法進行試驗。

第一次隨機選取5件零件，采用180℃保溫60min的工藝進行回火處理，出爐后進行攻螺紋，但攻螺紋的難度依然很大，因此該工藝不可行。

第二次隨機選取5件零件，采用200℃保溫60min的工藝進行回火處理，出爐后進行攻螺紋，攻螺紋進行順利，并且表面硬度為58HRC，證明該工藝方案可行。

至此，該零件的兩種返修方案都已確定。

6 實際應用

采用第一種方案，即加熱小金屬棒退火的方法，從2021年5月份至今，共返修150余件零件，100%合格，未發(fā)現(xiàn)有不合格的情況。采用第二種方案時，共返修260余件零件，車間反饋，有個別零件無法攻螺紋，重新用第一種方案進行返修后，合格。

7 結束語

生產(chǎn)中實施的兩種返修方案，為之后類似的軸類問題提供了更多的選擇。第一種方案易操作、簡單有效，但是效率低；第二種方案效率高，但是成本高，并且存在個別不合格現(xiàn)象。因此，在實際返修過程中，需要兩者互相配合，才能達到最好的效果。