飛機活塞桿硬質(zhì)陽極氧化層鏡面加工技術的改進

王澤亮,郭立宇,仇紅偉,趙 爽

(1.大連長豐實業(yè)總公司 機械加工車間，遼寧 大連116033;2.沈陽理工大學 裝備工程學院，遼寧 沈陽 110159)

鋁合金硬質(zhì)陽極氧化后具有良好的絕緣、耐磨、耐腐蝕性能，被廣泛應用于先進飛機制造領域[1-2]。某型飛機活塞桿硬質(zhì)陽極氧化層粗糙度需達到近似鏡面要求[3-4](Ra為0.2 μm以下)，經(jīng)過硬質(zhì)陽極氧化，鋁合金表面粗糙度一般會下降一到兩個等級。儲榮邦等的做法提高了零件硬質(zhì)陽極氧化前的粗糙度等級[5]。時春燕等對軋制成形與擠壓成形2A12鋁合金的金相組織結構、成分進行了研究，發(fā)現(xiàn)用軋制成形2A12鋁合金制備的硬質(zhì)陽極氧化膜綜合性能優(yōu)異[6]。

目前，關于硬質(zhì)陽極氧化層鏡面加工的研究文獻較少。本文擬對某型飛機上所用鋁合金活塞桿制造中的質(zhì)量問題進行分析，重點解決其硬質(zhì)陽極氧化層鏡面加工難題。

1 硬質(zhì)陽極氧化層鏡面加工尺寸超差和表面質(zhì)量問題

隨著某型飛機修理工作的展開，其活塞桿的需求量激增。2019年，該活塞桿的生產(chǎn)成品率僅為69.62%。較低的成品率不僅造成了嚴重的資源浪費、零件的供應不足，也嚴重制約了飛機修理進度。該活塞桿結構中有一段長度375 mm、直徑40 mm的外圓表面(圖1)。該段外圓表面需要經(jīng)過硬質(zhì)陽極氧化處理，使其最終粗糙度Ra達到0.1～0.2 μm?？刹捎脪伖獾姆绞绞褂操|(zhì)陽極氧化表面達到鏡面效果。

圖1 活塞桿結構

該活塞桿的加工過程主要分為外形尺寸加工、表面處理和硬質(zhì)陽極氧化層鏡面加工3個階段。

2019年某企業(yè)活塞桿的制造報廢情況如表1所示。

表1 2019年某企業(yè)活塞桿制造報廢情況

從表1可知，活塞桿制造報廢情況主要是硬質(zhì)陽極氧化層鏡面加工尺寸超差(報廢占比50%)和表面不滿足硬質(zhì)陽極氧化要求(報廢占比33.33%)。這兩項問題造成的報廢占比之和高達83.33%。

2 加工尺寸超差問題的解決

2.1 加工尺寸超差問題分析

由于活塞桿為鋁合金，其表面鍍層的厚度較薄，不便于磨削加工[7-9]，故需要采用拋光方式來提高其表面質(zhì)量。加工時，將工件安裝好，手持砂紙按壓工件外圓進行拋光(圖3)。這種加工方式存在拋光力大小難以保持一致、進給不連續(xù)、工件受力不均勻等缺點。

圖2 硬質(zhì)陽極氧化表面手工拋光示意圖

2.2 加工尺寸超差問題的解決措施

對傳統(tǒng)的手工拋光方式進行分析，尋找工裝設計思路，保留優(yōu)點，改善缺點。首先確定手工拋光工藝要點，包括拋光接觸面的面積(指手持砂紙的面積)、拋光力(由手臂按壓產(chǎn)生)、進給量(根據(jù)手感掌握)3個方面；然后利用機械結構實現(xiàn)上述工藝要點，并在設計時盡量避免手工拋光存在的缺點。本文根據(jù)文獻[10-11],設計了一種外圓浮動拋光裝置(圖3)。

1.拋光頭；2.芯軸；3.殼體；4.扭塞；5.定位套；6.彈簧；7.螺栓；8.襯套；9.拋光紙圖3 外圓浮動拋光裝置

外圓浮動拋光裝置的拋光頭為弧形凹面，其弧度略大于活塞桿外圓弧面，其形狀近似于手工拋光的手掌，有利于保證工件受力的均勻。拋光裝置中彈簧可提供較均勻的拋光力。將工裝安裝在拋光裝置的刀架上，結合設備功能實現(xiàn)均勻進給。

拋光頭的材質(zhì)選取非常重要。本文考慮到鋼的硬度過大，鋁材容易被研磨，木質(zhì)材料在冷卻液作用下壽命較短；因此選取材質(zhì)較軟、韌性較強、耐高溫的聚四氟乙烯材料來制作拋光頭。工裝其余結構采用鋼質(zhì)材料，拋光紙選用帶背膠的高目數(shù)砂紙[12-14]。

3 未滿足硬質(zhì)陽極氧化要求問題的解決

3.1 氧化要求問題分析

活塞桿原材料為2D70鋁合金，硬質(zhì)陽極氧化表面處理前常有的白色氧化斑塊，在處理后容易出現(xiàn)小凹坑而無法徹底去除，使硬質(zhì)陽極氧化層無法達到要求的鏡面效果。在活塞桿外形加工過程中，冷卻液(它包含冷卻原液和水)和空氣共同影響工件表面質(zhì)量?？赏ㄟ^試驗，分析冷卻原液、水和空氣3種因素造成工件表面白色氧化斑塊的情況。三因素包括冷卻原液、水、空氣；二水平為有和無。

將冷卻液滴在工件表面上，通過涂抹凡士林的方式隔絕空氣，試驗時間13 d(由活塞桿外形加工周期約為13 d而定)。三因素二水平試驗安排與結果如表2所示。

表2 三因素二水平試驗安排與結果

分析可知，在冷卻液和空氣共同作用下，工件表面發(fā)生氧化而腐蝕，導致其表面處理未能滿足要求。

3.2 氧化要求問題的解決措施

首先使用煤油對工件進行清洗，去除冷卻液殘留；然后用軟布擦干；最后涂抹凡士林，以隔絕空氣。

4 改進效果

改進后，硬質(zhì)陽極氧化層鏡面加工實現(xiàn)了從傳統(tǒng)手工拋光到機械拋光的技術跨越。本文提出的飛機活塞桿硬質(zhì)陽極氧化層鏡面加工技術改進方法具有很高的可操作性，使活塞桿的加工過程變得輕松、便捷。經(jīng)測試，采用技術改進方法后，硬質(zhì)陽極氧化層表面粗糙度Ra達到了0.1 μm 的鏡面效果。

改進后某企業(yè)活塞桿制造報廢情況如表3所示。

表3 改進后某企業(yè)活塞桿制造報廢情況

分析表3可知，通過制定改進措施解決了硬質(zhì)陽極氧化層鏡面加工尺寸超差及表面不滿足硬質(zhì)陽極氧化要求問題，攻克了某型飛機活塞桿硬質(zhì)陽極氧化層鏡面加工難題。經(jīng)過一段時間的跟蹤統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，活塞桿制造成品率已從69.62%上升到了93.33%。

5 結束語

針對某型飛機活塞桿制造成品率低這一問題，采用外圓浮動拋光裝置使硬質(zhì)陽極氧化層鏡面加工的拋光過程變得連續(xù)，拋光效果得到顯著改善。同時，該拋光裝置可根據(jù)需要選擇不同的拋光砂紙，具有較高的推廣價值。在活塞桿外形加工后，可用煤油清洗活塞桿表面并涂抹凡士林，以確保硬質(zhì)陽極氧化表面處理前的活塞桿表面質(zhì)量，為后續(xù)鏡面加工做好準備。