表面氧化處理工藝裝備研究與應用

◎王妍

一、表面氧化處理工藝裝備的核心技術分析

為了提升飛機零部件裝配效率和整體效果，需要將工藝裝備進行優化設計，使其能夠與待進行表面氧化處理的零部件一同放入氧化物處理化學液中。這樣就需要在完成零部件表面氧化處理的同時，不會對工藝裝備造成腐蝕性損傷。這一工藝裝備的技術核心是要實現模塊化設計目標，實現同一系列、不同飛機的工藝裝配的通用，同時使工藝裝備可以快速完成零部件的上架和下架，而且不會對零部件的表面造成劃痕、裂縫、壓痕等損傷，實現提高裝配效率，有效保證了飛機零部件的裝配質量。工藝裝備在表面氧化處理中的應用范圍比較廣，既可以用于規格較小的零部件，也可以用于尺寸較大的柱、板等結構形式的零部件。在技術進步點與理論上的突破、創新點角度來看，自主設計了表面氧化處理工裝的通用化，解決了大批量、不同規格、不同結構形式的產品零件表面熱處理需求；設計了彈簧夾、移動夾頭和固定扭簧的快速裝夾和拆卸系統，實現了零件的快速裝夾，裝夾時間縮短了1/2，同時解決了以往自制工裝對零件易留印痕、劃傷的缺陷；表面氧化處理工裝的簡易性和適用性強，結構簡單，裝夾零件便捷省力，重復使用率高，耐高溫、耐強酸，適用范圍廣。

二、工藝裝備的研發過程分析

按照最初設計方案，工裝整體框架、導電掛鉤和橫桿選用了表面硬度高、變形量小的45鋼材料，而彈簧夾、固定扭簧、移動夾頭選擇了硬鋁彎制，工裝框架采用整體焊接。初次試制時將工裝放置在酸洗池中，經8h后取出發現問題如下：工裝表面出現腐蝕現象，且隨放置酸洗池中時間的增長其表面腐蝕程度加劇；彈簧夾頭由于腐蝕夾緊力不夠，零件脫落到化學酸洗池中。

經分析后得出原因是：工裝材料為45鋼，耐蝕性差，無法長期工作在強酸高溫環境下；彈簧夾頭和固定扭簧等夾持零件的元件由于強酸腐蝕變形，對零件的夾緊力不足，造成零件的脫落。經過查閱資料和調研，發現鈦合金材料擁有優良的特性：比強度高，抗拉強度高：中溫強度高，可在450-500度下長期工作；耐蝕性好，在各類強酸中其化學特性穩定。

三、工藝裝備模塊化研究設計分析

為解決表面氧化處理工裝材料制造成本高、生產周期長等問題，亦滿足以較低的夾具成本滿足多批量、多規格零件的表面氧化處理需求，工裝的通用化需求應運而生。

首先需要將表面氧化處理工裝的框架與橫桿進行分離不再使用焊接形式，框架與其附屬的裝夾連接件分別單獨加工。橫桿與框架之間的連接使用固定扭簧，扭簧松開時橫桿可以在，框架上自由移動，能夠適應各種尺寸規格的零件表面熱處理需求。當扭簧張緊時橫桿不產生滑移，零件保持固定不會脫落。彈簧夾按需焊接在橫桿上，移動夾頭則夾在導電掛鉤上，導電掛鉤和框架之間用壓緊片連接。框架和橫桿的標準化規格和尺寸符合多數化學酸洗池的尺寸規格，彈簧夾和移動夾頭的通用化就是使彈簧夾和移動夾頭不再針對某一批或一系列零件尺寸制造，制造具有模塊化尺寸規格的彈簧夾，使用時通過調整橫桿間距，合適后工人手動打開彈簧夾，將分類好的零件夾持在彈簧夾上，使零件4個接觸點全面接觸，不產生滑移。

四、工藝裝備的快速上架、下架系統的研究分析

為縮短零件表面熱處理的輔助時間，工件的裝夾與拆卸也需要快速化，工件的夾緊由單一功能的壓緊件發展為可以調整的個體，以實現快速組裝和快速裝夾。該快速裝夾和拆卸系統由彈簧夾、移動夾頭和接受套組成。使用時先將彈簧夾焊接在橫桿上，橫桿上可根據實際情況按需焊接多個彈簧夾，焊接后工人扳動把手夾頭能夠自由開合，以適應各種尺寸規格零件的夾持。移動夾頭的裝夾方式與彈簧夾相似，移動夾頭夾在導電掛鉤上，在松弛狀態下可沿導電掛鉤上下自由移動，以方便不同尺寸規格長壁板零件的夾持需求。零件夾持后只需張緊移動夾頭，即可固定在導電掛鉤上不產生滑移，夾持穩定牢固。與以往自制熱處理工裝相比，橫桿或導電掛鉤與框架之間的連接不需要螺釘或任何連接工具，只需將扭簧彎折出的兩個同向夾扣套裝在橫桿上，兩個同向夾扣分別夾在與橫桿垂直擺放的框架上，整個過程安裝快捷高效，拆卸方便，結構簡單，對不同直徑、厚度的結構均可固定。簡化了以往的裝夾方式，工裝成本也大幅度降低，整個過程操作簡易，實現了零件的快速裝夾。

五、實際應用效果分析

該工藝裝備在實現了對飛機零部件表面氧化處理的同時，展現了工藝裝備的工藝簡便、結構簡單、造價較低、通用性與模塊化較強的優勢特征。而且工藝裝備可以根據零部件的尺寸來隨時進行夾具的夾口調整，使其適應多種類型的零部件裝配。與傳統的鋼制夾頭的工藝裝備相比，采取鈦合金材料的夾具夾頭，其固定效果更加理想，而且不會對零件表面造成損傷，提升了裝配質量和效率，理論上可以縮短裝備時間達到1/2。對于裝配人員的技術水平要求不高，只需要能夠熟練操作工藝裝備即可，做到了省事、省力，明顯縮短了飛機零部件裝配周期。

傳統工藝裝備在進行表面氧化處理時，容易導致工藝裝備的夾具結構失效，使零件掉入處理池中，造成較為嚴重的經濟損失，還會影響飛機裝配效率。經過優化的該類型表面氧化處理工藝裝備的工藝性和可操作能力比較突出，在原有工藝裝備的基礎上完成了大幅度優化設計，避免了在對飛機零部件進行表面氧化處理的同時，對工藝裝備造成嚴重腐蝕，而且在進行一次處理后，無需對工裝進行二次脫酸處理即可進行下一批次裝配。

結語：飛機零部件裝配對于表面氧化處理和工藝裝備的要求比較高，而將二者進行結合創新，不僅可以提高零部件表面氧化處理效果，提升工藝裝備的整體技術水平，同時也能實現工藝裝備的模塊化發展，實現了重復使用，提高了飛機制造整體水平和經濟收益。表面氧化處理工藝裝備的工藝性和操作性都比較突出，飛機裝配質量突出，具有比較高的應用價值，提高了航空企業的飛機制造水平和市場競爭力，推動了航空業工藝裝備技術健康發展。