李 華，孫同明，王小剛

(國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠 機(jī)電部，安徽 蕪湖 241007)

目前，由于飛機(jī)修理時(shí)間上的滯后性，即飛機(jī)修理時(shí)，零部件可能已經(jīng)減產(chǎn)或者停止制造，導(dǎo)致同型號(hào)零部件不易采購(gòu)，制造成本高，這是困擾飛機(jī)修理的一個(gè)主要問題。再制造技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的一個(gè)重要組成部分和發(fā)展方向[1]。它以損傷的機(jī)械零部件作為對(duì)象，恢復(fù)損傷部位的原始尺寸、并且恢復(fù)甚至提升其服役性能，有效解決了這個(gè)困擾飛機(jī)修理行業(yè)的問題[2-3]。

1 再制造技術(shù)

1.1 全壽命周期分析

設(shè)計(jì)、制造、使用、維修、報(bào)廢、再循環(huán)是產(chǎn)品生命周期的全過程。軍用飛機(jī)由于其價(jià)值昂貴和維修策略的特殊性導(dǎo)致其全壽命周期不同。軍用飛機(jī)全壽命流程如圖l所示。目前，通過有效的維修手段對(duì)飛機(jī)零部件進(jìn)行再制造，然后再度投入使用已成為軍機(jī)修理一個(gè)重要方法[4]。這種方法不僅節(jié)約環(huán)保，更有利于保障部隊(duì)裝備的完好性[5]。

1.2 再制造技術(shù)

再制造成形技術(shù)是再制造技術(shù)的核心,再制造成形技術(shù)分為“尺寸恢復(fù)法”再制造成形和“尺寸加工法”再制造成形兩種技術(shù)途徑，兩種技術(shù)分類如表1所示。

飛機(jī)修理受上游設(shè)計(jì)制造技術(shù)條件的制約，普遍采用的是以“換件法”和簡(jiǎn)單“尺寸恢復(fù)法”為核心的修理模式，即對(duì)損傷程度較重的零件直接更換新件，對(duì)于輕度損傷的零件則利用鏜、磨、車等機(jī)械加工手段，排除缺陷，同時(shí)通過加大鍍鉻、補(bǔ)焊等傳統(tǒng)工藝手段，恢復(fù)零件的原始設(shè)計(jì)尺寸和幾何外形。

表1 再制造成形技術(shù)分類

2 再制造修理

2.1 飛機(jī)零部件主要損傷類型

對(duì)于單個(gè)零件而言，飛機(jī)零部件故障模式分布呈現(xiàn)一定隨機(jī)性，同一架次內(nèi)零件損傷部位不同，不同架次間的零件損傷分布不一致。但是從整體來看，分布的部位比較集中，具有一定的規(guī)律性。飛機(jī)零部件的損傷類型呈現(xiàn)種類多，批量小的特點(diǎn)。零件失效以耗損型失效為主，多為局部損傷，常見表現(xiàn)形式為磨損、劃傷、腐蝕、壓坑、裂紋等，主要損傷類型如表2所示。

表2 主要損傷類型

2.2 飛機(jī)零部件的再制造修理

目前，飛機(jī)修理主要采用定時(shí)維修的方式，通過故檢和無損檢測(cè)兩種方式對(duì)飛機(jī)零部件進(jìn)行損傷檢查。對(duì)于首件或故障原因不明的損傷零件，需要先進(jìn)行損傷檢查、表征分析和失效分析，然后進(jìn)行可維修性評(píng)估。

對(duì)于常見的故障損傷類型和通過可維修性評(píng)估的零部件修理流程如圖2所示。

圖2零部件修理流程圖

對(duì)于確定需要修復(fù)的零部件，采用先減材去除缺陷，再增材恢復(fù)外形，最后精加工恢復(fù)尺寸的方法，對(duì)零件進(jìn)行修復(fù)。

首先，對(duì)表面存在缺陷的零件，根據(jù)無損檢測(cè)給定的分布和深度，采用機(jī)械加工的方式對(duì)缺陷進(jìn)行去除，再進(jìn)行無損檢測(cè)確保缺陷完全被排除，然后對(duì)零件表面進(jìn)行清洗。根據(jù)修復(fù)方案，采用再制造成形技術(shù)恢復(fù)零件的尺寸外形。最后對(duì)零件進(jìn)行機(jī)械精加工，當(dāng)尺寸和粗糙度檢驗(yàn)合格后，對(duì)需要消除應(yīng)力的零件進(jìn)行去應(yīng)力回火。

再制造成形技術(shù)包括激光熔覆、等離子熔覆、電弧堆焊、爆炸噴涂等。圖3(a)所示為爆炸噴涂碳化鎢/鈷后的軸整體圖，3(b)為局部的細(xì)節(jié)圖。此軸為飛機(jī)前機(jī)輪軸里的一根芯軸，材料為TC2，工作面存在鉻層剝落，部分軸體存在壓坑，經(jīng)修復(fù)后的涂層表面狀態(tài)良好，結(jié)合強(qiáng)度高，所制定的修復(fù)技術(shù)指標(biāo)能夠滿足零件的裝配和使用要求。

圖3 修理后的軸

2.3 修理存在的主要問題

2.3.1 修復(fù)成功率低

由于部附件故障模式存在多樣性和隨機(jī)性，對(duì)于小批量零件修理手段單一，多采用手工作業(yè)。操作人員的技能水平對(duì)零件的修復(fù)成功率影響很大，極易造成零件的報(bào)廢和返修。

針對(duì)這一問題，工藝實(shí)施過程中需要盡量減少手工作業(yè)，尋求更加規(guī)范的修理手段。目前，在修復(fù)方面，金屬3D打印的應(yīng)用價(jià)值很大，在船舶、冶金方面已有很成功的案例[6]。

2.3.2 評(píng)價(jià)方法欠缺

一般零件是以恢復(fù)設(shè)計(jì)尺寸和幾何外形為最終目的，并使用無損檢測(cè)方法對(duì)修復(fù)部位進(jìn)行缺陷檢測(cè)，但是對(duì)修復(fù)部位的殘余應(yīng)力、接觸疲勞壽命等性能缺乏系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法。

壽命評(píng)估是再制造成形技術(shù)質(zhì)量控制與評(píng)價(jià)方法的一個(gè)難點(diǎn)，目前可以從技術(shù)指標(biāo)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 再制造技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

3.1 工作原理

吸油活門是飛機(jī)在地面加油時(shí)的使用接口，地面液壓泵源用帶頂桿的軟管端頭將活門頂開，將液壓油箱內(nèi)的油液經(jīng)吸油活門吸出。吸油活門機(jī)上工作狀態(tài)如圖4所示，吸油活門結(jié)構(gòu)如圖5所示?；铋T的工作原理主要是通過一個(gè)活門與殼體通過線密封進(jìn)行工作，工作過程中由于頻繁的開啟、關(guān)閉，密封閥口容易出現(xiàn)損傷，導(dǎo)致密封端面密封不良[7]，工作過程中液壓作用下出現(xiàn)滲漏，密封閥口處損傷如圖6所示。

圖4吸油活門機(jī)上工作狀態(tài)

圖5吸油活門結(jié)構(gòu)圖

圖6 密封閥口處損傷圖

由于飛機(jī)上產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過程中保留有一定的容限，可以采用“尺寸加工法”在容限許可范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)修理。首先，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行可維修性評(píng)估，根據(jù)產(chǎn)品工作狀態(tài)進(jìn)行ANSYS強(qiáng)度分析，確定密封閥口理論修理容限，然后按照確定的修理容限對(duì)閥口在修理容限范圍內(nèi)進(jìn)行車修，車修后去除應(yīng)力，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行裝配試驗(yàn)，對(duì)整體性能進(jìn)行評(píng)估，如圖7所示。

3.2 可維修性評(píng)估

活門結(jié)構(gòu)主要由殼體、活門、彎接頭、彈簧及堵帽等零件組成。其中殼體、活門為產(chǎn)品的主要承力部分，工作中液體壓力均勻分布于殼體內(nèi)壁與活門內(nèi)外壁，同時(shí)，活門還承受彈簧一個(gè)指向閥口端面的一個(gè)壓緊力，用于閥門的壓緊和復(fù)位，其受力情況如圖8所示。

圖8 殼體、活門部位受力分析

依據(jù)現(xiàn)有加工工藝條件，分梯度對(duì)不同模型進(jìn)行強(qiáng)度分析，如圖9所示。

經(jīng)計(jì)算可知工作中可允許的最大車削量為1.125mm，并對(duì)車修量進(jìn)行去整，實(shí)際車修量以不超過1mm為限控制。

經(jīng)修理后產(chǎn)品試驗(yàn)合格，修復(fù)率達(dá)到90%以上。

圖9 模型強(qiáng)度分析

4 結(jié)語

飛機(jī)修理是將損壞、故障或到達(dá)規(guī)定使用期限的飛機(jī)恢復(fù)到規(guī)定技術(shù)狀態(tài)而進(jìn)行的技術(shù)活動(dòng)。由于飛機(jī)具有多次重復(fù)空中使用特性，再制造技術(shù)是讓航空裝備“再生”的重要和專業(yè)化手段。通過更先進(jìn)的再制造技術(shù)，輔以科學(xué)的評(píng)估方法，對(duì)零件實(shí)施再制造修理，給未來航空修理提供了新的思路。