祁 瑛

（中航工業(yè)新航集團(tuán)工藝研究所，河南新鄉(xiāng) 453049）

在航空領(lǐng)域中有很多零件需進(jìn)行表面處理，表面處理種類很多，如陽(yáng)極化、鍍銅、鍍鎳、鍍銀等。當(dāng)零件表面需具有較高的耐蝕性及耐磨損性時(shí)，通常采用硬質(zhì)陽(yáng)極化。硬質(zhì)陽(yáng)極化屬于陽(yáng)極化的一種。一般來(lái)講，硬質(zhì)陽(yáng)極化前后的尺寸差異可忽略不計(jì)，但是，對(duì)于高精度尺寸硬質(zhì)陽(yáng)極化前尺寸的確定非常重要，控制不好，就會(huì)造成報(bào)廢，因此，高精度尺寸硬質(zhì)陽(yáng)極化前尺寸的控制就成為加工零件的重中之重。如何保證硬質(zhì)陽(yáng)極化處理后零件的尺寸合格，成為生產(chǎn)過(guò)程中的瓶頸。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)多次計(jì)算、反復(fù)驗(yàn)證等工藝技術(shù)研究，掌握了高精度尺寸硬質(zhì)陽(yáng)極化前后尺寸控制方面的一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算方法。

1 鍍層對(duì)高精度尺寸的影響

假設(shè)鍍層厚度在零件表面上是均勻分布的，則鍍層對(duì)零件表面尺寸產(chǎn)生的影響按鍍層滲進(jìn)一半，凸出一半［1］，通過(guò)尺寸鏈計(jì)算求得零件表面增量。如圖1所示（孔例），其中:D為鍍前孔的尺寸，D1為鍍后孔的尺寸，t為鍍層厚度;△D為鍍后孔單邊增量。

圖1 零件鍍層示意圖

則鍍后零件表面的增量為

鍍后孔尺寸的減小量是鍍層厚度的1倍。

同樣道理，軸鍍后尺寸增大量也是鍍層厚度的1倍。

實(shí)際上，進(jìn)行硬質(zhì)陽(yáng)極化處理過(guò)程中，浸蝕和拋光對(duì)高精度尺寸鍍后尺寸也有影響。因此在編制表面處理工藝規(guī)程時(shí)必須加以考慮。

1.1 硬質(zhì)陽(yáng)極化前除油和浸蝕對(duì)加工尺寸的影響

硬質(zhì)陽(yáng)極化零件的加工工藝為:原材料→成型加工→脫氧脫脂→浸蝕→水洗→硬質(zhì)陽(yáng)極化→水洗→精加工拋光［2］。在以往的零件加工中，沒(méi)有考慮脫氧脫脂和浸蝕對(duì)零件尺寸的影響。機(jī)加工工藝按照設(shè)計(jì)圖樣給定的鍍層厚度計(jì)算出硬質(zhì)陽(yáng)極化前精度高的尺寸，熱表處理分廠按照設(shè)計(jì)圖樣給定的鍍層進(jìn)行硬質(zhì)陽(yáng)極化處理，雙方都合乎要求，但加工出的零件高精度尺寸有20% ～40%超差，經(jīng)分析和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，對(duì)高精度尺寸的零件，脫氧脫脂和浸蝕對(duì)零件尺寸的影響不可忽略。脫氧脫脂是用堿液清除零件表面的污物，并將零件表面上厚度約0.025～0.001μm的自然氧化膜清除掉，使基體裸露出來(lái)，以利于氧化的順利進(jìn)行，浸蝕的目的主要是去掉腐蝕后殘留在零件表面的黑色腐蝕物，以獲得光亮的金屬表面，同時(shí)也兼有中和堿液的作用，防止污染電解液，時(shí)間一般為1～5分鐘。脫氧脫脂和浸蝕消耗的余量隨著時(shí)間的增加而增加，這就決定了對(duì)于高精度尺寸的加工，不能簡(jiǎn)單地按尺寸鏈公差換算硬質(zhì)陽(yáng)極化前尺寸，要考慮脫氧脫脂和浸蝕消耗余量這一因素。經(jīng)與熱表處理分廠工藝員協(xié)商并多次進(jìn)行試驗(yàn)摸索，將脫氧脫脂和浸蝕消耗余量限制在0.010～0.015μm之間。

1.2 硬質(zhì)陽(yáng)極化拋光對(duì)加工尺寸的影響

零件硬質(zhì)陽(yáng)極化后，高精度尺寸要進(jìn)行拋光以達(dá)到規(guī)定尺寸要求。在拋光過(guò)程中，如果金屬制品在硬質(zhì)陽(yáng)極化后留的拋光余量太少或沒(méi)有留余量，就很難達(dá)到表面粗糙度和精度要求，給裝配、試驗(yàn)造成很大的影響;如果余量留得太多，則拋不動(dòng)，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，給加工造成很大困難。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)將拋光余量限定在0.01～0.007μm（經(jīng)驗(yàn)值），最多不能超過(guò)0.01μm，最少不能少于0.003μm。一般來(lái)說(shuō)應(yīng)控制在0.005μm左右。這就要求硬質(zhì)陽(yáng)極化前的尺寸公差應(yīng)考慮拋光余量。

2 硬質(zhì)陽(yáng)極化前高精度尺寸的控制

為了使高精度尺寸鍍后尺寸合格，首先要了解硬質(zhì)陽(yáng)極化的作用和陽(yáng)極化過(guò)程。硬質(zhì)陽(yáng)極化屬于陽(yáng)極化的一種，它的主要作用是在鋁合金表面產(chǎn)生一層堅(jiān)固耐磨的氧化層，增加零件的耐磨性和耐蝕損性，一般鍍層厚度在6～60μm，個(gè)別可達(dá)60μm以上。我公司零件鍍層厚度一般在20～40μm。對(duì)于一般公差尺寸的加工，可以不考慮鍍層，但對(duì)于起配合作用的高精度尺寸的零件加工，不但要考慮鍍層，而且還要兼顧到表面處理過(guò)程的實(shí)際加工情況，為了使零件鍍后尺寸合格，可以通過(guò)以下途徑。

2.1 預(yù)留足夠鍍層厚度

零件機(jī)械加工過(guò)程中，預(yù)留足夠的鍍層厚度尺寸。

2.2 減小鍍層厚度

在保證零件的耐磨性、耐腐蝕性要求的條件下，適當(dāng)?shù)販p少鍍層厚度，可以減少鍍層厚度對(duì)配合尺寸的影響。

2.3 考慮預(yù)處理對(duì)厚度的影響

硬質(zhì)陽(yáng)極化前需采用預(yù)處理即脫氧脫脂和浸蝕等工藝，應(yīng)預(yù)留高精度尺寸需要硬質(zhì)陽(yáng)極化的厚度，以保證高精度尺寸鍍后尺寸在圖樣要求范圍內(nèi)。

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中有兩種較為常見(jiàn)的方法使零件表面預(yù)留出接近于鍍層的尺寸余量，預(yù)處理即脫氧脫脂和浸蝕及機(jī)械加工過(guò)程中預(yù)留足夠的鍍層厚度尺寸。以解決生產(chǎn)過(guò)程中高精度尺寸硬質(zhì)陽(yáng)極化的瓶頸為例:

· 規(guī)定圖紙要求鍍層為A～B

· 規(guī)定設(shè)計(jì)圖紙要求最后尺寸公差為X～Y

· 規(guī)定硬質(zhì)陽(yáng)極化前加工尺寸為X1～Y1

a） 按尺寸鏈公差計(jì)算鍍前公差:

求得鍍前尺寸為 Φ36（+0.059+0.04）。若熱表處理分廠按設(shè)計(jì)圖樣給定的鍍層進(jìn)行硬質(zhì)陽(yáng)極化處理，雙方都合乎要求，但加工出的零件高精度表面尺寸20%～40%超差，初步分析尺寸超差的原因是由于脫氧脫脂、浸蝕和拋光對(duì)零件精度高的尺寸的雙重影響所致。經(jīng)與熱表處理分廠工藝員協(xié)商將除油和浸蝕消耗余量限制在0.010～0.015μm之間;拋光余量控制在0.005μm左右。綜合考慮，確定硬質(zhì)陽(yáng)極化前孔尺寸公差帶在按尺寸鏈換算的公差基礎(chǔ)上下移0.02μm，以此來(lái)抵消脫氧脫脂和浸蝕、拋光對(duì)最終尺寸的影響。

b）將考慮脫氧脫脂、浸蝕消耗余量和拋光余量的影響后計(jì)算鍍前公差:

3 對(duì)硬質(zhì)陽(yáng)極化前后高精度尺寸的控制

由于脫氧脫脂、浸蝕和拋光對(duì)零件高精度尺寸的雙重影響，要求硬質(zhì)陽(yáng)極化前孔尺寸公差帶在按尺寸鏈換算的公差基礎(chǔ)上下移0.02μm，以此來(lái)抵消脫氧脫脂和浸蝕、拋光對(duì)最終尺寸的影響。

3.1 硬質(zhì)陽(yáng)極化前后孔的尺寸公差控制

· 規(guī)定圖紙要求鍍層為A～B

· 規(guī)定設(shè)計(jì)圖紙要求最后尺寸公差為X～Y

· 規(guī)定硬質(zhì)陽(yáng)極化前加工尺寸為X1～Y1

· 規(guī)定硬質(zhì)陽(yáng)極化后加工尺寸為X2～Y2

由尺寸鏈換算可求得，硬質(zhì)陽(yáng)極化前尺寸公差:

硬質(zhì)陽(yáng)極化后對(duì)孔進(jìn)行拋光，把拋光余量限制在0.005μm，那么精加工拋光后，就可得到設(shè)計(jì)要求的尺寸公差，保證零件100%合格。

3.2 硬質(zhì)陽(yáng)極化前后軸的尺寸公差控制

· 規(guī)定圖紙要求陽(yáng)極化層為a～b

· 規(guī)定設(shè)計(jì)圖紙要求最后尺寸公差為x～y

· 規(guī)定硬質(zhì)陽(yáng)極化前加工尺寸為x1～y1

· 規(guī)定硬質(zhì)陽(yáng)極化后加工尺寸為x2～y2

由尺寸鏈換算可求得，硬質(zhì)陽(yáng)極化前尺寸公差:

硬質(zhì)陽(yáng)極化后對(duì)零件表面進(jìn)行拋光，拋光余量限制在0.005μm，那么精加工拋光后，就可得到設(shè)計(jì)圖紙要求的尺寸公差，保證零件100%合格。

4 實(shí)際驗(yàn)證

考慮脫氧脫脂和浸蝕消耗余量和拋光余量的影響計(jì)算鍍前公差:

a）考慮脫氧脫脂和浸蝕消耗0.015余量的影響計(jì)算鍍前公差:

這時(shí)，進(jìn)行硬質(zhì)陽(yáng)極化層為20～40μm后可得尺寸公差:

b）考慮拋光0.005余量的影響計(jì)算鍍層公差:

經(jīng)過(guò)再次實(shí)際加工與試驗(yàn)，進(jìn)行硬質(zhì)陽(yáng)極化處理和鍍后拋光處理后尺寸100%合格。

通過(guò)對(duì)此零件的試驗(yàn)所得的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)不同尺寸及精度零件進(jìn)行試驗(yàn)，同樣滿足設(shè)計(jì)圖樣要求，以此為依據(jù)對(duì)所有硬質(zhì)陽(yáng)極化零件表面精度高的尺寸均適用。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，已證明遵循以上鍍前尺寸的控制方法和準(zhǔn)則，可較好地控制硬質(zhì)陽(yáng)極化后高精度尺寸。為高精度尺寸鍍前尺寸控制提供一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（責(zé)任編輯呂春紅）

［1］《航空制造工程手冊(cè)》總編委會(huì).航空制造工程手冊(cè)［M］北京:航空工業(yè)出版社，1993.

［2］HB/Z 5076—1999，鋁和鋁合金陽(yáng)極化工藝［S］.