肖靜怡，尹佳

（航空工業(yè)西安飛機工業(yè)集團（有限）責任公司，西安710089）

0 引言

滑軌是飛機上重要的傳動機構(gòu)。飛機在起飛和降落時，依靠滑輪架滾輪在滑軌導(dǎo)動面上的滑移，配合搖臂、驅(qū)動連桿等傳動機構(gòu)的運動，縫翼和襟翼能夠靈活改變角度，改善飛機的起飛和著陸性能[1]。

飛機滑軌之前多采用合金鋼或沉淀不銹鋼制造，如40CrNiMoA、15-5PH等，但鋼的密度較大，不利于減輕飛機結(jié)構(gòu)質(zhì)量。因此，近年來，國內(nèi)外大中型飛機多采用密度更小的鈦合金制造襟翼、縫翼滑軌，如TC18、TC4等，鈦合金的比強度更高，同時也具有良好的耐腐蝕性能。噴丸強化作為航空結(jié)構(gòu)件表面強化的重要工藝，應(yīng)用于鈦合金滑軌，一方面能夠顯著提高常規(guī)抗疲勞性能和微動疲勞抗力，另一方面也可適當使表面粗糙度增大進而改善后續(xù)火焰噴涂涂層與基材的結(jié)合強度[2-5]。

1 零件概述

飛機滑軌外形一般包括接頭部分滑軌導(dǎo)動部分，其中導(dǎo)動面受到滾輪滑動摩擦，對疲勞強度和表面硬度要求非常高，加工時需要噴丸強化并進行火焰噴涂。常見的飛機鈦合金滑軌按導(dǎo)動部分的截面結(jié)構(gòu)，可以分為以下3種：“工”字型、“Π”字型、雙“工”字型。本文以“工”字型鈦合金滑軌作為研究對象，主要研究其噴丸強化工藝方法及噴丸引起的零件變形的控制方法。

圖1 飛機滑軌主要結(jié)構(gòu)

零件使用Ti6Al4V鍛件，加工流程為粗加工→去應(yīng)力退火→精加工→清洗→滲透檢查→噴丸強化→鈍化→火焰噴涂。其中，內(nèi)外兩側(cè)滑軌導(dǎo)動面進行噴丸強化和火焰噴涂。

鈦合金滑軌導(dǎo)動部分為帶輪廓外形的槽型腔的特殊結(jié)構(gòu)，槽腔內(nèi)材料去除量大，銑切殘余應(yīng)力集中，存在一定程度的加工變形[6-7]。噴丸強化時，彈丸撞擊零件表面產(chǎn)生了新的殘余應(yīng)力導(dǎo)致材料內(nèi)部原有的殘余應(yīng)力平衡被打破，在應(yīng)力重新達到平衡的過程中，材料整體結(jié)構(gòu)發(fā)生變形。其中，應(yīng)力集中的槽腔變形最嚴重，且由于肋板和緣板開口處受力最薄弱、剛性最差，因此槽口處變形量最大，極易產(chǎn)生超差問題。同時，滑軌導(dǎo)動部分尺寸較長，外形輪廓也會受噴丸加工影響，產(chǎn)生變形，造成輪廓度超差。因此，如何控制滑軌的變形是噴丸強化工藝的難點。

2 噴丸加工

2.1 工藝流程

由于此類零件僅對導(dǎo)動區(qū)域噴丸，因此除常規(guī)的清洗、強度驗證和噴丸強化外，還應(yīng)對導(dǎo)動面以外區(qū)域進行保護；同時考慮到滑軌裝配中尺寸精度要求，以及銑切和噴丸加工中的變形影響，需要在噴丸強化前后，對導(dǎo)動面的槽口寬度和外形輪廓進行測量，并針對超差部位進行噴丸校形，以達到裝配要求。

圖2 噴丸加工流程

2.2 參數(shù)設(shè)計

在設(shè)計噴丸工藝參數(shù)時，既要滿足設(shè)計規(guī)定的噴丸強度和覆蓋率，達到提高零件疲勞性能的目的，同時也要考慮可能的外形變化，通過參數(shù)設(shè)計降低對零件結(jié)構(gòu)外形的影響。

噴丸強化工藝參數(shù)主要包括彈丸材料和尺寸、空氣壓力、彈丸流量、噴丸角度和距離等。其中，不同的彈丸材料對確定零構(gòu)件噴丸強化時效果差別顯著，一是所產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力峰值大小不同；二是因殘余壓應(yīng)力峰值對應(yīng)的參數(shù)范圍變化而使零構(gòu)件表面質(zhì)量不同[8]。針對20項“工”字型鈦合金滑軌，分別采用鑄鋼丸噴丸設(shè)備PR TRAT 4G7 4SM和陶瓷丸噴丸設(shè)備MP4000進行噴丸強化工藝試驗。

表1 試驗參數(shù)

陶瓷丸的彈性模量（330 GPa）是鑄鋼丸（200 GPa）的165%，抵抗變形的能力更強，可以減少零件表面缺陷，從而減小變形。對20項零件噴丸前后槽口變形量進行統(tǒng)計，使用鑄鋼丸，槽口變形量最大為0.15 mm，其中變形量超過0.05 mm的占55%，而使用陶瓷丸，槽口變形量最大為0.11 mm，變形量超過0.05 mm的占30%?？梢钥闯?，使用陶瓷丸噴丸強化，較鑄鋼丸能夠顯著降低槽口變形量。同時，在噴丸強度相同的情況下，陶瓷丸密度較小、沖擊量小，噴丸后試樣表面粗糙度比鑄鋼丸噴丸后的低，因此，陶瓷丸噴丸強化具有更好的疲勞性能[9-10]。

表2 槽口變形量統(tǒng)計

圖3 零件噴丸前后表面對比

2.3 保護方法

不同滑軌導(dǎo)動面方向，導(dǎo)致保護區(qū)域有所區(qū)別，圖4所示是兩種典型工字型結(jié)構(gòu)滑軌的噴丸區(qū)域。

對于非噴丸區(qū)域，可使用醫(yī)用橡皮膏和噴丸專用保護膠帶進行遮蔽，兩種膠帶使用時有以下特點：1）醫(yī)用橡皮膏保護厚度薄，需要粘貼3層或以上，才能起到緩沖彈丸撞擊能量的作用，根據(jù)各滑軌零件保護區(qū)域不同，一項零件所需的保護時間需20～30 min，但其造價低廉，易于拆除；2）噴丸專用保護膠帶厚度約1 mm，使用一層即可起到保護作用，一項零件所需的保護時間比起醫(yī)用橡皮膏可節(jié)約30%～50%，但在溫度超過25℃時，保護膠帶上的涂膠就會粘附在零件表面，難以使用噴丸常規(guī)清理溶劑（如工業(yè)酒精、丙酮）去除，需使用航空汽油等溶劑擦拭。所以，根據(jù)兩種膠帶的特點和產(chǎn)品質(zhì)量的要求，規(guī)定當現(xiàn)場溫度低于25 ℃時，使用噴丸專用保護膠帶；當現(xiàn)場溫度高于25 ℃時，使用醫(yī)用橡皮膏進行保護。

圖4 典型保護區(qū)域示意圖

圖5 兩種噴丸保護介質(zhì)使用對比

2.4 工具設(shè)計

由于滑軌導(dǎo)動面長度較長，測量時需沿導(dǎo)軌面全長進行多點測量，一般需要10點以上，測量耗時長。由于槽口所處的面為圓弧面，使用游標卡尺測量時會出現(xiàn)與零件的相對位置不準確導(dǎo)致多次測量結(jié)果不一致的現(xiàn)象，游標卡尺夾卡過緊造成零件彈性變形等問題，測量準確度依賴工人的技能和經(jīng)驗。為了更加嚴格地控制零件外形，根據(jù)每項滑軌的槽寬尺寸和導(dǎo)動面方向，制作專用檢驗卡規(guī)和塞規(guī)。卡規(guī)和塞規(guī)均采用通止端設(shè)計，卡規(guī)用于檢驗外側(cè)導(dǎo)動面間距離，塞規(guī)用于檢驗內(nèi)側(cè)導(dǎo)動面距離。

圖6 滑軌專用測量卡/塞規(guī)示意圖

經(jīng)某架機統(tǒng)計，使用專用卡/塞規(guī)測量單件滑軌的時間平均為3 min，而使用游標卡尺的時間為12 min，測量時間減少75%。通過不同操作工人分別使用游標卡尺和專用卡/塞規(guī)對比，前者測量誤差最大為0.03 mm，后者測量結(jié)果一致。該措施更好地保證了產(chǎn)品尺寸精度。

2.5 校形方法

由于噴丸強化加工時，彈丸接觸零件不會造成零件表面溫度升高，也不存在裝夾應(yīng)力，因此零件變形的主要原因是噴丸加工引入的殘余應(yīng)力，變形主要分為以下兩個方面：1）槽口變形，基本為縮口變形；2）輪廓度變形，變形趨勢為導(dǎo)動面從彎變平。這兩種變形所使用的校形方法不同。

對于縮口變形，使用旋片噴丸機，對槽內(nèi)側(cè)壁靠近縮口處進行噴丸，使用1×1-1/4旋板，轉(zhuǎn)速5000～8000 r/min，以前進畫圓的運動軌跡對校形區(qū)域進行噴丸校形。此種方法針對性強，可以不必對非噴丸區(qū)域進行保護，還可隨時使用量具測量槽口變形量，控制校形效果。使用旋片噴丸校形需要注意避免過度噴丸，造成表面質(zhì)量下降。

對于輪廓變形，由于校形區(qū)域較大，使用旋片噴丸的效果不佳，可以使用數(shù)控噴丸機床，保護緣板校形區(qū)域兩側(cè)，對輪廓外側(cè)面筋條處以更大強度進行噴丸校形，但該強度必須滿足設(shè)計要求。校形不需要滿足100%覆蓋率，所以可以根據(jù)需要控制機床進給速度，達到不同校形量。

3 結(jié)語

本文討論了飛機鈦合金滑軌的噴丸加工工藝方法，包括加工流程、噴丸參數(shù)設(shè)計、保護方法和檢驗工具，并以“工”字型滑軌為例，列舉了兩種常見噴丸后變形的校形方法，得到以下結(jié)論：

1）使用陶瓷丸介質(zhì)進行噴丸強化，比鑄鋼丸介質(zhì)能更好地抑制噴丸加工變形，且能獲得更好的零件表面質(zhì)量。

2）噴丸加工引起的變形可以通過噴丸進行校正，“工”字型滑軌最常見的變形是端口縮口和輪廓度變形。其中，縮口使用旋片噴丸校形，輪廓變形使用機床校形能分別獲得更好的校形效果。