連桿作為機械傳動中的重要基礎零件，起著連接與傳動作用，使用中零件性能直接影響零件使用壽命、傳動效率等。對機器零部件性能的要求，主要是較好的綜合力學性能，這也就要求在較高的韌性和延展性的前提下，有較高的強度，包括屈服強度、抗拉強度、屈強比、疲勞極限等。
零件用42CrMo 材料，按含碳量分為中碳鋼，也可稱為調質鋼，由于在碳鋼的基礎上加入合金元素，成為合金調質鋼，又稱中碳合金鋼。對碳鋼材料來說，大型零件淬透性很差，加入合金元素，提高鋼的淬透性，強化鐵素體，細化晶粒與形成合金碳化物等，使鋼具有更好的性能，而合金元素只有通過淬火或者調質狀態才發揮作用，在退火狀態下其機械性能與碳鋼并沒有什么顯著區別。
孔精加工方式多采用鉸孔及鏜孔兩種，鉸孔的主要方法又可分為手工鉸孔及機床鉸孔，鏜孔現可通過數控機床鏜孔加工實現，兩類加工方式雖不一致，但都是在粗加工或者半精加工孔后，刀具(鉸刀或鏜刀)在工件孔壁上去除微量殘余金屬層，來提高孔的尺寸精度、降低孔內壁表面粗糙度，從而達到孔精加工要求。
金屬材料熱處理方式
金屬材料熱處理過程
中碳合金鋼的調質處理一般是切削成形后，為使之獲得所要求的綜合性能而進行的熱處理，通常包括淬火和高溫回火，也稱為調質處理，調質處理一般安排在粗加工之后,精加工之前。
淬火處理：在一般淬火時，工件淬火使之獲得完全馬氏體組織，與材料的淬透性及尺寸有關，42CrMo 材料淬透性甚好，且零件薄更容易淬透。
回火處理：調質處理中的回火，目的是調整工件淬火后的顯微組織，獲得所需要的綜合性能，如降低其硬度和強度，借以提高其韌性和塑性；同時也消除因淬火而產生的內應力?；鼗鹨话阍诟邷叵逻M行，但須避開產生回火脆性的溫度范圍?；鼗鸨睾?，也應使之快速冷卻通過產生回火脆性的溫度區，必要時可采用油冷或水冷的方式。回火溫度和時間的選擇，以達到所要求的性能為準。高溫回火熱處理溫度簡圖見圖1。
圖1 高溫回火熱處理溫度示意圖
金屬材料熱處理變形問題
某零件100(圖2)為細長形零件，零件技術要求：材料為42CrMo；熱處理為淬透，淬火＋高溫回火，表面和核心硬度 33 ～38HRC。
圖2 某零件尺寸圖
零件屬于細長薄零件，熱處理前零件平面狀態見圖3，高溫回火會導致零件變形，具體如圖4 所示，在厚度、寬度方向均會發生扭彎，板料嚴重變形成麻花狀。
圖3 某零件熱處理前示意圖
圖4 某零件熱處理后示意圖
若零件扭曲嚴重，校平后零件的平面度與直線度與熱處理前相差過大，難以恢復熱處理前零件平面狀態，只有通過在加工熱處理工序前增加更多余量的方式來加工，以滿足圖紙尺寸公差要求，嚴重影響生產效率。因此，可在熱處理工序中進行人為干預控制零件外形狀態，以減小零件高溫過程中變形。
為防止零件變形，可通過在零件上增加壓塊或者用螺紋緊固來壓緊零件，減小變形。在零件上增加壓塊，壓塊過厚重，熱傳導減慢，影響零件加熱升溫至高溫回火溫度；若螺栓連接緊固，單次使用方便快捷，但是重復使用在高溫回火過程螺紋會拉長變形，熱處理次數增多后螺栓上螺紋會與螺紋孔內螺紋融合，無法實現較高利用率。
為滿足實際生產加工要求，需設計一種零件專用工裝夾具壓緊零件，保證零件在滿足熱處理要求同時，也確保零件在高溫條件下變形小，減少后續校直工序工作量，提高零件合格率及生產效率，且工裝能重復使用。
防熱處理變形夾具研究
為實現上述目的，設計了一套熱處理工裝(圖5)，主要包括零件座，擋板，吊耳，楔塊(圖6)。
圖5 熱處理工裝部件示意圖
圖6 楔塊的結構示意圖
其特征在于，零件座為整料一體數銑加工，呈U形；擋板有四塊，焊接在零件座上；吊耳焊接于零件座兩端面；擋板中間有三段隔斷空處，方便打入楔塊；零件座上設有通孔，在熱處理完成后能用棒料穿過通孔將楔塊反向打出，方便拆裝；斜面與楔塊的斜面斜角一致，兩者通過面接觸，使楔緊力更大；整體工裝(圖7)左右兩端貫通，呈方形管狀，保證整個夾具在熱處理期間實現更好更快的熱傳導，達到所需要的熱處理溫度。
圖7 熱處理工裝的總裝圖
防變形夾具使用步驟
具體使用步驟如下：將零件100 依次疊加裝入零件座的內腔中，再將楔塊打入零件與零件座之間，使得斜面與斜面楔緊，然后利用零件座端面的兩個吊耳將工裝與夾具吊起放入熱處理爐中進行高溫回火，高溫回火結束冷卻至室溫，將棒料穿過零件座中間部分的通孔中反向打出楔塊，使之與零件100 和零件座脫離配合，再取出零件。
整個工裝并不是封閉型，在熱處理高溫回火階段使零件在減少變形的前提下能更好地升溫加熱至熱處理所需要的溫度。
零件加工工藝研究
零件加工難點分析
零件的加工難點集中在兩處，熱處理高溫變形校平問題及兩孔表面粗糙度問題。
零件熱處理后由于機械性能及硬度的變化，對后續孔精加工產生影響，需根據熱處理要求相應調整工藝方案，以滿足零件尺寸公差要求及使用要求。現通過數控與鉗工加工方式對比，尋求最適合車間實際生產所需求的工藝方案。
鉸孔工藝方案
⑴方案一。方式：數控銑鉆鏜孔至尺寸要求。內容：在數控機床鉆孔至
φ16mm，并保證孔中心距，銑孔至
φ18.5mm，鏜孔至
φ(9.12+0.030)mm。結果：零件孔位及孔表面粗糙度及形位公差均能滿足圖紙要求，孔徑尺寸偶爾出現超差情況。
⑵方案二。方式：鉗工利用鉆孔工裝擴鉆鉸孔。內容：鉆孔至
φ16.5mm，擴孔至
φ18.9mm 再鉸孔
φ(19.12+0.030)mm。結果：零件孔形位公差均能滿足圖紙要求，出現零件鉸孔后尺寸偏小，反復鉸孔均不能滿足零件孔徑公差，大部分孔表面粗糙度集中在Ra1.6 ～Ra3.2μm 范圍內，孔內有劃痕狀凹槽。
⑶方案三。方式：鉗工利用鉆孔工裝擴鉆粗精鉸孔。內容：鉆孔至
φ16.5mm，擴孔至
φ18.8mm，粗鉸孔至
φ19mmH7，最后精鉸孔
φ(19.12+0.030)mm。結果：零件孔位、孔徑、孔表面粗糙度及形位公差均能滿足圖紙要求，零件合格率高，效率中等。
⑷方案四。方式：數控加工孔后鉗工鉸孔。內容：數控鉆孔至
φ16mm，銑孔至
φ19mm，鉗工鉸孔
φ(19.12+0.030)mm。結果：零件孔位、孔徑、孔表面粗糙度及形位公差均能滿足圖紙要求，合格率高，效率高。
⑸方案五。方式：數控加工孔后鉗工鉸孔。內容：數控U 鉆鉆孔至
φ19mm，鉗工鉸孔
φ(19.12+0.030)mm。結果：零件孔位、孔徑、孔表面粗糙度及形位公差均能滿足圖紙要求，批產零件合格率高，加工效率高。
圖8 各方案數據統計
圖9 各方案合格率及加工時長折線圖
由于各車間實際情況差異大，數控機床、鉆床及鉗工人數不一，可根據實際情況調整選擇不同工藝，以選出更適合當下加工的最優方案，保證批產零件合格率的前提下提高實際生產效率。
結論
零件結構雖簡單，但在生產過程中會涉及多方面問題：機械性能、熱處理方式、鉸孔方法等，需要在實際加工過程中不斷實踐以攻克加工難點。機械加工學習過程漫長而任重道遠，吾輩需上下而求索。
曹小燕助理工程師，主要從事零件圖紙施工，工藝流程及工藝指令編寫，相關工裝夾具設計，數控及線切割編程。
——文章選自《鍛造與沖壓》2022年第15期
