表面氧化處理工藝裝備研究與應(yīng)用

◎王妍

一、表面氧化處理工藝裝備的核心技術(shù)分析

為了提升飛機(jī)零部件裝配效率和整體效果，需要將工藝裝備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其能夠與待進(jìn)行表面氧化處理的零部件一同放入氧化物處理化學(xué)液中。這樣就需要在完成零部件表面氧化處理的同時(shí)，不會對工藝裝備造成腐蝕性損傷。這一工藝裝備的技術(shù)核心是要實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)同一系列、不同飛機(jī)的工藝裝配的通用，同時(shí)使工藝裝備可以快速完成零部件的上架和下架，而且不會對零部件的表面造成劃痕、裂縫、壓痕等損傷，實(shí)現(xiàn)提高裝配效率，有效保證了飛機(jī)零部件的裝配質(zhì)量。工藝裝備在表面氧化處理中的應(yīng)用范圍比較廣，既可以用于規(guī)格較小的零部件，也可以用于尺寸較大的柱、板等結(jié)構(gòu)形式的零部件。在技術(shù)進(jìn)步點(diǎn)與理論上的突破、創(chuàng)新點(diǎn)角度來看，自主設(shè)計(jì)了表面氧化處理工裝的通用化，解決了大批量、不同規(guī)格、不同結(jié)構(gòu)形式的產(chǎn)品零件表面熱處理需求；設(shè)計(jì)了彈簧夾、移動(dòng)夾頭和固定扭簧的快速裝夾和拆卸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了零件的快速裝夾，裝夾時(shí)間縮短了1/2，同時(shí)解決了以往自制工裝對零件易留印痕、劃傷的缺陷；表面氧化處理工裝的簡易性和適用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，裝夾零件便捷省力，重復(fù)使用率高，耐高溫、耐強(qiáng)酸，適用范圍廣。

二、工藝裝備的研發(fā)過程分析

按照最初設(shè)計(jì)方案，工裝整體框架、導(dǎo)電掛鉤和橫桿選用了表面硬度高、變形量小的45鋼材料，而彈簧夾、固定扭簧、移動(dòng)夾頭選擇了硬鋁彎制，工裝框架采用整體焊接。初次試制時(shí)將工裝放置在酸洗池中，經(jīng)8h后取出發(fā)現(xiàn)問題如下：工裝表面出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，且隨放置酸洗池中時(shí)間的增長其表面腐蝕程度加?。粡椈蓨A頭由于腐蝕夾緊力不夠，零件脫落到化學(xué)酸洗池中。

經(jīng)分析后得出原因是：工裝材料為45鋼，耐蝕性差，無法長期工作在強(qiáng)酸高溫環(huán)境下；彈簧夾頭和固定扭簧等夾持零件的元件由于強(qiáng)酸腐蝕變形，對零件的夾緊力不足，造成零件的脫落。經(jīng)過查閱資料和調(diào)研，發(fā)現(xiàn)鈦合金材料擁有優(yōu)良的特性：比強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度高：中溫強(qiáng)度高，可在450-500度下長期工作；耐蝕性好，在各類強(qiáng)酸中其化學(xué)特性穩(wěn)定。

三、工藝裝備模塊化研究設(shè)計(jì)分析

為解決表面氧化處理工裝材料制造成本高、生產(chǎn)周期長等問題，亦滿足以較低的夾具成本滿足多批量、多規(guī)格零件的表面氧化處理需求，工裝的通用化需求應(yīng)運(yùn)而生。

首先需要將表面氧化處理工裝的框架與橫桿進(jìn)行分離不再使用焊接形式，框架與其附屬的裝夾連接件分別單獨(dú)加工。橫桿與框架之間的連接使用固定扭簧，扭簧松開時(shí)橫桿可以在，框架上自由移動(dòng)，能夠適應(yīng)各種尺寸規(guī)格的零件表面熱處理需求。當(dāng)扭簧張緊時(shí)橫桿不產(chǎn)生滑移，零件保持固定不會脫落。彈簧夾按需焊接在橫桿上，移動(dòng)夾頭則夾在導(dǎo)電掛鉤上，導(dǎo)電掛鉤和框架之間用壓緊片連接。框架和橫桿的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)格和尺寸符合多數(shù)化學(xué)酸洗池的尺寸規(guī)格，彈簧夾和移動(dòng)夾頭的通用化就是使彈簧夾和移動(dòng)夾頭不再針對某一批或一系列零件尺寸制造，制造具有模塊化尺寸規(guī)格的彈簧夾，使用時(shí)通過調(diào)整橫桿間距，合適后工人手動(dòng)打開彈簧夾，將分類好的零件夾持在彈簧夾上，使零件4個(gè)接觸點(diǎn)全面接觸，不產(chǎn)生滑移。

四、工藝裝備的快速上架、下架系統(tǒng)的研究分析

為縮短零件表面熱處理的輔助時(shí)間，工件的裝夾與拆卸也需要快速化，工件的夾緊由單一功能的壓緊件發(fā)展為可以調(diào)整的個(gè)體，以實(shí)現(xiàn)快速組裝和快速裝夾。該快速裝夾和拆卸系統(tǒng)由彈簧夾、移動(dòng)夾頭和接受套組成。使用時(shí)先將彈簧夾焊接在橫桿上，橫桿上可根據(jù)實(shí)際情況按需焊接多個(gè)彈簧夾，焊接后工人扳動(dòng)把手夾頭能夠自由開合，以適應(yīng)各種尺寸規(guī)格零件的夾持。移動(dòng)夾頭的裝夾方式與彈簧夾相似，移動(dòng)夾頭夾在導(dǎo)電掛鉤上，在松弛狀態(tài)下可沿導(dǎo)電掛鉤上下自由移動(dòng)，以方便不同尺寸規(guī)格長壁板零件的夾持需求。零件夾持后只需張緊移動(dòng)夾頭，即可固定在導(dǎo)電掛鉤上不產(chǎn)生滑移，夾持穩(wěn)定牢固。與以往自制熱處理工裝相比，橫桿或?qū)щ姃煦^與框架之間的連接不需要螺釘或任何連接工具，只需將扭簧彎折出的兩個(gè)同向夾扣套裝在橫桿上，兩個(gè)同向夾扣分別夾在與橫桿垂直擺放的框架上，整個(gè)過程安裝快捷高效，拆卸方便，結(jié)構(gòu)簡單，對不同直徑、厚度的結(jié)構(gòu)均可固定。簡化了以往的裝夾方式，工裝成本也大幅度降低，整個(gè)過程操作簡易，實(shí)現(xiàn)了零件的快速裝夾。

五、實(shí)際應(yīng)用效果分析

該工藝裝備在實(shí)現(xiàn)了對飛機(jī)零部件表面氧化處理的同時(shí)，展現(xiàn)了工藝裝備的工藝簡便、結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)較低、通用性與模塊化較強(qiáng)的優(yōu)勢特征。而且工藝裝備可以根據(jù)零部件的尺寸來隨時(shí)進(jìn)行夾具的夾口調(diào)整，使其適應(yīng)多種類型的零部件裝配。與傳統(tǒng)的鋼制夾頭的工藝裝備相比，采取鈦合金材料的夾具夾頭，其固定效果更加理想，而且不會對零件表面造成損傷，提升了裝配質(zhì)量和效率，理論上可以縮短裝備時(shí)間達(dá)到1/2。對于裝配人員的技術(shù)水平要求不高，只需要能夠熟練操作工藝裝備即可，做到了省事、省力，明顯縮短了飛機(jī)零部件裝配周期。

傳統(tǒng)工藝裝備在進(jìn)行表面氧化處理時(shí)，容易導(dǎo)致工藝裝備的夾具結(jié)構(gòu)失效，使零件掉入處理池中，造成較為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還會影響飛機(jī)裝配效率。經(jīng)過優(yōu)化的該類型表面氧化處理工藝裝備的工藝性和可操作能力比較突出，在原有工藝裝備的基礎(chǔ)上完成了大幅度優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免了在對飛機(jī)零部件進(jìn)行表面氧化處理的同時(shí)，對工藝裝備造成嚴(yán)重腐蝕，而且在進(jìn)行一次處理后，無需對工裝進(jìn)行二次脫酸處理即可進(jìn)行下一批次裝配。

結(jié)語：飛機(jī)零部件裝配對于表面氧化處理和工藝裝備的要求比較高，而將二者進(jìn)行結(jié)合創(chuàng)新，不僅可以提高零部件表面氧化處理效果，提升工藝裝備的整體技術(shù)水平，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)工藝裝備的模塊化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了重復(fù)使用，提高了飛機(jī)制造整體水平和經(jīng)濟(jì)收益。表面氧化處理工藝裝備的工藝性和操作性都比較突出，飛機(jī)裝配質(zhì)量突出，具有比較高的應(yīng)用價(jià)值，提高了航空企業(yè)的飛機(jī)制造水平和市場競爭力，推動(dòng)了航空業(yè)工藝裝備技術(shù)健康發(fā)展。