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航空发动机修理技术
1.4.4.1 4.1 钳工修理
4.1 钳工修理

钳工的工作内容主要包括画线、錾削、锉削、提槽、钻孔、铰孔、攻丝、套丝、刮削、研磨、矫正、弯曲和胶接等。钳工可加工形状复杂和高精度的零件,加工灵活、投资小,但生产效率低、劳动强度大和加工质量不稳定。

4.1.1 基本钳工技术

基本钳工技术是一门古老的加工技术,虽然大部分钳工作业实现了机械化和自动化,但在航空装备修理中仍然是应用广泛的技术。对于一些精密样板、量具和精密配合零件,如导轨面、燕尾槽等,工人的手艺决定了零件的修理深度、质量和效率。在少量的零件修理或缺乏设备时,钳工仍然是一种经济、实用和便捷的方法。航空发动机零件的钳工修理要求维修人员具备过硬的基本功和一定的操作经验。

1.锉修

航空发动机上零件的打伤、毛刺、硬皮、轻微压痕及小裂纹,局部倒角、倒圆、修孔边和修正螺纹,零件表面轻微腐蚀和局部轻微过热,都可使用锉修方法排除。修理时,根据去材料的多少、面积大小和被修理表面的形状来选用锉刀大小、锉刀的形状和锉修手法。锉刀可分为普通锉、特种锉和什锦锉。

2.打磨

用砂轮、磨头、油石、砂布等工具,对机件进行微量切削,保证机件的形状和尺寸,提高修理表面粗糙度的方法称为打磨。砂布是按磨料粒度大小来确定规格的,粒度越小,号数越大,打磨的零件表面粗糙度越高,表面粗糙度值越小。

打磨时,可用固定不动的砂轮机打磨,也可以用大小、规格不同的手提式砂轮机打磨,还可手持油石、砂布进行打磨,如图1-4-1所示。砂轮机一般使用电力和风力作为动力,带动砂轮、砂轮片或磨头磨削零件表面,薄型砂轮片可用于切割零件。

3.提槽

将零件裂纹处的材料挖成槽状,裂纹尖端用光滑的圆弧代替的修理方法称为提槽。目的是减小裂纹尖端区域的应力集中。一般用于不便钻止裂孔或热应力较大的厚壁机件上。

4.钻孔

钻孔属于钻削加工技术,从锋利的钻头和工件做相互接触运动开始。钻头的运动包括两部分,回转运动为主运动部分,钻头的直线运动为辅助部分,主运动完成切削,直线运动使工件上新的金属不断被切削,完成整个孔的加工。

在钻削过程中,正确选择切削角度,合理设置钻削转速和走刀量,控制切削用量,加强冷却和润滑,可以提高切削能力,改善加工精度和表面粗糙度。孔的精度主要受刀具、切削用量、工艺方法、工装夹具和设备影响,选用合理的检验量具和检验标准也是保证加工质量的必要条件。在航空发动机修理过程中,钻孔主要包括钻止裂孔、精孔、方孔、半圆孔、薄壁孔、深孔、斜孔和镗孔等。

(1)钻止裂孔。在裂纹尖端或往裂纹方向移一定距离,冲点作为孔中心,钻一小孔,消除尖端应力集中,防止裂纹继续发展的修理方法,称为钻止裂孔,如图1-4-2所示。

图1-4-1 打磨

图1-4-2 钻止裂孔

钻止裂孔的方法有手电钻钻孔、激光打孔和电火花打孔等,常用手电钻钻孔。止裂孔的直径根据实际情况确定,一般不超过2.5 mm,以免破坏机件的强度或整体性能。孔的位置必须在裂纹的尖端,否则就不能起止裂的作用,不能止裂将导致裂纹继续扩展。钻止裂孔主要用于修理薄壁、不承受结构力的零件,如燃烧室和防振屏壁面。

(2)在螺钉或螺桩上钻孔。螺钉或螺桩不能正常拆卸时,可钻孔并辅助镊子等工具,把螺钉或螺桩拧出。

(3)钻精孔。钻精孔是一种精加工孔的方法。首先钻出底孔,留有0.5~1 mm的加工余量,然后精钻孔。精钻孔时对钻头的要求比较高,必要时磨钻头保证钻孔精度。磨钻头主要包括磨第二个锋角(f1)、刃带和后角。一般f1≤75°,新切刀刃长度为3~4 mm;磨窄刃带,以减少摩擦;磨出负刀刃和负倾角,一般磨成-10°~-15°,使切屑流向未加工面。后角不宜过大,一般为6°~10°,以免产生振动。切削刃的前、后面和外缘尖角可磨成圆弧刃。预钻孔时,避免产生较多的冷硬层,防止增加钻削负荷和磨损精孔钻头。钻头的切削刃修磨应当尽量对称,严格控制轴向偏摆和径向偏摆,使两刃负荷均匀,提高切削稳定性。钻头质量较好时,排出的金属屑呈螺旋状,且不易断。用于修理燃、滑油喷嘴及精密零件钻孔。

(4)钻小孔。钻小孔时,进给力要轻,防止钻头弯曲和滑移,以保证钻孔刚开始切削的正确位置。进给时,注意手劲和感觉,钻头弹跳时需要一个缓冲范围,防止钻头折断,在进给机构上装一重物,可以增加感觉。钻孔时,及时以适当的力度提起钻头排屑。为提高钻头强度,可以把麻花钻头改为小扁钻头。钻床的精度不高时,转速过快易导致偏摆和振动过大,当钻床精度高时,可提高转速。钻小孔可用于螺钉的保险孔、轴承座滑油孔和活门孔等,图1-4-3所示为轴承座滑油喷嘴上的小孔和斜孔。

图1-4-3 轴承座滑油喷嘴上的小孔和斜孔

(5)钻斜孔。钻斜孔主要分为在斜面上、平面上和曲面上钻孔。钻孔前,使用样冲对欲钻孔中心冲眼,越小的孔使用越尖的样冲。采用可靠工装牢固地固定工件至需要的倾斜角度,轻点钻头将钻头回转中心与工件欲钻孔中心静态校正。钻孔时缓慢匀速下压钻头。

钻斜孔易出现的问题主要是孔的中心与钻孔端面不垂直,钻头开始接触工件时,刚开始钻头单面受力,作用在钻头切削刃上的径向力把钻头推向一边,易导致钻头滑移和偏斜。斜孔的实际中心与冲点中心有偏移,孔口易刮烂,钻头易崩刃或折断。钻斜孔主要用于加工叶片冷气孔、轴承座和燃烧室的斜孔零件。

(6)钻半圆孔。钻半圆孔时,由于钻头的一边受径向力,被迫向另一边偏斜导致弯曲变形,产生较大摩擦力,加速钻头磨损,引发钻头折断或实际钻出的孔与理论中心线不垂直。可以先用麻花钻头钻进一定深度,再用半孔钻头,便于控制钻头的定心和位置。钻孔时,手动进刀,进给力要轻,以免吃刀太多不易掌控及损坏钻头。图1-4-4所示为钻半圆孔的原理。

图1-4-4 钻半圆孔的原理

(7)钻方孔。在金属工件上钻方孔的方法有插、拉、电脉冲和线切割等,采用专用浮动钻夹头和方孔钻头,在钻床上钻削比较方便。钻方孔之前,先钻一个直径比方孔的边长小1~2 mm的底孔,再加工方孔。钻出的方孔棱角不清晰时,可用锉刀锉修方孔棱角。常用于工装钻孔,图1-4-5所示为工业上的一种钻方孔原理。

图1-4-5 钻方孔原理

(8)钻薄壁孔。零件厚度较小时,用一般的钻头钻孔,易使零件变形,钻孔精度难以保证。一般的钻头如图1-4-6所示,图1-4-7所示为在普通台钻上使用普通钻头将气球上的纸钻孔。

图1-4-6 钻头打磨前

图1-4-7 用普通钻头将气球上的纸钻孔

另外,当钻头不满足加工需求时,可以通过磨钻头、调试钻床等办法,提高钻孔精度。将一般钻头打磨成“多爪”钻头,如图1-4-8所示,可以显著提高钻孔尺寸精度和质量。使用砂轮磨钻头的要诀归纳如下:

钻刃摆平轮面考;

钻轴左斜出锋角;

由刃向背磨后角;

上下摆动尾别翘;

钻刃平行中心线。

图1-4-8 打磨后的“三爪”钻头

5.镗孔

镗孔加工是一种精度较高的加工方法,可用于去除航空活塞发动机的气缸内孔划痕。在工件上加工较大的孔时,因工件体积大、形状复杂且不适合机床加工,也使用镗杆和镗刀在钻床上镗孔。在摇臂钻床上镗孔时,立柱、摇臂和主轴箱应夹紧牢靠,防止在加工中因主轴摆动而损坏镗刀。

6.铰孔

铰削属于精加工,航空发动机装配时,可以采用铰机匣的定位孔调节支点或其他零件之间的同心度。图1-4-9所示为铰刀,铰刀本身的精度和表面粗糙度对孔的质量有直接影响。使用标准铰刀相对不易获得高精度,铰刀磨损得快,铰削前加工要求高,工艺过程较长。标准铰刀的特点如下:

图1-4-9 铰刀

(1)铰刀直径。根据铰孔的公称尺寸、公差、扩张量或收缩量、铰刀的磨损以及制造公差等因素决定铰刀直径,研磨后的铰刀可用于精度较高的孔加工,铰刀直径影响铰孔精度。铰孔的孔径也有可能收缩,如使用硬质合金铰刀、无刃铰刀,或工件材料坚硬的情况下,铰削中产生的挤压比较严重,因而孔径有缩小现象。用硬质合金铰刀铰钢料孔时,孔径上偏差加0.01 mm和孔径上偏差减0.005 mm,分别为铰刀直径的上偏差和下偏差。铰铸铁孔时,孔径上偏差加0.02 mm和孔径上偏差加0.005 mm,分别为铰刀直径的上偏差和下偏差。无法确定铰刀直径时,可以综合考虑工件材质、加工设备、铰刀的径向跳动和安装偏差、预加工孔的质量、切削用量和操作方法等试铰,分析孔的实际加工情况,修正铰刀直径或采取其他技术措施。

(2)齿数。一般齿数越多,孔的精度和表面粗糙度越高,分布在每个切削刃上的负荷越小,有助于减少铰刀的磨损。但齿过多后,降低了刀齿的强度,容屑槽也变小,切削时,切屑不易排出,特别是铰深孔和切削余量大时,切屑聚积在槽内,将刀齿刃口挤崩;切屑被铰刀带转时,可能刮伤孔表面或卡滞铰刀,甚至扭断。各齿应大小一致,以免因小圆弧半径不同而产生径向偏摆。磨修后的铰刀,用油石将过渡处的尖角修成小圆弧,使切削刃顺利地过渡到标准部分。

(3)刃带。刃带的作用是引导铰刀方向、光整孔壁和便于测量铰刀的直径。齿数多,刃带的积累宽度也大,有利于提高孔的表面粗糙度。但刃带过宽时,会增加摩擦力矩和切削热,对孔壁的挤压比较严重,易将孔径胀大。刀刃有毛刺、黏结切屑或磨损不严重时,可用油石打磨。

(4)倒锥量。磨出倒锥量是为了避免铰刀标准部分后面擦伤孔壁,但如果细而碎的铁屑被挤在倒锥的棱面和已加工面之间,会破坏孔壁的表面粗糙度,特别是在铰铸铁孔时。

(5)后角。标准铰刀切削部分的后角较大,可以提高切削刃的锐利程度,却降低了刀齿强度,切削时,容易产生振动和磨损,甚至使孔达不到要求。

(6)主偏角。适当减小标准铰刀的切削锥角,可以改变孔壁的表面粗糙度。加工不同的材料、铰盲孔或通孔对于切削锥角应有所区别,否则可能影响加工质量。

手工铰孔时,铰刀受加工孔的引导,两手用力要平衡,旋转铰杠的速度要均匀,铰刀不得左右摇摆,避免孔口出现喇叭口或将孔口扩大。不要对薄壁零件的夹持用力过大,避免将孔夹扁,产生椭圆度。进刀时,不要猛力压铰杠,随着铰刀的旋转轻轻加力,进刀均匀。铰刀被卡住时,应取出铰刀,清除切屑,检查铰刀是否损伤。经常变换铰刀停歇的位置,避免铰刀在同一处停歇产生振痕。铰刀退出时,不能反转,以防孔壁划伤和加速铰刀磨损。使用量具检验铰刀的中心与加工孔的中心的重合,特别是铰削浅孔时,铰刀歪斜易将孔铰偏。

7.攻丝

攻丝时,由于丝锥的几个刀齿同时进行切削,对金属材料产生了比较明显的挤压作用,使攻丝后的螺纹孔内径小于原底孔直径。应根据螺纹牙型和工件材料,合理选择底孔直径。攻丝前的底孔直径应比螺纹孔内径略大一些,使挤出的金属能进入螺纹内径与丝锥的间隙处,保证加工出完整的螺纹牙型,还能防止挤压丝锥。

螺纹孔加工时,应采取手动攻丝的情形:受所在位置或工件形状的限制,不适用机器攻丝;加工的螺纹直径较小,使用的丝锥强度低,用机器攻丝易折断。丝锥如图1-4-10所示,手动攻丝时应注意:

(1)工件的装夹要正,可将需要攻丝的工件一面置于水平或垂直的位置。

(2)攻丝时,放正丝锥,一手压住丝锥轴心方向,另一手轻轻转动铰杠。旋转1~2圈后,从正面和侧面观察丝锥和工件平面垂直度,也可用角尺检验。如果刚开始孔攻得不正,将丝锥取出,用二锥纠正,再用头锥攻削,丝锥的切削部分全部进入工件时,不需再施加轴向力。

(3)攻丝时,丝锥每次旋进不应太多,根据螺纹直径及粗细牙螺纹调整,一般1/2~1圈为宜。每次旋进后,倒转旋进量的1/2,攻削深螺纹孔时,回转行程可大一些,并往复拧转几次。

(4)旋转丝锥时,两手均衡用力,不要用力过猛和左右晃动,始终保持丝锥与孔的中心线相垂直。

(5)攻削中感到费力时,不可强行转动,倒转丝锥排出切屑,查看丝锥磨损程度,或用二锥攻削几圈,再用头锥攻削。

(6)攻削不通的螺纹孔时,经常退出丝锥清除切屑,保证螺纹孔的有效长度。

8.套丝

套丝也称为理丝,常使用板牙套丝修复磨损的外螺纹,板牙如图1-4-11所示。与攻削螺纹孔相似,通过标准螺纹挤压或切削校正变形的螺纹。为保证螺纹的有效长度,应在修理的螺纹长度上加上板牙切削部分长度,一般不超过3个螺距。旋入板牙时,均匀用力,防止牙型撕裂。每旋进半圈,往回旋转1/2,进行切削和排屑。

图1-4-10 丝锥

图1-4-11 板牙

9.矫正

矫正就是用外力的方法,使已变形的机件恢复至原有形状的修理过程,也称为校正。校正分为冷校和热校,冷校是不对工件进行加温,用相应的工装夹具,对变形的机件施以冲击力或静力,使机件恢复原状。热校是指对工件进行加温矫正,使工件恢复原状的修理过程。加温工件可提高材料的可塑性,避免校正时产生断裂、裂纹等现象。

工件长期受外力或热应力的作用,以及在突加荷载的作用下,产生不能恢复原来形状的塑性变形,则需要进行矫正,才能恢复或接近原设计性能。

4.1.2 刮削

刮削是指用刮刀在加工过的工件表面上刮去微量金属,提高零件加工精度的一种精加工方式,也称为刮研。修理中,刮削常用于最终精加工各种型面,如机床导轨、研磨平台、轴瓦、配合球面、工具量具的接触面、燕尾槽和大型机器的安装平板。

刮刀一般用碳素工具钢或轴承钢制造,刃口磨损后可研磨修理。刮削的切削量、切削力、产生的热量和装夹变形量小,所用的工具简单,不受工件形状和位置以及设备条件的限制。刮削加工后的工件表面,由于多次反复地受到刮刀的推挤和压光作用,工件表面组织变得比原来紧密,提高了零件表面的硬度和表面粗糙度,提高了互动配合零件之间的配合精度。刮削后工件表面均匀的微浅凹坑为存油创造了良好条件,使配合工件相互运动时有足够的润滑不致过热而引起拉毛现象。平面刮刀如图1-4-12所示,三角刮刀如图1-4-13所示。

图1-4-12 平面刮刀

图1-4-13 三角刮刀

1.刮削操作

刮削一般由钳工手持刮刀操作,零件的刮削余量为0.05~0.4 mm。根据不同的刮削表面,有平面刮削和曲面刮削两种方法。平面刮削的操作分推刮和拉刮两种。推刮主要依靠臂力和胯部的推压作用,切削力较大,适于大面积的粗刮和半精刮,刮刀和被刮零件夹角为25°~30°,手刮法刮削如图1-4-14所示。拉刮仅依靠臂力加压和后拉,切削力较小,但刮削长度容易控制,适于精刮和刮花。曲面刮削常用于加工内曲面,如三角刮刀一般可用于滑动轴承的滑动配合的精加工。

刮削合格后,表面形成了不规则和不美观的花纹,如图1-4-15所示。若继续刮,可刮出图1-4-16 所示的花纹。以导轨为例,刮出的花纹有利于形成微观油槽,改善表面的润滑条件,减小摩擦阻力,提高耐磨性能,延长使用寿命。维修时,可根据花纹的消失情况判断导轨表面的磨损程度,非运动表面上的花纹可以提高外观质量。

图1-4-14 手刮法刮削

图1-4-15 刮削后的零件表面

图1-4-16 刮削合格后继续刮产生的花纹

(a)地毯花纹;(b)斜花纹;(c)月牙花纹;(d)链条花纹

2.刮削后的测量

刮削后用显示选点和微量切削,来提高工件的精度和表面质量,图1-4-17所示为涂色显点刮削。在与零件相配合的偶件表面涂一层很薄的显示剂,将零件与偶件对研,零件表面的高点显示出来的过程称为显点,如图1-4-18所示。显示选点可以准确地显示出工件表面上不合格的部位,有利于显示刮除平面上高的部位。选择合适的工具刮去较高部位的金属层。经过反复显示选点和合理刮削,使工件的加工精度达到预期要求。

通过测量和显点确定刮削部位,判断刮去多少金属,防止刮出深凹。对粗刮的工件表面挑选大而亮的显点进行细刮,刮一次显点一次,经过反复地显点和刮削,使工件表面的显示点数逐步增多并均匀分布。刮削表面的质量通常用25×25(mm2)面积内均布的显示点数来衡量。一般连接面要求有5~8点;一般导轨面要求有8~16点;平板、平尺等检具的表面和滑动配合的精密导轨面要求有16~25点;某些高精度测量工具的表面要求有25~30点。

图1-4-17 涂色显点刮削

图1-4-18 刮削后的测量

4.1.3 磨光

磨光是借助沾有磨料的特制磨光轮或磨光带旋转,切削金属零件表面的一种机械加工过程。磨光主要去除零件表面的毛刺、锈蚀、划痕、焊瘤、焊缝、砂眼和氧化皮等宏观缺陷,提高零件的平整度和电镀质量,也用于去除零件焊前的表面层。磨光适用加工一切金属材料和部分非金属材料,磨光后零件的表面粗糙度Ra可达0.4 μm。

1.磨光材料

磨轮上的颗粒称为磨光材料,也称为磨料,是金属表面切削和整平过程中的主要材料。凡是天然矿物或人工制造的金刚砂、刚玉等,只要其颗粒具有大的硬度、切削能力和一定的韧性,都可以用作磨料。

(1)常见的磨料及其选择。生产中,常见的磨料有人造金刚砂、刚玉、金刚砂、硅藻土、石英砂和浮石等。人造金刚砂具有很高的硬度和较小的韧性,主要用于粗磨及磨光低强度金属,如生铁、黄铜、锌和锡。刚玉有天然刚玉和人造刚玉;电镀中多用人造刚玉磨光,它的硬度仅低于人造金刚砂,但其韧性较金刚砂好,主要用于磨光强度较高、有一定韧性的金属,如淬火钢、可锻铸铁、锰青铜等。金刚砂具有中等的硬度和极好的韧性,适合各种金属的磨光。人造金刚砂用于硬而脆的金属。硅藻土具有不太锐利的切削面和极好的韧性,可修平金属表面的划痕和刮伤等缺陷;石英砂具有中等硬度的颗粒,没有锐利的切削面,韧性较好;两者均是通用的磨光、抛光材料。浮石的硬度稍差,组织松脆,适用于磨光和抛光木材、皮革、橡胶、塑料和玻璃等。金属硬度越高,磨粒目数越小。

磨较硬的金属零件时,先用人造金刚砂、刚玉或金刚砂等磨料粗磨,再用细粒金刚砂、浮石、石英粉细磨。磨较软金属零件时,一般采用硅藻土和浮石。磨料粒度通常用筛子的号码来标志,筛子的号码则用单位面积上的孔数来表示,当某种磨料颗粒能通过某一号码的筛子,但不能通过其高一号的筛子时,就以前一通过筛子的号码来表示磨料的粒度。电镀前的磨光一般采用120~280号粒度磨料。

(2)磨料的黏结方法。磨料的黏结分为熬胶、涂胶和粘磨料。以粘金刚砂为例,熬胶时,将黏合剂胶粒碾碎,在清洁的冷水中浸泡6~12 h,使胶浸发;加水,使胶和水达到一定比例,在65℃~70℃的水浴中蒸熬4 h。蒸熬时的温度应不大于80℃,过高的温度和长时间的蒸熬使胶发生分解,失去胶合性能。在涂热胶前,将磨轮与磨料分别预热到50℃~60℃,用胶粘机或手工方法将胶涂到磨轮上。磨轮上胶后,将磨轮在有金刚砂粉的盘或槽中加压慢慢滚动,使金刚砂被黏合剂牢牢地粘在磨轮表面上。每涂完一层金刚砂,将磨轮放置在干燥通风处常温干燥,或在30℃~40℃的温度下干燥一昼夜,再反复涂覆干燥,则可装在磨光机上使用。磨轮一般要滚覆2~3层磨料,以提高磨轮的使用寿命。

2.磨具

常用的磨具有砂轮、磨头、油石和磨光轮,磨光机器有气动砂轮机、电动砂轮机、砂带磨床、带吸尘装置的和不带吸尘装置的磨光机。磨光一般是双工位,主轴不转时安装磨光轮。磨光轮的轮芯与水平主轴两端的锥形螺纹配合连接,为确保安全和延长磨光轮的使用寿命,轮轴不能反转,以免轮子脱落。

磨轮是由单片的棉布和其他纤维织品(如特种纸、皮革、呢绒、毛毡等)制成的圆片,外面包以牛皮,用压制法、绞合法和缝合法制成。磨轮的材料不同,则具有不同的柔软性和弹性。选择磨轮时,应考虑金属的硬度及形状。对于材料硬和形状简单的工件,应采用较硬的磨轮,如毡轮。对于铜、铝及其合金等较软的材料和形状复杂的工件,应采用弹性较大的软轮,如布轮。弹性轮的磨料与磨轮工作面黏结能力较小,工作时磨料不断脱落,新磨料迅速显现,磨料逐渐脱落后,磨削能力降低,常用于电镀磨光。

3.磨光的工作原理

粘在磨轮工作面上的磨料颗粒具有锋利的棱面和高硬度,每一个磨粒相当于一个刀齿,每一个棱尖相当于一个刀刃,棱尖呈不规则排列。磨轮高速旋转时,无数次和无数个刀刃的切削,使金属表面切去一薄层而变得平整光滑。磨粒与金属表面的高速切削,既产生弹性和塑性变形,也产生大量的热,使零件表面烧伤,形成蓝黑色氧化膜。此时,磨粒的棱角被磨平而变钝,增加了摩擦力,降低了对金属表面的切削能力。作用于磨粒上的力不断增加到超过磨粒本身强度时,磨粒磨损或破碎脱落,产生无数新刀刃,使磨粒的磨削能力“再生”,获得持续的磨削能力。

4.磨光的注意事项

磨轮的刚性和韧性、磨料的质量以及磨轮的转速,决定了磨光效果的好坏,也直接影响了磨光效率。根据被加工零件的表面特性和加工质量要求,将磨光过程分成几道工序来进行,每次加工时使用的磨料颗粒粒度应比上一次小,将被加工零件的金属损耗减至最小,达到最佳的磨光质量。

依据零件材料和形状确定圆周速度,选用磨轮直径和控制转速决定磨轮的圆周速度,从而控制磨光速度。零件表面越粗糙,使用的磨料粒度由粗到细的工序越多。如零件初始表面较平整,加工时可不经过粗磨而直接进入中磨。磨光时,磨轮的旋转圆周速度影响磨光效果,需合理控制磨轮的圆周速度。磨轮的圆周线速度一般控制为10~30 m/s,零件的材料越硬和表面粗糙度要求越高时,磨轮的圆周速度越大。零件形状简单或要求的表面粗糙度越低时,用较大的圆周速度;零件形状复杂或磨光铜、锌、铅和铝等有色金属及其合金时,用较小的圆周速度。线速度过大时将缩短磨轮寿命;过小则磨削力不足,影响磨光效率。

对电镀装饰铬的基体金属,如钢铁、铜、铝及其合金,磨光后抛光。磨光提高表面粗糙度,保证被磨削面的位置公差和形状公差;抛光提高零件的表面粗糙度和光亮度。磨光时,在最后一道工序上,在细粒度磨料的磨轮上涂覆专用油膏或工业油脂,对零件进行油磨,目的是获得较平整和光亮的表面。

4.1.4 抛光

抛光是利用抛光工具、抛光膏或其他抛光材料对零件表面进行平整的机械加工过程。抛光用于镀前零件的预加工,使零件表面的细微不平得到进一步改善,从而提高零件的表面粗糙度,使镀层表面获得装饰性外观,并提高零件的耐蚀性。抛光去除零件表面的极少材料,改变配合关系,抛光对基材没有明显的磨耗。也用于镀后镀层的精加工,镀后抛光的金属磨耗一般只应占镀层质量的5%~20%。叶片表面有轻微毛刺、轻微碰伤和锈蚀时允许抛光。

1.抛光原理

抛光分为粗抛、细抛和精抛,粗抛可用于去除磨痕;细抛用于粗抛留下的划痕和产生光亮的表面,精抛获得镜面般的光亮表面。特殊零件如回转体表面,可使用转台等辅助工具,表面质量要求高的可采用超精研抛的方法。超精研抛是采用特制的磨具,在含有磨料的工作液中,紧压在零件被加工表面上,做高速旋转运动。可以达到Ra0.008 μm的表面粗糙度,是各种抛光方法中最高的。

抛光时,抛光材料和零件表面之间产生机械、化学或电化学的作用。抛光轮高速旋转,零件与抛光轮摩擦产生高温,使零件塑性提高。在抛光力的作用下,零件表面发生塑性变形,凸起的部分被压入并流动,凹进的部分被填平,从而使细微不平的表面得到改善。抛光膏的化学成分及抛光时周围的介质,在抛光过程中与被抛光金属发生化学反应,降低或加速了抛光速度。抛光金属表面时,实质上抛去的是金属的氧化层,大多数金属表面在极短的时间内生成一层厚约0.([0-9]+)([0-9]+)mm的氧化膜,膜被抛去后,新的金属表面又迅速氧化和被抛去,反复抛,则获得平整、光亮的抛光表面。

2.抛光材料

(1)抛光膏。把抛光磨料与硬脂酸、石蜡等黏合剂一起制成油膏的形式,称为抛光膏。使用的抛光磨料有硅藻土、石英砂、浮石、铁丹、石灰和氧化铬等。抛光膏主要有白抛光膏、红抛光膏和绿抛光膏,根据被抛光零件的材料不同,选用不同的抛光膏。抛光膏和抛光粘轮如图1-4-19所示。

图1-4-19 抛光膏和抛光粘轮

白色抛光膏为灰白色或乳白色,由无水和纯度较高的CaO和少量MgO及一些黏合剂组成。由于白色抛光膏中含有的CaO颗粒为圆形,细小不锐利,适用抛光铝、铜及其合金等软质金属,也用于塑料的抛光和低粗糙度的精抛光。红色抛光膏由Fe2O3红粉末和一些黏合剂组成,由于Fe2O3磨料具有中等硬度,适用于钢铁零件的抛光、细磨光及磨光后油光。绿色抛光膏由Cr2O3和一些黏合剂组成,为深绿色,由于Cr2O3是一种硬而锐利的粉末,磨削力强,适用抛光硬质合金钢、铬层和不锈钢等。航空发动机常用材料的抛光膏选择见表1-4-1。

用红色抛光膏和绿色抛光膏来代替白色抛光膏,或用绿色抛光膏代替红色抛光膏,可以提高电镀抛光效率。但使被抛光金属的损耗增加,镀层金属的损耗增加极大地降低了镀层的保护性能,增加了生产成本,因为绿色抛光膏较其他抛光膏价格要高得多。

抛光的光度与磨料的粒度、磨削速度及零件与磨具的接触方式有关。磨料的粒度是指金刚砂的粒度,按规定,粒度的号数越大,颗粒的尺寸越小,抛光的粗糙度越高,但颗粒小,去屑少,当零件原始状态不光时,抛光所用的时间就长,而颗粒太粗,又达不到粗糙度的要求。选用颗粒时,既要考虑粗糙度要求,又要考虑效率,要根据各种零件的要求而异。

表1-4-1 抛光膏的选择

(2)抛光液。抛光液是一种水溶性抛光剂,去油污、防锈,清洗和增光性能好,使零件表面更光亮。抛光液使用的抛光磨料和抛光膏相同,但用的黏合剂为室温下呈液态的油或水乳剂,因而得到不同于抛光膏的液态抛光剂。使用时,抛光液恒速不断地喷至抛光轮上,减少了抛光轮的磨损和抛光剂在零件表面的滞留,抛光液较抛光膏生产效率高。在振动光饰机上,也用抛光液和抛光颗粒抛光叶片。

3.抛光工具

常用的抛光工具有抛光轮、砂纸和抛光机等,抛光轮由较软棉布、苎麻和丝绸等圆片材料制成。抛光机有手工操作的抛光机和机械抛光机,手工操作的抛光机,结构简单,劳动强度高,是由电动机、机体、主轴及抽风罩等组成的,一般为双工位。抛光轮的轮芯装在水平主轴网端的锥形螺栓上,不带吸尘器的抛光机,在使用时必须另配吸尘系统。机械抛光是在专用的抛光机上进行抛光的,靠极细的抛光粉和零件表面之间产生切削、磨削和滚压作用,零件表面发生塑性变形,凸起部分材料脱落而得到平滑面。

抛光机可分为砂轮式抛光机、轮轴抛光机、电动或风钻抛光机、环带式抛光机和振荡光饰机。机械抛光机还有平板式钢制零件抛光机和液压自动仿形抛光机,自动化程度较高,设备安全可靠,抛光的表面粗糙度高,适用抛大型不规则弧形曲面和平板形零件,如大且型面复杂的压气机叶片。圆柱形零件型面,可夹在机床夹头和钻夹头上,使零件转动,手持砂布或毡粘上金刚砂进行抛光。也可以根据零件的特殊形状,设计专用抛光机,如某型压气机叶片的型面抛光机。图1-4-20所示为抛光机修复零件,图1-4-21所示为抛光机抛光加工零件表面。

图1-4-20 抛光机修复零件

图1-4-21 抛光机抛光加工零件表面

(1)砂轮式抛光机。砂轮式抛光机设备简单,在一个电动机上装两个毡轮,毡轮装在电动机伸出的轴上,轴带有螺纹,螺旋方向为一左一右,以保证毡轮转向一致而自动紧固。毡轮上粘以金刚砂,其粒度根据零件粗糙度而定,并可在抛光时随时涂些研磨膏、抛光膏,提高表面粗糙度。发动机叶片可用砂轮式抛光机抛光,手持叶片,将待抛型面与抛光粘轮工作面轻轻接触,粘轮转动,手持叶片均匀移动。

(2)轮轴抛光机。环带式抛光机由电动机带动一个大的环带转动,环带上涂研磨膏或用砂布带抛光。轮轴抛光机由电动机带动一根软轴转动,在软轴的头上带动砂布卷抛光,或沾油抛光;可抛比较复杂的型面,表面粗糙度也比较高;但油与金刚砂同时飞溅,工作条件较差。

(3)环带式抛光机。其由电动机带动一个大的环带转动,环带上涂研磨膏或用砂布带抛光。

(4)电动或风钻抛光机。电动或风钻抛光,用手电钻或风钻为动力,带动抛光粘轮或砂轮,可以抛较复杂的型面,表面粗糙度较低;用于抛蜂窝封严层、火焰筒补块和换传焰管等。

(5)振动光饰机。振动光饰机是利用旋转振动,使环槽内的磨料既缓慢旋转又向内翻转滚动,环槽内的零件全方位地受到磨料和磨液旋转振动摩擦冲击。目的是消除或减少叶片的内应力,提高叶片表面粗糙度,增强叶片抗疲劳强度,防止叶片叶尖和进排气边疲劳裂纹。加入洗涤剂,可以实现清洗功能,如清洗压气机的钛合金叶片。压气机叶片振动光饰机是利用大型螺旋振动研磨剂产生的旋转运动,使槽内的圆锥形树脂磨料在槽内一边缓慢旋转,一边向内翻转滚动,叶片全方位地受到圆锥形树脂磨料、磨液旋转振动摩擦冲击。图1-4-22所示为立式振动光饰机,图1-4-23所示为齿轮在振动光饰机内抛光,图1-4-24所示为在仪器上放大观察齿轮的振动光饰效果。

图1-4-22 立式振动光饰机

图1-4-23 齿轮在振动光饰机内抛光

图1-4-24 在仪器上放大观察齿轮的振动光饰效果

对于抛光容易引起变形的零件或表面凹凸不平、内表面需要光蚀的零件,常使用振动光饰加工。选择合理的磨料几何尺寸和振动参数能有效地增强叶片的抗疲劳性能、抗腐蚀和微振疲劳性能。振动光饰后的叶片表面应光亮,不允许有抛光痕迹、磨料划痕、毛刺、锈蚀和划伤。

4.抛光操作

发动机的空气、燃气系统气流速度大,为了尽量减小流体损失,提高发动机的工作效率,常用抛光提高零件流道表面的表面粗糙度。抛光时,一般是抛光工具高速转动,而零件不做大的动作。抛光方式一般有两种:一是磨料与零件的接触是干接触,如毡轮粘刚砂抛光,表面粗糙度较低,灰尘大;二是磨料与零件的接触是湿接触,如用抛光膏加滑油和汽油抛光,表面粗糙度高,无灰尘,但有抛光液溅出。

把抛光轮调节到合适的转速,一般为20~35 m/s的圆周速度。对于形状简单和表面较硬(如铬层和钢铁)的零件表面粗抛光,应选用较大的圆周速度;反之,则选用较小的圆周速度。抛光轮旋转过程中,在抛光轮表面上均匀地涂上一层薄薄的抛光膏。把被抛零件轻轻地压向旋转轮子的恰当位置进行抛光,其用力的大小和抛光时间长短,取决于零件的表面性质、被抛面的几何形状及加工的精度要求。为了避免零件在抛光后,发生几何形状的改变,对于棱边部分要轻抛和少抛。

抛光采用毡轮或环带,是为了使切削轮与零件的接触为柔性接触,增大接触面积,避免操作中零件与切削轮接触力太大而造成局部严重磨损或抛的高低不平,特别是压气机叶片这样具有复杂型面的零件。

在实际操作时,零件与抛光工具的接触力应尽量均匀一致,平衡均匀地移动,以保证各点抛的时间尽量一致、去料均匀、抛光型面平整和表面粗糙度符合要求。抛光时,易产生粉尘,必须有良好的抽风设备。

5.抛光的注意事项

使用抛光机时应注意以下几个方面:

(1)开机前,应检查抽风设备良好,保持良好的工作环境,工作者应穿工作服、戴口罩和安全帽才能进行操作,以免吸入尘埃,影响工作者的身体健康。

(2)为避免人身和设备事故,应定期检查、维护抛光机,确保抛光机的可用性。须先把新轮或抛光轮装置紧固牢靠,并打开吸尘机。

(3)开机后,应先检查轮轴转向,切忌反转,以免造成抛光轮或磨轮从轴上飞落下来。

(4)抛光时,应紧握零件或夹具并轻轻地压住磨轮或抛光轮,位置要正确,零件压住抛光轮的位置要与轮轴在同一水平面,以免零件或夹具从手中打脱,造成人身伤害和损伤磨光与抛光机。

(5)抛光轮的圆周速度越大,效率越高,表面粗糙度越高。但速度过大,操作难掌握,稍不小心,就会烧坏零件或局部去料太多,因此速度不宜过高。

(6)抛一段时间后,应修平抛光轮表面,以保证抛光零件表面均匀平整。

(7)手工操作抛光机时,必须注意安全。严禁抛薄型零件,以免造成卷刃割伤手指。发现故障时须先停机,再处理。

4.1.5 研磨

研磨是通过研具用磨料(研磨粉)从机件表面磨去一层极薄的金属,使机件具有精确的尺寸、准确的几何形状和较高的表面粗糙度。附件修理中其常用以排除精密机件的轻微故障,保证配合尺寸。精密件由于采用研磨,故虽然只有几微米的间隙,但可以保证运动灵活,使燃油系统具有较准确的自动调节性能。另外,研磨可提高机件的耐磨性、抗腐性和抗疲劳强度。研磨颗粒如图1-4-25所示。车床上研磨轴端面如图1-4-26所示。

图1-4-25 研磨颗粒

图1-4-26 车床上研磨轴端面

1.研磨基础

(1)磨料(研磨粉)。磨料的粗细用粒度表示。粒度有两种分类法:颗粒尺寸大于0.028 mm用筛选法选取;小于0.028 mm用沉淀法选取。

筛选法是以相邻的两个筛网网孔公称尺寸来确定的,用筛选法取得的颗粒通常称为磨粉,其粒度的分组为17 个号,号数越小颗粒越大,每个号的颗粒尺寸见表1-4-2。

表1-4-2 磨粉粒度颗粒尺寸

显微镜分析法是以被测量颗粒的宽度来确定的,用沉淀法取得,通常称为微粉,其粒度的分组为12个号,号数越小颗粒越细,每个号的颗粒尺寸见表1-4-3。

表1-4-3 微粉粒度颗粒尺寸

选用磨料时,应根据机件要求精度的高低决定,一般100~280级的磨粉作粗研磨用,当表面粗糙度<0.4 时,选用W级微粉研磨。修理中最后研磨用W10~W5将光亮度研到Ra=0.4~0.05 μm。

(2)研磨液。研磨液在研磨中的作用是调和磨料,使磨料分布均匀;润滑磨粒和零件表面,使研磨时推动轻松;冷却零件和研具,降低因摩擦而产生的工作温度;使零件表面产生化学反应,加速零件表面材料的去除。

研磨时,一般在磨料中直接加润滑剂,常用的有航空滑油或机油,也可在滑油中加煤油。粗研时,可选用煤油、猪油作为研磨液,猪油含有动物性油酸,能增加表面光亮度。在滑油或煤油中加入黏性大而氧化作用强的油酸、脂肪酸、硬脂酸或工业甘油组成研磨液,与磨料调和均匀后研磨可增加研磨效果。

(3)研磨膏。研磨膏是在研磨粉中添加黏合剂、润滑剂调制而成的。通常添加剂有硬脂酸、石蜡、动物脂肪、凡士林、油酸等。其主要作用是使磨粒分布均匀。另外,部分添加剂含有活性化学附加物使被加工表面形成氧化膜,加速研磨过程中,提高研磨效率和表面光亮度。研磨膏根据所选用的研磨粉不同,可分为粗、中、细三等。使用时粗细不应相混,粗研时用粗研磨膏,研磨后先清洁机件再用细研磨膏。使用研磨膏后,要注意密封保存,防止灰尘混入,影响研磨膏性能。

(4)研具。常用的研具有研磨平台、油石和羊毛毡等。研具的材料选择,要使磨料嵌入研具,而不会嵌入工件,研具的材料要比工件软;但不可太软,否则磨粒会全部嵌入研具而失去研磨的作用。研具材料的组织要均匀,具有一定的弹性,耐磨性好,寿命长,变形小,表面光滑,无裂纹、斑点与缺陷。研磨平台常用的材料有灰口铸铁、软钢、铜、木材、皮革、铝和铝外浇巴氏合金、沥青以及玻璃。灰口铸铁具有润滑性能好、磨耗小、研磨效率高等优点,是最常用的研具材料之一。软钢用以研磨螺纹或小直径工具,铜用于粗研磨。木材和皮革用于软研,铝和铝外浇巴氏合金用于铜等软金属的精研,沥青用于玻璃、水晶或其他透明材料的抛光,玻璃用于精研,如用玻璃平台作为平面研磨。

油石是用各种不同的研磨粉与黏合剂压制烧结而成的。其断面形状有正方形、长方形、三角形、半圆形和圆形等。一般用以研磨形状较复杂的没有合适研具的场合,燃油附件修理中用以研磨零件的局部划痕或轻微锈蚀。零件材料的硬度高,选择的油石要软;反之,油石要硬;油石软时磨料容易脱落。去除细小的毛刺和腐蚀物时,可用粒度较粗和组织松些的油石。减小零件的表面粗糙度数值,提高零件的表面精度时,选用的油石粒度应细。

国家标准规定油石的硬度为7~15级,国际研具硬度代号见表1-4-4,表中CR 最软,CY最硬,实践中使用的多属中、中硬和硬三类。油石的松紧组织分10级,3~12号,其中3号最松,12号最密。

表1-4-4 国际研具硬度代号

2.研磨分类

根据操作方式的不同,研磨分手工研磨和机械化研磨两种。对于数量和去材料量少的零件,一般手工研磨;研磨量通常不超过0.01 mm,一次研磨去金属的材料厚度一般不大于0.002 mm。对于成批、连续和完整的零件,使用通用研磨机和专属研磨机研磨;研磨机研磨提高了效率,减轻了劳动强度,质量得到保证,但高精度的研磨机价格高,使用成本高。零件去材料较多时,使用车、铣等其他方法辅助加工。根据采用磨料的粗细不同,研磨分为粗研和精研,精研一般去材料少,可用于增加光亮度。根据加工零件表面的形状不同,将研磨分为平面研磨、外圆研磨、内圆研磨、锥面研磨和球面研磨。

(1)平面研磨。研磨时,加在研具上的磨料,在受到机件或研具的压力后,部分磨料被嵌入研具,同时由于研具和机件做相对运动,磨料在机件和研具之间做滑动、滚动,产生切削、挤压作用,每一磨粒与工件表面发生相对运动,使磨料在机件表面上切削掉薄薄的一层材料。

1)研磨准备。根据研磨任务的零件图纸和研磨内容,制定研磨方案。根据研磨方案选择和准备磨料、研具和研磨膏,选择研磨手法和测量方法,准备研磨工装、量具和夹具。研磨前使用煤油对油封的研磨平台清洗,去除油封,或使用滑油进行擦洗,并擦干。清洗零件和研磨工装,以避免脏物划伤机件。将研磨膏均匀地涂敷在研磨平台表面。

2)研磨操作。零件的研磨加工过程中,一般先湿研磨。湿研磨使表面达到一定精度后,表面呈暗灰色,再用干研磨的方法使机件表面发亮。由湿研磨转为干研磨时,将湿研磨膏擦拭干净,涂更细的研磨粉或研磨膏研磨,这个过程称为压光。

修理中常用铸铁平台或玻璃平板作为研具。研磨时,机件在研具上的运动方式主要有螺旋线形、仿8字形运动、直线或几种方法相结合,如图1-4-27所示。不断地改变机件的运动方向,由于非周期性运动,使得磨料一直在新的方向起作用,使工件较快达到精度,同时也使研具得到均匀的磨耗。图1-4-28所示为研磨修理塞尺,图1-4-29所示为平面研磨后的测量。

图1-4-27 研磨的运动轨迹方式

图1-4-28 研磨修理塞尺

图1-4-29 平面研磨后的测量

在研磨时,对机件的压力应均匀,否则会使机件的平面倾斜。每研磨30 s左右,将机件转90°,以防止平面倾斜。如发生倾斜,则在机件高的部位多加点力,直到把高点研平。

机械研磨时,单盘研磨机除盘运动外,机件也运动;双盘研磨机则上、下盘做不同的运动。这种设计是为了避免出现重复运动的轨迹,使得磨料一直在新的方向起作用,以达到均匀研磨的效果。

3)研磨中的检验和测量。研磨过程中要注意及时测量以免将机件研去的材料过多。机件研磨后的测量,应注意机件的实际温度是否高于规定的测量温度。当机件温度高时,要进行冷却后再测量。附件修理中配合要求高,多研不仅浪费了时间,还可能造成机件配合不合格。精密附件的研磨对附件修理质量至关重要,应当在尽可能去材料少的情况下达到配合要求和修理质量。去的材料多了,易造成机件配合不合格,甚至影响后续修理性。

零件研磨后常用的检验方法有使用表面粗糙度样块对比检查法、目视法、测量法、着色法。根据经验,高精度研磨过程中,当零件表面精度越高时,零件和研具之间承受的拉力越大,研磨时的阻力越大。当精度足够高时,零件甚至难以移动。

①表面粗糙度样块对比检查法。将研磨后的零件,与表面粗糙度样块进行对比,获得零件表面的粗糙度情况,表面粗糙度样块如图1-4-30所示。

图1-4-30 表面粗糙度样块

②测量法。在单色光环境下,将光学平晶玻璃放在研磨后的零件表面测量平面度,图1-4-31所示为平晶玻璃显示的某零件平面光带。通过把光学平晶玻璃显示出来的图形和模型平面度检查对照表上的图形进行比对,找到最接近的图形,根据模型平面度检查对照表上的数值,读取平面度,如图1-4-32所示。对于特定的平面研磨零件,如果没有模型平面度检查对照表上的图形,也可以读取光学平晶玻璃上显示出来的图(如光带),通过经验法估算平面度。

图1-4-31 平晶玻璃显示的某零件平面光带

图1-4-32 平晶显示的光带

③着色法。着色法指通过对研磨后的零件表面,涂上着色剂,观察着色面积是否符合要求来判断零件表面的研磨质量是否合格的一种方法。其常用于检验不方便测量的研磨零件。图1-4-33所示为球面研磨后着色效果,图1-4-34所示为球面着色后用放大镜观察着色接触面积。

图1-4-33 球面研磨后着色效果

图1-4-34 球面着色后用放大镜观察着色接触面积

4)注意事项。研磨速度与研磨粉的类型、粒度、加研磨膏的次数、压紧力等有关。研磨的压力不宜太大,速度不宜太快,以免机件发热变形,一般在研小而硬的机件或进行粗研时压紧力可较大,但速度应低;反之研大的机件或进行精研时压紧力小而速度应加大。润滑剂不宜加得太多,应该是很薄的一层,过多的润滑剂会妨碍研磨表面的接触,并使磨粒掉下来。研磨加工零件时,尽量使研磨平台的各处被均匀地研磨到,使研磨平台均匀损耗,否则会使研磨平台的某个位置被研磨成凹陷,降低了研磨平台的性能和寿命。对于不同的材料和不同精度的零件,应选择不同的研磨平台,应禁止用低精度的研磨平台研磨高精度要求的零件,即研磨平台的精度应当和机件的研磨精度要求相匹配。

一定精度的研磨应当在无尘的室内进行,工作区域应保持恒定的温度和规定的湿度范围。精密研磨时,温度的变化会导致工件表面起伏的变化,从而影响研磨精度。

5)收尾工作。零件研磨合格后,将零件进行一次清洗和二次清洗。对于精密的附件零件可先汽油清洗,再超声波清洗,去除零件表面及嵌入表面的杂质。使用煤油擦拭或清洗研磨平台,将研磨平台表面涂油封油,使用油封纸、牛皮纸遮盖。使用专用防护木箱包装防护,如图1-4-35所示,使用木箱包装研磨平台可以防潮和防止磕碰。

图1-4-35 研磨后防护研磨平台

(2)外圆研磨。外圆柱面(外圆)研磨,一般在车床或钻床上进行,用研磨环对机件进行研磨,研磨环的内径要比机件大0.025~0.05 mm,研磨环有固定式和可换式两种。固定式研磨环用于单件生产或少低生产。在修理中常用可换式研磨环,既可根据需要调整内径,又可延长研磨环的使用寿命,而外环可以长期使用,如图1-4-36所示。研磨环的长度一般为孔径的1~2倍。

研磨时,将机件顶在机床尖上,在机件上涂研磨膏,然后套研磨环,如图1-4-37所示。以适当的速度,小件一般在100 r/min左右,使机件旋转运动。用手握研磨环做往复运动,随时改变研磨部位。机件表面会出现交叉网纹,网纹以45°左右为宜,研磨速度过快了,网纹与机件夹角太小,如图1-4-38所示;研磨速度过慢了,网纹与机件夹角太大,如图1-4-39所示,都影响机件的精度和耐磨性。研磨速度适中时,网纹如图1-4-40所示。

图1-4-36 可换式研磨环

图1-4-37 外圆研磨

图1-4-38 研磨速度过快

图1-4-39 研磨速度过慢

图1-4-40 研磨速度适中

研磨过程中,要检查研磨环的松紧,并适时进行调整。研磨一定时间后,要添加新磨料,将机件转180°,再继续研磨。目的是增加研磨速度,提供研磨精度,使研磨环的磨耗更均匀。

(3)内圆研磨。内圆柱面(内圆)研磨与外圆柱面研磨相反,是将机件套在研磨棒上进行的。研磨棒固定在夹头或顶尖上,做旋转运动。机件用手握住做往复运动,研磨棒一般比机件长1~2倍,研磨棒的直径比机件要小0.01~0.025 mm。

研磨棒也有固定式和可调节式两种,固定式研磨棒的直径依次相差0.005 mm或更小,磨损后不能再用,如图1-4-41所示。一般用于5 mm以下的小孔研磨或用于单件生产。

图1-4-41 固定式研磨棒

可调节式研磨棒是由芯轴的锥体作用来调节外套直径的,如图1-4-42所示。研磨时要注意掌握研磨棒与机件的间隙,不宜太松,如太松应随时进行必要的调整。研磨内孔时,往往出现孔口扩大的现象,即喇叭口。为了预防出现喇叭口,研磨开始前应将机件两头被挤出的研磨剂擦干净,避免两头研磨剂多,切削量大。必要时,将研磨棒两头用砂布磨小,使中间直径稍大于两端直径。

图1-4-42 可调节式研磨棒

2 mm以下的内孔,可用竹竿沾研磨膏进行研磨。研磨棒(或研磨环)的锥度应与工件内孔或轴的锥度相同,每组最少3个。在研磨棒上开有螺旋槽,可避免研磨剂在离心力作用下,积聚在研磨棒(或研磨环)直径大的一端。图1-4-43所示为左向旋转的锥形研磨棒,图1-4-44所示为右向旋转的锥形研磨棒。

图1-4-43 左向旋转的锥形研磨棒

图1-4-44 右向旋转的锥形研磨棒

(4)锥面、球面研磨。研磨圆锥形表面时,在研磨棒(或研磨环)上均匀地涂一层研磨剂,使研具与机件接触后,用手顺着同一方向旋转(或在钻床、车床上进行),每转4~5次后将研具稍微拔出一些,然后推入研磨。研磨一定时间后,取下研具,将机件和研具上的研磨剂擦净,重新加研磨剂研磨,直到整个面研完为止。然后更换研具轻轻研,将整个面研完后,取出研具,将机件和研具擦净。最后在锥面上涂一些机油,研磨一定时间,直至研磨完成。图1-4-45所示为锥面工装修理,图1-4-46所示为导管喇叭口研磨修理。图1-4-47所示为车床上研磨修理球头,图1-4-48所示为弧面研磨修理,图1-4-49所示为初步研磨的导管喇叭口,图1-4-50所示为完成研磨修理的喇叭口接头。

一些精密的零部件,为了保证在高压下不漏油或良好的控制性能,除用研具进行研磨外,也将密封件和其配合件进行对研,以达到更精确的配合效果。个别零部件需对研才能达到规定的配合精度。零件的对研分为粗研和精研,根据要求的表面粗糙度和配合精度来选择。

图1-4-45 锥面工装修理

图1-4-46 导管喇叭口研磨修理

图1-4-47 车床上研磨修理球头

图1-4-48 弧面研磨修理

图1-4-49 初步研磨的导管喇叭口

图1-4-50 完成研磨修理的喇叭口接头

4.1.6 黏结修理

黏结是利用黏合剂在一定温度下,经过一定时间固化或加热后冷却凝固,通过溶剂挥发形成胶膜,获得具有足够强度接头的一种连接方法。黏合剂分为无机黏合剂和有机黏合剂,无机黏合剂有磷酸盐和硅酸盐型,常用的有机黏合剂是环氧树脂。发动机修理中常用的黏合剂有密封胶和尼龙。选择黏合剂时,应考虑被黏结的材料、工作温度、耐腐蚀性和受力等。

零件黏结接合处的受力主要有拉力、剪切力和扭剪力。拉力垂直作用于黏结面,剪切应力平行于黏结面,由一对转向相反的力偶所引起的剪切应力构成扭剪应力。

1.黏结工艺

黏结工作场地应清洁,空气湿度≤75%,温度为15℃~30℃。工艺流程包括零件表面处理、预装、黏合剂准备、涂胶、固化和机械加工。

(1)表面处理。对金属表面清洗除去油脂,通过机械处理或化学处理去除氧化物等杂质;对非金属表面一般采用机械处理和溶剂清洗。

(2)预装。胶粘前,预先装配检查,必要时做装配标记,保证黏结表面接触良好。

(3)黏合剂准备。按技术条件或产品使用说明书配制黏合剂。调配室温固化的黏合剂应考虑固化时间,调配后在规定的时间内使用。多组分溶液型黏合剂在使用前,须充分轻轻搅拌,以防空气渗入。

(4)涂胶。涂液体胶时,用刷、喷、浸、注和漏胶的方法。刷胶适合大面积区域,如机匣密封面,喷胶要通风,浸胶适合小接口,注胶适用于长条胶缝,漏胶属于效率高的机械化涂胶方式。

(5)固化。黏合剂的固化主要受温度、时间和压力三个参数控制。固化后缓慢冷却,有助于减小内应力和变形,特别是对黏结薄壁零件或热膨胀系数不同的零件尤为重要。零件的固化压力取决于黏结件的大小、形状和设备情况。平面黏结可用压力机、杠杆加压器加压,简单小件可用弓形夹具加压,形状复杂的制件可用真空袋或借助于热压釜、专用夹具加压。

(6)机械加工。黏结件完全固化后,机械加工至规定的尺寸或型面,加工时应控制切削力及切削温度。

2.黏结的特点

(1)工艺简单,可连接部分不易焊接或铆接的金属和非金属。

(2)接头应力分布均匀,减少了薄板结构的焊、铆、螺栓连接而引起的应力集中和局部变形。

(3)具有密封、绝缘、耐水和耐油等特点。

(4)黏结可降低零件的加工精度。

(5)工艺过程可机械化和自动化。

(6)不适合高温部件,易老化,不能承受大的冲击。