航空零件表面处理过程中孔保护的方法

航空零件表面处理过程中孔保护的方法

周锴 

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司   黑龙江省哈尔滨市  150066

摘要：高压涡轮是航空发动机关键部件之一，高压涡轮鼓筒轴联接着高压涡轮和高压压气机，是传递发动机扭矩的主要部件。鼓筒轴工作条件较为恶劣，它承受着极复杂的外载荷，包括扭矩、弯矩、轴向力、横向力和振动等。本文对航空零件表面处理过程中孔保护的方法进行分析，以供参考。

关键词：航空零件；孔；表面处理

引言

在航空产品中系统零件主要起连接、固定作用。通常，一架飞机的装配需要数十万系统零件。但是目前大量系统零件(如法兰、摇臂等)的检验仍采用游标卡尺、百分表、千分尺等传统人工抽检方式，测量要素少，检测时间长，效率低，存在质量风险。随着智能制造技术的发展，企业对质量检测的效率、精度以及规范性要求越来越高，相对于效率低、精度不足的手工检测以及价格昂贵、容易引入二次基准误差的离线检测，在线检测拥有更加高效、操作方便以及便于与加工工艺进行集成的优势。

1卷积神经网络的航空零件

近年来，三维激光扫描技术因为具有实时性强、精度高、无损检测等优点，在航空领域的应用越来越广泛。利用三维激光扫描技术对航空零部件进行测量分析，是航空领域高精度测量的趋势。然而，受测量环境、设备等因素影响，获取的三维点云往往存在一定的噪声，目前针对航空零部件三维点云噪声的处理仍处于起步阶段，还无法满足航空业高效率、高精度的要求。针对点云去噪问题，国内外诸多学者研究出了许多优异的算法。引入点集曲面(point-set-surfaces，PSS)的思想，提出了将点投影到最小二乘(moving-least-squares，MLS)曲面的去噪方法。在此工作的基础上，后续又提出了一些扩展和改进，包括模型表面的显示表达、尖锐特征的处理，以及模型表面的隐式表达，即从输入点到曲面表面的有符号的距离场。为了尽可能地保持输入点云的特征信息，提出了一种自适应密度聚类与双边滤波融合的三维点云去噪算法。针对输入点云中的多尺度噪声，提出了一种基于噪声分类的双边滤波点云去噪算法。在点云深度学习去噪方面，近年来也出现了一些开创性的工作:提出了一种用于非结构化点云识别的KD网络;引入了卷积神经预测网络用于从给定的单个图像中提取点云特征;提出了伪渲染器，作为真实渲染操作的近似，可从单个图像生成3D点云。

2在线检测系统

2.1在线检测系统总体布局

为解决智能制造自动化生产线的检测任务，实现对法兰类零件的几何特征及形位公差的自动快速检测，并协助管理人员进行人工分拣，完成从加工到检测的闭环。在线检测系统以车间型坐标测量机为主机，兼容智能制造系统的总控信号、多轴机器人、上下料、加工中心、软件管理系统以及现有的场地布局等，结合重复零点定位夹具系统、测量单元PLC、HMI人机界面以及安全硬件及信号等，保证各部位功能有效运行，从而实现全自动化在线检测。

2.2法兰加工工艺流程

（1）要实现法兰零件的批量定位装夹，需要分析法兰的加工工艺流程，梳理法兰加工过程可能遇到的难题，基于工装夹具设计的原则，设计合理有效的工装夹具。通过对较复杂的双面法兰进行分析，根据加工流程分析，该夹具需要通过两次装夹实现两面加工，加工完成直接通过机器人转移到在线检测系统上执行检测，由于两次装夹会带来装夹误差，因此需要对加工使用的装夹夹具重新设计，实现一次装夹。2)装夹定位方式设计，由于两次装夹引起的装夹误差较大，通过设计中间托盘，将两次装夹转化为一次装夹，从而减小装夹误差。将零件装夹在托盘上，托盘与零件固定不动，零件定位夹紧在托盘上，托盘定位在零点定位夹具上，零点定位夹具永久固定在在线检测平台上，通过零点定位夹具的液压夹紧方式自动夹紧托盘。零点定位夹具优点为测量夹具结构简单、制造成本低，可快速定位、夹紧。检测单元和加工单元采用统一的零点定位夹具和零件托盘，实现加工和检测的托盘互换，翻面加工时，只需将托盘整体翻面后定位在零点定位夹具上，无须进行零件的二次装夹，提高加工及检测效率。

3车削工艺改进

鼓筒轴零件毛坯质量约50kg，在零件最初开始试制时，粗车加工过程采用DNMG150612-TF刀尖半径为1.2mm的硬质合金菱形刀片去除余量，效率低，生产周期长，不利于大批量生产。为了尽快转变加工现状，有效提高加工效率，缩短生产周期，尝试采用美国绿叶公司的RNGN-120700T1型WG-300晶须增强型陶瓷刀具，它是用特种陶瓷粉末材料，采用科学配方，通过特殊生产工艺，使用现代化设备生产制造出来的。其特点为高硬度、高强度、高红硬性、高耐磨性、优良的化学稳定性和低摩擦系数等，其切削加工效率为普通硬质合金的3～9倍。陶瓷刀片为圆形，直径为12.7mm。陶瓷刀车削特点是高转速（200r/min），大背吃刀量（1～2mm）。在使用陶瓷刀片初期，由于对其加工性能不够了解，且陶瓷刀片脆性大，因此加工过程中易出现崩刃现象，进而导致零件表面质量差等问题发生。经过现场多次试验，最终确定加工参数：切削速度为200m/min，进给量为0.25mm/r，切削深度为2mm。同时在基于前期多轮试验的基础上，对陶瓷刀具的进刀方式进行调整。进刀时，采用斜向进刀与直线进刀交替进行的方式，其最大优势是刀具每次切削时，切削刃与工件的接触点在不断变化，这样能够有效减小刀具在同一接触点的持续磨损，减小沟槽磨损的程度，减少换刀片的时间，同时也大大提高了刀具的使用寿命。

4法线估计有效性验证

PCA是将局部点云数据拟合成一个局部平面，并以该平面的法线表示局部点集中心点的法线。因此，它所估计的法线容易钝化机械零件边界特征;双边滤波算法适用于机械模型，但容易过度锐化某些区域，尤其是圆柱状区域。相比之下，本文方法使用卷积神经网络预测点云法线，通过深度学习从点云局部结构中获取空间特征，得到了最好的法线结果(误差最低)。

5零件孔漏蚀机理分析

在传统航空零件表面处理过程中使用的孔保护材料通常为耐酸碱的锥形塞。试验件在进入表面处理槽液前，锥形塞在较强的外力作用下能够对试验件精孔实现短暂的密封，但锥形塞不同部位受到的孔壁压力不均衡，在试验件反复进出槽液，或在冷、热槽液中交替处理时，锥形胶塞会因反复热胀冷缩而发生体积改变，造成锥形塞松动，导致零件精孔局部尺寸超差。因此，要彻底解决漏蚀问题，需从锥形塞材质、形状、尺寸、保护方法等多方面入手进行改进和优化。

6T型硅橡胶塞孔保护试验

市场上采购的单个T型硅橡胶塞的有效保护长度通常为5mm，且T型硅橡胶塞尾部设计有施压部位，外形与“瓶塞”类似。在孔保护时，得益于尾部“瓶塞”式的设计，无需借助其他工具，对尾部稍加外力即可实现保护，具有使用方便快捷的优点。在使用方法上，T型硅橡胶塞既可以单独在孔深10mm的零件的保护。在T型胶塞尺寸选择方面，孔径小于10mm时，胶塞直径应比孔径大0.5mm；孔径在10~20mm范围内时，胶塞直径应比孔径大l~2mm；孔径大于20mm时，胶塞直径应比孔径大2mm。当使用的保护胶塞直径大于20mm，且为双侧保护时，可借助小型注射器对保护空腔抽真空，进一步增强胶塞和零件孔配合的紧密程度。

结束语

综上所述，(1)在航空零件表面处理过程中，可根据孔的特点和类型，单独或组合使用T型硅橡胶塞、柱型硅橡胶塞、机械膨胀塞或刷涂可剥离保护胶的方法进行保护。(2)T型硅橡胶塞在孔径≤13mm或相邻同心孔保护方面具有优势；柱型硅橡胶塞在孔径<35mm的范围内均可使用，且效果优异，但较深的孔将受到胶塞有效保护长度的限制；机械膨胀塞由于制造成本高、保护效率低，仅适合台阶孔小批量使用；可剥离保护胶的适用范围广，但存在工序复杂、耗时的缺点，一般作为补充方法选择性使用。(3)介绍的保护材料和保护方法不仅适用于铝合金材料荧光渗透前清洗、阿洛丁氧化、铬酸阳极氧化等表面处理过程中的孔保护，在钛合金酸洗、铝合金硬质阳极氧化等零件保护方面也具有显著的效果，液体可剥离保护胶还可用于面或槽的保护。

参考文献

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