王澤亮,郭立宇,仇紅偉,趙 爽

(1.大連長豐實業(yè)總公司 機械加工車間，遼寧 大連116033;2.沈陽理工大學 裝備工程學院，遼寧 沈陽 110159)

鋁合金硬質陽極氧化后具有良好的絕緣、耐磨、耐腐蝕性能，被廣泛應用于先進飛機制造領域[1-2]。某型飛機活塞桿硬質陽極氧化層粗糙度需達到近似鏡面要求[3-4](Ra為0.2 μm以下)，經(jīng)過硬質陽極氧化，鋁合金表面粗糙度一般會下降一到兩個等級。儲榮邦等的做法提高了零件硬質陽極氧化前的粗糙度等級[5]。時春燕等對軋制成形與擠壓成形2A12鋁合金的金相組織結構、成分進行了研究，發(fā)現(xiàn)用軋制成形2A12鋁合金制備的硬質陽極氧化膜綜合性能優(yōu)異[6]。

目前，關于硬質陽極氧化層鏡面加工的研究文獻較少。本文擬對某型飛機上所用鋁合金活塞桿制造中的質量問題進行分析，重點解決其硬質陽極氧化層鏡面加工難題。

1 硬質陽極氧化層鏡面加工尺寸超差和表面質量問題

隨著某型飛機修理工作的展開，其活塞桿的需求量激增。2019年，該活塞桿的生產(chǎn)成品率僅為69.62%。較低的成品率不僅造成了嚴重的資源浪費、零件的供應不足，也嚴重制約了飛機修理進度。該活塞桿結構中有一段長度375 mm、直徑40 mm的外圓表面(圖1)。該段外圓表面需要經(jīng)過硬質陽極氧化處理，使其最終粗糙度Ra達到0.1～0.2 μm?？刹捎脪伖獾姆绞绞褂操|陽極氧化表面達到鏡面效果。

圖1 活塞桿結構

該活塞桿的加工過程主要分為外形尺寸加工、表面處理和硬質陽極氧化層鏡面加工3個階段。

2019年某企業(yè)活塞桿的制造報廢情況如表1所示。

表1 2019年某企業(yè)活塞桿制造報廢情況

從表1可知，活塞桿制造報廢情況主要是硬質陽極氧化層鏡面加工尺寸超差(報廢占比50%)和表面不滿足硬質陽極氧化要求(報廢占比33.33%)。這兩項問題造成的報廢占比之和高達83.33%。

2 加工尺寸超差問題的解決

2.1 加工尺寸超差問題分析

由于活塞桿為鋁合金，其表面鍍層的厚度較薄，不便于磨削加工[7-9]，故需要采用拋光方式來提高其表面質量。加工時，將工件安裝好，手持砂紙按壓工件外圓進行拋光(圖3)。這種加工方式存在拋光力大小難以保持一致、進給不連續(xù)、工件受力不均勻等缺點。

圖2 硬質陽極氧化表面手工拋光示意圖

2.2 加工尺寸超差問題的解決措施

對傳統(tǒng)的手工拋光方式進行分析，尋找工裝設計思路，保留優(yōu)點，改善缺點。首先確定手工拋光工藝要點，包括拋光接觸面的面積(指手持砂紙的面積)、拋光力(由手臂按壓產(chǎn)生)、進給量(根據(jù)手感掌握)3個方面；然后利用機械結構實現(xiàn)上述工藝要點，并在設計時盡量避免手工拋光存在的缺點。本文根據(jù)文獻[10-11],設計了一種外圓浮動拋光裝置(圖3)。

1.拋光頭；2.芯軸；3.殼體；4.扭塞；5.定位套；6.彈簧；7.螺栓；8.襯套；9.拋光紙圖3 外圓浮動拋光裝置

外圓浮動拋光裝置的拋光頭為弧形凹面，其弧度略大于活塞桿外圓弧面，其形狀近似于手工拋光的手掌，有利于保證工件受力的均勻。拋光裝置中彈簧可提供較均勻的拋光力。將工裝安裝在拋光裝置的刀架上，結合設備功能實現(xiàn)均勻進給。

拋光頭的材質選取非常重要。本文考慮到鋼的硬度過大，鋁材容易被研磨，木質材料在冷卻液作用下壽命較短；因此選取材質較軟、韌性較強、耐高溫的聚四氟乙烯材料來制作拋光頭。工裝其余結構采用鋼質材料，拋光紙選用帶背膠的高目數(shù)砂紙[12-14]。

3 未滿足硬質陽極氧化要求問題的解決

3.1 氧化要求問題分析

活塞桿原材料為2D70鋁合金，硬質陽極氧化表面處理前常有的白色氧化斑塊，在處理后容易出現(xiàn)小凹坑而無法徹底去除，使硬質陽極氧化層無法達到要求的鏡面效果。在活塞桿外形加工過程中，冷卻液(它包含冷卻原液和水)和空氣共同影響工件表面質量。可通過試驗，分析冷卻原液、水和空氣3種因素造成工件表面白色氧化斑塊的情況。三因素包括冷卻原液、水、空氣；二水平為有和無。

將冷卻液滴在工件表面上，通過涂抹凡士林的方式隔絕空氣，試驗時間13 d(由活塞桿外形加工周期約為13 d而定)。三因素二水平試驗安排與結果如表2所示。

表2 三因素二水平試驗安排與結果

分析可知，在冷卻液和空氣共同作用下，工件表面發(fā)生氧化而腐蝕，導致其表面處理未能滿足要求。

3.2 氧化要求問題的解決措施

首先使用煤油對工件進行清洗，去除冷卻液殘留；然后用軟布擦干；最后涂抹凡士林，以隔絕空氣。

4 改進效果

改進后，硬質陽極氧化層鏡面加工實現(xiàn)了從傳統(tǒng)手工拋光到機械拋光的技術跨越。本文提出的飛機活塞桿硬質陽極氧化層鏡面加工技術改進方法具有很高的可操作性，使活塞桿的加工過程變得輕松、便捷。經(jīng)測試，采用技術改進方法后，硬質陽極氧化層表面粗糙度Ra達到了0.1 μm 的鏡面效果。

改進后某企業(yè)活塞桿制造報廢情況如表3所示。

表3 改進后某企業(yè)活塞桿制造報廢情況

分析表3可知，通過制定改進措施解決了硬質陽極氧化層鏡面加工尺寸超差及表面不滿足硬質陽極氧化要求問題，攻克了某型飛機活塞桿硬質陽極氧化層鏡面加工難題。經(jīng)過一段時間的跟蹤統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，活塞桿制造成品率已從69.62%上升到了93.33%。

5 結束語

針對某型飛機活塞桿制造成品率低這一問題，采用外圓浮動拋光裝置使硬質陽極氧化層鏡面加工的拋光過程變得連續(xù)，拋光效果得到顯著改善。同時，該拋光裝置可根據(jù)需要選擇不同的拋光砂紙，具有較高的推廣價值。在活塞桿外形加工后，可用煤油清洗活塞桿表面并涂抹凡士林，以確保硬質陽極氧化表面處理前的活塞桿表面質量，為后續(xù)鏡面加工做好準備。