管接頭修理方法探討

王洋，郭立宇，孟慶國，王大宏，孫蘋

大連長豐實(shí)業(yè)總公司 遼寧大連 116038

關(guān)鍵字：管路系統(tǒng) ；管接頭；修理；夾持工具；自動(dòng)進(jìn)給；表面粗糙度

1 序言

管接頭是氣體或液體輸送系統(tǒng)中的重要部件，廣泛應(yīng)用于航空、航天和交通工具的動(dòng)力系統(tǒng)中[1]，它的質(zhì)量將直接決定飛機(jī)的性能[2]。管接頭將導(dǎo)管、活門和傳感器等結(jié)構(gòu)連接起來構(gòu)成整個(gè)輸送系統(tǒng)，并起到防止管路系統(tǒng)中介質(zhì)泄漏的作用。在飛機(jī)管路系統(tǒng)中，由于管路長期處于高壓、高油和振動(dòng)的運(yùn)行環(huán)境，所以安全性與可靠性是管路系統(tǒng)重要的考核指標(biāo)， 而管接頭是這一系統(tǒng)中的重要連接節(jié)點(diǎn)。為確保接頭質(zhì)量的可靠性和密封性，對管接頭的尺寸精度（密封錐面角度和開口尺寸）[3]、幾何精度（圓度、徑向圓跳動(dòng)和同軸度）、表面質(zhì)量（不能有磕傷、劃痕、刀痕和加工褶皺等外觀缺陷）及接頭錐面的表面粗糙度等方面均提出了嚴(yán)格的要求[4]。

2 研究背景

我廠大修的某型飛機(jī)，由于服役年限較長，管接頭長期在復(fù)雜的工作環(huán)境下運(yùn)行，所以接頭錐面的表面粗糙度、可靠性與密封性均已不同程度地降低。為了提升裝備修理質(zhì)量，提升整機(jī)的安全性，迫切需要對整機(jī)接頭進(jìn)行換新或利舊修理。單架飛機(jī)大約可分解出數(shù)百件形狀各異的管接頭，除鋼制、鋁制接頭外，鈦合金管接頭的占比是較高的，之前一直采取锪刀锪修的方法，修理后產(chǎn)品的質(zhì)量、合格率一直不高，單架機(jī)的管接頭換新的成本為50余萬元。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，管接頭的損傷多為錐面配合處擠壓損傷，分析后得出：管接頭重復(fù)利用的價(jià)值極大，需要對各類管接頭（見圖1）進(jìn)行利舊修理。

圖1 各類管接頭

查閱資料并借鑒修理經(jīng)驗(yàn)，了解到因管接頭錐面配合不好而導(dǎo)致的管路系統(tǒng)滲漏油故障，行業(yè)內(nèi)普遍采用锪刀锪修管接頭錐面的修理方法，但修理效率、锪修的表面質(zhì)量一直不理想，不能滿足新的修理需求。本文對此進(jìn)行深入分析，提出了車修錐面的修理方法，不僅克服了管接頭裝夾困難的難題，確保了定位精度，提高了裝夾效率，還優(yōu)化了工藝流程，設(shè)計(jì)制作專用夾具，選擇合理的加工參數(shù)，提高了管接頭的修理效率。

3 方法與可行性論證

在飛機(jī)管接頭修理的過程中，應(yīng)用了錐面修理的通用方法。下面以單項(xiàng)管接頭為例，介紹錐面修理的實(shí)現(xiàn)過程。依據(jù)管接頭圖樣要求（見圖2），管接頭錐面角度為74°±30′，與導(dǎo)管喇叭口通過導(dǎo)管螺帽聯(lián)接。為了確保密封性，要求錐面的表面粗糙度值Ra＝0.8μm，要求錐面與螺紋中徑的徑向圓跳動(dòng)量≤0.05mm。

圖2 管接頭

3.1 設(shè)計(jì)與制作夾持工具

通過查閱相關(guān)資料[5]，按照圖樣要求，再結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)的總體方案是在臥式車床上設(shè)計(jì)夾持工具夾持管接頭，通過車床旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)管接頭轉(zhuǎn)動(dòng)，通過改造車床小托板實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)給，完成車修錐面加工。設(shè)計(jì)夾持工具時(shí)，首先考慮管接頭形狀各異的外形特征，需滿足在車床上裝夾的要求[6]；其次在不損傷螺紋的前提下，能保證錐面與螺紋的同軸度≤0.05mm；此外，還要求在車修錐面過程中，能夠提供穩(wěn)定、持續(xù)并可控的車削力[7]。

考慮以上要點(diǎn)，完成夾持工具的初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出夾持工具的三維模型（見圖3）和單個(gè)卡爪結(jié)構(gòu)（見圖4）。該夾持工具主要由活動(dòng)卡爪、連接桿、固定支承桿和螺紋夾持爪構(gòu)成。

圖3 三維模型

圖4 單個(gè)卡爪結(jié)構(gòu)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對部分重要零部件進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)如下。

1）活動(dòng)卡爪借用車床通用卡爪，而連接桿、固定支承桿均選用優(yōu)質(zhì)30CrMnSiA合金鋼作為原材料。螺紋夾持爪的原材料選用優(yōu)質(zhì)黃銅，這樣的夾持爪既不會(huì)碰傷零件，又可以保護(hù)螺紋，且夾持穩(wěn)定。

2）夾具組裝時(shí)，首先將連接桿和固定支撐桿進(jìn)行強(qiáng)化熱處理，保證其具有高強(qiáng)度和剛度，具備了穩(wěn)定的夾持性能后，再將各部件使用焊接的方式連接在一起[8]。

3）調(diào)試時(shí)，為保證夾具的定位精準(zhǔn)，螺紋夾持部分需進(jìn)行粗車、精車調(diào)試，將半成品三爪安裝在車床卡盤上，使用螺紋刀加工螺紋夾持爪的螺紋部分，制作完成后組裝如圖5所示。

圖5 夾具組裝

4）調(diào)試完成后，隨即對裝夾效果進(jìn)行檢查，使用夾具裝夾管接頭螺紋部分后，打表檢測徑向圓跳動(dòng)量情況（見圖6），管接頭錐面的徑向圓跳動(dòng)≤0.05mm。

圖6 徑向圓跳動(dòng)量檢測

3.2 小托板的改造設(shè)計(jì)

完成夾持工具設(shè)計(jì)后，設(shè)計(jì)小托板的改造結(jié)構(gòu)，如圖7所示。

圖7 小托板改造結(jié)構(gòu)

1）選用轉(zhuǎn)速恒定（100r/min）的伺服電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。

2）傳動(dòng)方法如圖8所示，通過齒輪變速機(jī)構(gòu)與同步帶輪相連，然后通過同步帶與小托板上的同步帶輪相連，實(shí)現(xiàn)小托板的勻速自動(dòng)進(jìn)給。通過更換齒輪實(shí)現(xiàn)可變速調(diào)節(jié)進(jìn)給，可有效滿足產(chǎn)品的表面精度和尺寸精度要求，總傳動(dòng)比為50∶25、55∶25、60∶25、70∶25和80∶25。

圖8 傳動(dòng)方法

3）考慮到伺服電動(dòng)機(jī)重復(fù)性開閉會(huì)降低其使用壽命，在小托板改造結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)了一個(gè)可移動(dòng)齒輪，該齒輪右移撥桿來控制位置，通過中斷齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)小托板進(jìn)給控制（見圖9）。

圖9 小托板進(jìn)給控制

4）小托板結(jié)構(gòu)改造后的組裝效果如圖10所示。

圖10 小托板結(jié)構(gòu)改造后的組裝效果

3.3 確定管接頭修理方法及操作步驟

車修過程在臥式車床上進(jìn)行，調(diào)整車床主軸轉(zhuǎn)速，使其滿足500～1000r/min的要求（螺紋≤M12時(shí)主軸轉(zhuǎn)速為800～1000r/min；螺紋＞M12時(shí)主軸轉(zhuǎn)速控制在500～600r/min）。根據(jù)管接頭的外形特點(diǎn)，裝夾工具夾持螺紋部分，管接頭隨主軸旋轉(zhuǎn)，將車修刀具安裝在車床刀架上夾緊后，小托板旋轉(zhuǎn)37°，配合大托板、中托板的前后移動(dòng)，使刀具與錐面輕輕接觸實(shí)現(xiàn)對刀，退出后設(shè)置0.05～0.08mm吃刀量，隨著小托板自動(dòng)進(jìn)給裝置的起動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)車修。車修完成，停止進(jìn)給，退出刀具，主軸停止旋轉(zhuǎn)，檢查管接頭表面質(zhì)量，合格后即完成車修過程（見圖11）。

圖11 車修過程

為了使單架飛機(jī)的管接頭修理達(dá)到預(yù)期效果，進(jìn)一步細(xì)化修理操作步驟，用于指導(dǎo)操作人員操作，具體操作步驟如下。

1）將單架飛機(jī)上管接頭分解后按部位區(qū)分存放，包括發(fā)動(dòng)機(jī)艙接頭、機(jī)械管接頭、尾梁接頭、外翼和垂尾接頭等。

2）管接頭采用超聲波清洗儀CQX25-24配合300#清洗劑進(jìn)行清洗，清洗時(shí)間5～8min，清洗后用壓縮空氣吹干。

3）配合5～10倍放大鏡目視檢查所有管接頭。包括管接頭內(nèi)錐面、球面、螺紋處、保險(xiǎn)絲孔、非工作面、內(nèi)孔和表面鍍層等。

4）夾持工具夾持管接頭后對管接頭車修。需注意如下事項(xiàng)：鋼制管接頭、鈦合金管接頭使用H13A刀塊車修外錐面，鋁制管接頭使用H10刀塊車修外錐面，車修規(guī)格在M12以下的管接頭時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速控制在800～1000r/min；車修M12以上管接頭時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速控制在500～600r/min。修理完成后用什錦銼尖端倒鈍，制R0.2mm的圓角。

5）內(nèi)錐面研磨修理時(shí)，采用車床夾持鋼制研磨棒，配合220#/320#研磨砂與機(jī)油的混合液研磨修理，主軸轉(zhuǎn)速控制在300～400r/min。內(nèi)錐面拋光時(shí)，采用羊毛氈配合M14氧化鉻研磨膏拋光修理，主軸轉(zhuǎn)速控制在300～400r/min。

6）檢查管接頭的非工作表面時(shí)，允許有輕微劃傷，劃傷深度≤0.3mm（壁厚＞2mm的接頭，劃傷深度應(yīng)≤0.5mm）。管接頭上損壞的保險(xiǎn)絲孔，在其相鄰的棱角上鉆制新孔，保證扣壓螺帽上有兩個(gè)良好的保險(xiǎn)絲孔。

7）管接頭上非工作面的銹蝕痕跡允許使用手持打磨機(jī)除銹，除銹后涂清漆Q14-31防護(hù)?？蹓郝菝眱?nèi)的銹蝕痕跡，使用自制工具配合800#砂紙除銹。

8）對所有的管接頭依據(jù)原機(jī)件圖樣要求，進(jìn)行表面處理。

9）對管接頭進(jìn)行無損檢測，采用熒光滲透或磁粉探傷進(jìn)行檢測。檢測完成后，采用超聲波清洗儀CQX25-24對管接頭進(jìn)行二次清洗，并經(jīng)壓縮空氣吹干，避免管接頭內(nèi)混入多余物或雜質(zhì)。

10）修理完成檢驗(yàn)合格后，分區(qū)存放并及時(shí)交付下一工序。

3.4 車修效果檢查

為進(jìn)一步驗(yàn)證車修效果，對錐面采取以下3項(xiàng)檢查。

（1）外觀檢查 用5～10倍的放大鏡對管接頭錐面進(jìn)行目視檢查。一方面檢查車修后表面質(zhì)量，車削痕跡是否呈連續(xù)、均勻狀，呈連續(xù)、均勻狀時(shí)判定為合格；另一方面檢查錐面是否存在斑點(diǎn)、凹坑，夾雜劃痕、碰傷等缺陷。當(dāng)存在上述缺陷時(shí)，表面粗糙度不達(dá)標(biāo)，通過目視檢查能夠篩選出這類不合格產(chǎn)品。

（2）表面粗糙度檢查 依據(jù)產(chǎn)品圖樣要求，管接頭車修后錐面的表面粗糙度值Ra達(dá)到0.8μm。對此選用表面粗糙度對比樣塊進(jìn)行對照檢查，當(dāng)存在不確定的產(chǎn)品時(shí)通過專用儀器進(jìn)行檢測。用表面粗糙度測量儀檢測表面粗糙度，確保每件產(chǎn)品均符合要求。經(jīng)實(shí)際檢測后結(jié)果均滿足圖樣要求，證明車修質(zhì)量較高。

（3）錐面角度檢查 依據(jù)產(chǎn)品圖樣要求，錐面角度為74°±30′，一方面借用著色規(guī)著色的方法判定錐面角度是否合格；另一方面使用投影儀投影檢查錐面角度，確保錐面角度合格。

通過上述3項(xiàng)檢查，可以證明車修后產(chǎn)品質(zhì)量合格，滿足圖樣技術(shù)要求，達(dá)到車修效果。

4 結(jié)束語

按照上述管接頭的修理方法，保證修理質(zhì)量的同時(shí)大幅提升了修理效率，單件飛機(jī)的管接頭修理周期控制在15天內(nèi)，通過了車間、工廠的質(zhì)量評審，得到專家們的一致認(rèn)可。產(chǎn)品裝機(jī)使用后，保證了在整個(gè)大修周期內(nèi)質(zhì)量可靠。目前，管接頭修理工藝已得到固化，已累計(jì)完成了百余架飛機(jī)的管接頭修理任務(wù)，產(chǎn)品合格率保持在較高水平。車修方法的成功運(yùn)用，解決了管接頭修理的技術(shù)難題，每年可為工廠節(jié)約外購資金1000余萬元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。同時(shí)，對工廠的飛機(jī)維修總體工作來說，關(guān)鍵器材得到了保障，為飛機(jī)的按期交付奠定了基礎(chǔ)。