活塞杆镀铬（精选三篇）
活塞杆镀铬 篇1
关键词：起落架,活塞杆,无裂纹,硬铬,渗漏
0 引言
飞机起落架的缓冲器在飞机安全着陆方面起到至关重要的作用。目前, 大部分飞机都采用空气/油液式缓冲器。缓冲器以一定量的油液作为工作介质, 以一定压力的气体作为空气弹簧。其中, 缓冲器活塞杆在工作时作往复运动, 其表面起到耐磨、防锈的作用[1]。
起落架缓冲器对密封性要求非常严格, 所以镀铬层不能有任何裂纹和气孔, 以防止渗气。但是, 在使用过程中, 铬层的局部缺陷会引起该区域内应力加大, 使网纹加宽, 在缓冲器高压区内就形成进气点, 低压区内即成为渗气点, 进气点、暗道和渗气点连通起来即为整体的渗气通道, 就会产生铬层渗气现象。
多年来, 由于对镀铬层渗气问题还没有找到有效的解决方法, 在起落架的生产和修理中此问题始终存在。因此, 解决飞机起落架缓冲器活塞杆表面镀铬所存在的渗气问题, 一直是亟待解决的工艺问题[2]。国内外很早以前就开展了关于飞机起落架缓冲器镀铬层渗气问题的研究。
1 解决飞机起落架渗气、漏油的现有方法
1.1 涂底漆法[3]
陕西燎原航空机械制造公司在对波音747飞机起落架进行镀铬时, 采用去除应力→喷丸→蒸汽除沙→喷磨料→冷水洗→硫酸-氢氟酸腐蚀→冷水洗→镀铬→冷水洗→除氢→磨削→涂底漆的工艺流程。选用传统镀液和镀铬工艺参数, 镀后10h以内进行除氢, 首先将镀铬层磨削至设计尺寸, 然后在镀铬面上涂BMS10-11型环氧底漆, 以防止渗气。
1.2 渗蜡法[4]
空军第一航空学院对歼七某型号飞机起落架减震支柱漏油故障也采用了相似工艺方法进行重新镀铬修复, 该工艺的过程是将工件放入石蜡溶液中, 在一定的压力下蒸煮120min左右, 使石蜡进入铬层的气孔和网状组织, 冷却后, 去除表面石蜡。使用证明, 采用“渗蜡”工艺修复的减震支柱漏油现象基本消失。
1.3 金刚石碾平法[5]
北京航空材料研究院与沈阳飞机工业有限公司采用了周期脉冲电流镀铬与金刚石碾平的方法来解决飞机起落架镀铬层渗气的问题。在镀铬之后, 用金刚石对镀铬层进行碾压, 碾压过程是一种能引起表面层显著塑性变形但又无金属切削的一种表面强化方法。
1.4 喷丸与金刚石挤压法[6]
某工厂、陕西燎原航空机械造公司和某厂分别对大型运输机和苏二七飞机起落架镀铬层渗气漏油问题, 借鉴运八、波音起落架的修理技术, 采用了喷丸和金刚石挤压等表面强化技术, 以提高镀铬层的密封性, 防止渗气问题的出现。
1.5 液体抛光法[7]
某厂从1975年开始, 用液体抛光法解决产品铬层渗气问题。液体抛光与喷丸类似, 就是将一定粒度的金刚砂和水混成砂浆, 用压缩空气作动力, 经喷枪加速后, 高速地喷射到零件表而上。由于一定动能的金刚砂颗粒撞击零件表面, 使零件表面象经喷丸加工一样产生压应力。液体抛光产生的压应力能够抵消镀铬产生的拉应力, 所以零件表面形不成网纹, 即使拉应力不能完全被抵消, 也能使拉应力减小了很多, 因此形成的网纹也很细, 这种铬层经气密性试验, 几乎没有渗气现象。
在大量的试验中, 虽然采取了各种方法, 用以解决飞机起落架缓冲器的渗气的问题。但无论是渗腊、涂漆工艺还是喷丸、挤压、磨光工艺都不能从根本上解决渗气问题。渗腊、涂漆等工艺是通过后处理手段将铬镀层中较大的裂纹密封住, 而对于微小裂纹可能不起作用。碾压、喷丸和磨光等表面强化处理过程是通过铬镀层的塑性变形, 使裂纹收缩, 在气密性试验时, 可能暂时检测不出渗气现象, 但经过实际使用, 在环境和载荷交替作用下, 暂时收缩的裂纹成为新裂纹的裂纹源, 对起落架产生负面影响。
为了从根本上消除镀铬层中的裂纹, 提高飞机起落架的气密性以及延长飞机起落架的使用寿命, 需要彻底改进电镀工艺方法。本文采用了一种新的电镀铬的方法——柔性挤压电镀铬工艺。
2 试验原理
电镀铬的阴极化学反应式如下[8]:
H++e→H吸
H吸+H吸→H2↑
Cr2Oundefined+2H2O⇄2CrOundefined+2H+
CrOundefined+8H++6e→Cr↓+4H2O
电镀时, 阴极上铬的析出电位 (-1.1V) , 比氢的析出电位 (-0.6V) 和Cr6+还原为Cr3+的还原反应电位负很多, 在镀铬过程中必然有氢的析出和Cr3+还原反应的存在, 故镀铬的电流效率很低, 仅在13%～18%之间。
图1为柔性挤压电镀铬原理示意图。在阴、阳极之间放置球状硬质粒子。在电镀过程中, 做旋转运动的阴极会带动硬质粒子运动, 使粒子产生与阴极表面的相对运动, 使其不断磨擦和撞击阴极表面, 阴极附近的水化氢离子H3O+被粒子驱赶难以接近阴极, 提高了析氢过电位。析氢过电位的提高, 使氢的析出量降低, 进入镀铬层和基体的氢原子明显少于传统镀铬工艺, 因此减少了镀铬层的内应力, 可以避免裂纹的产生。
3 试验过程
柔性挤压电镀具体实施方法如图2所示。电动机带动阴极在的内筒中旋转, 内筒用涤纶滤网密封, 内筒和芯模之间填充硬质粒子。阳极采用纯铅棒。阴极为30CrMnSiA, 直径为d25mm。镀铬液为:铬酐:250g/L, 硫酸:2.5g/L。电镀用的电源是采用杭州精测有限公司生产的JC17530型脉冲电源。试验结束后, 对镀铬层的表面形貌和表面粗糙度进行测试, 所用的仪器分别是光学工具显微镜和Mahr Perthometer M1型粗糙度测试仪。
4 结果分析
4.1 镀铬层的表面微观形貌
图3和图4分别为传统电镀 (温度为55℃, 电流密度为30A/dm2) 和柔性挤压电镀 (温度55℃, 电流密度30A/dm2, 频率1kHz, 占空比30%, 转速260r/min) 得到的镀铬层的表面微观形貌图 (放大200倍) 。从图中可以看出, 传统镀铬工艺获得的电镀层表面晶粒粗大, 并伴有显著的裂纹;而柔性挤压电镀工艺所得镀铬层微观表面平整, 呈雾状并且无裂纹。
以上现象的原因可能是在柔性挤压电镀过程中, 硬质粒子不断地磨擦、撞击阴极表面, 驱赶和剥离水化氢离子、吸附氢原子和氢气泡脱离阴极表面, 提高了析氢过电位, 使析氢量减少, 避免了氢原子渗入镀铬层造成晶格畸变产生, 从而减小了内应力, 消除了裂纹。
4.2 镀铬层的表面粗糙度
图5和图6分别是在阴极芯模的原始粗糙度Ra在0.8um的条件下, 分别采用柔性挤压电镀 (温度为40℃, 电流密度为30A/dm2, 频率为5kHz, 占空比为30%, 转速为260r/min) 和传统电镀 (温度为40℃, 电流密度为30A/dm2) 得到的镀铬层的三维轮廓图。经测量, 柔性挤压电镀的得到镀铬层的表面粗糙度在Ra0.2um左右, 而采用传统电镀方法得到的镀铬层表面粗糙度在Ra0.5um左右, 明显高于柔性挤压镀铬层。导致上述现象的原因可能是硬质粒子对阴极的微量磨削和抛光起到了降低镀铬层表面粗糙度的作用。
5 结论
在合理的工艺条件下, 柔性挤压电镀可以降低镀铬层内应力, 避免镀层裂纹的产生, 并降低表面粗糙度。
参考文献
[1]诺曼.斯柯里.起落架设计手册[M].飞机强度规范编写办公室, 1988.
[2]储铁军, 刘占吉, 王泉庭.飞机起落架“铬层渗气”的探讨[J].航空工艺技术, 1983 (11) .
[3]胡伟南.波音飞机起落架轮轴镀铬修复工艺[J].材料保护, 1999, 32 (5) .
[4]程明学, 赵德芳.飞机起落架减震支柱漏油故障分析及修复工艺[J].液压气动与密封, 2000 (1) :46-47.
[5]刘佑后, 苏育龙, 王宇.镀铬层气密性研究[J].材料保护, 2002, 35 (1) .
[6]王晓平.金刚石挤压技术在飞机起落架表面强化工艺中的应用[J].航空工程, 2001 (2) :36-38.
[7]王心言, 郑殿彬.用液体抛光法消除铬层渗气[J].航空工艺技术, 1981 (5) .
改进活塞环镶嵌镀铬加工工艺 篇2
本文介绍了一种活塞环表面镶嵌镀铬/复合镀铬的加工工艺的改进方案, 力求从企业自身的有限条件出发, 在不增加企业生产成本的前提下, 合理优化工艺, 改进工装设计, 以降低电力消耗、材料消耗, 提高产品合格率为目的, 以降低企业生产成本, 增强企业市场竞争力。
企业现状
公司目前镀铬生产线都是高低位槽, 用于大批量普通镀铬活塞环的生产, 而同行业生产镶嵌镀铬活塞环一般采用浅槽或专门设计镀槽进行生产加工, 设备投入成本大。我们的目标是在不增加设备投入的同时亦能生产出高合格率的产品, 利用原有生产线进行生产。
加工工艺路线的制定
工艺路线为:内外圆仿形→装夹→封口→精车外圆→车镶嵌槽→打磨→补封口→镀铬→磨外圆→拆环→检外观→修口→珩磨→检外观→精修开口→磨梯面→成品检验
加工品种及工装的初步确定
先用1000片φ87mm楔形桶面环进行工艺试验, 用普通的精车外圆心棒在扁方处进行打孔后进行装夹加工, 车镶嵌槽后送镀铬车间进行镀铬, 用螺栓将两心棒环扁方处进行装夹联接 (见图2) , 装好后用现行的镀槽进行镀铬, 镀后进行后续加工。
1.镀铬电盘2.装夹心棒3.等镀铬环4.压紧螺栓5.压板
加工结果及分析
加工至成品, 检验结果显示468片合格, 合格率为46.8%, 主要原因是外圆磨不圆512片, 20片为其他废品, 磨不圆不合格率占51.2%, 废品率比例较高, 加工结果不理想。
废品原因分析
精车外圆后外圆跳动大, 镀铬装夹时两心棒连接时上下同心度差, 导致镀铬后偏环严重, 镀后铬层散差大, 导致外圆磨不出比例较高, 成品合格率低。
改进措施
1) 装夹心棒扁方处改为螺纹设计, 镀铬心棒联接时采用螺纹联接, 保证上下同心度, 避免镀铬时偏环, 导致环散差过大。
2) 车镶嵌槽后进行外圆磨加工, 避免同片环左右槽岸不同高现象, 消除镀铬散差。
3) 改进后工艺路线:内外圆仿形→装夹→封口→精车外圆→车镶嵌槽→磨外圆→打磨→补封口→镀铬→磨外圆→拆环→检外观→修口→珩磨→检外观→精修开口→磨梯面→成品检验 (见图3) 。
改进加工跟踪试验结果
同样用1000片φ87mm楔形桶面环进行工艺试验, 试验后成品检验情况952片正品, 16片磨不圆, 32片其他废品, 合格率为95.2%, 正品率明显得到了提高, 同时电力消耗和铬酐消耗明显得到降低, 改进效果比较明显。
结语
利用改进后的加工方法进行了φ110mm、φ114mm等产品的加工, 相应的产品合格率都在94%以上, 改进效果比较明显, 值得推广使用。
该试验加工方案在不增加企业加工设备的前提下, 利用现有加工装备同样达到了加工目的, 有效地提高了产品的合格率, 降低了生产成本, 满足了用户的需求, 成为公司新的经济增长点。
1.镀铬电盘2.装夹心棒3.等镀铬环4.联接套
活塞杆镀铬 篇3
柴油机的热效率高、经济性好、启动容易、对各类船舶有很大的适应性, 问世以后很快就被用作船舶推进动力。然而船用柴油机普遍采用重油为燃料, 船用活塞环容易产生积碳增加摩擦面磨损及高温腐蚀, 因此对活塞环性能的要求十分严苛, 除工作面多采用电镀耐磨硬铬处理外, 一环的侧面也需进行镀铬强化, 以增加侧面抗磨损性能与抗腐蚀性能。以我公司所接到的准320船用活塞环的生产为例, 该环组为三道环组合, 工作面均采用电镀硬铬处理, 第一环气环为电镀铬陶瓷, 侧面电镀硬铬, 第二道气环与油环均采用电镀硬铬。一环侧面的加工流程为:筒体切片-粗磨两平面-精磨两平面-侧面镀铬-精磨两平面, 其中侧面镀铬层厚度成品要求0.05~0.10mm, 则电镀工序设计镀层厚度则要达到0.10~0.14mm, 才能消除磨床自身的加工误差而达到所要求的尺寸精度。
本文对第一道铬陶瓷气环侧面镀铬及机加工方面所遇到的具体问题及解决方法进行了探讨。成品活塞环侧面镀铬层示意图如图1所示。
2 存在问题
目前我公司所生产的某种出口环中气环有镀平面的要求, 但镀层厚度为0.015~0.02mm, 环周厚度整体误差小, 镀后也不需磨削, 因而对电镀的要求不高, 采用普通的条状阳极即可完成电镀, 但当镀层厚度达到0.10mm左右时, 并采用牌号为GC60M6V的绿色碳化硅对表面进行磨削加工, 结果发现所加工的27道活塞环全部报废。分析导致报废的主要原因有以下几个方面。
2.1 镀层厚度不均
圆周的镀层厚度误差达到0.04mm, 严重影响后续的加工精度。出现有的部位磨到尺寸了, 有的部位还没磨到的现象 (图2) ;靠近外圆部位镀层不够厚而磨不到现象 (图3) ;有的部位出现镀层磨穿现象 (图4) 。
2.2 开口磨不到
靠近开口部位的镀层相对较薄, 出现整个圆周开口端磨不到现象 (图5) 。
2.3 镀层结合问题
镀层在磨削过程中出现鼓泡起皮脱落现象 (图6) 。
3 原因分析及解决措施
3.1 圆周镀层厚度偏差问题原因分析
电镀时采用板状阳极, 等距离悬挂于镀槽两侧, 工件阴极置于两侧阳极正中, 阴阳极相距500mm, 检查时发现有些阳极上有局部钝化膜、腐蚀产生的阳极泥等, 导致工件上电力线分布不均匀, 从而使镀层厚度不均匀。
解决措施:去除阳极钝化膜, 制作新阳极取代腐蚀严重的阳极, 缩短阴阳极距离并用专用量具进行控制, 工件与阳极相对应, 保证电力线分布均匀, 从而使镀层均匀。
3.2 开口端镀层薄问题的原因分析
当镀铬工件上存在孔隙时, 孔隙内部电流难以达到沉积铬层要求, 造成电流分散和析氢, 使孔隙周围镀层偏薄。本批活塞环开口加工余量不够, 导致开口过大, 形成孔隙, 电镀过程中开口部位电流分散及气泡冒出影响铬沉积两方面原因导致近开口端镀层偏薄。
解决措施:将待镀活塞环进行封口处理, 孔隙状开口变成一个完整平面, 杜绝了平面电流分散及开口冒气泡, 从而增加了开口端的镀层厚度, 如图7所示。
3.3 镀铬层磨穿、起皮的原因分析
镀铬层与活塞环基体结合力不强, 而且磨削过程中采用了绿色碳化硅砂轮, 绿色碳化硅硬度太高, 而且砂轮的粒度比较大、粗糙, 所以导致在磨削过程中磨削应力较大, 超过了镀铬层与活塞环基体的结合强度, 导致镀铬层被磨穿起皮、鼓泡等现象。
解决措施:增加活塞环表面喷砂时间, 使得活塞环侧面形成更多细小的微坑, 增加镀层与活塞环基体的结合强度, 另外改变磨削方式, 选用硬度较低, 粒度较细的砂轮减小磨削应力。
4 新工艺采取的措施及效果
(1) 清洁阳极及增加新阳极
(2) 将待镀活塞环进行封口处理
(3) 增加活塞环表面喷砂时间
(4) 选用硬度较低、粒度较细的砂轮进行磨削
由于采用了清洁阳极, 镀层厚度均匀性得到了很大的改进, 详见表1, 未改进时同一根环镀层厚度最大偏差达0.11mm, 通过新阳极进行电镀后, 镀层厚度偏差基本在0.03mm左右。同时在磨削工艺上也进行了改进, 采用牌号为:WA80K7V白刚玉砂轮, 进行磨削试验, 试验结果得出20道活塞环, 未磨出的有3道, 比第一次老工艺的全部报废有了极大的改进。
通过改进电镀工艺和磨削加工工艺进行批量生产, 产品的合格率得到了提升, 电镀工艺改进前后镀层厚度对比见表1及图8, 可见镀层的均匀得到了大为改善, 改进前同一道环镀层厚度相差最大达0.07mm, 改进后同一道环镀层厚度相差减少到0.02-0.03mm;由于白刚玉磨削活塞环侧面镀铬层的磨削应力比绿色碳化硅的磨削应力小及改进后的电镀工艺使得活塞环侧面镀层的结合力得到了较大的改善, 端面镀层磨削后检验产品合格率达90%以上, 批量检验结果见表2。
5 总结
