1 序言
典型QPQ(防腐氮化)超长深孔径向多孔系管体结构如图1所示，管体参数见表1，可知典型QPQ超长深孔径向多孔系管体为弱刚性结构，在机械加工、热处理过程中易变形[1，2]。本文以典型QPQ超长深孔径向多孔系管体为研究对象，对其加工技术进行研究。
a)轴测图
b)剖视图
图1 典型QPQ超长深孔径向多孔系管体三维结构
表1 典型QPQ超长深孔径向多孔系管体参数
2 工艺设计
以通用机械加工[3-7]及热处理[8-10]技术为基础，初步设计QPQ超长深孔径向多孔系管体加工工艺流程为：粗车削外圆→超声波探伤→调质处理→校形→钻内孔→精车削内外形→铣镗径向各孔→磁粉探伤→磨削外圆→修倒角→QPQ处理。
由典型QPQ超长深孔径向多孔系管体结构特性可知，工艺方案存在如下不足。
1)管体的结构刚度不足，经机械加工、热处理后会产生变形，影响工件的尺寸及形状精度。
2) 管体经QPQ处理后，结构尺寸有不确定增长且无法精确修整，影响工件的最终尺寸控制、运动配合副的匹配精度。
3) 管体经QPQ处理后，如果工件尺寸或形状精度超差，则只能让步接收或报废，无有效返修手段。
以上问题耦合、叠加后，综合导致产品装配干涉、运动卡滞，成为技术瓶颈。
3 工艺优化
针对工艺方案的缺陷，采取超长深孔径向多孔系管体的稳态结构加工、加工应力控制以及QPQ工件尺寸增长规律确定等复合加工措施，实现对QPQ超长深孔径向多孔系管体进行稳定、高精度加工的目的。基于以上技术分析思路，最终设计工艺流程[3-5]为：粗车削外圆→超声波探伤→钻内孔一粗车削内外形→调质处理一校形一镗轴向深孔→高温回火→精车削内外形→铣镗径向各孔→时效→修倒角→车削轴向孔螺纹→制径向各孔→磨削外圆→外圆磁粉探伤→退磁→内孔着色或荧光探伤→QPQ处理→拋光。
(1)稳态结构加工 ①半精加工前，粗加工半成品管体内外圆，均留余量4~5mm/半径。使管体在半精加工、精加工余量足够的前提下，形成近净形结构，通过切屑带走大部分切削应力。②半精加工前，均留余量4~5mm/半径;精加工前，均留余量0.2~0.3mm/半径;精加工后，均留余量0.010~0.015mm/半径。通过余量链的各级余量，包络并消除剩余应力而导致的变形。
(2)加工应力控制 采取粗加工后调质处理，半精加工前高温回火处理，精加工前时效处理等复合热处理措施，通过各级热力场最大限度释放各加工阶段的各类应力，实现工件最大限度变形，为加工稳定性奠定稳定应力场基础。
(3)QPQ工件尺寸增长规律确定 选取不同材料试样，研究不同氮化温度、氮化时间后试样在QPQ处理前后尺寸变化情况(见表2)，从而对工件QPQ处理前的余量留取提供指导及借鉴。
(4)注意事项 ①调质、高温回火、时效及QPQ处理。工件必须垂直吊挂。②抛光。仅去掉氧化层。若抛光会导致实体减小，则需考虑QPQ处理前留取抛光余量。
4 实施效果
典型超长深孔径向多孔系弱刚性管体成品如图2所示，QPQ处理后外圆检测数据见表3，各项数据均合格。
表2 常用材料QPQ处理前后尺寸变化量
a) 整体形貌
b) 法兰端面形貌
图2 典型超长深孔径向多孔系弱刚性管体成品
5 分析与讨论
5.1 技术分析
(1)机械加工稳定性控制工艺 采用半精加工前形成近净形结构的方法，去除大部分机械加工应力，采用留取合理余量链的方法，包络并消除因释放剩余机械加工应力、全部热处理应力及全部材料内应力等而导致的变形。通过以上综合措施，为工件最终成形奠定了稳态结构基础，实现了超长深孔径向多孔系管体稳态结构加工。
(2)加工应力控制工艺采用多种、多次及分步复合热处理方法，在工件精加工前，最大限度地释放机械加工应力、热处理应力及材料内应力，为工件最大限度变形奠定热力场基础，实现了超长深孔径向多孔系管体加工的应力控制。
(3)常用材料QPQ处理前后尺寸变化量的确定 QPQ后工件的变形一般是由形状和尺寸两方面因素引起的，不同结构形状工件QPQ后变形是不同的。通过试验确定常用材料QPQ处理前后尺寸变化量，为QPQ超长深孔径向多孔系管体加工余量留取、加工余量链确定提供了数据支持。
5.2 工艺规律讨论与总结
1)机械加工稳定性控制工艺中，半精加工前形成近净形结构、留取合理余量链等方法，可有效释放材料、机械加工及热处理等内应力，防止结构发生大幅变形，在结构件稳态半精加工前是一种有效的准备加工措施。
2)加工应力控制工艺中，多种、多次及分步复合热处理方法，可通过热处理方式最大限度释放结构件各种应力，防止结构发生微幅以上变形，在结构件稳态精加工前是一种有效的准备加工措施。
3)常用材料QPQ处理前后尺寸变化量的确定，在为结构件QPQ处理前后变形量提供数据支持的基础上，可进一步为结构件QPQ处理后精整形处理提供技术方向指引。
表3 管体QPQ处理后外圆检测数据
6 结束语
本文通过QPQ超长深孔径向多孔系管体加工技术研究，分析通用机械加工及热处理技术的不足，采用工艺优化后的复合加工措施，解决了管体的变形难题，实现了稳定、高精度加工，并取得了以下成果：通过机械加工稳定性控制工艺，实现管体稳态结构加工余量链构建，解决了管体加工变形消除问题;通过加工应力控制工艺，实现管体最大限度变形的热力场系统构建，解决了管体加工的变形释放问题。两项工艺创新可对此类结构件的加工起到一定的指导和借鉴作用。
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