西安科佳光電科技有限公司 （陜西 710119） 高 斌

摘要：分析高速轉(zhuǎn)鏡零件技術(shù)要求、加工難點，結(jié)合以往高精度零件的加工經(jīng)驗，通過對零件毛坯加工方式、熱處理安排的合理選擇以及加工過程中注意事項的控制，解決了加工中出現(xiàn)的各類問題，保證了產(chǎn)品加工精度，為今后加工類似精度零件提供了可借鑒的依據(jù)。

1. 零件結(jié)構(gòu)

如附圖所示，零件為階梯軸類零件，結(jié)構(gòu)簡單，但直徑相差近8倍。材料為GCr15，要求等溫淬火硬度60～62HRC。兩端基準外圓之間同軸度φ0.002mm，與其余外圓的同軸度φ0.002mm。G面，F(xiàn)面，基準外圓A、B之間的平行度0.001mm、對稱度0.001m m。G面是高速轉(zhuǎn)鏡的工作面。尺寸精度要求高，達0.004mm。兩端φ（3.2±0.002）mm圓度及錐度0.001mm。要求表面粗糙度值Ra=0.2μm。零件為單件小批量生產(chǎn)。

2. 工藝準備

由于零件加工要求非常高，因此，需從人、機、料、法、環(huán)和測等幾方面做充分的準備。

（1）人：選擇經(jīng)驗豐富的操作人員及檢測人員，并隨時配合。

（2）機：與工藝方法相配合，選擇加工精度高的機床、較好的刀具等進行加工。

（3）料：確定采用的毛坯狀態(tài)、規(guī)格。

（4）法：結(jié)合以往經(jīng)驗，編制出合理的工藝方案。

（5）環(huán)：確保在加工、檢測區(qū)域內(nèi)環(huán)境溫度、濕度相對恒定。

（6）測：確保在檢測時，零件溫度與檢測環(huán)境溫度接近；選擇適合的檢測儀器，確定合理的檢測方案。

3. 毛坯的準備

要求毛坯材料為GCr15。根據(jù)零件精度和使用要求，決定采用六面揉鍛方式鍛造毛坯。注意在下料時，棄兩端不規(guī)則處不用，選取鍛坯中段部分，且要求零件軸線與軋制方向一致。

為了確保零件鍛造后材質(zhì)均勻，無內(nèi)在缺陷，零件在粗加工后將進行首次探傷檢測（超聲波檢測）。為了避開檢測盲區(qū)，需要增加毛坯余量尺寸（零件最大外形尺寸為φ25mm×73mm）。初步確定毛坯加工工藝路線如下：鍛造φ40mm圓棒→車外圓見光→探傷→預(yù)備熱處理→下料φ40mm×82mm。

零件結(jié)構(gòu)圖

4. 加工工藝分析

（1）加工工藝路線的初步確定。根據(jù)以往加工精密零件的經(jīng)驗，結(jié)合GCr15材料特性及探傷要求，初步確定加工路線如下：粗加工→時效處理→半精加工→熱處理（硬度達60～62HRC）→探傷→精加工→穩(wěn)定性處理→精加工→探傷。

（2）熱處理安排。①為了消除毛坯內(nèi)應(yīng)力、使材料組織變?yōu)榫鶆蚍植嫉募毩钪楣怏w，并獲得最佳的機加工性能，為淬火提供良好的原始組織，淬火、回火后獲得最佳的力學(xué)性能，在鍛造后、粗加工前進行“正火+球化退火”的預(yù)備熱處理。②根據(jù)以往的加工經(jīng)驗認為，必須在淬火前至少進行兩道時效處理才能較好地消除加工應(yīng)力及去除材料產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。根據(jù)GCr15材料特性，需要分別進行去應(yīng)力退火和普通的人工時效兩道熱處理來減少應(yīng)力。③零件要求硬度60～62HRC，必須進行淬火+低溫回火處理。一般情況下，軸承鋼在淬火后有15%左右殘留奧氏體（體積分數(shù)），由于這些奧氏體存在于淬火組織中，雖然經(jīng)過常規(guī)的回火處理，但仍然不能使其全部轉(zhuǎn)變和穩(wěn)定；故當(dāng)零件在室溫條件下長期存放時，其尺寸會因為奧氏體轉(zhuǎn)變而改變。因此，為了穩(wěn)定尺寸，須在淬火后立即進行冰冷處理。冰冷處理的目的主要是減少淬火組織中殘留奧氏體含量，并使剩余的少量奧氏體趨于穩(wěn)定，從而增加尺寸穩(wěn)定性和提高硬度。故淬火時熱處理工藝路線為“淬火處理+冰冷處理+低溫回火”。④為了不降低合金強度而顯著降低工件中的殘余應(yīng)力（主要是為了消除部分磨削應(yīng)力），進一步穩(wěn)定組織、提高零件的尺寸穩(wěn)定性，在零件的精加工階段做穩(wěn)定化熱處理，來保證零件尺寸精度及形位公差的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性處理（人工時效）宜在熱浴中進行，處理溫度一般采用120～160℃，保溫時間與精度等級和尺寸及形狀有關(guān)。我們采用將零件放置在熱油中的方式（“油煮”）來做穩(wěn)定性處理，并適當(dāng)延長保溫時間。

故熱處理工藝路線如下：鍛造→正火+球化退火→粗加工→去應(yīng)力退火→半精加工→人工時效→半精加工→淬火處理+冰冷處理+回火處理→精加工→穩(wěn)定性處理（“油煮”）→精加工至成品尺寸。

（3）磁力測速棒安裝孔φ1.6H7+0.010mm的加工。孔的加工一般通過鉆、鏜、激光加工、電火花加工和線切割等方法完成。磁力測速棒安裝孔的尺寸為φ1.6H7+0.010mm，與基準A的對稱度要求為0.05mm。鉆孔、電火花加工尺寸要求無法達到。且孔太小，無法使用鏜削加工。激光打孔只能打薄壁，所以我們選擇慢走絲線切割加工。要求精車后各軸的同軸度＜0.01mm，然后在淬火前由座標(biāo)鏜床作出銷孔的底孔，保證與基準A的對稱度小于0.01mm，淬火后外圓磨床精磨各外圓后，由線切割找正外圓切出安裝孔。

（4）高精度的形位公差要求。圖樣中兩端基準外圓φ（3.2±0.002）mm之間、與其余外圓的同軸度均不大于0.002m m；G面是高速轉(zhuǎn)鏡的工作面，與F面的平行度、與兩端基準外圓對稱度均不大于0.001mm。由于零件精度與加工機床自身的精度相當(dāng)，加工難度相當(dāng)大。在生產(chǎn)過程中，遵循先粗后精、先基準后其他的工藝原則，通過精密車床、精密磨床和手工修研等多種加工辦法，逐漸提高零件加工精度。

兩端中心孔是零件重要的加工基準（從半精加工開始就作為加工基準使用了），必須最先加工，并保證其精度。為此，我公司還專門定制了中心孔研磨器用于修研中心孔。另外，在熱處理、電鍍時，一定要注意保護中心孔。

在磨削外圓時，必須以兩端中心孔為基準，注意找正精度，加工時注意吃刀量，確保逐漸提高精度。

加工F面、G面時，由于G面是光學(xué)鏡面，所以F面必須作為基準面先行加工。先以磨削的外圓為基準，修研F面，保證精度要求；再以F面為基準，加工G面，達到工藝及圖樣要求。

因此，在零件的最后精加工階段，要求按修研中心孔→磨外圓→研（磨）F、G面來反復(fù)循環(huán)進行，逐漸提高零件加工精度，最終達到圖樣要求。

故最后精加工時的工藝路線如下：修研頂尖孔→磨基準A、B及其他外圓→修研F面→反復(fù)研（磨）F面、G面。

5. 其他注意事項

在最后的精加工階段，必須注意：①必須不斷反復(fù)微小地去除余量、且檢測人員必須與加工人員密切配合，根據(jù)每次檢測結(jié)果對加工提出相應(yīng)的建議，指導(dǎo)加工。②必須密切注意使零件溫度與環(huán)境溫度保持一致。③零件轉(zhuǎn)運、放置必須注意方式、方法。④兩端中心孔必須注意保護。⑤每道工序加工完成后，嚴禁直接用手觸摸零件（要戴手套）。

6. 工藝路線的確定

根據(jù)以上分析，確定機械加工工藝路線如附表所示。

機械加工工藝路線表

序號工序工藝內(nèi)容1鍛 鍛造為φ40mm圓棒料2車 粗車外圓見光3探傷 －4熱 熱處理：正火+球化退火5下料 下料為φ40mm×82mm 6車 按圖粗車，留單邊余量1.5mm 7銑 按圖銑F、G平面，留單邊余量1mm 8熱 去應(yīng)力退火9車 兩端做A1中心孔，按圖半精車，留單邊余量1mm 10熱 人工時效11車 修研頂尖孔，兩頂按圖半精車，留單邊余量0.5mm，保證各形位公差不大于0.01mm 12座鏜 做φ1.6mm底孔為φ1mm，半精鏜F、G平面，留單邊余量0.5mm，保證各形位公差不大于0.01mm 13熱 淬火處理+冰冷處理+回火處理14探傷 －15車 修研頂尖孔，兩頂按圖半精車，留單邊磨量0.2mm，保證各形位公差不大于0.01mm 16平面磨 以A－B為基準，磨F面見光17研磨 修研頂尖孔及F面，保證形位公差不大于0.005mm 18平面磨 反復(fù)翻面磨F、G面，留單邊磨量0.2mm，保證形位公差不大于0.005mm 19熱 穩(wěn)定性處理（“油煮”）20外圓磨 修研頂尖孔，磨外圓，留單邊磨量0.1mm，保證形位公差不大于0.003mm 21慢走絲 按下差線切割φ1.6mm孔22研磨 研F面，保證形位公差不大于0.003mm；修研φ1.6mm孔至成品尺寸23平面磨 反復(fù)翻面磨F面、G面，留單邊研磨量0.01～0.04mm，保證形位公差不大于0.003mm 24研磨 研F面至成品尺寸；研G面，留單邊研磨量0.02～0.03mm ，保證各形位公差不大于0.001mm 25外圓磨 修研頂尖孔，按圖磨外圓至成品尺寸，保證各形位公差要求26研磨 研F面；研G面，留單邊研磨量0.02mm，保證形位公差不大于0.001mm 27鍍 按技術(shù)要求噴砂、染黑28研磨 拋光各軸外表面，保證表面粗糙度值Ra=0.2μm；修研G面，留光學(xué)拋光余量，保證平行度不大于0.001mm 29探傷 －30拋光 轉(zhuǎn)光學(xué)拋光G面至成品尺寸并鍍膜

7. 結(jié)語

此零件經(jīng)過幾年的試制生產(chǎn)，反復(fù)改進、優(yōu)化，已形成了成熟的工藝思路和加工方法，為今后加工此類精密零件積累了經(jīng)驗。

參考文獻：

[1] 中國機械工程學(xué)會熱處理學(xué)會《熱處理手冊》編委會. 熱處理手冊（第二卷.典型零件熱處理）[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[2] 樊東黎. 熱加工工藝規(guī)范[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[3] 《航空制造工程手冊》總編委會. 熱處理[M]. 北京：航空工業(yè)出版社，1993.

[4] 張志文. 鍛造工藝學(xué)[M]. 北京：航空工業(yè)出版社，1983.

專家點評

本例中的高速轉(zhuǎn)鏡為平面階梯軸類零件，加工要求非常嚴格，保證尺寸及形位精度較為困難。作者通過合理的加工方式和熱處理安排，解決了加工過程中出現(xiàn)的各類問題。精密零件的加工以保證產(chǎn)品質(zhì)量為前提，應(yīng)全面考慮影響加工精度的各種因素和注意事項，尤其是精加工階段的手工修研細節(jié)，頂尖孔和基準面不允許有任何瑕疵。此零件的30步工藝路線雖然比較繁瑣，卻經(jīng)過試制生產(chǎn)和反復(fù)改進，已非常成熟，為類似零件提供了加工思路。

（收稿日期：20170407）