加調(diào)模擬作動筒缸體磨損修復(fù)工藝研究

代顯鋒 曾凡新 李 凱 曹 杰 張 磊

（成都航利（集團）實業(yè)有限公司，彭州 611900）

由于該作動筒可以很好地模擬飛機在加力飛行時加力噴口調(diào)節(jié)器的工作狀態(tài)，現(xiàn)被用于某型渦扇航空發(fā)動機加力噴口調(diào)節(jié)器維修后的性能測試。該作動筒長期在高壓、高頻次的往復(fù)運動中極易造成模擬作動筒缸體內(nèi)腔和活塞的機械磨損，造成模擬作動筒泄漏。模擬作動筒一旦泄露就需要維修，而原有維修方式為直接更換磨損件。由于模擬作動筒通過整件精加工而成，加工周期約為3個月，單價約2萬/套（缸體每套的成本約為9 800元/套），若直接報廢，一方面可能影響生產(chǎn)進度，另一方面還會大大增加設(shè)備的維護成本，造成不必要的資源浪費。因此，有必要進行修復(fù)再利用，以減少時間成本和經(jīng)濟成本。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，由于模擬作動筒技術(shù)精度高、制造難度大[1]，一般都是缸體局部損壞或磨損，主體損壞、損傷并不嚴(yán)重，為其再制造修復(fù)利用提供了條件?，F(xiàn)已有很多相關(guān)報道，如劉月輝[2]和薛鵬[3]采用焊接技術(shù)實現(xiàn)了對大功率汽輪機缸體的裂紋修復(fù)；鄭旭[4]利用激光熔覆焊接技術(shù)實現(xiàn)了對拖拉機發(fā)動機缸體的修復(fù)；楊生明[5]采用電弧冷焊工藝實現(xiàn)了對汽車發(fā)動機缸體的修復(fù)。雖然上述技術(shù)修復(fù)性能好，但成本較高，工藝復(fù)雜，因此不適用于模擬作動筒。馮春曉[6]利用電刷鍍修復(fù)技術(shù)，實現(xiàn)了對飛機起落架作動筒活塞桿的修復(fù)；葛文軍[7]和夏丹[8]利用摩擦電噴鍍修復(fù)工藝和電刷鍍修復(fù)工藝，實現(xiàn)了對飛機作動筒活塞桿和襟翼作動筒活塞的修復(fù)。該工藝不僅簡單，方便迅速，成本較低，且質(zhì)量較好，完全能滿足要求。因此，本文將采用電鍍技術(shù)實現(xiàn)對模擬作動筒磨損缸體的修復(fù)。

1 產(chǎn)品總體技術(shù)要求

修復(fù)模擬作動筒缸體內(nèi)腔（如圖1所示）后，不能改變缸體內(nèi)腔尺寸及其與端面之間的形位公差。在修復(fù)裝配完加調(diào)模擬作動筒（如圖2所示）后，依次向腔Ⅰ供27.5 MPa燃油，腔Ⅱ供27.5 MPa燃油，腔Ⅲ供12.5 MPa燃油，且模擬作動筒各接合面及活塞處無泄漏。

圖1 模擬作動筒缸體示意圖

圖2 模擬作動筒示意圖

2 修復(fù)工藝研制

2.1 更改活塞桿上O型密封圈的安裝方式

通過改變模擬作動筒活塞桿上O型密封圈的安裝方式，以延長作動筒內(nèi)密封件的使用壽命。原活塞桿上的O型密封圈直接安裝在活塞上的金屬槽內(nèi)，如圖3（a）所示?；钊谕鶑?fù)運動過程中，O型密封圈受力變形，擠壓到金屬槽內(nèi)兩側(cè)。運動過程中，極易將O型密封圈剪傷。

圖3 塞上密封圈安裝示意圖

改制時，按GB/T 3452.3—2005標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)液壓作動筒輸入的交替壓強P＞10 MPa時，對液壓活塞桿上動密封O型密封圈的安裝要求和對模擬作動筒活塞桿上O型密封圈的安裝方式進行改進，如圖3（b）所示。在O型密封圈安裝槽兩側(cè)增加聚四氟乙烯軟墊，活塞在往復(fù)運動過程中，避免O型密封圈直接與金屬槽接觸，從而減少O型密封圈的磨損。

2.2 磨損模擬作動筒缸體內(nèi)腔修復(fù)工藝的研制

通過對已磨損的模擬作動筒缸體進行磨削、除應(yīng)力、鍍硬鉻、精磨的工藝修復(fù)過程，可達到模擬作動筒的使用要求，從而還原模擬作動筒性能。鍍硬鉻是一種傳統(tǒng)的表面電鍍技術(shù)，主要用于提高零件表面的硬度、摩擦面的耐磨性和磨損零件的修復(fù)。鍍鉻層具有較高的耐熱性（500 ℃以上才開始氧化，700 ℃以上才降低硬度）、硬度高、耐磨性好，能防止水汽的腐蝕，成本低，滿足磨損模擬作動筒缸體修復(fù)要求。因此，該項目擬選擇鍍硬鉻技術(shù)對已磨損的模擬作動筒缸體進行修復(fù)，修復(fù)工藝流程為“磨削磨損缸體內(nèi)腔→消除缸體應(yīng)力→對缸體內(nèi)腔鍍硬鉻→精磨缸體內(nèi)腔”。

2.2.1 磨損模擬作動筒缸體內(nèi)腔磨削

依據(jù)工廠“電鍍鉻：Q/35X J3.59—2008”中5.1.3的要求，鍍鉻層厚度不應(yīng)超過0.15 mm。因此，需對磨損后的模擬作動筒缸體內(nèi)腔（如圖4所示）進行磨削。磨削時，將內(nèi)腔尺寸Ф120+0.035mm磨削至Ф120+0.1+0.10035mm，保證內(nèi)腔中心線對端面的跳動不超過0.08 mm。磨削處的粗糙度Ra不低于1.6 μm。同時，以內(nèi)腔中心線為基準(zhǔn)，磨削作動筒外壁至Ф142.5 mm，保證磨削后的外壁與內(nèi)腔的同軸度不超過0.01 mm，如圖5所示。

圖4 缸體內(nèi)腔劃痕

圖5 磨削后的模擬作動筒缸體示意圖

外壁磨削后的強度校核為[8]：

式中：δ為作動筒缸體壁厚，單位為m；δ0為作動筒缸體壁厚最小值，單位為m；σp為作動筒缸體材料許用應(yīng)力，單位為MPa。

式中：σb為作動筒缸體材料抗拉強度，單位為MPa；n為安全系數(shù)，通常n=5；D為作動筒缸體內(nèi)徑，單位為m；Pmax為作動筒缸體最高工作壓強，單位為MPa。

故：

又因為δ=11.25＞9.8，作動筒缸體材料為40Cr，故σb≥1 000 MPa。所以，磨削后作動筒缸體壁厚強度滿足使用要求。

2.2.2 消除磨削后缸體的內(nèi)應(yīng)力

將磨削后的作動筒缸體放入260 ℃的烘箱內(nèi)，保溫不少于4 h，以消除加工時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。依據(jù)工廠“電鍍鉻：Q/35X J3.59—2008”中表1的要求，鍍鉻前進行了磨削、拋光等機械加工的鋼制修理件，需進行消除應(yīng)力處理。由于模擬作動筒缸體選用的材料是40Cr，故將磨削后的作動筒缸體放入260 ℃的烘箱內(nèi)，保溫不少于4 h，以消除加工時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

表1 機械加工應(yīng)力熱處理要求

2.2.3 對缸體內(nèi)腔鍍硬鉻

2.2.4 精磨鍍硬鉻后的作動筒缸體內(nèi)腔

作動筒缸體內(nèi)腔鍍硬鉻后，以作動筒外壁精磨后的兩處Ф142.5 mm外圓找正，對作動筒缸體內(nèi)腔進行精磨，確保磨削后內(nèi)腔尺寸為Ф120+0.035mm，同時保證內(nèi)腔中心線對端面的跳動不超過0.08 mm，磨削處的粗糙度Ra不低于0.4 μm，具體要求見圖6。

圖6 缸體內(nèi)腔精磨要求

最后，根據(jù)圖樣尺寸要求，修配模擬作動筒，補齊遺失的膠件及螺釘，如圖7所示。

圖7 修配好的模擬作動筒

3 考核驗證

一方面，將修復(fù)后的模擬作動筒安裝到噴加調(diào)性能試驗器上進行試驗，結(jié)果作動筒動作靈活，各結(jié)合面無滲漏現(xiàn)象。另一方面，將模擬作動筒連接到加調(diào)產(chǎn)品上按工藝要求試驗，結(jié)果作動筒動作靈活，各結(jié)合面無滲漏現(xiàn)象，滿足產(chǎn)品試驗要求。

4 結(jié)語

該修復(fù)工藝一方面通過改變模擬作動筒活塞桿上O型密封圈的安裝方式，延長作動筒內(nèi)密封件的使用壽命。另一方面，通過對已磨損的模擬作動筒缸體進行磨削、除應(yīng)力、鍍硬鉻、精磨的工藝修復(fù)過程，還原了模擬作動筒的性能。