羅和平，劉永吉，汲 軍，何 艷

(1.沈陽機床股份有限公司，遼寧 沈陽 110142；2.沈陽工業(yè)大學 機械工程學院，遼寧 沈陽 110870)

0 前言

腐蝕和磨損是造成材料和零部件失效的主要原因，發(fā)達國家每年由腐蝕和磨損所造成的經(jīng)濟損失約占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的3.2%～4.5%，由于野外日曬雨淋和大氣銹蝕使全世界每年生產(chǎn)的鋼材約有1/10變成鐵銹[1，2]。現(xiàn)代工程對材料性能的要求往往是多重性的，有時甚至是矛盾的。許多工程結構部件，要求很高的強韌性、表面硬度、耐磨性，同時要求具有高的高溫強度和良好的隔熱性。這些材料的特殊性能要求通常發(fā)生在材料工作的表面，噴涂技術就是在不改變基體材料性能的基礎上，賦予材料或零部件表面特殊功能性能，達到提高綜合性能的目的，是制備復合材料最有效的工藝技術之一。

飛行器蒙皮的作用是維持飛行器外形，并使之具有優(yōu)良的空氣動力特性[3]。由于工作在惡劣的工況，飛行器比其它產(chǎn)品需要更強的表面性能，飛行器的表面涂層不僅直接決定飛機的外觀，而且對機身起到極為重要的保護作用[4]。有助于機身抵御空氣摩擦產(chǎn)生的熱量以及酸雨、冰雹等災害天氣造成的侵蝕[5]。

蒙皮作為飛行器的主要構架之一屬于薄壁殼體，主要起包容和支撐作用，但由于其剛度低、易變性的特點,在加工過程中裝夾易產(chǎn)生加工變形[6-8]。因此蒙皮裝夾采用的夾具及裝夾方式至關重要。本文設計了大直徑內部漲緊夾具和隨行夾具，很好地解決了殼體在裝夾生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生變形的問題，并制作了一套完整的生產(chǎn)方案。

1 總體方案設計

為了滿足飛機蒙皮所需的強韌、耐磨、抗腐、熱障等性能需求，并根據(jù)生產(chǎn)要求，設定工藝規(guī)程如下：

(1)噴涂0.1～0.2 mm，噴涂時間根據(jù)不同工件大小，約為10 min～1 h;

(2)自然晾干1 h；

(3)噴涂0.1～0.2 mm；

(4)進入烘干房烘干，并隨爐冷卻，時間約為1.5 h左右；

工藝規(guī)程(1)～(4)為一個循環(huán)，約進行20個循環(huán)，蒙皮需要噴涂4 mm厚。為此設計了三種噴涂方案：

(1)方案1。如圖1所示，該方案采用旋轉導軌實現(xiàn)工件在各工序之間的自動傳送。工藝過程為：首先在上線區(qū)將工件上線，工件經(jīng)過掃碼識別后，進入噴漆房，噴涂完成后工件經(jīng)過旋轉導軌進入晾干區(qū)；然后通過旋轉導軌再返回噴漆房，之后通過旋轉導軌進入烘干房，完成一次噴涂循環(huán)。

圖1 方案1布局示意圖

圖2 方案2布局示意圖

(2)方案2。如圖2所示，該方案通過雙軌道實現(xiàn)工件在各工序之間的傳送。

(1)方案3。如圖3所示，該方案借助懸架吊車和地面軌道之間的相互配合實現(xiàn)工件在各工序之間的傳送。盡管該方案大大節(jié)省了空間，但為安全性帶來了隱患。

圖3 方案3布局示意圖

根據(jù)對三種方案的分析，最終選定按方案1進行具體結構設計，因為該方案節(jié)省空間、安全性高而且容易實現(xiàn)自動化控制。

2 具體結構

方案1所采用的旋轉導軌方案所涉及的關鍵結構設計要求如下：

殼體夾具具有以下要求：殼體直徑為600～1000 mm，內部漲緊，傳統(tǒng)的內部漲緊結構不能滿足如此大的尺寸要求，需要進一步改進；殼體在噴涂時需要旋轉且與噴涂槍移動速度需要匹配；移動夾具需要整體進入烘干房，溫度達到150℃，所以不能采用電機直接驅動，需要外部動力驅動。

旋轉導軌：為了實現(xiàn)快速將工件在噴漆房、涼曬區(qū)和烘烤房之間輸送，旋轉導軌最好放置在噴漆房、涼曬區(qū)和烘烤房，且可以選擇，這樣實現(xiàn)自動化比較容易。

工件旋轉與噴槍移動聯(lián)動結構：由于夾具與工件固定在移動車上，車上不能直接采用電機驅動，所以需要外部動力源通過聯(lián)軸器、離合器等連接隨行夾具的旋轉部分，在外部帶動工件旋轉。

噴槍移動結構：噴槍結構最重要的是與工件轉動聯(lián)動，實現(xiàn)工件表面均勻噴涂。

2.1 殼體的夾持

為了實現(xiàn)大直徑薄壁套筒的夾持，設計如圖4所示的專用夾具。該夾具鎖緊桿上的齒輪驅動外套筒內軸上的齒條移動，使內軸在外套筒內部移動，支撐桿通過鉸鏈連接，外部橡膠圈變大，從而漲緊工件內部。根據(jù)工件不同直徑大小，內軸可以伸出不同的長度，以夾緊工件。該部分夾具裝置在小車上，通過外部驅動旋轉。由于隨動夾具隨小車會進入到烘干房，不適合直接采用電機驅動，需要外部動力驅動。本設計采用液壓驅動，避免了溫度對動力源的影響并且保證了工件旋轉。

圖4 大直徑內部漲緊夾具

對于葉片狀工件，可采用圖5所示夾具。工件與底面支撐板接觸，側面有兩個固定架支撐，側面固定架可以根據(jù)工件的大小調節(jié)不同位置。為了減小對噴涂質量的影響，側面固定架頂端為尖狀的。整個夾具通過安裝孔安裝在隨動小車上。根據(jù)零件大小，也可以同時安裝兩個或多個工件，同時噴涂。

圖5 葉片狀工具夾具結構

2.2 導軌及旋轉導軌

根據(jù)方案1的布局，設計輸送導軌如圖6所示。圖6為自動化輸送方案圖，如果不想采用自動化方案，則可以在地面單軌道，通過人工推送。本方案設計盡量采用自動化輸送方案。

圖7為輸送導軌結構，整個的主體結構采用型材焊接而成，堅固耐用，同時比較美觀。自動化噴涂生產(chǎn)線上的滾筒采用鏈傳動，原動機為三相異步電動機。滾筒采用雙排鏈輪驅動，每個鏈輪分別負責與前一個和后一個鏈輪借助鏈條進行連接，從而使全部鏈輪一同旋轉。滾筒的支撐結構采用帶座軸承，降低了加工制造成本，縮短了工期。

圖6 自動化輸送導軌方案

圖7 輸送導軌結構

旋轉托盤是涂裝線的設計重點，決定了涂裝線是否能實現(xiàn)工位的自動轉換。旋轉導軌由軌道、旋轉底座、上托盤等部件組成，如圖8所示。旋轉導軌的組成部件如圖9所示，其中軌道起支撐作用，旋轉底座起轉動支撐和轉動執(zhí)行功能，上托盤完成工件的傳輸和定位。旋轉底座采用滾輪支撐，滾輪軸由帶座軸承支撐。

圖8 旋轉導軌機構圖

圖9 旋轉導軌的組成部件

2.3 工件旋轉與噴槍移動聯(lián)動結構

工件旋轉與噴槍移動聯(lián)動結構如圖10所示，隨行夾具上設置旋轉機構，當隨行夾具進入噴漆房后，由機構定位，然后外部動力源通過聯(lián)軸器與隨行夾具連接，以驅動工件旋轉。在工件旋轉過程中，噴涂槍在軟件控制下，與工件旋轉聯(lián)動，進行涂裝。噴涂槍由伺服電機驅動，根據(jù)情況可以設置在工件上方或側面。

圖10 工件旋轉與噴槍移動聯(lián)動結構

2.4 噴槍移動結構

如圖11所示，橫向移動導軌安置在噴漆房內，通過橫向移動電機驅動，實現(xiàn)工件表面沿軸向方向全部噴涂。通過縱向移動電機調節(jié)噴涂槍與工件之間的噴涂距離，通過擺動電機，調節(jié)噴涂槍的方向，實現(xiàn)工件圓弧表面噴涂。

圖11 噴槍移動結構

3 結論

本文設計出了大型殼體的專用裝夾方法即漲緊夾具和隨動夾具，專門配置了相對應的輸送流水線配合作業(yè)，并且基本實現(xiàn)了噴涂過程的自動化，避免了分散的漆霧和揮發(fā)出來的溶劑對人體產(chǎn)生危害，同時保證了噴涂表面質量。噴涂技術可以制備導電、導熱、防腐、耐磨、耐蝕、耐高溫、耐老化等涂層以及功能涂層，并且隨著技術的不斷發(fā)展創(chuàng)新有望直接用于零部件的生產(chǎn)，但在我國該項技術與發(fā)達國家還存在一定的差距，需要對該技術繼續(xù)研究進行突破，希望早日能夠投入到我國的各項建設之中。