尾軸花鍵高強(qiáng)度涂層修復(fù)工藝研究

1、尾軸花鍵高強(qiáng)度涂層修復(fù)工藝研究張勝寶1,師玉英1,張旭1,朱立群2（1. 中航工業(yè)哈爾濱東安集團(tuán)有限公司 哈爾濱 150066；2. 北京航空航天大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100083） 摘要 通過大量的工藝試驗(yàn)，確定了高強(qiáng)度麗絢涂層塑化階段的工藝路線和工藝參數(shù)，使尾軸花鍵的涂層能夠在整體狀況下進(jìn)行修復(fù)，并且進(jìn)行了大量的性能試驗(yàn)以及疲勞試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，解決了飛機(jī)飛行故障，消除了麗絢涂層脫落對(duì)飛機(jī)性能的影響。關(guān)鍵詞 麗絢；涂層；塑化；疲勞試驗(yàn)The Repair Technical Study of Caudal Roller Spline High Intensity Rilsan Coa

2、tZHANG Sheng-bao1，SHI Yu-ying1，ZHANG Xu1，ZHU Li-qun2(1. AVIC Harbin Dongan Engine（group） Corporation LTD.，Harbin 150066，China,; 2. School of Materials Science and Engineering, Beihang University, Beijing 100083, China）Abstract The technics confirms the technics folw and technics parameter of high in

3、tensity Rilsan coat by large numbers ofexperiment ,the research cause of coat of caudal roller can be holisticrepair,and carry throughlarge numbers ofcapability experiment and fatigue test,it raveled out the fault of plane，eliminated the infectionplanecapability of break off of Rilsan coat.Key words

4、 Rilsan；coat；plasticization；fatigue test第一章 緒論1.1 前言某尾軸組件花鍵接頭是XX機(jī)三軸二器中不可缺少的零件，在尾軸傳動(dòng)中起著樞紐的作用，它是尾軸前、中、后三段的連接件，通過它實(shí)現(xiàn)了扭矩的傳輸，在傳輸扭矩過程中，花鍵接頭上的花鍵需要與發(fā)蘭盤上的花鍵相嚙合，為了使發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)花鍵接頭與發(fā)蘭盤之間不產(chǎn)生大的振動(dòng)和磨損，選用法國的麗絢粉末來滿足工藝的要求。麗絢粉末是一種尼龍11聚酰胺纖維1-4，不溶于一般溶劑，僅溶于苯酚類溶劑，耐一般酸堿、氧化劑，是一種應(yīng)用得比較早的粉末材料，品種較多，其特點(diǎn)是質(zhì)地堅(jiān)韌，機(jī)械性能好，摩擦系數(shù)低，化學(xué)穩(wěn)定性良好，經(jīng)塑化的

5、麗絢膜層光滑、平整，耐磨擦，可減振，結(jié)合力良好5-7，滿足了XX花鍵接頭表面的特殊需要。近年外廠使用的部分尾軸沒有到壽就出現(xiàn)花鍵麗絢脫落的問題。為解決此問題，曾請(qǐng)托外廠進(jìn)行了試修，該廠采取的修理方式為分解法，試修件返廠后疲勞試驗(yàn)結(jié)果不理想。根據(jù)當(dāng)前的形勢，公司決定由我廠自已進(jìn)行修復(fù)。我們采取的修理方式為整體法，即尾軸的鋁管不與花鍵接頭分解修理，進(jìn)行整體修復(fù)。第二章 工藝試驗(yàn)2.1 技術(shù)關(guān)鍵A、花鍵接頭與尾軸鋁管不分解狀態(tài)下進(jìn)行整體修復(fù)。 B、在加溫固化時(shí)，鋁管材與接頭在螺栓部位的溫度不能過170。 C、在上述前提下，接頭涂層段的溫度應(yīng)控制在230左右的一定范圍內(nèi)，且保證涂層能較均勻固化。 2.

6、2 技術(shù)途徑A、需要一臺(tái)尾軸修復(fù)局部加熱設(shè)備。該設(shè)備對(duì)管接頭局部加熱時(shí)，保證涂層段溫度應(yīng)控制在230左右的一定范圍內(nèi)，同時(shí)鋁管材與接頭在螺栓部位的溫度不能過170。 B、通過試驗(yàn)找出鋁管材能承受的最高溫度，以及膠的失效的最高溫度，最終確定出鋁管材與接頭在螺栓部位的最高承受溫度。 C、研究摸索涂層固化的溫度范圍，且比較出最高固化溫度與最低固化溫度時(shí)的結(jié)合強(qiáng)度。 D、所有參數(shù)都需要經(jīng)過大量試驗(yàn)來確定參數(shù)，并驗(yàn)證。2.3 設(shè)備改造A、對(duì)烘箱進(jìn)行了部分改造，將原有的烘箱手工改為簡易的局部加熱設(shè)備。B、針對(duì)尾軸前段零件長度以及花鍵部位和鋁管的距離，在烘箱的上部開孔并安裝了支架和固定卡板。C、在靠近花鍵部

7、位、鋁管螺栓連接部位各增加了測溫?zé)犭娕迹瑫r(shí)烘箱內(nèi)部還有一個(gè)監(jiān)控?zé)犭娕肌、在烘箱上部安裝了冷卻風(fēng)扇，對(duì)鋁管連接以上部位進(jìn)行冷卻。2.4 工藝路線試驗(yàn)所采取的工藝流程：表面預(yù)處理-粉末預(yù)熱-噴粉-塑化-檢驗(yàn)零件表面預(yù)處理在全部的涂覆工藝中，涂層的附著力是衡量該工藝成敗的主要因素，附著力差，則易脫落，達(dá)不到防護(hù)的目的。表面也欠美觀。零件表面用三氯甲烷除油，然后用膠布將非噴涂表面保護(hù)起來，用120目200目剛玉砂進(jìn)行吹砂，至全部表面呈現(xiàn)新鮮均勻的表面，再用白紗布沾丙酮擦拭吹砂表面。 粉末預(yù)熱在噴涂前，對(duì)尼龍粉末進(jìn)行烘干處理，這樣有助于粉末的輸送，使粉末不致于粘結(jié)成塊而堵塞輸送管，而且干燥后的粉末經(jīng)

8、噴槍頭部噴出來時(shí)，所帶的電荷數(shù)目相對(duì)增加而易于吸附到工件上 麗絢粉末應(yīng)事先放在瓷盤中攤成約1cm厚薄層，在烘箱中烘干。 噴粉為了防止工件表面不需要涂覆的部位涂上粉末，在預(yù)熱前，我們用3M膠帶將不涂部位保護(hù)，起到蔽覆作用。由于工件受熱后噴涂能夠獲得較厚的涂層，而且粉末吸附效果好。因此，我們采用工件預(yù)熱后噴涂。噴涂時(shí)，將工件置于轉(zhuǎn)盤上，同時(shí)接地，確保工件與地同電位，使工件隨轉(zhuǎn)盤以一定的轉(zhuǎn)數(shù)旋轉(zhuǎn)，以便在噴涂時(shí)工件表面獲得厚薄均勻的涂層。 塑化麗絢涂層的塑化工藝是將噴涂好的檢查合格的零件小心的放入已升溫到230的不通風(fēng)的烘箱中，保持一定時(shí)間后取出，使形成平整、堅(jiān)硬的涂層。由于只能進(jìn)行整體修復(fù)，因此在塑

9、化階段的工藝調(diào)整較多。將噴涂后的零件小心豎直放入改造的烘箱中，固定零件以使花鍵部分完全進(jìn)入烘箱，鋁管材部分盡可能露在烘箱外部。將花鍵與鋁管材連接部分使用石棉等塞緊，然后進(jìn)行升溫。在零件表面盡量靠近粉末處放置測溫?zé)犭娕迹部稍诨ㄦI內(nèi)穿入測溫。零件加熱至230時(shí)進(jìn)行恒溫，麗絢粉末開始熔化后保持10分鐘，取出零件。檢驗(yàn)部分完全與正式工藝相同，進(jìn)行外觀檢驗(yàn)和結(jié)合力檢驗(yàn)以及尺寸檢驗(yàn)。2.5 工藝試驗(yàn)A、預(yù)處理、粉末處理、噴粉完全按照2.4進(jìn)行，在漆的熔聚階段，烘箱內(nèi)溫度為270保溫，烘箱內(nèi)零件表面溫度230235，鋁管部分溫度為119123，得出的涂層由于溶化不均勻造成流淌現(xiàn)象，個(gè)別不溶化區(qū)域造成漆層脫

10、落。B、為了解決由于加熱不均造成的涂層流淌狀況，將冷卻風(fēng)扇去掉。加熱1.5h2h后進(jìn)行恒溫，在漆的熔聚階段，烘箱內(nèi)溫度為270保溫，烘箱內(nèi)零件表面溫度230235，鋁管部分溫度為138145，結(jié)合力較好，得出的涂層較均勻，但仍然會(huì)出現(xiàn)加熱不均勻的現(xiàn)象?；ㄦI部分經(jīng)常無法通過環(huán)規(guī)。 C、針對(duì)繼續(xù)出現(xiàn)的加熱不均勻的狀況，使用石棉對(duì)連接部分進(jìn)行了保溫，在塑化階段加熱后恒溫，漆的熔聚階段，烘箱內(nèi)溫度為250保溫，烘箱內(nèi)零件表面溫度225230，鋁管部分溫度為157165，得出的涂層均勻，結(jié)合力較好。且未出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象。至此，工藝路線方面的摸索已有部分成效，在繼續(xù)進(jìn)行工藝試驗(yàn)，盡可能對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)的情況下，

11、開始對(duì)法國進(jìn)口鋁管（外場報(bào)廢件上取得）和所使用的EA9309膠粘劑的相關(guān)性能試驗(yàn)。第三章 性能試驗(yàn)為了確保零件在整體修復(fù)后的性能，分別對(duì)法國進(jìn)口7475鋁管材以及EA9309膠粘劑進(jìn)行了相關(guān)的性能試驗(yàn)。3.1 膠粘劑的性能試驗(yàn)對(duì)于膠粘劑，保溫四小時(shí)后，冷卻到室溫，進(jìn)行了剪切強(qiáng)度試驗(yàn)。表1 EA9309膠粘劑性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)(MPa)Table1 EA9309 adhesive capability examination data(MPa)tensile strength-拉伸強(qiáng)度；heat temperature（bake 4h）-加熱溫度（烘烤4小時(shí)）圖1 EA9309膠粘劑性能試驗(yàn)趨勢圖Fi

12、g.1 EA9309 adhesive capability examination tendency chart從膠粘劑耐溫試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，其測試結(jié)果均大于標(biāo)準(zhǔn)要求值，表明此膠的膠接強(qiáng)度在試驗(yàn)的溫度范圍內(nèi)對(duì)溫度反應(yīng)不十分敏感。3.2 鋁管材性能試驗(yàn)對(duì)于鋁管材，分別在室溫及110170下保溫四小時(shí)后，冷卻到室溫，進(jìn)行拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及延伸率的試驗(yàn)。表2 法國7475鋁管材性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)(MPa)Table2 French 7475 aluminium tubing capability examination data(MPa)由鋁管材的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，從110到170，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分

13、別從140和150開始下降，但均高于規(guī)定使用要求（抗拉強(qiáng)度大于500，屈服強(qiáng)度大于420），延伸率方面波動(dòng)較小，大于規(guī)定使用要求（大于5）。由于對(duì)于鋁管材的試驗(yàn)試樣均各使用同一根管材，管材性能試驗(yàn)的重復(fù)性較差，因此，使用法國管材加工時(shí)的余料進(jìn)行了第二次鋁管材的性能試驗(yàn)。tensile strength-拉伸強(qiáng)度；yield strength-屈服強(qiáng)度；30extensibility-三十倍延伸率；Temperature-溫度圖2 法國7475鋁管材性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)Fig.2 French 7475 aluminium tubing capability examination data試樣分別取自

14、四根管材，由于試驗(yàn)中150和165時(shí)試樣的性能較關(guān)鍵，因此只做了室溫和這兩個(gè)溫度的相關(guān)試驗(yàn)。 試驗(yàn)分別對(duì)同一根管材上的不同試樣的性能波動(dòng)、不同溫度下，性能數(shù)值差別進(jìn)行了對(duì)比。表3 鋁管材性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table3 aluminium tubing capability examination data拉伸強(qiáng)度-tensile strength；屈服強(qiáng)度-yield strength；三十倍延伸率- 30extensibility圖3 第一根管材的4個(gè)試料間性能對(duì)比Fig.3 4 specimens capability contrastof first aluminium tubing 拉伸強(qiáng)度

15、-tensile strength；屈服強(qiáng)度-yield strength；三十倍延伸率- 30extensibility圖4 不同加熱溫度下試樣性能對(duì)比Fig.4 capability contrastof specimens at differenttemperature第四章 靜載和瞬態(tài)疲勞試驗(yàn)4.1 試件修復(fù)在進(jìn)行了大量的工藝試驗(yàn)和性能試驗(yàn)后，經(jīng)各相關(guān)部門研究決定，對(duì)返廠的四根尾軸前段進(jìn)行修復(fù)。以下為4根尾軸前段噴涂修復(fù)前相關(guān)情況：表4 修復(fù)前零件狀況Table4 part status before repair序號(hào)零件編號(hào)已工作時(shí)間返廠日期返廠原因11417667h2005.04.

16、25涂層磨損214141095h2005.08.24涂層脫落（接近報(bào)廢）3M3232610h2005.02.17涂層脫落4M2043000h噴涂后分別進(jìn)行了外觀檢驗(yàn)、結(jié)合力檢驗(yàn)和尺寸檢驗(yàn)，其中，外觀檢驗(yàn)部分由于是修復(fù)處理，出現(xiàn)了輕微了波紋，在工藝中是允許出現(xiàn)的；結(jié)合力實(shí)驗(yàn)采用剝離法，得出結(jié)果為合格；在尺寸檢驗(yàn)方面主要對(duì)滾棒間尺寸進(jìn)行了測量，并使用環(huán)規(guī)進(jìn)行檢測，結(jié)果均為合格。以下為所修復(fù)的尾軸前段修復(fù)前后的對(duì)比： M323修復(fù)前（M323 before repair） M323修復(fù)后（M323 after repair）4.2 瞬態(tài)疲勞試驗(yàn)瞬態(tài)疲勞試驗(yàn)所用零件：M323、1414、1417，對(duì)試

17、驗(yàn)件進(jìn)行高、低兩類載荷試驗(yàn)。瞬態(tài)疲勞試驗(yàn)結(jié)果如下：表5 瞬態(tài)疲勞試驗(yàn)Table5 transient state fatigue test試驗(yàn)件號(hào)（順序號(hào)）試驗(yàn)載荷N.m試驗(yàn)循環(huán)數(shù)Mc試驗(yàn)結(jié)果前段M32307860.054半聯(lián)軸器碎裂，屬于無微振腐蝕破壞（非實(shí)驗(yàn)區(qū)域）414040004400.50.2998聯(lián)軸節(jié)端管子與螺栓聯(lián)接處斷裂，屬于有微振腐蝕破壞（實(shí)驗(yàn)區(qū)域）41704000440048005200.50.50.50.2花鍵端管子與螺栓聯(lián)接處斷裂，屬于有微振腐蝕破壞（非實(shí)驗(yàn)區(qū)域）4.3 靜載試驗(yàn)靜載試驗(yàn)所用零件：M204對(duì)試驗(yàn)件施加載荷，每次循環(huán)增加100Nm，并測量在扭矩作用下的扭轉(zhuǎn)角

18、和卸載后的殘留扭轉(zhuǎn)角。表6 靜載試驗(yàn)Table6 static test載荷Nm加載扭角卸載殘留角備 注輸入端輸出端輸入端輸出端60090.20070010.50.200800120.20090013.50.300100015.50.5001100170.60.10.1120018.50.70.20.1130020.30.80.40.2140022.40.80.60.2150028.80.910.21540291試驗(yàn)件中心處扭轉(zhuǎn)變形，但未斷（非實(shí)驗(yàn)區(qū)域）4.4 壽命計(jì)算進(jìn)行損傷累積后得出壽命D+： 4134小時(shí)D-： 2659小時(shí)該計(jì)算壽命低于法國管材尾軸定壽時(shí)的計(jì)算壽命，而此次進(jìn)行試驗(yàn)的3件前段均為外場已工作件，已工作時(shí)間分別為：M204：3000小時(shí)；M323：2610小時(shí)；1414：1095小時(shí)；1417：667小時(shí)。以下為根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的疲勞曲線：圖5 無微振腐蝕可靠疲勞曲線D-（1）Fig.5 non- microvibration corrode reliability fatigue test D-（1）圖6 無微振腐蝕可靠疲勞曲線D-（2）Fig.6 non- microvibration corrode reliabilit