航空器活塞桿內(nèi)筒尺寸修復(fù)的鍍鉻工藝

熊 俊, 朱 萍, 陳葉青(. 上海大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院, 上海 0007; . 上海大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院, 上海 0007)

航空器活塞桿內(nèi)筒尺寸修復(fù)的鍍鉻工藝

熊 俊1, 朱 萍1, 陳葉青2
(1. 上海大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院, 上海 200072; 2. 上海大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院, 上海 200072)

對某航空器活塞桿內(nèi)筒尺寸修復(fù)的鍍鉻工藝進(jìn)行了研究，對零件特點(diǎn)、工裝設(shè)計(jì)、鍍鉻工藝優(yōu)化分析等技術(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行了分析及闡述。專門設(shè)計(jì)了一套用于該型號活塞桿的鍍鉻修復(fù)工裝，并且通過電鍍鉻試驗(yàn)確定了與工裝匹配的鍍鉻工藝參數(shù),然后使用該套工裝及工藝參數(shù)對活塞桿內(nèi)筒進(jìn)行了尺寸修復(fù)。結(jié)果表明：該工裝和鍍鉻工藝參數(shù)匹配良好，不僅修復(fù)后的活塞桿內(nèi)筒尺寸滿足要求，而且鍍層表面均勻、光滑，可重新用于航空器。

活塞桿；尺寸修復(fù)；鍍鉻；工裝；工藝參數(shù)

圖1 活塞桿示意圖Fig.1 Schematic diagram of the piston rod:(a) plane diagram; (b) stereo schematic diagram of the port;(c) overall schematic diagram

某型航空器在試飛過程中發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)存在故障，經(jīng)分析排查，是由于該系統(tǒng)活塞桿內(nèi)部鍍鉻層局部發(fā)生了脫落。由于此活塞桿一端孔徑非常小，不利于磨削加工，因此無法采用傳統(tǒng)加厚鍍鉻的方式修復(fù)鉻層，必須進(jìn)行尺寸鍍鉻才能既滿足修復(fù)鉻層又達(dá)到成品尺寸的要求。筆者主要針對該活塞桿內(nèi)筒尺寸修復(fù)鍍鉻工藝中的技術(shù)重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行分析及闡述。

1 工裝設(shè)計(jì)

活塞桿工裝設(shè)計(jì)的好壞直接影響鍍鉻的成功與否。該活塞桿材料為30CrMnSi鋼，如圖1所示，內(nèi)置陽極上部粗的部分直徑為20 mm，下部細(xì)的部分直徑為10 mm。該活塞桿一端孔小，工裝設(shè)計(jì)主要考慮以下3個(gè)問題：①活塞桿內(nèi)筒頂端開口小，如圖1(b)所示，不利于槽液的流通；②鍍液分散能力和覆蓋能力均很低，活塞桿內(nèi)筒鍍鉻區(qū)域長(φ52 mm表面鍍硬鉻)，不利于保證鍍層厚度的均勻性；③活塞桿內(nèi)筒頂端及開口處有焊縫及密封圈處，不能進(jìn)行涂鍍，必須絕緣保護(hù)，如圖1(c)所示。

圖2 工裝設(shè)計(jì)示意圖Fig.2 Design schematic diagram of the tool:(a) the upper end; (b) the bottom end

為解決這些問題，專門設(shè)計(jì)了一套專用工裝，如圖2所示。采用了直徑逐步變大的碗型開口的尼龍襯套，該襯套設(shè)計(jì)時(shí)最大限度地考慮了通孔的直徑，在絕緣保護(hù)非鍍面的同時(shí)，最大限度地保證了槽液的流通。而碗型襯套成型后，形成的通孔直徑也僅有18 mm。在陽極制作上，考慮到手工鍛造成型的鉛陽極棒圓柱度及直線度不足，這將造成鍍層厚度的不均勻；而且直徑較小的鉛陽極在電鍍時(shí)，容易因溫度升高而產(chǎn)生變形，導(dǎo)致鍍層局部燒焦。因此采用澆鑄結(jié)合機(jī)加工的方法制成具有一定硬度且表面光滑的鉛銻合金內(nèi)置陽極，而后再通過兩端襯套固定陽極，這樣就避免了因?yàn)殄懺煦U棒表面粗糙、直徑不等、鉛棒太軟容易左右晃動(dòng)而導(dǎo)致的內(nèi)筒鍍層的不均勻。

2 試驗(yàn)方法及結(jié)果

2.1 試驗(yàn)方案

鍍鉻的電流效率很低，一般只能達(dá)到15%～25%[1-2]。這是由于氫的過電位很低，在鍍鉻過程中，大部分的電流消耗在析出氫氣上面[3]。因此，鍍鉻時(shí)所采用的電流密度高，電鍍槽的電壓也很高。鍍鉻中，工藝參數(shù)對鍍層質(zhì)量的影響很大，尤其是電流密度與溫度[4-5]。在低溫和高電流密度下，容易導(dǎo)致鍍鉻層暗灰或燒焦、脆性大、存在樹枝狀結(jié)晶等缺陷；在高溫和低電流密度下，容易導(dǎo)致鍍鉻層硬度低；此外，隨著溫度的升高，電流效率下降，而在一定溫度下，電流密度越高，電流效率也越高。因此在電鍍過程中，需選擇恰當(dāng)?shù)墓に噮?shù)并使其穩(wěn)定，來保證鍍層的外觀及硬度等質(zhì)量要求。試驗(yàn)中嚴(yán)格控制溶液的溫度，使溫差范圍不超過±2 ℃，而電流密度也應(yīng)當(dāng)適中并與溫度相配合。

為了得到準(zhǔn)確的電鍍工藝參數(shù)，必須先經(jīng)過多次試驗(yàn)。先采用與活塞桿零件內(nèi)徑相同、大小相仿的試樣進(jìn)行試驗(yàn)，確定鍍鉻槽液的溫度，再確定電流密度，最后根據(jù)成品尺寸要求及鍍前尺寸來確定鍍鉻時(shí)間。

2.2 試驗(yàn)過程

2.2.1 溫度的選擇

根據(jù)航空標(biāo)準(zhǔn)HB/Z 5072-1992《電鍍鉻工藝》的規(guī)定，鍍硬鉻時(shí)槽液溫度一般控制在50～60 ℃。根據(jù)車間多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及車間電鍍槽槽液的特點(diǎn)，確定選擇(58±2) ℃為最佳試驗(yàn)溫度。

2.2.2 電流密度及電鍍時(shí)間的選擇

為了選擇活塞桿內(nèi)筒鍍鉻時(shí)合適的電流密度及電鍍時(shí)間，通過多次試驗(yàn)，獲得了槽液電流效率參數(shù)。根據(jù)航標(biāo)及工藝要求，鍍鉻電流密度一般在40～60 A·dm-2。而在鍍覆過程中，對于鍍液循環(huán)不暢的孔內(nèi)、槽類以及其他復(fù)雜件時(shí)，操作者可根據(jù)具體情況適當(dāng)降低電流密度來防止鍍層粗糙或燒焦，電流密度最低可降至30 A·dm-2。現(xiàn)選擇不同電流進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為57 ℃，所得結(jié)果見表1。試樣鍍覆后，當(dāng)電流密度為45 A·dm-2，電鍍3 h時(shí)，鍍層表面出現(xiàn)局部粗糙；當(dāng)電流密度為55 A·dm-2，電鍍2 h時(shí)也發(fā)現(xiàn)鍍層粗糙。

表1 鍍層厚度與電鍍參數(shù)的關(guān)系Tab.1 Relationship between the coating thickness and the plating parameters

2.3 分析及討論

根據(jù)表1的試驗(yàn)結(jié)果及鍍層表面狀況可以知道:在允許的范圍內(nèi)，當(dāng)電流密度一定時(shí)，鍍層厚度與電鍍時(shí)間成正比；當(dāng)電鍍時(shí)間一定時(shí)，鍍層厚度與電流密度成正比。當(dāng)電流密度大于45 A·dm-2時(shí)，無法得到表面光滑的鍍層。

結(jié)合生產(chǎn)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)得出以下結(jié)論：①內(nèi)筒尺寸鍍鉻時(shí)，電流密度宜選擇為30～40 A·dm-2，當(dāng)電流密度過大、電鍍時(shí)間長時(shí)鉻層表面會(huì)粗糙，當(dāng)電流密度過小時(shí)電鍍時(shí)間會(huì)延長，因此選擇電流密度Dk為35 A·dm-2較合適；②鍍鉻時(shí)間、電流密度與鉻層厚度的關(guān)系可由法拉第定律得知：

式中：δ為鍍層厚度，μm；κ為鉻的電化學(xué)當(dāng)量，g·(A·h)-1；Dk為電流密度，A·dm-2；t為電鍍時(shí)間，min；η為電流效率；ρ為金屬鉻的密度，g·cm-3。

根據(jù)式(1)和試驗(yàn)結(jié)果可推出以下經(jīng)驗(yàn)公式：

t=C·

式中：C為常數(shù)，C=1.37。

3 活塞桿內(nèi)筒鍍鉻

從而得知需要電鍍的鉻層單面厚度δ≈110μm，根據(jù)試驗(yàn)所得的經(jīng)驗(yàn)公式，可以計(jì)算出所需電鍍時(shí)間t≈4.5h。

4 結(jié)論

通過合理的設(shè)計(jì)以及實(shí)際的電鍍鉻試驗(yàn)，完成了活塞桿內(nèi)筒鍍鉻工裝設(shè)計(jì)和電鍍鉻參數(shù)的良好配合，較好地解決了航空器活塞桿內(nèi)筒尺寸修復(fù)鍍鉻的難題，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本，也為類似的筒型工件尺寸鍍鉻提供了參考。

[1] 侯娟玲,閆小軍,馮拉俊,等.添加劑對電刷鍍鉻電流效率的影響[J].鑄造技術(shù)，2009,30(8):1067-1069.

[2] 何昭民.緊固件表面電鍍鉻工藝及性能研究[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué),2016.

[3] 張美.雙膜三室鍍槽三價(jià)鉻鍍鉻研究[D].鞍山：遼寧科技大學(xué),2008.

[4] 安茂忠.電鍍理論與技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2004.

[5] 《航空制造工程手冊》總編委會(huì).航空制造工程手冊：表面處理[M].北京：航空工業(yè)出版社,1993.

Resizing Chromium Plating Technology of Inner Cylinders of the Aircraft Piston Rods

XIONG Jun1, ZHU Ping1, CHEN Ye-qing2
(1. School of Environment and Chemical Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072, China;2. School of Materials Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072, China)

The technology of resizing chromium plating on the inner cylinders of aircraft piston rods was studied. The key points and difficulties of parts features, tooling design, chromium plating process optimization analysis were analyzed and explained. A set of tool was designed for resizing chromium plating of the piston rods, and the correct chromium plating parameters were confirmed to match the designed tool through the experiment. The inner cylinders of the piston rods were resized through the tool with these parameters. The results show that the designed tool and plating process parameters were well matched, and the size of the inner cylinders of aircraft piston rods could meet the requirement after resizing; the surface of the plating layer was uniform and smooth, and the piston rods could be used for aircrafts again.

piston rod; resizing; chromium plating; tool; technology parameter

2016-05-10

熊 俊(1986-)，男，工程師，工程碩士，主要從事化學(xué)處理方面的研究，xjsby@126.com。

10.11973/lhjy-wl201703005

TQ153

A

1001-4012(2017)03-0169-03