燃烧器浮动环渗氮变形控制方案

2021-09-28刘建伟李寒荣万方前

金属加工(冷加工) 2021年9期

关键词：渗氮内孔浮动

刘建伟，李寒荣，万方前

东方汽轮机有限公司四川德阳 618000

1 序言

渗氮是指工件在高温环境下通过注入氨气等方式，将氮原子渗入工件表面深度约0.3mm左右晶间结构，以提升工件表面硬度等特性的特殊工艺方法。由于受高温环境热辐射影响，势必会导致工件变形，特别是薄壁套筒类零件的变形更为明显。

浮动环为电站燃气轮机燃烧器装配组件的关键件之一，属薄壁套筒件。加工时，切削应力逐渐释放、渗氮时受高温热影响均会导致工件变形，长期以来存在产品合格率较低，变形控制困难的问题。

薄壁件加工变形产生的原因很多，与零件的材质、几何形状以及生产条件（包括人、机床设备、工艺方法和环境等因素）都有关系。

2 浮动环工件特点

图1 为浮动环零件，材质为38CrMoAl，切削性能尚可。该薄壁套筒件壁厚最薄处仅6.25mm，产品本身的结构决定了其加工后易产生变形。工件为渗氮件，渗氮时高温环境对工件变形的影响极大。渗氮后内孔、外圆均有变大的趋势，尺寸超差主要集中在φ172.5mm内孔，各件超差情况不尽相同。

图1 浮动环零件示意

3 浮动环加工变形分析

浮动环毛坯为锻件，加工工序主要为车削、磨削。通过对工件变形可能有影响的来料、车削、磨削和渗氮工序进行分析，各工序具体操作过程及变形原因见表1。

表1 各工序具体操作过程及变形原因

4 变形数据分析

各工序都有可能导致产品变形，且渗氮时受热变形无法避免，属于影响工件变形的最主要因素。为研究掌握变形规律，选取两批次各55件数据进行统计分析。

第一批次数据在φ172.72～φ172.85mm无规律随机分布，通过Excel查看，70%点位分布在φ172.75～φ172.80mm，算术平均值为φ172.78mm；第二批次数据在φ172.60～φ172.68mm无规律随机分布，通过Excel查看，70%点位分布在φ172.62～φ172.65mm，算术平均值为φ172.63mm。

对比上述两组数据发现，每组数据在某个数值范围内随机分布，其中特定数值段可以覆盖70%数据。两批次的特定数值段及其算术平均值又不尽相同。针对此错综复杂的数据，如使用算术平均数或者特定区段值，则无法反映真实的变形规律。

为了研究方便，将实测数据减去理论值φ172.50mm得到变形量，后续针对变形量进行分析。为了更好地研究变形量的分布规律，拟采用数据统计学的“分位数”原理。分位数用来反映数据的最小值与最大值分布信息，即可使用分位数表达数据具体所在位置，具体体现为：第P百分位数将数据分为两个部分，有P%的数据比第P百分位数大，另一部分数据比第（100－P）%数小。

在E x c e l电子表格中，也可使用函数PERCENTILE进行计算，在数组array中，P分位函数为：PERCENTILE（array，P）；在110个数据（数据位置在A1～A110）中，找到第50百分位数（即为中位数）函数公式为：PERCENTILE（A1：A110，0.5）。

通过上述方式可以计算出，在110个渗氮后内孔变大量的中位数为0.27mm，可以理解为50%的数值比它小，有50%的数值比它大。中位数0.27mm正好处在该批数据的中间位置，可以较好地反映数据分布规律。