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浅谈化学铣切钛合金零件专用工装设计

发布日期:2018-12-04  浏览次数:50
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  摘 要:化铣工艺是利用化学溶液与金属产生化学反应,借助有效的保护措施,使零件不需要的部分金属腐蚀溶解,从而获得零件所需尺寸和形状的一种特种加工方法。本文介绍了化学铣切钛合金零件专用工装的设计,指出了其存在的不足之处 。
  关键词:化学铣切;合金;零件;专用工装;设计
  1 专用工装设计
  1.1 材料的选择
  化铣钛合金零件工装使用的材料,首先必须能耐住浓氢氟酸和浓硝酸的腐蚀,现场对非金属材料:玻璃钢、有机玻璃、尼龙、ABS、聚氨酯板、软聚氯乙烯、聚四氟乙烯、PVC、氯丁橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶、黑耐油橡胶、聚丙烯,进行了280小时化铣液浸泡试验。试验发现:聚丙烯、聚四氟乙烯、丁腈橡胶三种材料状态没有改变,PVC材料颜色微变外,其余材料都已经发生性能改变,包括颜色、硬度、脆性、强度等;现场对选用常用不锈钢材料OCr17Ni2Mo2(SUS316)及OCr18Ni9(SUS304)进行试验对比,SUS316要比SUS304耐腐蚀性要好,但二者使用时,必须涂防护胶。
  PP材料:学名为聚丙烯,耐酸性能好,焊接性能好;具有良好机械加工性能,应用广泛,可以进行同种材料焊接,因此可以作为结构件,但强度不高,做承力件,需内衬钢材或增加材料厚度;如果无法买到工业用PP材料,也可用民用的PP-R材料,如热水管件等,但耐腐蚀不如前者,只能进行热熔焊接;工业用PP材料,纯度可以保证,对于化学铣用工装,最好选用工业级PP材料,不推荐采用民用PP管件,如必须采用,优先选择使用PP-R热水管件。
  SUS316耐酸能力比SUS304强,但SUS316在市场上很难买到,可以用SUS304代替,对工装使用过程没有太大影响,仅仅是处于酸液中的时间,要略有减少。
  丁腈橡胶:可作为垫片使用,现场使用后丁腈橡胶表面没有变化,但材料硬度略有降低,外观表面颜色没有变化。
  聚四氟乙烯:在化铣液中有很好的表现,由于聚四氟乙烯为高温压结材料,不适于进行同材料焊接,同时与PP材料也无法进行塑料焊接;该材料粘接性能很差,除非表面清理的非常干净。因此,聚四氟乙烯可以做螺钉、螺帽、垫片等单独零件使用。
  硬聚氯乙烯,又叫PVC,虽然耐腐蚀性能好,但在试验中微变性,因此设计化铣工装中尽可能不采用此种材料,但该材料有国家标准的管件,设计时也可采用,但不推荐,如有必要,推荐采用pp-R管件。
  1.2 粘接技术
  在工装设计过程中,不可避免使用粘接剂,通过对各种粘接剂进行试验表明:环氧树脂、502胶水、PVC上下水胶具有良好表现。
  环氧树脂胶:对金属和非金属具有优异的粘合力、耐热性、绝缘性、硬度和软性都好,可用于金属、非金属等材料的粘合;现场可采用配制环氧树脂溶液进行工装零件间的粘接及较大间隙填充,也可作为工装修理时填堵磨损的面、孔修补等;当与化铣液长时间接触,会腐蚀变薄,以此要及时复涂。
  502胶水:对金属、非金属等具有非常好的粘接性能,试验发现,粘接件能长时间浸在化铣液中而不开裂,如丁腈橡胶与PP材料粘接、PP材料与不锈钢粘接等,但沾接表面必须打粗糙。
  PVC上下水胶:是一种专门粘接PVC材料的粘接剂,包括上水胶、下水胶,在家庭装修时经常使用,但粘接强度不大,不能承受大的冲击,必要时要通过螺钉等固定;对PP材料也有一定粘接作用。
  1.3 特种焊接技术
  塑料焊接:PP材料有优良的焊接能力,在化铣工装中得到广泛应用;焊接采用PP焊条(一般为厂家自制,市场上也有出售)通过热风机(塑料焊机,500度以上空气)进行焊接,保证焊接质量。
  热熔焊接:如采用民用PP-R材料,如采用塑料焊接,焊接性能不好,建议采用热熔焊机对接焊接;这种方法可采用标准的PP-R材料上下水管件,如弯头等,可以化铣工装及相关装备的设计、制造等。
  1.4 涂敷技术
  由于工装中经常使用不锈钢钢材作为承力件,对其保护为重中之重,主要下面有以下涂敷方法:
  (1)热浸PVC法:就是将工装放入PVC溶液中,将溶液一层层涂到工件上,粘接力较好,涂层能抗轻微冲击。
  (2)包涂法:利用PP材料可以焊接的性能,利用管、板等,将工件整体进行包装,接口处采用焊接封口;在厚度上可以自由选择,但没有结合力,仅为包装,可以考虑与粘接方法联合使用。
  (3)喷涂PVC法:采用塑料喷涂设备,对工装进行喷涂,有效厚度一般为1.5mm工装的使用会受到限制。
  (4)衬玻璃钢法:采用环氧树脂和纤维布(或涤纶布),在零件表面进行缠裹,3-4mm约缠10层,固定时间为24小时。可以对任何型面进行衬覆,粘接力好,强度高,但粘接剂必须为环氧树脂。。
  1.5 工装结构选择
  由于化铣中需要不断搅拌,保证各加工面腐蚀速度一致,因此夹具优选轮辐复合结构,卧式、立式均可,在电机带动下,能缓缓旋转,该结构具有轻巧、强度高、耐腐蚀好的特点。该化铣夹具主要固定架、活动中轴、垫片、紧锁螺母及紧固件组成。
  1.6 工装设计中注意的问题
  (1)丁腈橡胶垫片无法固定:粘接面没有打毛,502胶水涂敷不够,没有垫片限位槽 。
  (2)丁腈橡胶垫片表面失去弹性:材料老化,或502胶水涂在表面。
  (3)涂敷玻璃钢表面起鼓:纤维布透气性不好,里面有空气没有排净。
  (4)涂敷玻璃钢表面有坑:涂敷不到位,用环氧树脂补添 。
  (5)化铣工装使用后,里面有化铣液,没有设计排出孔或该孔堵塞。
  (6)使用后螺钉位置表面塌陷:PP材料比较软,加力拧紧时,材料发生塑性变形;可用环氧树脂液修补,或增加大垫片分散压应力。
  2 化铣工装技术的不足与展望
  化铣工艺有其独到的优势,随着加工技术进步,对工装的需求将会更加多样,而设计、制造的工装手段有很大的局限性,本文只从试验角度对化铣工装进行阐述,没有涉及更多材料,还有很大的局限性,特别是对材料的使用状态数据,包括使用寿命等,都没有确切的数据支撑;另外工装结构强度方面,还没有开展研究。
  参考文献
  [1]赵永岗,等.化学铣切在钛合金加工中的研究及应用[J].表面技术,2009.
  [2]成大先.机械设计手册(第四版第一卷)[M].北京:化学工业出版社.

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