鍍鉻件加工方式選擇及公差計算方法

2015-12-05 09:18:02宋萬萬于寬深沙春鵬

電鍍與精飾 2015年1期

于海，宋萬萬，曹超，于寬深，沙春鵬

(沈陽飛機工業集團有限公司，遼寧沈陽 110850)

引言

鍍鉻層具有很高的硬度，根據鍍液成分和工藝條件不同，其硬度可在400～1200HV內變化。鍍鉻層的摩擦系數小，特別是干摩擦系數，在所有金屬中最低。所以鍍鉻層具有很好的耐磨性，被廣泛用作防護-裝飾性鍍層的外表層和功能鍍層，在電鍍工業中占重要的地位。在航空制造業中，鍍鉻通常作為功能性耐摩擦鍍層使用，鍍層厚度多為數十微米，較其他電鍍層厚，相應的鍍層厚度范圍也隨之增加，不可避免的帶來了加工精度差的問題［1-3］。

設計制件圖樣規定的尺寸公差為最終成品尺寸公差，該尺寸公差包括機械加工公差及表面鍍覆層公差，應由機械加工及表面鍍覆同時協調完成。鍍鉻屬功能性鍍層，可以提高制件表面的耐磨性能，通常鍍鉻層厚度較其他防腐性鍍層為厚，制件又多為軸類，一般設計圖樣規定的鍍層δ分為9～24μm［軸類公差帶為(24-9)×2=30μm］、21～48μm(軸類公差帶為54μm)、48～80μm(軸類公差帶為64μm)。

1 公差選擇

1.1 加工流程

制件電鍍鉻的加工方式分為成品尺寸電鍍或加大尺寸電鍍后磨削兩種加工方式，成品尺寸電鍍加工流程見流程1，加大尺寸電鍍后磨削加工流程見流程2。

流程1成品尺寸電鍍加工流程:根據成品尺寸及鍍層范圍計算鍍前尺寸→機械加工至鍍前尺寸→電鍍至成品尺寸。

流程2加大尺寸電鍍后磨削加工流程:根據成品尺寸及鍍層范圍計算鍍前尺寸、鍍后尺寸→機械加工至鍍前尺寸→加大電鍍至鍍后尺寸→機械加工至成品尺寸

1.2 加工方式選擇

成品尺寸電鍍為按設計圖樣要求的尺寸、公差及鍍層厚度預先計算出電鍍前的尺寸公差，零件機械加工至電鍍前的尺寸，直接電鍍至設計圖樣要求的尺寸。該加工方式適用于設計公差較大、鍍層厚度公差較小、粗糙度要求較低的零件。

加大尺寸電鍍后磨削是根據設計圖樣要求的尺寸、公差及鍍層厚度計算鍍前、鍍后尺寸，零件機械加工至鍍前尺寸，而后電鍍至超出圖樣規定的尺寸，再機械加工至圖樣要求尺寸。該加工方式適用于鍍層厚度公差較大、零件公差較小、粗糙度較低的零件。

一般來說，考慮到加大尺寸電鍍在進行鍍后機械加工時需進行二次裝夾，會帶來軸心偏移或影響形位公差，故首選方案為成品尺寸電鍍，如設計圖樣尺寸公差過小或表面粗糙度過低的零件，才采用加大尺寸電鍍方式加工。

2 公差計算及分配

2.1 分配原則

成品尺寸電鍍加工方式如流程1。已知成品尺寸及鍍層厚度范圍，需計算鍍前尺寸以進行機械加工，此類加工為將成品尺寸公差分配給機械加工與電鍍加工。計算原則應使鍍前尺寸公差內任意數值經電鍍至規定的鍍層厚度以后，均應符合成品尺寸要求。

加大尺寸電鍍后磨削加工方式如流程2。已知成品尺寸及鍍層厚度范圍，需計算鍍前尺寸以進行機械加工，機械加工后電鍍至超出規定的厚度，再由機械加工至成品尺寸，因形成尺寸的過程均為機械加工，故此類加工方式電鍍并不分配成品尺寸，成品尺寸分配給鍍前機械加工與鍍后機械磨削加工。計算原則應使鍍后磨削至成品尺寸時，鍍層厚度應符合規定的鍍層厚度要求。

2.2 計算公式

成品尺寸電鍍公差計算公式為:鍍前尺寸公差上限=成品公差上限－2倍鍍層厚度上限;鍍前尺寸公差下限=成品公差下限－2倍鍍層厚度下限(以軸類零件為例計算，鍍層厚度需×2倍，下同)。

例1:ΦX(－0.030，－0.104)，鍍層 δ為 21～48μm，鍍前尺寸公差上限為－0.030 －0.096=－0.126;鍍前尺寸公差下限為－0.104 －0.042=－0.146。那么鍍前尺寸應該為 ΦX(－ 0.126，－0.146)。分配后，機械加工公差共 20μm，電鍍加工公差共54μm。

加大尺寸電鍍后磨削公差計算公式為:鍍前尺寸公差上限=成品公差下限－2倍鍍層厚度下限;鍍前尺寸公差下限=成品公差上限－2倍鍍層厚度上限。

例2:ΦX(－0.016，－0.034)，鍍層 δ為 21～48μm，鍍前尺寸公差上限為－0.034 －0.042=－0.076;鍍前尺寸公差下限為－0.016 －0.096=－0.112。那么鍍前尺寸應該為 ΦX(－ 0.076，－0.112)。分配后，鍍前機械加工公差共 36μm，電鍍加工公差共54μm。

3 在生產中的應用

該公差分配方法及計算公式已在航空制造業中廣泛應用，適用于鋼、鋁及鈦等金屬材料的電鍍鉻加工，包括蘇-27在內的10余種先進戰機均已采用此方法加工鍍鉻零件，零件種類多達300余項，其中最長的零件有820mm，直徑最大零件達Φ920mm，鍍鉻及機械磨削均有一定困難。以這兩項零件為例，介紹該鍍鉻層分配方法及計算公式在生產中的效果。

1)飛機某部位折疊轉軸(圖1)材料30CrMnSiA，尺寸 Φ20mm×825mm，直徑尺寸公差Φ20mm(0，－0.120)，鍍鉻層 δ為 48 ～80μm，表面粗糙度Ra1.6。因設計公差較大，優選成品尺寸電鍍。公差計算:鍍前尺寸公差上限為0－0.160=－0.160;鍍前尺寸公差下限為－0.120 －0.096=－0.216。那么鍍前尺寸應該為 Φ20mm(－0.160，－0.216)。分配后，機械加工公差共56μm，電鍍加工公差共64μm。即由機械加工至尺寸 Φ20mm(－0.160，－0.216)，并將粗糙度提高至 Ra0.8(因為電鍍會提高一個等級的粗糙度)，按除油、活化、陽極腐蝕、鍍鉻流程進行成品尺寸電鍍鉻，鍍層δ控制在48～80μm范圍內，最終尺寸即可滿足設計要求。該零件雖然長度尺寸較長，但由于設計公差較大，按此分配方法分配機械加工公差及電鍍鉻層公差均能滿足加工制造要求，加工尺寸一次合格率在95%以上。

圖1 折疊轉軸設計圖

2)連接進氣道與發動機的轉接段(圖2)，材料TC6，尺寸 Φ920mm × 38.5mm，直徑尺寸公差Φ920mm(－0.013，－0.049)，鍍鉻層 δ為 48 ～80μm，表面粗糙度Ra0.4。因設計公差較小，優選加大尺寸電鍍后磨削加工。公差計算:鍍前尺寸公差上限為－0.049 －0.096= －0.145;鍍前尺寸公差下限為－0.013 －0.160= －0.173。那么鍍前尺寸應該為 Φ920mm(－0.145，－0.173)。分配后，鍍前機械加工公差28μm，鍍后磨削加工公差36μm，電鍍鉻層公差 64μm。即由機械加工至尺寸Φ920mm(－0.16，－0.216)，粗糙度 Ra0.4 即可，然后按鈦合金電鍍鉻流程(除油、活化、氫化、鍍乳白鉻、退火、鍍硬鉻)進行加大尺寸鍍鉻，鍍層δ控制在100～120μm范圍內，粗糙度一般會提高至Ra0.8左右，再由機械加工磨削至 Φ920mm(－0.013，－0.049)，磨削同時將粗糙度加工至 Ra0.4，鍍層 δ即在48～80μm范圍內。該零件直徑大，且設計公差較小，表面粗糙度低，無法按成品尺寸電鍍加工，采用加大尺寸電鍍后磨削方式加工即保證了鍍前、鍍后的機械加工要求及電鍍加工能力要求，又滿足了設計尺寸及粗糙度要求，產品交付合格率在87%以上。