表面氧化处理工艺装备研究与应用

◎王妍

一、表面氧化处理工艺装备的核心技术分析

为了提升飞机零部件装配效率和整体效果，需要将工艺装备进行优化设计，使其能够与待进行表面氧化处理的零部件一同放入氧化物处理化学液中。这样就需要在完成零部件表面氧化处理的同时，不会对工艺装备造成腐蚀性损伤。这一工艺装备的技术核心是要实现模块化设计目标，实现同一系列、不同飞机的工艺装配的通用，同时使工艺装备可以快速完成零部件的上架和下架，而且不会对零部件的表面造成划痕、裂缝、压痕等损伤，实现提高装配效率，有效保证了飞机零部件的装配质量。工艺装备在表面氧化处理中的应用范围比较广，既可以用于规格较小的零部件，也可以用于尺寸较大的柱、板等结构形式的零部件。在技术进步点与理论上的突破、创新点角度来看，自主设计了表面氧化处理工装的通用化，解决了大批量、不同规格、不同结构形式的产品零件表面热处理需求；设计了弹簧夹、移动夹头和固定扭簧的快速装夹和拆卸系统，实现了零件的快速装夹，装夹时间缩短了1/2，同时解决了以往自制工装对零件易留印痕、划伤的缺陷；表面氧化处理工装的简易性和适用性强，结构简单，装夹零件便捷省力，重复使用率高，耐高温、耐强酸，适用范围广。

二、工艺装备的研发过程分析

按照最初设计方案，工装整体框架、导电挂钩和横杆选用了表面硬度高、变形量小的45钢材料，而弹簧夹、固定扭簧、移动夹头选择了硬铝弯制，工装框架采用整体焊接。初次试制时将工装放置在酸洗池中，经8h后取出发现问题如下：工装表面出现腐蚀现象，且随放置酸洗池中时间的增长其表面腐蚀程度加剧；弹簧夹头由于腐蚀夹紧力不够，零件脱落到化学酸洗池中。

经分析后得出原因是：工装材料为45钢，耐蚀性差，无法长期工作在强酸高温环境下；弹簧夹头和固定扭簧等夹持零件的元件由于强酸腐蚀变形，对零件的夹紧力不足，造成零件的脱落。经过查阅资料和调研，发现钛合金材料拥有优良的特性：比强度高，抗拉强度高：中温强度高，可在450-500度下长期工作；耐蚀性好，在各类强酸中其化学特性稳定。

三、工艺装备模块化研究设计分析

为解决表面氧化处理工装材料制造成本高、生产周期长等问题，亦满足以较低的夹具成本满足多批量、多规格零件的表面氧化处理需求，工装的通用化需求应运而生。

首先需要将表面氧化处理工装的框架与横杆进行分离不再使用焊接形式，框架与其附属的装夹连接件分别单独加工。横杆与框架之间的连接使用固定扭簧，扭簧松开时横杆可以在，框架上自由移动，能够适应各种尺寸规格的零件表面热处理需求。当扭簧张紧时横杆不产生滑移，零件保持固定不会脱落。弹簧夹按需焊接在横杆上，移动夹头则夹在导电挂钩上，导电挂钩和框架之间用压紧片连接。框架和横杆的标准化规格和尺寸符合多数化学酸洗池的尺寸规格，弹簧夹和移动夹头的通用化就是使弹簧夹和移动夹头不再针对某一批或一系列零件尺寸制造，制造具有模块化尺寸规格的弹簧夹，使用时通过调整横杆间距，合适后工人手动打开弹簧夹，将分类好的零件夹持在弹簧夹上，使零件4个接触点全面接触，不产生滑移。

四、工艺装备的快速上架、下架系统的研究分析

为缩短零件表面热处理的辅助时间，工件的装夹与拆卸也需要快速化，工件的夹紧由单一功能的压紧件发展为可以调整的个体，以实现快速组装和快速装夹。该快速装夹和拆卸系统由弹簧夹、移动夹头和接受套组成。使用时先将弹簧夹焊接在横杆上，横杆上可根据实际情况按需焊接多个弹簧夹，焊接后工人扳动把手夹头能够自由开合，以适应各种尺寸规格零件的夹持。移动夹头的装夹方式与弹簧夹相似，移动夹头夹在导电挂钩上，在松弛状态下可沿导电挂钩上下自由移动，以方便不同尺寸规格长壁板零件的夹持需求。零件夹持后只需张紧移动夹头，即可固定在导电挂钩上不产生滑移，夹持稳定牢固。与以往自制热处理工装相比，横杆或导电挂钩与框架之间的连接不需要螺钉或任何连接工具，只需将扭簧弯折出的两个同向夹扣套装在横杆上，两个同向夹扣分别夹在与横杆垂直摆放的框架上，整个过程安装快捷高效，拆卸方便，结构简单，对不同直径、厚度的结构均可固定。简化了以往的装夹方式，工装成本也大幅度降低，整个过程操作简易，实现了零件的快速装夹。

五、实际应用效果分析

该工艺装备在实现了对飞机零部件表面氧化处理的同时，展现了工艺装备的工艺简便、结构简单、造价较低、通用性与模块化较强的优势特征。而且工艺装备可以根据零部件的尺寸来随时进行夹具的夹口调整，使其适应多种类型的零部件装配。与传统的钢制夹头的工艺装备相比，采取钛合金材料的夹具夹头，其固定效果更加理想，而且不会对零件表面造成损伤，提升了装配质量和效率，理论上可以缩短装备时间达到1/2。对于装配人员的技术水平要求不高，只需要能够熟练操作工艺装备即可，做到了省事、省力，明显缩短了飞机零部件装配周期。

传统工艺装备在进行表面氧化处理时，容易导致工艺装备的夹具结构失效，使零件掉入处理池中，造成较为严重的经济损失，还会影响飞机装配效率。经过优化的该类型表面氧化处理工艺装备的工艺性和可操作能力比较突出，在原有工艺装备的基础上完成了大幅度优化设计，避免了在对飞机零部件进行表面氧化处理的同时，对工艺装备造成严重腐蚀，而且在进行一次处理后，无需对工装进行二次脱酸处理即可进行下一批次装配。

结语：飞机零部件装配对于表面氧化处理和工艺装备的要求比较高，而将二者进行结合创新，不仅可以提高零部件表面氧化处理效果，提升工艺装备的整体技术水平，同时也能实现工艺装备的模块化发展，实现了重复使用，提高了飞机制造整体水平和经济收益。表面氧化处理工艺装备的工艺性和操作性都比较突出，飞机装配质量突出，具有比较高的应用价值，提高了航空企业的飞机制造水平和市场竞争力，推动了航空业工艺装备技术健康发展。