閥芯微小孔毛刺去除方法

■首都航天機(jī)械公司 （北京 100076） 范會(huì)玉 陳 靖 遲宏波 楊一明 馬 寧 王春玲

閥芯微小孔毛刺去除方法

■首都航天機(jī)械公司 （北京 100076） 范會(huì)玉 陳 靖 遲宏波 楊一明 馬 寧 王春玲

摘要：針對(duì)某航天閥芯微小深孔毛刺去除困難的問(wèn)題，研究了電解去毛刺工藝方法。主要包括微小深孔電解去毛刺工具陰極設(shè)計(jì)、參數(shù)控制及加工后零件的清洗。研究結(jié)果表明，對(duì)于微小深孔，只要合理設(shè)計(jì)工具陰極及控制加工參數(shù)，就可以有效去除毛刺，保證零件質(zhì)量。

對(duì)液體推進(jìn)劑運(yùn)載火箭和導(dǎo)彈來(lái)說(shuō)，閥門是調(diào)節(jié)液體介質(zhì)的流量、壓力或打開(kāi)、切斷介質(zhì)通路的流體部件，通常安裝在管路中或儲(chǔ)箱上。閥門的種類很多，主要包括減壓器、壓調(diào)器、穩(wěn)壓器、安全溢出閥、保險(xiǎn)閥、排氣閥及電磁閥等。

閥門組件結(jié)構(gòu)通常都比較復(fù)雜，閥芯導(dǎo)向配合間隙小，閥芯與閥座貼合嚴(yán)密，密封性要求高；其內(nèi)部流體通路迂回曲折，有很多小直徑相交孔、深孔、盲孔。閥門加工精密、裝配調(diào)試要求高、試驗(yàn)環(huán)節(jié)多。因此閥門對(duì)多余物比較敏感，多余物的危害很大，應(yīng)嚴(yán)加控制。

閥芯是閥門中的關(guān)鍵零件，它與閥座組成密封副，控制介質(zhì)流動(dòng)和流速。為建立流體流道，或因反饋壓力需要，在閥芯上往往加工有連通孔，一般是比較深的微小孔。此處相交孔多余物檢查為質(zhì)量控制點(diǎn)，應(yīng)采用特殊工藝方法予以保證。

1. 閥芯去毛刺工藝方法選擇

某航天增壓電磁閥閥芯零件如圖1a所示，2個(gè)微小深孔尺寸為φ0.4mm，加工方法為鉆削加工。在零件中心孔φ16mm方向可見(jiàn)相交處存在明顯毛刺，圖1b所示為內(nèi)窺鏡下觀察到翻邊毛刺。

目前去除毛刺的方法主要有機(jī)械式拋光法、磁力研磨法、化學(xué)拋光法和電解去毛刺法等。對(duì)于直徑較大孔采用上述方法去毛刺技術(shù)比較成熟，但是對(duì)于直徑小于0.5mm的微小孔，機(jī)械式拋光或磁力研磨拋光可能會(huì)導(dǎo)致磨料、微小顆粒或材料移除物等物質(zhì)將微小孔覆蓋，甚至填滿堵塞；化學(xué)拋光加工時(shí)間較長(zhǎng)，而且會(huì)對(duì)零件非加工表面產(chǎn)生腐蝕；電解去毛刺法無(wú)機(jī)械力、可達(dá)性好，適用于強(qiáng)度較低及傳統(tǒng)方法難以到達(dá)的區(qū)域。

考慮到該零件相交孔處位置較深，一般工具可達(dá)性差，而且孔小，工具不易準(zhǔn)確定位目標(biāo)處，因此擬選用電解去毛刺方法。

圖1　閥芯示意圖

2. 電解去毛刺原理

電解去毛刺的基本原理是利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽(yáng)極溶解的原理對(duì)金屬零件進(jìn)行加工，同時(shí)利用毛刺處電力線集中、局部電流密度大以及電化學(xué)溶解速度快的特點(diǎn)，使毛刺等突出部位優(yōu)先得到去除，即電化學(xué)的“尖端效應(yīng)”現(xiàn)象。電解去毛刺時(shí)，零件接電源正極，構(gòu)成陽(yáng)極；工具電極接電源負(fù)極，構(gòu)成陰極，兩極之間保持一定的間隙，其間充滿流動(dòng)的電解液，接通電源后，電化學(xué)反應(yīng)開(kāi)始進(jìn)行（見(jiàn)圖2）。

圖2　電解去毛刺示意圖

3. 閥芯電解去毛刺工藝試驗(yàn)

（1）去毛刺工具電極設(shè)計(jì)。根據(jù)零件微小孔的加工方法，鉆削毛刺位于φ16mm孔方向，同時(shí)由于φ0.4mm小孔工具電極制作困難，因此考慮從φ16mm孔一次進(jìn)行兩處相交孔毛刺去除。由于φ16mm孔尺寸精度及表面粗糙度均有較高要求，因此電解去毛刺時(shí)需對(duì)零件非加工面做好防護(hù)，防止對(duì)非加工面的雜散腐蝕，電極設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)電極非工作面進(jìn)行絕緣保護(hù)。

電極桿材料選用導(dǎo)電良好的黃銅，絕緣套采用氟塑料或硬塑料，絕緣層厚度約為0.4～0.6mm，絕緣套對(duì)應(yīng)2個(gè)φ0.4mm微小孔部位加工2個(gè)φ1m m通孔，用于露出局部電極桿作為電解去毛刺的工作刃，電極設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制工作刃的位置，保證電極裝入零件后與相交孔部位相對(duì)應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)相交孔處毛刺的有效去除（見(jiàn)圖3）。

（2）閥芯電解去毛刺的工藝參數(shù)。電解去毛刺設(shè)備：D K3740 B；零件材料：1 Cr 18 Ni 9 Ti；電解液：8% ～16% NaNO3溶液；加工電壓：20V；電解液壓力：0.2～0.4MPa；加工時(shí)間：10～20s；溫度：室溫。

加工過(guò)程注意事項(xiàng)：①零件裝夾過(guò)程需將電極2個(gè)φ1mm工作刃與零件2個(gè)φ0.4mm對(duì)準(zhǔn)，確保去除效果。②開(kāi)啟電解液按鈕后，仔細(xì)觀察零件兩個(gè)微小孔是否有電解液噴出，若流液不暢，需停止加工，仔細(xì)調(diào)整電極工作刃與零件的相對(duì)位置，直至兩個(gè)微小孔噴液暢通后方可進(jìn)行加工。③加工時(shí)間根據(jù)毛刺去除效果確定，可先加工10s進(jìn)行內(nèi)窺檢查。

（3）零件清洗。零件加工完成后發(fā)現(xiàn)，φ16mm內(nèi)腔中對(duì)應(yīng)兩個(gè)微孔附近存在電解產(chǎn)物流出時(shí)產(chǎn)生的彩色條紋，去除方法如下：①用綢布蘸取適量體積濃度為1:1的硝酸擦拭內(nèi)腔中彩色條紋，直至條紋消失。②用酒精擦拭內(nèi)腔。③用清水將零件內(nèi)腔清洗干凈。

圖3　閥芯電解去毛刺工具陰極及加工示意圖

圖4　毛刺去除前后對(duì)比

（4）試驗(yàn)結(jié)果。采用韋林XLGO+系列工業(yè)內(nèi)窺鏡，對(duì)2個(gè)φ0.4mm與φ16mm相交處進(jìn)行內(nèi)窺檢查，零件加工10s后大部分零件相交孔處已無(wú)毛刺，個(gè)別零件微小孔處還存在少量毛刺，再加工10s后，內(nèi)窺檢查毛刺均被去除

（見(jiàn)圖4b）。

4. 結(jié)語(yǔ)

（1）微小孔電解去毛刺的關(guān)鍵是工具電極的設(shè)計(jì)，工具電極的工作刃應(yīng)精確對(duì)準(zhǔn)毛刺部位，并對(duì)零件的非加工面做好防護(hù)，確保加工質(zhì)量。

（2）合理選擇加工時(shí)間，以剛好去掉毛刺為宜，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)對(duì)微小孔附近造成過(guò)度腐蝕，降低產(chǎn)品精度。

（3）采用電解去毛刺方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微孔相交處毛刺的有效去除，單件加工只需要幾十秒的時(shí)間，加工效率高，質(zhì)量好。

（4）電解去毛刺工藝只需準(zhǔn)備專用的工具陰極和少量的NaNO3電解液（根據(jù)電解槽容積大約100～500L）。加工過(guò)程中工具陰極無(wú)損耗，一次投資可大批量生產(chǎn)。

總之，電解去除毛刺工藝效率高、質(zhì)量好、成本低，對(duì)于微小孔去毛刺優(yōu)勢(shì)更加明顯，可進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王春玲，頓賽英，鄭德晃，等.火箭與導(dǎo)彈產(chǎn)品多余物控制[M].北京：中國(guó)宇航出版社，2009.

[2] 徐文驥，余自遠(yuǎn)，孫晶，等. 微小孔電化學(xué)去毛刺試驗(yàn)研究[J].航空制造技術(shù)，2011(19)：70-75.

專家點(diǎn)評(píng)

電解去除毛刺適用于傳統(tǒng)拋光方法難以到達(dá)的工件內(nèi)腔區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微孔相交處毛刺的有效去除。該文以閥芯零件直徑0.4mm的微小孔為例，詳細(xì)介紹了電解去除毛刺的方法和過(guò)程。文章寫得很好，工藝試驗(yàn)中的每一個(gè)步驟都做到圖文并茂，細(xì)致入微，有一定的參考價(jià)值。

收稿日期：（20141223）