閥芯微小孔毛刺去除方法

■首都航天機械公司 （北京 100076） 范會玉 陳 靖 遲宏波 楊一明 馬 寧 王春玲

閥芯微小孔毛刺去除方法

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摘要：針對某航天閥芯微小深孔毛刺去除困難的問題，研究了電解去毛刺工藝方法。主要包括微小深孔電解去毛刺工具陰極設計、參數控制及加工后零件的清洗。研究結果表明，對于微小深孔，只要合理設計工具陰極及控制加工參數，就可以有效去除毛刺，保證零件質量。

對液體推進劑運載火箭和導彈來說，閥門是調節液體介質的流量、壓力或打開、切斷介質通路的流體部件，通常安裝在管路中或儲箱上。閥門的種類很多，主要包括減壓器、壓調器、穩壓器、安全溢出閥、保險閥、排氣閥及電磁閥等。

閥門組件結構通常都比較復雜，閥芯導向配合間隙小，閥芯與閥座貼合嚴密，密封性要求高；其內部流體通路迂回曲折，有很多小直徑相交孔、深孔、盲孔。閥門加工精密、裝配調試要求高、試驗環節多。因此閥門對多余物比較敏感，多余物的危害很大，應嚴加控制。

閥芯是閥門中的關鍵零件，它與閥座組成密封副，控制介質流動和流速。為建立流體流道，或因反饋壓力需要，在閥芯上往往加工有連通孔，一般是比較深的微小孔。此處相交孔多余物檢查為質量控制點，應采用特殊工藝方法予以保證。

1. 閥芯去毛刺工藝方法選擇

某航天增壓電磁閥閥芯零件如圖1a所示，2個微小深孔尺寸為φ0.4mm，加工方法為鉆削加工。在零件中心孔φ16mm方向可見相交處存在明顯毛刺，圖1b所示為內窺鏡下觀察到翻邊毛刺。

目前去除毛刺的方法主要有機械式拋光法、磁力研磨法、化學拋光法和電解去毛刺法等。對于直徑較大孔采用上述方法去毛刺技術比較成熟，但是對于直徑小于0.5mm的微小孔，機械式拋光或磁力研磨拋光可能會導致磨料、微小顆粒或材料移除物等物質將微小孔覆蓋，甚至填滿堵塞；化學拋光加工時間較長，而且會對零件非加工表面產生腐蝕；電解去毛刺法無機械力、可達性好，適用于強度較低及傳統方法難以到達的區域。

考慮到該零件相交孔處位置較深，一般工具可達性差，而且孔小，工具不易準確定位目標處，因此擬選用電解去毛刺方法。

圖1　閥芯示意圖

2. 電解去毛刺原理

電解去毛刺的基本原理是利用金屬在電解液中產生陽極溶解的原理對金屬零件進行加工，同時利用毛刺處電力線集中、局部電流密度大以及電化學溶解速度快的特點，使毛刺等突出部位優先得到去除，即電化學的“尖端效應”現象。電解去毛刺時，零件接電源正極，構成陽極；工具電極接電源負極，構成陰極，兩極之間保持一定的間隙，其間充滿流動的電解液，接通電源后，電化學反應開始進行（見圖2）。

圖2　電解去毛刺示意圖

3. 閥芯電解去毛刺工藝試驗

（1）去毛刺工具電極設計。根據零件微小孔的加工方法，鉆削毛刺位于φ16mm孔方向，同時由于φ0.4mm小孔工具電極制作困難，因此考慮從φ16mm孔一次進行兩處相交孔毛刺去除。由于φ16mm孔尺寸精度及表面粗糙度均有較高要求，因此電解去毛刺時需對零件非加工面做好防護，防止對非加工面的雜散腐蝕，電極設計時需要對電極非工作面進行絕緣保護。

電極桿材料選用導電良好的黃銅，絕緣套采用氟塑料或硬塑料，絕緣層厚度約為0.4～0.6mm，絕緣套對應2個φ0.4mm微小孔部位加工2個φ1m m通孔，用于露出局部電極桿作為電解去毛刺的工作刃，電極設計時應嚴格控制工作刃的位置，保證電極裝入零件后與相交孔部位相對應，以實現對相交孔處毛刺的有效去除（見圖3）。

（2）閥芯電解去毛刺的工藝參數。電解去毛刺設備：D K3740 B；零件材料：1 Cr 18 Ni 9 Ti；電解液：8% ～16% NaNO3溶液；加工電壓：20V；電解液壓力：0.2～0.4MPa；加工時間：10～20s；溫度：室溫。

加工過程注意事項：①零件裝夾過程需將電極2個φ1mm工作刃與零件2個φ0.4mm對準，確保去除效果。②開啟電解液按鈕后，仔細觀察零件兩個微小孔是否有電解液噴出，若流液不暢，需停止加工，仔細調整電極工作刃與零件的相對位置，直至兩個微小孔噴液暢通后方可進行加工。③加工時間根據毛刺去除效果確定，可先加工10s進行內窺檢查。

（3）零件清洗。零件加工完成后發現，φ16mm內腔中對應兩個微孔附近存在電解產物流出時產生的彩色條紋，去除方法如下：①用綢布蘸取適量體積濃度為1:1的硝酸擦拭內腔中彩色條紋，直至條紋消失。②用酒精擦拭內腔。③用清水將零件內腔清洗干凈。

圖3　閥芯電解去毛刺工具陰極及加工示意圖

圖4　毛刺去除前后對比

（4）試驗結果。采用韋林XLGO+系列工業內窺鏡，對2個φ0.4mm與φ16mm相交處進行內窺檢查，零件加工10s后大部分零件相交孔處已無毛刺，個別零件微小孔處還存在少量毛刺，再加工10s后，內窺檢查毛刺均被去除

（見圖4b）。

4. 結語

（1）微小孔電解去毛刺的關鍵是工具電極的設計，工具電極的工作刃應精確對準毛刺部位，并對零件的非加工面做好防護，確保加工質量。

（2）合理選擇加工時間，以剛好去掉毛刺為宜，時間過長會對微小孔附近造成過度腐蝕，降低產品精度。

（3）采用電解去毛刺方法可以實現對微孔相交處毛刺的有效去除，單件加工只需要幾十秒的時間，加工效率高，質量好。

（4）電解去毛刺工藝只需準備專用的工具陰極和少量的NaNO3電解液（根據電解槽容積大約100～500L）。加工過程中工具陰極無損耗，一次投資可大批量生產。

總之，電解去除毛刺工藝效率高、質量好、成本低，對于微小孔去毛刺優勢更加明顯，可進一步推廣應用。

參考文獻：

[1] 王春玲，頓賽英，鄭德晃，等.火箭與導彈產品多余物控制[M].北京：中國宇航出版社，2009.

[2] 徐文驥，余自遠，孫晶，等. 微小孔電化學去毛刺試驗研究[J].航空制造技術，2011(19)：70-75.

專家點評

電解去除毛刺適用于傳統拋光方法難以到達的工件內腔區域，可以實現對微孔相交處毛刺的有效去除。該文以閥芯零件直徑0.4mm的微小孔為例，詳細介紹了電解去除毛刺的方法和過程。文章寫得很好，工藝試驗中的每一個步驟都做到圖文并茂，細致入微，有一定的參考價值。

收稿日期：（20141223）