Méthode de contrôle de précision à haute fiabilité pour l'usinage de filetages

1 Préface
La coque de la chambre de combustion d'un certain modèle de moteur est composée d'une pièce de connexion avant, d'un cylindre rotatif à paroi mince, d'une pièce de connexion arrière et d'un support, qui sont traités par une combinaison de soudage à l'arc sous argon, de traitement thermique et de sablage. . Il y a 2 rangées de 20 supports axiaux soudés sur la surface extérieure de la coque à paroi mince de la chambre de combustion, et le dessin de conception des supports nécessite une précision de filetage de M4-6H. Le fil de support est utilisé pour installer les couvercles de câbles de missiles, et la connexion filetée nécessite une qualité et une fiabilité élevées. En raison des limitations de la structure de support, du matériau et de la structure spatiale au point de soudage avec l'enveloppe de la chambre de combustion, des procédés traditionnels sont utilisés pour traiter les filetages, ce qui entraîne un faible taux de qualification du produit. Cet article effectue une analyse des processus et des recherches sur différentes étapes du traitement du produit et, grâce à une vérification expérimentale, une comparaison et une analyse, obtient une méthode de contrôle de la précision du filetage raisonnable et efficace.

2. Caractéristiques de la structure du produit et difficultés de traitement
2.1 Caractéristiques structurelles
Les dimensions extérieures de la coque de la chambre de combustion sont relativement grandes, avec un diamètre extérieur de 50{{10}} mm et une longueur de 4 500 mm. Le support est soudé manuellement à la surface extérieure de la coque de la chambre de combustion, avec une portée radiale de (114 ± 0,2) mm. La coque de la chambre de combustion et les matériaux de support sont tous deux en acier à ultra haute résistance D406A. La structure de support de la coque de la chambre de combustion est illustrée à la figure 1. Le support a une structure circulaire allongée avec un diamètre extérieur de 14 mm et une largeur de mm, comme indiqué sur l'image. Il y a un filetage interne M4-6H au centre, avec un pas de 0,7 mm. Il n'y a qu'un écart de 0,7 mm entre la rainure au bas du filetage et la coque à paroi mince.

Figure 1 Structure de support de l'enveloppe de la chambre de combustion
2.2 Difficultés de traitement
Le flux de traitement du support est illustré à la figure 2. Si les trous filetés du support sont disposés pour le traitement après soudage et traitement thermique, il existe plusieurs difficultés [1].
1) L'écart entre le fond du trou fileté du support et la coque n'est que de 0,7 mm, ce qui peut facilement endommager la surface de la coque à paroi mince lors du traitement mécanique, posant ainsi un risque pour la qualité.
2) L'écart entre la rainure au fond du trou fileté du support et la coque est faible. Lors du traitement du filetage, le guide du taraud est court, le positionnement est instable, il est difficile de tarauder le filetage et il est sujet à des déviations d'usinage. La verticalité de 0,04 mm ne peut pas être garantie.
3) La dureté du matériau après traitement thermique est de 48-52HRC, ce qui peut facilement provoquer une rupture du taraud lors du traitement du filetage. En raison de problèmes de filetage, la coque est mise au rebut, ce qui entraîne des coûts de fabrication élevés et des risques de qualité.
Sur la base de l'analyse ci-dessus, on peut conclure que les filetages de support doivent être usinés avant le soudage, puis recuits, sablés, trempés et revenus avec la coque de la chambre de combustion après le soudage. Après le traitement de trempe, la surface du fil de support subit une oxydation et il reste un excès de résidus attachés à la surface du profil du fil. Si le filetage du support est traité sur place avant le soudage et après l'assemblage et le traitement de la coque de la chambre de combustion, utilisez un taraud M4-6H pour nettoyer l'excédent de matériau fixé à la surface du profil du filetage du support. Dans le même temps, cela entraînera la chute de la couche d'oxyde à la surface de certains profils de filetage interne du support. Lors de l'utilisation d'un calibre de filetage M4-6H pour l'inspection, le taux de qualification n'est que de 67 %. Une analyse statistique a été réalisée sur l'usinage des filetages internes M4-6H sur 17 supports de coque de chambre de combustion, comme indiqué dans le tableau 1. Comment améliorer la précision de l'usinage des filetages de support est devenu un problème technique urgent dans la production et la livraison de produits. .

Figure 2 Flux de processus de traitement
Tableau 1 Statistiques sur l'usinage des filetages internes M4-6H sur 17 supports de coque de chambre de combustion

3 Solutions techniques et tests de processus
3.1 Proposition technique
Après avoir examiné, inspecté, analysé et dépanné divers processus au cours du traitement de la coque et du support de la chambre de combustion, on pense que la principale raison pour laquelle la précision dimensionnelle du filetage interne M4-6H du support dépasse la norme est qu'après le traitement de trempe, la surface du fil de support subit une oxydation et il reste un excès de résidus attachés à la surface du profil du fil. Lors du nettoyage de l'excès de matériau sur la surface du filetage, la couche d'oxyde sur la surface de certains profils de filetage interne du support peut tomber, ce qui entraînera une mauvaise précision du filetage interne M4-6H du soutien.
Sur la base de l'analyse des processus, deux plans de processus ont été élaborés.
Option 1 : Personnalisez un taraud manuel spécialisé, divisé en un taraud de tête et un deuxième taraud, et contrôlez la taille du diamètre primitif du taraud de tête. Utiliser une tête conique pour tarauder le filetage à l'état des pièces de support et réserver la surépaisseur d'usinage. Après traitement thermique de la coque de la chambre de combustion, utiliser un filetage support de taraudage à deux cônes pour garantir la précision finale du filetage.
Option 2 : Augmenter la précision du filetage de M4-6H d'un niveau dans l'état des pièces de support, traiter selon M4-5H, compenser efficacement la différence entre M4-6H et M4-5H, et répondent aux exigences de précision du filetage [2].
3.2 Processus de test et résultats
Le premier plan de processus est réalisé en trois étapes. ① Taraud spécial personnalisé (taraud de tête et deuxième taraud), avec des tolérances réservées pour le diamètre primitif du taraud de tête de {{0}},30 mm, 0,2{ {9}}mm et 0.10mm, respectivement. Utilisez une tête conique pour tarauder le filetage lors de l'usinage des pièces de support. ③ Après le traitement thermique, utilisez un double cône pour taper sur le fil. En raison de la dureté élevée (48-52 HRC) du matériau après traitement thermique et de l'influence de la structure de grand diamètre de l'enveloppe de la chambre de combustion, la difficulté de l'opération de filetage par les opérateurs augmente, la force est inégale et le la force de coupe a tendance à s'écarter de l'axe. Lorsque le diamètre alloué au cours de l'expérience est de 0,30 mm, il est impossible de couper le trou fileté lors de l'utilisation d'un filetage à deux cônes ; Lors d'un taraudage avec une tolérance de diamètre de 0,20 mm et 0,10 mm respectivement, il peut y avoir une déviation du trou fileté ou une rupture du taraud, ce qui rend difficile la garantie de la qualité du produit [3].
Selon le deuxième plan de traitement, la précision du filetage du support est améliorée par un niveau de traitement. La situation d'usinage des filetages internes M4-6H de 10 supports de coque de chambre de combustion est analysée statistiquement et les données sont présentées dans le tableau 2. La précision du filetage a été considérablement améliorée et le taux de qualification du produit est passé de 67 % à 95 %.
Tableau 2 Statistiques sur le fil interne du support de traitement dans le schéma 2

3.Analyse des résultats expérimentaux
En résumant et en analysant les résultats expérimentaux du Schéma 1 et du Schéma 2, selon la méthode de traitement du Schéma 2, le taux de qualification du fil de support a été considérablement amélioré. La jauge de filetage M4-7H a été utilisée pour inspecter les filetages hors tolérance, et tous les résultats ont été qualifiés. Comparez les dimensions de précision des filetages M4-6H, M4-5H et M4-7H, comme indiqué dans le tableau 3.
Tableau 3 M4 × Dimension de précision du filetage interne 0,7 mm (unité : mm)

On peut voir que la taille du diamètre primitif du filetage M4-5H estmm, la taille du diamètre primitif de M4-6H estmm, la taille du diamètre primitif de M4-7H estmm. L'écart de taille limite maximum entre 7H et 6H est de 0.032 mm, et l'écart de taille limite maximum entre 6H et 5H est de 0.023 mm, indiquant que la précision du filetage du support non qualifié ne dépasse pas 0,032 mm. Afin de compenser la tolérance excessive, la précision du filetage dans l'usinage réel a été améliorée à 5H, avec un montant de compensation de 0,023 mm, ce qui peut essentiellement répondre aux exigences de compensation du filetage. Pour les cas individuels de précision de filetage dépassant la tolérance, on peut considérer que la tolérance est très faible, avec une précision comprise entre 6H et 7H [4].

4 Mesures d'amélioration et validation des processus
Le tri du processus technologique de transformation montre que la méthode de traitement est raisonnable et réalisable, étant donné que le taux de qualification des produits a été considérablement amélioré. Grâce à l'analyse du terme de surtolérance, on pense que la surtolérance de la précision du filetage est causée par des facteurs détaillés du processus d'usinage. Pour résoudre complètement le problème de la précision du filetage des roulements, des améliorations du processus seront apportées aux étapes suivantes du processus d'usinage des roulements.
1) Lors du taraudage sur la machine à tarauder, la broche subira une légère oscillation. À mesure que la profondeur de traitement change, le temps de coupe au niveau de l'embouchure du fil est relativement long et il y aura de légères différences de taille entre l'embouchure et la racine. La méthode de taraudage du fil à l'arrière du fil de support est adoptée pour compenser les légers changements de la bouche et de la racine pendant le processus d'usinage [5].
2) Améliorer la précision de la détection de la jauge de filetage. Le fil du support est toujours traité avec une précision M4-5H. Lorsque vous utilisez une jauge à bouchon fileté pour l'inspection, il est nécessaire que la jauge Go soit entièrement vissée et que la jauge No Go soit vissée d'un tour maximum.
3) Lors du processus de sablage avant le traitement thermique de la coque de la chambre de combustion, il est nécessaire de protéger les filetages de support. La méthode de processus précédente consistant à utiliser des vis M4 pour la protection doit être modifiée et une vis de protection spéciale avec une précision de M4-6f doit être repensée. La longueur du filetage doit être contrôlée en un seul tour pour éviter les rotations multiples et l'usure.
4) Changez la méthode de nettoyage. Après avoir usiné l'ensemble coque de la chambre de combustion, utilisez de l'air comprimé pour souffler tout excès de matériau dans les trous filetés du support, puis utilisez un calibre de bouchon fileté M4-6H pour inspecter. S'il ne peut pas passer, nettoyez-le d'abord avec des vis M4, puis nettoyez-le avec un robinet M4-5H, et inspectez-le avec un bouchon fileté M4-6H après le nettoyage.
Après plusieurs tests et vérifications de processus, la précision du filetage du support répond pleinement aux exigences de précision du produit et le taux de qualification du produit a été augmenté à 100 %, résolvant complètement le problème de la précision du filetage du support.
5. Conclusion
Pour garantir une grande fiabilité des filetages de support après soudage et traitement thermique, les mesures suivantes sont prises pour contrôler la précision du filetage.
1) Améliorez la précision du filetage d'un niveau lors de l'usinage à l'état de pièce et ajustez la précision du filetage du support de M4-6H à M4-5H.
2) Pendant le traitement du fil de support, il est traité à partir de la surface de soudage (arrière), et après traitement thermique et trempe, il est inspecté par l'avant pour compenser les différences dimensionnelles entre la bouche et la racine pendant le traitement.
3) Des vis de protection spéciales sont conçues pour le processus de sablage afin de réduire la compression sur les trous filetés.
En adoptant diverses mesures technologiques, la précision de l'usinage des filetages a été contrôlée et la fiabilité des connexions filetées a été évaluée grâce à des essais en vol de missiles. La qualité du produit est stable et fiable.