深孔內(nèi)腔鍍硬鉻修復(fù)工藝
2020-6-10 來源： 國營蕪湖機(jī)械廠 作者：馬良冬，胡繼東，胡水蓮
摘要：對(duì)某型飛機(jī)進(jìn)氣道保護(hù)裝置作動(dòng)筒外筒內(nèi)腔腐蝕鍍鉻修復(fù)進(jìn)行工藝研究，從腐蝕原因及影響方面論證修復(fù)必要性，從零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，夾具設(shè)計(jì)，鍍鉻處理和檢驗(yàn)驗(yàn)證等技術(shù)難點(diǎn)方面闡述論證。設(shè)計(jì)一套用于該型號(hào)的外筒內(nèi)腔鍍鉻修復(fù)保護(hù)夾具，設(shè)定鍍鉻層厚度參數(shù)，磨修參數(shù)，熱處理方式和檢驗(yàn)驗(yàn)證程序等，成功完成對(duì)內(nèi)腔尺寸修復(fù)。結(jié)果表明：夾具，尺寸，電流和檢驗(yàn)等方面設(shè)計(jì)良好，對(duì)同類型產(chǎn)品腐蝕修復(fù)具有一定參考意義。
關(guān)鍵詞：深孔；內(nèi)腔；硬鉻；修復(fù)
引言目前，國內(nèi)外鍍鉻修復(fù)主要以外圓修復(fù)為主，內(nèi)腔修復(fù)案例較少，尤其對(duì)于內(nèi)徑尺寸小、孔徑深的外筒，鍍鉻過程中若無法有效保證鉻層均勻性與致密性，將為后期補(bǔ)充加工恢復(fù)精度增加困難。分析原因，不難發(fā)現(xiàn)電鍍前內(nèi)腔表面質(zhì)量處理不到位、電流密度大小控制不恰當(dāng)和夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等多個(gè)因素均會(huì)導(dǎo)致內(nèi)腔鍍鉻失敗。外筒內(nèi)腔鍍鉻對(duì)鉻層質(zhì)量要求高，一次鍍覆合格率約 20%～30%［1］，相比其他表面處理方式成功率相對(duì)較低，周期較長，無法有效保證生產(chǎn)任務(wù)，因此提高外筒內(nèi)腔鍍鉻修理質(zhì)量十分必要。
1、 故障概述
某型飛機(jī)進(jìn)氣道保護(hù)裝置作動(dòng)筒外筒內(nèi)腔鍍鉻屬于鍍硬鉻，經(jīng)分解檢查，發(fā)現(xiàn)外筒內(nèi)腔存在 1處深度約（0.1～0.2）㎜腐蝕坑，清除腐蝕表面油污，涂抹硫酸銅檢驗(yàn)。外筒內(nèi)腔鉻層完整的致密性良好，硫酸銅不會(huì)與鉻層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，一旦發(fā)生掉塊，鉻層不致密區(qū)域裸露出基體，硫酸銅與基體 Fe發(fā)生置換反應(yīng)生成 Cu 單質(zhì)，出現(xiàn)銅的紅色。化學(xué)反應(yīng)如下：Cr + 3CuSO4= Cr（SO4）3+
3Cu，經(jīng)檢驗(yàn)確認(rèn)掉鉻（見圖1）。
圖1 內(nèi)腔局部腐蝕模擬圖
活塞桿活塞頭裝配的密封圈存在一定凸出量，與外筒內(nèi)腔屬于過盈配合，短期工作過程中內(nèi)部串油可能性較小，但長期停放以及使用時(shí)，串油風(fēng)險(xiǎn)加大，且存在腐蝕若不作處理直接使用，后期腐蝕面積及深度勢必會(huì)加大。為保證產(chǎn)品性能，對(duì)外筒修復(fù)恢復(fù)其表面質(zhì)量。
2、 修復(fù)方案
鍍鉻層具有很高的硬度和耐磨性能，維氏硬度一般可達(dá) HV900～HV1200，通過鍍鉻能夠有效提高零件的耐磨性，延長其使用壽命。但是鍍鉻層也存在其缺陷性即隨著鉻層厚度的增加，其與與基體結(jié)合力隨之降低，這意味著脆性增大，零件強(qiáng)度降低［2］。故采用鍍鉻修復(fù)零件表面質(zhì)量時(shí)需要嚴(yán)格控制鍍層厚度。
若單獨(dú)對(duì)腐蝕部位進(jìn)行刷鍍，鉻層貼合力、強(qiáng)度無法有效保證，產(chǎn)品質(zhì)量始終處于第一位，對(duì)產(chǎn)品采用重新退鉻鍍鉻處理。因外筒內(nèi)腔重新鍍鉻合格率低返工率高，在修理過程中充分吸取失敗經(jīng)驗(yàn)，完善修理過程中各步驟相關(guān)參數(shù)，為同類型產(chǎn)品鍍鉻修復(fù)提供一定借鑒。
圖2 修理流程示意圖
2.1 鍍前預(yù)處理
鍍鉻質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中最基本的兩項(xiàng)是鉻層致密性和均勻性。鍍前零件粗糙度值低的產(chǎn)品，鍍后表面質(zhì)量相比粗糙度值高的有明顯改善，究其原因，電鍍部位粗糙度值低，表面光潔自然較高，鉻層沉積過程中與內(nèi)壁貼合緊密。其他電鍍條件相同的條件下，單位表面積鉻層沉積致密性能夠得到很大提高，自然鉻層表面質(zhì)量以及光潔度能夠提高一定等級(jí)［3］。故可采用對(duì)外筒退鉻后進(jìn)行必要的鏜磨處理，提高內(nèi)腔光潔度，保證鉻層具有較強(qiáng)的貼合力。
外筒磨修過程中去除一定尺寸后零件內(nèi)部產(chǎn)生一定應(yīng)力，不做處理后期工作過程中容易產(chǎn)生裂紋，一般機(jī)加處理后通過低溫回火來去除內(nèi)應(yīng)力，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
2.2 尺寸控制
圖樣技術(shù)要求鉻層厚度為（48～80）μm，圖示規(guī)定鍍后內(nèi)徑為Φ40 mm+0.062 mm（見圖3）。經(jīng)計(jì)算，退鉻后基體尺寸應(yīng)控制在如下范圍：
鏜磨設(shè)備磨修精度為微米級(jí)，為減小磨修工作量，需嚴(yán)格控制鍍層厚度。根據(jù)磨修經(jīng)驗(yàn)，0.01 mm余量去除需要 1～3 h，余量較大不利于磨修且磨修后表面質(zhì)量較差。圖樣要求電鍍合格的外筒內(nèi)徑尺寸在 Φ40 mm+0.062 ㎜范圍內(nèi)，去除約 0.01 mm余量，尺寸應(yīng)控制在 Φ40 mm+0.050范圍內(nèi)，后續(xù)采用精磨恢復(fù)內(nèi)徑尺寸及表面粗糙度［4-5］。
2.3 夾具設(shè)計(jì)
液壓外筒內(nèi)孔鍍鉻質(zhì)量高低與夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著直接關(guān)系，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、恰當(dāng)，很大程度上可以提高外筒內(nèi)壁鉻層圓度和精度。傳統(tǒng)電鍍裝掛方式適用于內(nèi)孔深度淺、壁厚和電鍍質(zhì)量要求低的零件，而該外筒內(nèi)孔小、深、結(jié)構(gòu)發(fā)雜且存在無需電鍍部位，采用常規(guī)的電鍍方式無法滿足工藝要求。
故需根據(jù)外筒結(jié)構(gòu)特性、外形尺寸和工藝鍍鉻要求重新設(shè)計(jì)鍍鉻夾具，選用大小合適的不溶性陽極，且保證陽極與內(nèi)孔同心，以減小鍍層的橢圓度。一方面陽極長短要適當(dāng)，保證排氣暢通，鍍液能順暢流過，另一方面要保證陰陽極之間的絕緣，確保電鍍過程中內(nèi)孔上、中、下部位鉻液均勻變化且端口不產(chǎn)生鉻瘤、龜裂。針對(duì)不需鍍鉻的部位采用，絕緣保護(hù)，防止鉻液滲透，而選取的保護(hù)材料要能耐酸鉀、耐高溫，易剝離、易操作［6-7］（見圖4）
2.4 電流控制
電鍍過程中電流過大容易鍍層表面大片的起皮并產(chǎn)生鍍瘤繼而導(dǎo)致修復(fù)失敗需要二次電鍍，嚴(yán)重影響修理周期，同時(shí)對(duì)于高強(qiáng)度零件，一般鍍鉻返工次數(shù)不宜超過 3 次，否則將影響機(jī)體強(qiáng)度，故確定合適的電流參數(shù)對(duì)修復(fù)至關(guān)重要［8］。外筒內(nèi)腔屬于異形件，鍍層質(zhì)量要求更高，電鍍過程中需要嚴(yán)格把控電鍍相關(guān)參數(shù)（見表 1），吸取電鍍過程中失敗的經(jīng)驗(yàn)，最終確定最適宜的電流密度（25～30）A/dm2。最后根據(jù)電流密度、溫度、鍍層厚度和鍍層沉積速度等計(jì)算出所需電鍍時(shí)間。
b1
3 、驗(yàn)證方案
外筒鍍鉻處理結(jié)束后，通過強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、磨合實(shí)驗(yàn)和氣密性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證產(chǎn)品質(zhì)量。
3.1 強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)
重新退鉻、鏜磨和鍍鉻等對(duì)外筒強(qiáng)度產(chǎn)生一定影響，為檢驗(yàn)修復(fù)后的外筒質(zhì)量是否滿足要求，采用 1.5 倍工作壓力實(shí)驗(yàn)外筒強(qiáng)度，要求在高壓冷氣強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)臺(tái)中實(shí)驗(yàn)（見圖6），具體操作如下：輪流給管嘴 1 和管嘴 2 供 1.5 倍工作壓力，并保持 3 min，檢查作動(dòng)筒應(yīng)無裂紋和永久變形，保壓時(shí)固定密封處允許出現(xiàn)肉眼看不見但借助濾紙可發(fā)現(xiàn)的微滴，活動(dòng)密封處允許目視可見的積累但不成滴落下（見圖5）。
圖5產(chǎn)品結(jié)構(gòu)原理圖
圖6強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)檢測
3.2 磨合實(shí)驗(yàn)
磨合實(shí)驗(yàn)屬于模擬機(jī)上工作狀態(tài)，產(chǎn)品在工作壓力條件下多次收放，完成磨合后分解檢查相關(guān)配合零件質(zhì)量，確認(rèn)無問題方可裝配交付，具體操作如下：對(duì)管嘴 1、2 提供工作壓力，使活塞桿組件完成100 次雙行程，每經(jīng) 25 次循環(huán)，將活塞桿組件旋轉(zhuǎn)90°（見圖 7）。磨合后分解作動(dòng)筒檢查其內(nèi)部密封件、氟塑料擋圈、活塞頭部狀況。
3.3 密封性實(shí)驗(yàn)
重新電鍍的鉻層致密性需要嚴(yán)格把控，產(chǎn)品長期使用過程中鉻層疏松會(huì)導(dǎo)致滲漏油、串油等風(fēng)險(xiǎn)，故在上述強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、磨合實(shí)驗(yàn)符合要求后，仍需對(duì)產(chǎn)品裝配進(jìn)行密封檢測，具體操作如下：向作動(dòng)筒兩管嘴 1、2 同時(shí)施加工作壓力，保持5 min，作動(dòng)筒各密封處不允許泄漏（見圖8）。
4、 結(jié)論與建議
通過參照以往修理經(jīng)驗(yàn)、摸索該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)征，設(shè)定合理電鍍電流、夾具和機(jī)加處理等方式修復(fù)產(chǎn)品，并且通過上述 3 項(xiàng)檢驗(yàn)要求，確定內(nèi)腔修復(fù)質(zhì)量滿足工藝要求。外筒內(nèi)腔鍍鉻修理合格率較低，鍍前處理不當(dāng)、電流密度大小不恰當(dāng)和夾具設(shè)計(jì)不合理等多個(gè)因素均會(huì)導(dǎo)致內(nèi)腔鍍鉻失敗，返工過程中要能夠?qū)W會(huì)分析研究失敗的原因，總結(jié)相關(guān)參數(shù)，摸索出適合該產(chǎn)品的最佳方案，提高產(chǎn)品的修復(fù)質(zhì)量與效率。修復(fù)工藝流程、處理方式和相關(guān)參數(shù)等為同類型產(chǎn)品腐蝕修復(fù)具有一定借鑒意義。
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