淺談化學銑切鈦合金零件專用工裝設計

孟憲國 劉軍喆 李 巖 郭春光 金興彬

（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 專用工裝設計

1.1 材料的選擇

化銑鈦合金零件工裝使用的材料，首先必須能耐住濃氫氟酸和濃硝酸的腐蝕，現場對非金屬材料：玻璃鋼、有機玻璃、尼龍、ABS、聚氨酯板、軟聚氯乙烯、聚四氟乙烯、PVC、氯丁橡膠、丁腈橡膠、天然橡膠、黑耐油橡膠、聚丙烯，進行了280小時化銑液浸泡試驗。試驗發現：聚丙烯、聚四氟乙烯、丁腈橡膠三種材料狀態沒有改變，PVC材料顏色微變外，其余材料都已經發生性能改變，包括顏色、硬度、脆性、強度等；現場對選用常用不銹鋼材料OCr17Ni2Mo2（SUS316）及OCr18Ni9（SUS304）進行試驗對比，SUS316要比SUS304耐腐蝕性要好，但二者使用時，必須涂防護膠。

PP材料：學名為聚丙烯，耐酸性能好，焊接性能好；具有良好機械加工性能，應用廣泛，可以進行同種材料焊接，因此可以作為結構件，但強度不高，做承力件，需內襯鋼材或增加材料厚度；如果無法買到工業用PP材料，也可用民用的PP-R材料，如熱水管件等，但耐腐蝕不如前者，只能進行熱熔焊接；工業用PP材料，純度可以保證，對于化學銑用工裝，最好選用工業級PP材料，不推薦采用民用PP管件，如必須采用，優先選擇使用PP-R熱水管件。

SUS316耐酸能力比SUS304強，但SUS316在市場上很難買到，可以用SUS304代替，對工裝使用過程沒有太大影響，僅僅是處于酸液中的時間，要略有減少。

丁腈橡膠:可作為墊片使用，現場使用后丁腈橡膠表面沒有變化，但材料硬度略有降低，外觀表面顏色沒有變化。

聚四氟乙烯：在化銑液中有很好的表現，由于聚四氟乙烯為高溫壓結材料，不適于進行同材料焊接，同時與PP材料也無法進行塑料焊接；該材料粘接性能很差，除非表面清理的非常干凈。因此，聚四氟乙烯可以做螺釘、螺帽、墊片等單獨零件使用。

硬聚氯乙烯，又叫PVC，雖然耐腐蝕性能好，但在試驗中微變性，因此設計化銑工裝中盡可能不采用此種材料，但該材料有國家標準的管件，設計時也可采用，但不推薦，如有必要，推薦采用pp-R管件。

1.2 粘接技術

在工裝設計過程中，不可避免使用粘接劑，通過對各種粘接劑進行試驗表明：環氧樹脂、502膠水、PVC上下水膠具有良好表現。

環氧樹脂膠：對金屬和非金屬具有優異的粘合力、耐熱性、絕緣性、硬度和軟性都好，可用于金屬、非金屬等材料的粘合；現場可采用配制環氧樹脂溶液進行工裝零件間的粘接及較大間隙填充，也可作為工裝修理時填堵磨損的面、孔修補等；當與化銑液長時間接觸，會腐蝕變薄，以此要及時復涂。

5 02 膠水：對金屬、非金屬等具有非常好的粘接性能，試驗發現，粘接件能長時間浸在化銑液中而不開裂，如丁腈橡膠與PP材料粘接、PP材料與不銹鋼粘接等，但沾接表面必須打粗糙。

PVC上下水膠：是一種專門粘接PVC材料的粘接劑，包括上水膠、下水膠，在家庭裝修時經常使用，但粘接強度不大，不能承受大的沖擊，必要時要通過螺釘等固定；對PP材料也有一定粘接作用。

1.3 特種焊接技術

塑料焊接：PP材料有優良的焊接能力，在化銑工裝中得到廣泛應用；焊接采用PP焊條（一般為廠家自制，市場上也有出售）通過熱風機（塑料焊機，500度以上空氣）進行焊接，保證焊接質量。

熱熔焊接：如采用民用PP-R材料，如采用塑料焊接，焊接性能不好，建議采用熱熔焊機對接焊接；這種方法可采用標準的PP-R材料上下水管件，如彎頭等，可以化銑工裝及相關裝備的設計、制造等。

1.4 涂敷技術

由于工裝中經常使用不銹鋼鋼材作為承力件，對其保護為重中之重，主要下面有以下涂敷方法：

（1）熱浸PVC法：就是將工裝放入PVC溶液中，將溶液一層層涂到工件上，粘接力較好，涂層能抗輕微沖擊。

（2）包涂法：利用PP材料可以焊接的性能，利用管、板等，將工件整體進行包裝，接口處采用焊接封口；在厚度上可以自由選擇，但沒有結合力，僅為包裝，可以考慮與粘接方法聯合使用。

（3）噴涂PVC法：采用塑料噴涂設備，對工裝進行噴涂，有效厚度一般為1.5mm工裝的使用會受到限制。

（4）襯玻璃鋼法：采用環氧樹脂和纖維布（或滌綸布），在零件表面進行纏裹，3-4mm約纏10層，固定時間為24小時。可以對任何型面進行襯覆，粘接力好，強度高，但粘接劑必須為環氧樹脂。。

1.5 工裝結構選擇

由于化銑中需要不斷攪拌，保證各加工面腐蝕速度一致，因此夾具優選輪輻復合結構，臥式、立式均可，在電機帶動下，能緩緩旋轉，該結構具有輕巧、強度高、耐腐蝕好的特點。該化銑夾具主要固定架、活動中軸、墊片、緊鎖螺母及緊固件組成。

1.6 工裝設計中注意的問題

（1）丁腈橡膠墊片無法固定：粘接面沒有打毛，502膠水涂敷不夠，沒有墊片限位槽 。

（2）丁腈橡膠墊片表面失去彈性：材料老化，或502膠水涂在表面。

（3）涂敷玻璃鋼表面起鼓：纖維布透氣性不好，里面有空氣沒有排凈。

（4）涂敷玻璃鋼表面有坑：涂敷不到位，用環氧樹脂補添 。

（5）化銑工裝使用后，里面有化銑液，沒有設計排出孔或該孔堵塞。

（6）使用后螺釘位置表面塌陷：PP材料比較軟，加力擰緊時，材料發生塑性變形；可用環氧樹脂液修補，或增加大墊片分散壓應力。

2 化銑工裝技術的不足與展望

化銑工藝有其獨到的優勢，隨著加工技術進步，對工裝的需求將會更加多樣，而設計、制造的工裝手段有很大的局限性，本文只從試驗角度對化銑工裝進行闡述，沒有涉及更多材料，還有很大的局限性，特別是對材料的使用狀態數據，包括使用壽命等，都沒有確切的數據支撐；另外工裝結構強度方面，還沒有開展研究。

[1]趙永崗，等.化學銑切在鈦合金加工中的研究及應用[J].表面技術，2009.

[2]成大先.機械設計手冊（第四版第一卷）[M].北京：化學工業出版社.