[摘要]：介绍了往复压缩机主要件活塞杆中的一种摩擦面喷涂碳化钨细长活塞杆的切削加工特点，分析阐述了加工过程中引起变形诸多因素及解决措施。
[关键词]：活塞杆；喷涂；碳化钨；变形；摩擦面；刚性
1引言
2D40-20.5/169-192-BX型循环氢压缩机是盘锦北燃项目的新产品，活塞杆材料选用是17-4PH，摩擦面喷涂碳化钨（WC），长度与直径之比大于25，属于细长轴零件，由于工件很长，刚性较差，在加工过程中因机床及刀具多因素等影响以，及热处理、存放不当或运行过程中应力释放等原因，工件易产生弯曲变形，出现直线度、圆柱度等加工误差，不易达到图样上的形位公差和表面质量等技术要求，使切削加工很困难，很难满足精度要求，严重影响产品质量。
2活塞杆技术要求分析
活塞杆，属于阶梯轴类零件，比较长，要求具有良好的机械强度和刚度，主要的加工表面是外圆，摩擦面是设计基准，尺寸精度（6级）、形状精度（圆柱度误差<0.01）及表面粗糙度（Ra0.2）要求都很高，各主要外圆与摩擦面有同轴度要求，粗糙度为Ra1.6，台肩侧面与摩擦面有垂直度要求，粗糙度为Ra1.6，材料为17-4PH，毛坯采用锻件，使材料的金属纤维组织致密，从而获得较高的抗拉、抗弯和抗扭的强度。生产类型为单件小批，活塞杆需要进行固溶处理，硬度HRC臆33，摩擦面喷涂碳化钨，涂层深度0.25~0.35mm，硬度HV800~1100，使之具有高的表面硬度、耐磨性及疲劳强度，并具有良好的耐热性及腐蚀性，以保持活塞杆的工作精度和使用寿命，17-4PH属于马氏体不锈钢，具有高强度、硬度和抗腐蚀等特性，经过热处理后机械性能更加完善。
3活塞杆加工工艺分析
（1）根据主要加工表面精度和粗糙度要求，活塞杆的加工基本上可划分为3个阶段：粗加工阶段（钻中心孔，粗车外圆）、半精加工阶段（半精车外圆）、精加工阶段（精车外圆、粗磨外圆、精磨外圆）。粗车（IT11、Ra12.5）邛半精车（IT9、Ra3.2）邛精车（IT8、Ra1.6）邛粗磨（IT7、Ra0.8）邛精磨（IT6、Ra0.4）（2）中间插入必要的热处理工序：锻邛退火邛粗车邛固溶化处理邛半精车邛稳定处理邛粗磨摩擦面邛喷涂处理邛精车、粗磨、精磨。毛坯粗加工前需要进行退火处理，降低硬度以利于切削加工，细化晶粒，改善金属组织，提高机械性能，消除锻造应力。活塞杆粗加工后进行固溶化处理，以获得较高强度和韧性等的综合机械性能，半精加工后稳定化处理以消除内应力，使加工后尺寸精度稳定，活塞杆摩擦面粗磨后喷涂处理，提高表面硬度，使之获得较高的耐磨性。（3）基准选择：活塞杆锻件毛坯为实心轴，加工时以外圆作为粗基准，一端安装在卡盘中，另一端用后顶尖顶住加工外圆，一端夹一端顶的方法夹紧力大，夹紧较为牢固，但同轴度差，只适用于粗加工，以两端的顶尖孔作为精基准，使设计基准与定位基准重合，定位精度较高，装夹时不容易产生过定位现象，同时同轴度好，加工也方便。
4活塞杆重点工序设计
重点保证轴径与摩擦面的同轴度，台肩与摩擦面的垂直度。通常的活塞杆摩擦面都是淬火处理，淬火前摩擦面留0.6~0.7mm余量，淬火后虽然活塞杆有弯曲，但由于有足够的余量，经矫直再以摩擦面找正磨削后就可以保证精度要求，而喷涂活塞杆摩擦面喷涂后已经到达图纸尺寸，没有余量，只能以喷涂面为基准找正加工其它表面。（1）这种材质的活塞杆热处理时极易变形，所以两端面固溶化、稳定化前均留量，喷涂前再精车两端面至图纸尺寸；（2）为防止变形，稳定化后半精加工弹性杆各部位尺寸；（3）半精车摩擦面时留量0.05~0.10mm，粗磨摩擦面时留量0.5~0.7mm，喷涂后摩擦面需要磨削；（4）与摩擦面相邻的环槽和锥面预先加工出来，以免喷涂后太硬不好加工；（5）次要表面喷涂前加工到图纸尺寸，有同轴和垂直度要求的主要表面喷涂前留量，喷涂后再精车，外圆留磨削余量0.6~0.7mm，轴肩端面留量0.15~0.2mm，最后进行磨削；（6）粗加工后进行了超声波探伤，精加工后进行磁粉探伤检验。
5活塞杆机械加工的主要工艺问题
细长轴在车削和磨削加工时受切削力、切削热和振动等作用和影响，极易产生弯曲变形，车削细长轴的关键技术是防止加工中的弯曲变形，为此必须从机床辅具、工艺方法、操作技术、刀具和切削用量等方面采取措施。（1）活塞杆的粗加工首先由钳工划长端中心孔线然后加工，固溶化处理后容易变形，并产生较多的氧化皮，所以粗加工时应该留有足够的加工余量。（2）安排热处理以消除毛坯粗加工大吃刀量、装夹等后产生的残余加工应力。稳定化时效处理，可以减小上道工序工件变形对下道工序的不利影响，稳定零件尺寸。（3）精加工时采用双顶尖定位，如顶尖顶得太紧，工件切削时受热而伸长受阻也将引起弯曲变形，如顶尖顶得太松，则稳定性又较差，所以松紧要适度。为了防止加工时受切削力和重力的作用以及高速旋转时受到离心力的作用而产生弯曲，减小径向切削力对细长轴弯曲变形的影响，传统上采用中心架，相当于在细长轴上增加了一个辅助支承，增加了细长轴的刚度，可有效地减小径向切削力对细长轴的影响。增加工艺系统的刚性。（4）在细长轴的切削过程中，合理选择切削用量，切削用量应比普通轴类零件适当减小，用硬质合金车刀粗车，切削用量选择的是否合理，对切削过程中产生的切削力的大小、切削热的多少是不同的。因此对车削细长轴时引起的变形也是不同的，粗车和半粗车细长轴切削用量的选择原则是：尽可能减少径向切削分力，减少切削热。车削细长轴时，一般在长径比及材料韧性大时，选用较小的切削用量，即多走刀，切深小，以减少振动，增加刚性。（5）为了减小车削细长轴产生的弯曲变形，要求车削时产生的切削力越小越好，而在刀具的几何角度中，前角、主偏角和刃倾角对切削力的影响最大，必须合理选择车刀的角度，细长轴车刀必须保证如下要求：切削力小，减小径向分力，切削温度低，刀刃锋利，排屑流畅，刀具寿命长，为减少径向切削力，宜选用较大主偏角，刃倾角取正值，使切屑流向待加工表面，车刀表面粗糙度值要小，并经常保持切削刃锋利。（6）活塞杆在退火、固溶化、稳定化后都进行矫直，喷涂处理之后由于弯曲变形较大，应进行直弯处理，然后修研中心孔，使中心孔的轴线与活塞杆的轴线重合。
6活塞杆加工工艺流程
锻件-退火处理-划线-钻中心孔-粗车各外圆及端面-固溶化处理-半精车各外圆及端面-钻试片中心孔切涂层试片-稳定化处理-粗磨摩擦面-超声波探伤-精车两端面、环槽及锥面-喷涂处理-精磨摩擦面-精车外圆及轴肩-磨外圆及轴肩-磁粉探伤。
7活塞杆质量检验
活塞杆加工过程中，喷涂前后在车床上检测弯度，记录数据，喷涂回厂后变形较大，故进行了2次直弯处理，并记录数据见表1。第一台装配试车活塞杆跳动值：水平方向0.04（试验大纲要求0.064），垂直方向0.06（试验大纲要求0.084），达到了要求。
8结语
往复机活塞杆摩擦面表面硬化处理已经越来越多地采用喷涂碳化钨，工艺创新，采取一系列有效措施，解决这种活塞杆加工过程中的变形问题，以提高细长活塞杆刚性，得到良好的几何精度和理想的表面粗糙度，保证图纸和技术条件要求，提高了往复压缩机工艺制造水平，为新产品的开发奠定了坚实的基础。
作者：吕爱敏 单位：沈阳鼓风机集团股份有限公司
