淺談化學(xué)銑切鈦合金零件專用工裝設(shè)計(jì)

孟憲國(guó) 劉軍喆 李 巖 郭春光 金興彬

（沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

1 專用工裝設(shè)計(jì)

1.1 材料的選擇

化銑鈦合金零件工裝使用的材料，首先必須能耐住濃氫氟酸和濃硝酸的腐蝕，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)非金屬材料：玻璃鋼、有機(jī)玻璃、尼龍、ABS、聚氨酯板、軟聚氯乙烯、聚四氟乙烯、PVC、氯丁橡膠、丁腈橡膠、天然橡膠、黑耐油橡膠、聚丙烯，進(jìn)行了280小時(shí)化銑液浸泡試驗(yàn)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：聚丙烯、聚四氟乙烯、丁腈橡膠三種材料狀態(tài)沒(méi)有改變，PVC材料顏色微變外，其余材料都已經(jīng)發(fā)生性能改變，包括顏色、硬度、脆性、強(qiáng)度等；現(xiàn)場(chǎng)對(duì)選用常用不銹鋼材料OCr17Ni2Mo2（SUS316）及OCr18Ni9（SUS304）進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，SUS316要比SUS304耐腐蝕性要好，但二者使用時(shí)，必須涂防護(hù)膠。

PP材料：學(xué)名為聚丙烯，耐酸性能好，焊接性能好；具有良好機(jī)械加工性能，應(yīng)用廣泛，可以進(jìn)行同種材料焊接，因此可以作為結(jié)構(gòu)件，但強(qiáng)度不高，做承力件，需內(nèi)襯鋼材或增加材料厚度；如果無(wú)法買到工業(yè)用PP材料，也可用民用的PP-R材料，如熱水管件等，但耐腐蝕不如前者，只能進(jìn)行熱熔焊接；工業(yè)用PP材料，純度可以保證，對(duì)于化學(xué)銑用工裝，最好選用工業(yè)級(jí)PP材料，不推薦采用民用PP管件，如必須采用，優(yōu)先選擇使用PP-R熱水管件。

SUS316耐酸能力比SUS304強(qiáng)，但SUS316在市場(chǎng)上很難買到，可以用SUS304代替，對(duì)工裝使用過(guò)程沒(méi)有太大影響，僅僅是處于酸液中的時(shí)間，要略有減少。

丁腈橡膠:可作為墊片使用，現(xiàn)場(chǎng)使用后丁腈橡膠表面沒(méi)有變化，但材料硬度略有降低，外觀表面顏色沒(méi)有變化。

聚四氟乙烯：在化銑液中有很好的表現(xiàn)，由于聚四氟乙烯為高溫壓結(jié)材料，不適于進(jìn)行同材料焊接，同時(shí)與PP材料也無(wú)法進(jìn)行塑料焊接；該材料粘接性能很差，除非表面清理的非常干凈。因此，聚四氟乙烯可以做螺釘、螺帽、墊片等單獨(dú)零件使用。

硬聚氯乙烯，又叫PVC，雖然耐腐蝕性能好，但在試驗(yàn)中微變性，因此設(shè)計(jì)化銑工裝中盡可能不采用此種材料，但該材料有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的管件，設(shè)計(jì)時(shí)也可采用，但不推薦，如有必要，推薦采用pp-R管件。

1.2 粘接技術(shù)

在工裝設(shè)計(jì)過(guò)程中，不可避免使用粘接劑，通過(guò)對(duì)各種粘接劑進(jìn)行試驗(yàn)表明：環(huán)氧樹脂、502膠水、PVC上下水膠具有良好表現(xiàn)。

環(huán)氧樹脂膠：對(duì)金屬和非金屬具有優(yōu)異的粘合力、耐熱性、絕緣性、硬度和軟性都好，可用于金屬、非金屬等材料的粘合；現(xiàn)場(chǎng)可采用配制環(huán)氧樹脂溶液進(jìn)行工裝零件間的粘接及較大間隙填充，也可作為工裝修理時(shí)填堵磨損的面、孔修補(bǔ)等；當(dāng)與化銑液長(zhǎng)時(shí)間接觸，會(huì)腐蝕變薄，以此要及時(shí)復(fù)涂。

5 02 膠水：對(duì)金屬、非金屬等具有非常好的粘接性能，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，粘接件能長(zhǎng)時(shí)間浸在化銑液中而不開(kāi)裂，如丁腈橡膠與PP材料粘接、PP材料與不銹鋼粘接等，但沾接表面必須打粗糙。

PVC上下水膠：是一種專門粘接PVC材料的粘接劑，包括上水膠、下水膠，在家庭裝修時(shí)經(jīng)常使用，但粘接強(qiáng)度不大，不能承受大的沖擊，必要時(shí)要通過(guò)螺釘?shù)裙潭?；?duì)PP材料也有一定粘接作用。

1.3 特種焊接技術(shù)

塑料焊接：PP材料有優(yōu)良的焊接能力，在化銑工裝中得到廣泛應(yīng)用；焊接采用PP焊條（一般為廠家自制，市場(chǎng)上也有出售）通過(guò)熱風(fēng)機(jī)（塑料焊機(jī)，500度以上空氣）進(jìn)行焊接，保證焊接質(zhì)量。

熱熔焊接：如采用民用PP-R材料，如采用塑料焊接，焊接性能不好，建議采用熱熔焊機(jī)對(duì)接焊接；這種方法可采用標(biāo)準(zhǔn)的PP-R材料上下水管件，如彎頭等，可以化銑工裝及相關(guān)裝備的設(shè)計(jì)、制造等。

1.4 涂敷技術(shù)

由于工裝中經(jīng)常使用不銹鋼鋼材作為承力件，對(duì)其保護(hù)為重中之重，主要下面有以下涂敷方法：

（1）熱浸PVC法：就是將工裝放入PVC溶液中，將溶液一層層涂到工件上，粘接力較好，涂層能抗輕微沖擊。

（2）包涂法：利用PP材料可以焊接的性能，利用管、板等，將工件整體進(jìn)行包裝，接口處采用焊接封口；在厚度上可以自由選擇，但沒(méi)有結(jié)合力，僅為包裝，可以考慮與粘接方法聯(lián)合使用。

（3）噴涂PVC法：采用塑料噴涂設(shè)備，對(duì)工裝進(jìn)行噴涂，有效厚度一般為1.5mm工裝的使用會(huì)受到限制。

（4）襯玻璃鋼法：采用環(huán)氧樹脂和纖維布（或滌綸布），在零件表面進(jìn)行纏裹，3-4mm約纏10層，固定時(shí)間為24小時(shí)?？梢詫?duì)任何型面進(jìn)行襯覆，粘接力好，強(qiáng)度高，但粘接劑必須為環(huán)氧樹脂。。

1.5 工裝結(jié)構(gòu)選擇

由于化銑中需要不斷攪拌，保證各加工面腐蝕速度一致，因此夾具優(yōu)選輪輻復(fù)合結(jié)構(gòu)，臥式、立式均可，在電機(jī)帶動(dòng)下，能緩緩旋轉(zhuǎn)，該結(jié)構(gòu)具有輕巧、強(qiáng)度高、耐腐蝕好的特點(diǎn)。該化銑夾具主要固定架、活動(dòng)中軸、墊片、緊鎖螺母及緊固件組成。

1.6 工裝設(shè)計(jì)中注意的問(wèn)題

（1）丁腈橡膠墊片無(wú)法固定：粘接面沒(méi)有打毛，502膠水涂敷不夠，沒(méi)有墊片限位槽 。

（2）丁腈橡膠墊片表面失去彈性：材料老化，或502膠水涂在表面。

（3）涂敷玻璃鋼表面起鼓：纖維布透氣性不好，里面有空氣沒(méi)有排凈。

（4）涂敷玻璃鋼表面有坑：涂敷不到位，用環(huán)氧樹脂補(bǔ)添 。

（5）化銑工裝使用后，里面有化銑液，沒(méi)有設(shè)計(jì)排出孔或該孔堵塞。

（6）使用后螺釘位置表面塌陷：PP材料比較軟，加力擰緊時(shí)，材料發(fā)生塑性變形；可用環(huán)氧樹脂液修補(bǔ)，或增加大墊片分散壓應(yīng)力。

2 化銑工裝技術(shù)的不足與展望

化銑工藝有其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，隨著加工技術(shù)進(jìn)步，對(duì)工裝的需求將會(huì)更加多樣，而設(shè)計(jì)、制造的工裝手段有很大的局限性，本文只從試驗(yàn)角度對(duì)化銑工裝進(jìn)行闡述，沒(méi)有涉及更多材料，還有很大的局限性，特別是對(duì)材料的使用狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括使用壽命等，都沒(méi)有確切的數(shù)據(jù)支撐；另外工裝結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面，還沒(méi)有開(kāi)展研究。

[1]趙永崗，等.化學(xué)銑切在鈦合金加工中的研究及應(yīng)用[J].表面技術(shù)，2009.

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版第一卷）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.