管接頭修理方法探討

王洋，郭立宇，孟慶國，王大宏，孫蘋

大連長豐實業總公司 遼寧大連 116038

關鍵字：管路系統 ；管接頭；修理；夾持工具；自動進給；表面粗糙度

1 序言

管接頭是氣體或液體輸送系統中的重要部件，廣泛應用于航空、航天和交通工具的動力系統中[1]，它的質量將直接決定飛機的性能[2]。管接頭將導管、活門和傳感器等結構連接起來構成整個輸送系統，并起到防止管路系統中介質泄漏的作用。在飛機管路系統中，由于管路長期處于高壓、高油和振動的運行環境，所以安全性與可靠性是管路系統重要的考核指標， 而管接頭是這一系統中的重要連接節點。為確保接頭質量的可靠性和密封性，對管接頭的尺寸精度（密封錐面角度和開口尺寸）[3]、幾何精度（圓度、徑向圓跳動和同軸度）、表面質量（不能有磕傷、劃痕、刀痕和加工褶皺等外觀缺陷）及接頭錐面的表面粗糙度等方面均提出了嚴格的要求[4]。

2 研究背景

我廠大修的某型飛機，由于服役年限較長，管接頭長期在復雜的工作環境下運行，所以接頭錐面的表面粗糙度、可靠性與密封性均已不同程度地降低。為了提升裝備修理質量，提升整機的安全性，迫切需要對整機接頭進行換新或利舊修理。單架飛機大約可分解出數百件形狀各異的管接頭，除鋼制、鋁制接頭外，鈦合金管接頭的占比是較高的，之前一直采取锪刀锪修的方法，修理后產品的質量、合格率一直不高，單架機的管接頭換新的成本為50余萬元。進一步統計后發現，管接頭的損傷多為錐面配合處擠壓損傷，分析后得出：管接頭重復利用的價值極大，需要對各類管接頭（見圖1）進行利舊修理。

圖1 各類管接頭

查閱資料并借鑒修理經驗，了解到因管接頭錐面配合不好而導致的管路系統滲漏油故障，行業內普遍采用锪刀锪修管接頭錐面的修理方法，但修理效率、锪修的表面質量一直不理想，不能滿足新的修理需求。本文對此進行深入分析，提出了車修錐面的修理方法，不僅克服了管接頭裝夾困難的難題，確保了定位精度，提高了裝夾效率，還優化了工藝流程，設計制作專用夾具，選擇合理的加工參數，提高了管接頭的修理效率。

3 方法與可行性論證

在飛機管接頭修理的過程中，應用了錐面修理的通用方法。下面以單項管接頭為例，介紹錐面修理的實現過程。依據管接頭圖樣要求（見圖2），管接頭錐面角度為74°±30′，與導管喇叭口通過導管螺帽聯接。為了確保密封性，要求錐面的表面粗糙度值Ra＝0.8μm，要求錐面與螺紋中徑的徑向圓跳動量≤0.05mm。

圖2 管接頭

3.1 設計與制作夾持工具

通過查閱相關資料[5]，按照圖樣要求，再結合現場經驗，設計的總體方案是在臥式車床上設計夾持工具夾持管接頭，通過車床旋轉帶動管接頭轉動，通過改造車床小托板實現自動進給，完成車修錐面加工。設計夾持工具時，首先考慮管接頭形狀各異的外形特征，需滿足在車床上裝夾的要求[6]；其次在不損傷螺紋的前提下，能保證錐面與螺紋的同軸度≤0.05mm；此外，還要求在車修錐面過程中，能夠提供穩定、持續并可控的車削力[7]。

考慮以上要點，完成夾持工具的初步結構設計，設計出夾持工具的三維模型（見圖3）和單個卡爪結構（見圖4）。該夾持工具主要由活動卡爪、連接桿、固定支承桿和螺紋夾持爪構成。

圖3 三維模型

圖4 單個卡爪結構

在結構設計的基礎上，對部分重要零部件進行細節設計如下。

1）活動卡爪借用車床通用卡爪，而連接桿、固定支承桿均選用優質30CrMnSiA合金鋼作為原材料。螺紋夾持爪的原材料選用優質黃銅，這樣的夾持爪既不會碰傷零件，又可以保護螺紋，且夾持穩定。

2）夾具組裝時，首先將連接桿和固定支撐桿進行強化熱處理，保證其具有高強度和剛度，具備了穩定的夾持性能后，再將各部件使用焊接的方式連接在一起[8]。

3）調試時，為保證夾具的定位精準，螺紋夾持部分需進行粗車、精車調試，將半成品三爪安裝在車床卡盤上，使用螺紋刀加工螺紋夾持爪的螺紋部分，制作完成后組裝如圖5所示。

圖5 夾具組裝

4）調試完成后，隨即對裝夾效果進行檢查，使用夾具裝夾管接頭螺紋部分后，打表檢測徑向圓跳動量情況（見圖6），管接頭錐面的徑向圓跳動≤0.05mm。

圖6 徑向圓跳動量檢測

3.2 小托板的改造設計

完成夾持工具設計后，設計小托板的改造結構，如圖7所示。

圖7 小托板改造結構

1）選用轉速恒定（100r/min）的伺服電動機提供動力。

2）傳動方法如圖8所示，通過齒輪變速機構與同步帶輪相連，然后通過同步帶與小托板上的同步帶輪相連，實現小托板的勻速自動進給。通過更換齒輪實現可變速調節進給，可有效滿足產品的表面精度和尺寸精度要求，總傳動比為50∶25、55∶25、60∶25、70∶25和80∶25。

圖8 傳動方法

3）考慮到伺服電動機重復性開閉會降低其使用壽命，在小托板改造結構中設計了一個可移動齒輪，該齒輪右移撥桿來控制位置，通過中斷齒輪傳動來實現小托板進給控制（見圖9）。

圖9 小托板進給控制

4）小托板結構改造后的組裝效果如圖10所示。

圖10 小托板結構改造后的組裝效果

3.3 確定管接頭修理方法及操作步驟

車修過程在臥式車床上進行，調整車床主軸轉速，使其滿足500～1000r/min的要求（螺紋≤M12時主軸轉速為800～1000r/min；螺紋＞M12時主軸轉速控制在500～600r/min）。根據管接頭的外形特點，裝夾工具夾持螺紋部分，管接頭隨主軸旋轉，將車修刀具安裝在車床刀架上夾緊后，小托板旋轉37°，配合大托板、中托板的前后移動，使刀具與錐面輕輕接觸實現對刀，退出后設置0.05～0.08mm吃刀量，隨著小托板自動進給裝置的起動，實現自動車修。車修完成，停止進給，退出刀具，主軸停止旋轉，檢查管接頭表面質量，合格后即完成車修過程（見圖11）。

圖11 車修過程

為了使單架飛機的管接頭修理達到預期效果，進一步細化修理操作步驟，用于指導操作人員操作，具體操作步驟如下。

1）將單架飛機上管接頭分解后按部位區分存放，包括發動機艙接頭、機械管接頭、尾梁接頭、外翼和垂尾接頭等。

2）管接頭采用超聲波清洗儀CQX25-24配合300#清洗劑進行清洗，清洗時間5～8min，清洗后用壓縮空氣吹干。

3）配合5～10倍放大鏡目視檢查所有管接頭。包括管接頭內錐面、球面、螺紋處、保險絲孔、非工作面、內孔和表面鍍層等。

4）夾持工具夾持管接頭后對管接頭車修。需注意如下事項：鋼制管接頭、鈦合金管接頭使用H13A刀塊車修外錐面，鋁制管接頭使用H10刀塊車修外錐面，車修規格在M12以下的管接頭時，主軸轉速控制在800～1000r/min；車修M12以上管接頭時，主軸轉速控制在500～600r/min。修理完成后用什錦銼尖端倒鈍，制R0.2mm的圓角。

5）內錐面研磨修理時，采用車床夾持鋼制研磨棒，配合220#/320#研磨砂與機油的混合液研磨修理，主軸轉速控制在300～400r/min。內錐面拋光時，采用羊毛氈配合M14氧化鉻研磨膏拋光修理，主軸轉速控制在300～400r/min。

6）檢查管接頭的非工作表面時，允許有輕微劃傷，劃傷深度≤0.3mm（壁厚＞2mm的接頭，劃傷深度應≤0.5mm）。管接頭上損壞的保險絲孔，在其相鄰的棱角上鉆制新孔，保證扣壓螺帽上有兩個良好的保險絲孔。

7）管接頭上非工作面的銹蝕痕跡允許使用手持打磨機除銹，除銹后涂清漆Q14-31防護。扣壓螺帽內的銹蝕痕跡，使用自制工具配合800#砂紙除銹。

8）對所有的管接頭依據原機件圖樣要求，進行表面處理。

9）對管接頭進行無損檢測，采用熒光滲透或磁粉探傷進行檢測。檢測完成后，采用超聲波清洗儀CQX25-24對管接頭進行二次清洗，并經壓縮空氣吹干，避免管接頭內混入多余物或雜質。

10）修理完成檢驗合格后，分區存放并及時交付下一工序。

3.4 車修效果檢查

為進一步驗證車修效果，對錐面采取以下3項檢查。

（1）外觀檢查 用5～10倍的放大鏡對管接頭錐面進行目視檢查。一方面檢查車修后表面質量，車削痕跡是否呈連續、均勻狀，呈連續、均勻狀時判定為合格；另一方面檢查錐面是否存在斑點、凹坑，夾雜劃痕、碰傷等缺陷。當存在上述缺陷時，表面粗糙度不達標，通過目視檢查能夠篩選出這類不合格產品。

（2）表面粗糙度檢查 依據產品圖樣要求，管接頭車修后錐面的表面粗糙度值Ra達到0.8μm。對此選用表面粗糙度對比樣塊進行對照檢查，當存在不確定的產品時通過專用儀器進行檢測。用表面粗糙度測量儀檢測表面粗糙度，確保每件產品均符合要求。經實際檢測后結果均滿足圖樣要求，證明車修質量較高。

（3）錐面角度檢查 依據產品圖樣要求，錐面角度為74°±30′，一方面借用著色規著色的方法判定錐面角度是否合格；另一方面使用投影儀投影檢查錐面角度，確保錐面角度合格。

通過上述3項檢查，可以證明車修后產品質量合格，滿足圖樣技術要求，達到車修效果。

4 結束語

按照上述管接頭的修理方法，保證修理質量的同時大幅提升了修理效率，單件飛機的管接頭修理周期控制在15天內，通過了車間、工廠的質量評審，得到專家們的一致認可。產品裝機使用后，保證了在整個大修周期內質量可靠。目前，管接頭修理工藝已得到固化，已累計完成了百余架飛機的管接頭修理任務，產品合格率保持在較高水平。車修方法的成功運用，解決了管接頭修理的技術難題，每年可為工廠節約外購資金1000余萬元，經濟效益可觀。同時，對工廠的飛機維修總體工作來說，關鍵器材得到了保障，為飛機的按期交付奠定了基礎。