楊曉娟，阮新科，張玉爽

（中航飛機(jī)起落架有限責(zé)任公司，陜西 漢中 723200）

0 引言

Ti-55531是一種新型近β型鈦合金，具有高強(qiáng)度高韌性等特點(diǎn)，目前主要用于波音787和空客A350飛機(jī)起落架、機(jī)翼等承力部件[1]，在我國C919大型民用飛機(jī)上也被推廣應(yīng)用。Ti-55531鈦合金是俄羅斯VSMPO公司與法國空客公司以BT-22合金為基礎(chǔ)研發(fā)的一種新型亞穩(wěn)β鈦合金，名義成分為Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-1Zr[2-5]，這種新型鈦合金既具有良好的斷裂韌性和高強(qiáng)度匹配特性，比較適用于機(jī)翼、發(fā)動機(jī)掛架之間連接裝置的制造[6-7]。

吹砂在飛機(jī)起落架零件生產(chǎn)中作為一種清理表面，是提高涂層的附著力的重要加工工藝，廣泛應(yīng)用于熱處理、電鍍、噴丸后等工藝中。氧化鋁吹砂主要功能就是把工件表面的雜質(zhì)及氧化皮清除掉，提高涂層的附著力，分散結(jié)構(gòu)體內(nèi)在的殘余應(yīng)力，并使工件表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，提高其疲勞強(qiáng)度使工件表面缺陷和機(jī)械加工廢品。經(jīng)過多年生產(chǎn)實踐，逐漸發(fā)現(xiàn)吹砂后零件的尺寸變化、粗糙度變化直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。不同的吹砂介質(zhì)、風(fēng)壓、距離、角度、砂流量、吹砂時間都會引起不同程度的尺寸、粗糙度、弧高值變化。為此，通過工藝試驗探索鈦合金Ti-55531材料在不同的風(fēng)壓、距離、時間下進(jìn)行氧化鋁吹砂，零件的尺寸損失、粗糙度及經(jīng)噴丸零件吹砂后弧高值減少量。

1 吹砂原理

吹砂裝置，按其作用原理可分為吸入式、重力式和壓出式3種。吸入式壓縮空氣從噴嘴中噴出，使混合室內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，使砂礫經(jīng)由管道吸入混合室與空氣混合后從噴嘴噴出。重力式，是吸入式的一種特殊形式，其不同之處在于儲砂罐位于混合式上方，砂礫借自身重力落入混合室。壓出式及壓力室的壓縮空氣與管道壓力相近，砂礫靠自身重力由壓力室落入混合室，隨后與橫向吹來的壓縮空氣混合并得到一定的輸送速度至噴嘴時，壓縮空氣迅速膨脹，砂礫再次被加速噴出。

吹砂裝置以壓縮空氣為動力，將砂粒從噴槍口壓出，形成高速的砂流，利用高速砂流的沖擊作用清理和粗化基體表面的過程。由于砂礫對工件表面的沖擊和切削作用，使工件的表面獲得一定的清潔度和不同的粗糙度，使工件表面的機(jī)械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲勞性，增加了它和涂層之間的附著力[8-9]。

1.1 試驗材料

試樣材料選用Ti-55531合金，化學(xué)成分見表1[10]，吹砂介質(zhì)：氧化鋁F150。

表1 Ti-55531合金化學(xué)成分（W%）

1.2 試樣及試件

（1）材料：Ti-55531；規(guī)格：φ60×6mm；吹砂前粗糙度Ra≤0.8μm。用途：測量吹砂后試樣的尺寸損失及粗糙度。

（2）A型 Almen試件；數(shù)量：6件；弧高值：0.15～0.4mm。

用途：測量經(jīng)噴丸處理的試件吹砂后弧高值減少量。

1.3 吹砂設(shè)備

工藝試驗設(shè)備鈦合金吹砂機(jī)（KXP1010A-T）。噴砂房內(nèi)部尺寸L1000×W1000×H1800mm噴嘴直徑8mm砂流量為1.3kg/min 。

2 工藝試驗

在產(chǎn)品制造過程中發(fā)現(xiàn)部分零件吹砂后尺寸及粗糙度發(fā)生改變，導(dǎo)致后續(xù)出現(xiàn)更為嚴(yán)重的質(zhì)量問題。從提高產(chǎn)品質(zhì)量的角度出發(fā)，本試驗主要通過研究不同風(fēng)壓、不同距離、不同吹砂時間下氧化鋁吹砂對零件尺寸、粗糙度及對噴丸零件弧高值的影響，為實際生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)參考。

2.1 尺寸損失及粗糙度試驗

分別在風(fēng)壓0.2MPa、0.3MPa下，距離100mm、200mm、300mm，對試樣吹10s、20s、30s后對測量并計算試樣的尺寸損失和粗糙度，見圖1。

圖1 吹砂裝置

圖1 氧化鋁吹砂對Ti55531材料尺寸損失、粗糙度的影響

2.2 噴丸零件弧高值減少量試驗

A型 Almen試件，在風(fēng)壓0.2MPa、0.3MPa下，距離100mm對試樣分別吹10s、20s、后測量弧高值并計算弧高值損失量，見圖2。

圖2 氧化鋁吹砂對Ti55531材料噴丸零件的影響

3 結(jié)果分析

在不同風(fēng)壓和距離下吹砂，當(dāng)吹砂時間為10s時，Ti-55531材料試樣尺寸損失無明顯變化；當(dāng)風(fēng)壓為0.3MPa，距離為100mm，吹砂時間30s時，尺寸損失達(dá)到最大0.017mm。當(dāng)風(fēng)壓為0.2MPa時，在不同距離和吹砂時間，粗糙度Ra在1.2μm～1.5μm；當(dāng)風(fēng)壓為0.3MPa時，距離為100mm，吹砂時間30s時，粗糙度達(dá)到最大Ra=1.95μm。因此，Ti-55531材料的電鍍零件應(yīng)根據(jù)尺寸損失來確定零件鍍前及鍍后尺寸以保證鍍層尺寸滿足要求。同時結(jié)合粗糙度來選取合適的砂粒目數(shù)確保鍍層結(jié)合力等要求。

經(jīng)噴丸后的零件，連續(xù)吹砂10s后弧高值減少0.004mm～0.020mm，連續(xù)吹砂20s后弧高值減少0.019mm～0.038mm。按照噴丸零件吹砂后的尺寸損失不應(yīng)該超過0.025mm或者導(dǎo)致噴丸完成之后殘余應(yīng)力在ALMEN 試片的弧高值的減少量大于10%的要求，Ti-55531材料的噴丸零件吹砂不宜超過10s。

4 結(jié)論

經(jīng)驗證，Ti-55531合金經(jīng)氧化鋁F150，風(fēng)壓0.2～0.3MPa，距離100mm～300mm，時間10s～30s，吹砂后：

（1）尺寸損失量及粗糙度與風(fēng)壓、吹砂時間成正比，與吹砂距離成反比。

（2）經(jīng)噴丸后的零件，在風(fēng)壓0.2～0.3MPa，距離≤100mm時，連續(xù)吹砂時間不能超過10s。

（3）吹砂后零件的粗糙度主要取決于吹砂工藝過程參數(shù)及砂粒目數(shù)的選擇，與吹砂前零件的粗糙度無關(guān)。