常見表面處理對飛機結構裝配尺寸的影響

曹紅美

【摘 要】表面處理能形成與基體材料機械性能或化學性能不同的表面層，為了滿足零部件的耐腐蝕性、耐磨性和裝飾性等性能，同時利用普通材料降低制造成本，表面處理較廣泛地應用在飛機零部件加工中。而由于表面處理層厚度極小，在零部件裝配中極易忽略該尺寸，從而造成裝配困難甚至失效。本文分析了飛機上采用常用的幾類表面處理方法在零件表面處理后在實際裝配中造成的影響，提出了相應的解決措施。

【關鍵詞】結構裝配;表面處理;噴漆;鍍鉻

中圖分類號： TG754;TP391.72 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）25-0052-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.25.024

0 前言

表面工程是表面預處理后，通過表面涂覆、表面改性或多種表面技術復合處理，改變固體金屬表面或非金屬表面的形態、化學成分、組織結構和應力狀況，以獲得所需表面性能的系統工程。[1]表面工程是材料處理的重要手段，表面工程的特色與優勢主要體現在以高性能的表面與基體的配合獲得更加優異的整體性能;以較少的能源和材料獲得比基體材料更高的性能。[2]比基體材料薄得多的表面處理層能獲得遠遠優于基體材料的機械性能、化學性能等，因此，表面處理是有效提高材料耐腐蝕、耐磨損、抵抗疲勞與蠕變等性能的手段，在飛機零部件中得到應用。常見的表面工程技術有：（1）物理表面處理，如機械打磨、噴丸、拋光、噴漆等;（2）化學/電化學表面處理，發藍、發黑、陽極化、電鍍等;（3）現代表面處理：化學氣相沉積、離子注入、激光表面處理等。

民用飛機的減重一直是飛機設計的重要出發點，除了采用鋁合金等輕金屬合金外，在普通鋼成型后進行表面處理也是重要方法。但由于部分表面處理工藝不易控制精確控制表面處理層的厚度，獲得良好的耐腐蝕性和耐磨性后，其尺寸變化會對裝配尺寸造成影響。

1 飛機零部件中常見表面處理方式及影響

民用飛機單機零件數量以萬計，材料、尺寸、性能需求等呈現多樣性。根據目前民用飛機制造裝配過程中的使用頻率，常見的表面處理方式主要有以下類別。

1.1 噴漆

民用飛機零組件采用噴漆方法，主要目的是提高零部件裝飾性能和耐腐蝕性能，特定的功能涂料還能提高零組件的特殊性能，比如耐磨性能，抗沖擊性能，導電性能等。從噴漆工序上來分，民用飛機上的零部件噴漆一般有底漆和面漆兩種，而涉及到具體材料，主要有FR底漆，FR面漆，AKZO聚氨酯面漆相容底漆，AKZO聚氨酯面漆等。漆層噴涂過程中，一般會規定相應的厚度范圍，部分通過工程圖紙直接規定，大多數是參考對應的工藝規范。比如，FR底漆的厚度一般為0.02～0.03mm，FR面漆的厚度為0.03～0.04mm，這些厚度在飛機裝配中極易產生影響。

全機90%以上的結構零件都采用了噴漆工藝。

1.2 鉻酸陽極化

鉻酸陽極化膜層具有較好的防護能力，適用于鋁及其鋁鋰合金的防護和裝飾方法。鉻酸氧化膜與有機物的結合力良好，是較好的油漆底層[3]。而飛機中絕大多數結構零部件都需要噴漆，因此，飛機中采用鉻酸陽極化處理工藝的情況非常普遍。鉻酸氧化膜層厚度一般為0.003mm左右，對原零件的精度和表面粗糙度影響很小。

1.3 鍍鎘

在金屬基體上鍍一層均勻的光亮鎘主要是為了提高金屬的防腐蝕性能。在通常情況下，鍍鎘層屬于陰極性鍍層，在電化學保護方面作用不明顯，但是在海洋和高溫大氣環境中，鍍鎘層屬于陽極性鍍層，能起到良好保護能力[4]。鍍鎘工藝在飛機的艙門、起落架等位置采用較多。鍍鎘層厚度一般為微米級，對原零件的尺寸影響較小。

1.4 鍍硬鉻

鍍鉻層的典型特點是硬度高，具有很好的耐磨性，從外觀上看，鍍層光亮，光滑[5]。鍍鉻一般分為普通鍍鉻和鍍硬鉻，為了充分發揮鍍鉻層的優勢，飛機上艙門等運動機構的零件中較多采用鍍硬鉻，鍍層常見厚度約0.03mm，對原零件的尺寸影響較大，因此對裝配性能影響大。

除了上述應用廣泛的表面處理方法，目前飛機上使用較多的表面處理方法還有轉化膜層（無色的CC膜層和多色的MC膜層）、鈍化（耐蝕鋼鈍化、鈦合金鈍化）等。

2 實例分析

通過上文統計分析，目前飛機上使用較多的表面處理方法主要為物理表面處理和化學表面處理兩大類。下文以典型的對尺寸影響較大的方法對裝配造成的影響進行分析。

2.1 物理表面處理尺寸變化對裝配的影響

噴漆是機械表面處理中飛機上使用最多的表面處理，從結構上來看，有整機噴漆、大部件噴漆、零件噴漆等，而為了增強漆層結合力，通常需要先噴底漆再噴面漆，或者只噴底漆。以常見的漆層在飛機上的應用來看，技術規范中關于底漆和面漆的厚度存在相關規定，但均為厚度范圍。以貨艙門手柄內部結構為例，早期的結構中曲柄、曲柄軸等零件在實際裝配過程中存在干涉情況。經過測量，機構架上MS27641-8軸承內徑為12.70mm，曲柄軸對應外徑為12.78mm，去除漆層后，曲柄軸與機構架才順利完成裝配。

MS27641-8軸承內徑理論值為0.5"即12.7mm，而對應的曲柄軸外徑設計值為12，相比于實際尺寸12.78mm，可知漆層厚度的疊加造成曲柄軸外徑超差，但實際加工過程中，噴漆層厚度較難精確控制，現場嚴格控制的是零件表面處理前的尺寸。從利于裝配的角度出發，軸類零件的加工應盡量做下偏差，但實際加工過程中，不會選擇準確加工到下偏差的高難度加工，因此零件加工后留下表面加工余量會相應減小。

2.2 化學/電化學表面處理尺寸變化對裝配的影響

化學/電化學表面處理中常見的有鍍鎘和鍍鉻，是飛機零件加工中常用的增強耐腐蝕性、耐磨性的重要方法，微米級的鍍層能使零件獲得遠優于基體材料的性能。運動機構、易腐蝕等零件中常應用較多。常見于艙門的止動螺釘、止動塊、軸承等零件。通過工藝參數控制、尺寸鏈計算等方法可以使鍍鎘、鍍鉻等電化學表面處理工藝厚度得到比較精確控制[6-7]。

在無二次處理的情況下，其尺寸本身對裝配帶來的誤差影響較小，但由于環境、設備等因素，電化學表面處理的廠家較偏遠，對二次加工后仍需補充該工藝的情形造成一定裝配周期困難。以某機型飛機的登機門、服務門等艙門的止動螺釘為例，打磨等二次加工后重新外協鍍鎘所需要的周期通常為20天左右。

3 結論

表面處理帶來的尺寸變化相對于飛機總體尺寸來說，都是微小尺寸，但飛機零部件的裝配精度要求高，小的尺寸變化累積會對結構裝配造成大的影響。常見的表面處理尺寸變化對裝配的影響類型主要有：

1）表面處理工藝本身尺寸精確控制難度大，不同批次零件的尺寸誤差大，對裝配產生直接影響。這一類表面處理方法應嚴格避免在精度要求高的配合零部件上使用。

2）表面處理周期等成本高，返工難度大。這一類表面處理應盡量用在穩定的產品結構上，盡量避免需二次加工的零部件采用。

【參考文獻】

[1]徐濱士，張振學，馬世寧，等.新世紀表面工程展望[J].中國表面工程，2000，13（1）：2-10.

[2]徐濱士，譚俊，陳建敏.表面工程領域科學技術發展[J].中國表面工程，2011，24（2）：1-5.

[3]穆強，于文剛，盧剛，等.鋁及鋁合金的鉻酸陽極化[J].山東化工，2016，45（5）：26-28.

[4]李博.無氰鍍鎘替代氰化鍍鎘工藝研究[J].電鍍與精飾，2016，38（4）：32-35.

[5]張旭.直八直升機發動機傳動系部件表面鍍鉻工藝與理論研究[D].哈爾濱理工大學，2007.

[6]周楊，郭囡囡.軸承連接件電鍍鎘工藝改進[J].工業技術創新，2016，3（5）：849-851.

[7]王建英.運用工藝尺寸鏈計算得到制造尺寸[J].機械研究與應用，2017，30（1）：161-163.