賈凱，邱婷，赫丁軒，趙麗平，張文謙，郭磊磊，石大鵬，程全士，劉敏杰,

（1.信陽農(nóng)林學(xué)院生物與制藥工程學(xué)院，河南 信陽 464000； 2.河南航天精工制造有限公司，河南 信陽 464000）

現(xiàn)代飛機大量采用緊固件的機械連接方法將飛機零部件連接成整體，單架飛機緊固件使用量少則幾十萬件，多則上百萬件。這些緊固件的抗振松脫壽命通常比其材料和結(jié)構(gòu)的疲勞壽命低得多，即大量的緊固件在發(fā)生疲勞破壞之前就已經(jīng)發(fā)生松脫失效。這些連接飛機重要零部件的緊固件一旦失效，不僅會影響所連接零部件的正常運轉(zhuǎn)，甚至有可能造成機毀人亡的后果。因此，如何提高緊固件的防松脫性能一直是飛機設(shè)計人員極為關(guān)注的重要課題。也正是這個原因，美國聯(lián)邦航空條例(FAR)明確規(guī)定：重要部位的螺紋連接必須具有兩套獨立的鎖緊裝置。尼龍嵌件開槽自鎖螺母就是能滿足上述適航性要求，具有雙重鎖緊功能的緊固件之一[1]。尼龍嵌件自鎖螺母組合件(見圖1)是一種高抗振防松緊固件，能用于工作溫度在?50 ~ 100 °C的航空航天各類機器、電器零部件中。它采用的是應(yīng)用最廣泛的一種防松方式──摩擦防松，即在螺紋副之間產(chǎn)生不隨外力變化的正壓力，以產(chǎn)生可以阻止螺紋副相對轉(zhuǎn)動的摩擦力。這種正壓力可通過軸向或同時兩向壓緊螺紋副來實現(xiàn)。在螺紋副安裝過程中，螺栓的螺紋對螺母中嵌入的 尼龍圈擠壓，使得尼龍圈變形，安裝完畢后尼龍圈和螺紋完全是擠壓接觸，被擠壓的尼龍圈對螺栓產(chǎn)生一個很大的回彈力，這個力使得螺栓不容易松動。由于尼龍圈材料具有良好的彈性和耐磨性，能有效吸收外來的沖擊振動，并有良好的復(fù)原性和重復(fù)使用性，因此這種螺母的鎖緊性能優(yōu)于同類使用環(huán)境的全金屬自鎖螺母[1-2]。

圖1 尼龍嵌件開槽自鎖螺母組合件Figure 1 Nylon insert slotted self-locking nut assembly

1 試驗

某公司尼龍嵌件自鎖螺母組合件的主要加工工藝分為螺母體工藝、尼龍圈工藝和組件工藝。

(1) 螺母體工藝路線：數(shù)控車→去毛刺→攻絲→制標(biāo)→熱處理→探傷→電鍍→檢驗。

(2) 尼龍圈工藝路線：數(shù)控車→普車→穩(wěn)定化→檢驗。

(3) 組件工藝路線：清洗→裝配→收口→開槽→去毛刺→涂防銹油→檢驗。

表面處理車間發(fā)現(xiàn)在實際加工該類產(chǎn)品過程中，電鍍鎘后開槽去毛刺會將螺母體原本的鈍化膜層破壞，導(dǎo)致目視很難接受的產(chǎn)品外觀。原工藝中的表面處理方式為“涂防銹油”，考慮到“涂防銹油”本身并不能起到長期有效的防腐作用，操作過程不易控制，并且通過目視能夠清楚地看到鈍化膜層由于“去毛刺”而產(chǎn)生的擦傷痕跡。因此從外觀和防腐性能考慮，最好的解決方法就是重新電鍍。第一次電鍍時，產(chǎn)品由于沒有安裝尼龍嵌件，因此可以正常去應(yīng)力、除氫。但是第二次電鍍時，由于產(chǎn)品安裝有尼龍嵌件，尼龍嵌件的使用溫度低于120 °C，而去應(yīng)力、除氫溫度達(dá)到180 °C，這就給二次電鍍以及去應(yīng)力、除氫帶來更大的困難。尼龍嵌件開槽自鎖螺母的抗振防松性能主要通過尼龍嵌件來實現(xiàn)，在產(chǎn)品生產(chǎn)及交付時，其室溫鎖緊(15次循環(huán))等性能指標(biāo)應(yīng)符合航空技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)HB 6533–1991《尼龍嵌件開槽自鎖螺母技術(shù)條件》的要求。因此，需要通過工藝試驗來驗證二次電鍍對尼龍嵌件自鎖螺母外觀、鎖緊等性能的影響。

該型號自鎖螺母所用尼龍嵌件材料為聚己二酰己二胺，俗稱尼龍-66，是一種熱塑性樹脂，一般是由己二酸和己二胺縮聚制成[3]。根據(jù)該型號螺母標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，尼龍嵌件的使用溫度一般為120 °C以下。為了避免電鍍?nèi)?yīng)力、除氫會造成尼龍嵌件老化，進(jìn)而影響產(chǎn)品的鎖緊等性能，嘗試通過工藝調(diào)整來加以解決。專門針對帶有尼龍嵌件的自鎖螺母第二次電鍍鎘制定了以下幾種工藝試驗方案[4]。

方案一：驗收→除油→去應(yīng)力→退膜→活化→電鍍鎘→干燥→除氫→出光→鈍化→干燥→檢驗→包裝。

方案二：驗收→除油→去應(yīng)力→退膜→電鍍鎘→干燥→除氫→鈍化→干燥→檢驗→包裝。

方案三：驗收→除油→退膜→電鍍鎘→鈍化→干燥→檢驗→包裝。

2 結(jié)果與討論

由表1可以看出，方案一導(dǎo)致產(chǎn)品尼龍圈老化變形，部分產(chǎn)品的尼龍圈甚至消失，這應(yīng)該是尼龍圈經(jīng)過去應(yīng)力、除氫等高溫工序老化后，在活化、出光等過程中被酸性溶液溶解所致。因此方案一明顯不符合要求。方案二的產(chǎn)品雖然鈍化膜層完整、美觀，但是尼龍圈顏色發(fā)生改變，無法判斷是否對產(chǎn)品性能造成影響，需要做鎖緊試驗來驗證。方案三的鈍化膜層完整，尼龍圈外觀及形狀未發(fā)生變化，但是無法判斷其機械性能是否合格，也需要進(jìn)一步驗證。

方案二按照原工藝制度進(jìn)行去應(yīng)力、除氫，經(jīng)目視，尼龍圈顏色已經(jīng)發(fā)生變化，力矩穩(wěn)定性差(見圖2)，已明顯出現(xiàn)失效的狀態(tài)。

圖2 方案二的性能試驗圖Figure 2 Performance test diagrams of scheme No.2

方案三中產(chǎn)品未去應(yīng)力、除氫，鎖緊試驗的結(jié)果符合要求(見表1)。

由上述試驗數(shù)據(jù)對比可以看出，方案三的產(chǎn)品螺母體與尼龍圈外觀合格，在試驗過程中螺母沒有開裂，尼龍圈沒有出現(xiàn)損傷、粉碎、擠出、掉渣等缺陷，其鎖緊性能指標(biāo)完全符合該型號產(chǎn)品的驗收標(biāo)準(zhǔn)(見表1)。因此，方案三的電鍍工藝路線滿足了產(chǎn)品的外觀需求，且鎖緊性能等核心指標(biāo)符合客戶的驗收標(biāo)準(zhǔn)，因此擬選取方案三的電鍍工藝路線進(jìn)行后續(xù)產(chǎn)品加工。

表1 方案三的試驗數(shù)據(jù)Table 1 Test data of scheme No.3

接著清查了庫存產(chǎn)品及跟蹤卡，發(fā)現(xiàn)以下問題：部分庫存產(chǎn)品的尼龍圈與方案三驗證批產(chǎn)品的尼龍圈顏色存在差異，懷疑是否進(jìn)行二次電鍍后尼龍圈顏色發(fā)生了改變。于是立即去庫房檢查產(chǎn)品并查閱產(chǎn)品 跟蹤卡，發(fā)現(xiàn)該批次產(chǎn)品在加工過程中由于外觀問題，存在返工現(xiàn)象，增加了電鍍、去應(yīng)力、除氫等工序。這說明必須按照方案三的電鍍工藝路線才能保證尼龍圈不變色。發(fā)現(xiàn)該問題后，公司技術(shù)人員馬上會同質(zhì)量人員，現(xiàn)場全面核查了庫存產(chǎn)品的外觀及跟蹤卡，將該類產(chǎn)品予以報廢處理，防止后續(xù)誤發(fā)給客戶而造成質(zhì)量問題。為保證后續(xù)產(chǎn)品與已發(fā)貨產(chǎn)品在外觀與質(zhì)量上的一致性，經(jīng)過技術(shù)及質(zhì)量人員討論，并與客戶溝通確認(rèn)后，決定采用方案三的工藝進(jìn)行電鍍加工，公司內(nèi)部由技術(shù)部門出具技術(shù)通知單，將尼龍嵌件自鎖螺母的工藝路線進(jìn)行了優(yōu)化更新。

3 總結(jié)

尼龍圈的使用溫度低于120 °C，經(jīng)過去應(yīng)力、除氫等高溫工序老化后會溶解在活化、出光的酸性溶液中?？紤]到螺母體在第一次電鍍時已進(jìn)行過去應(yīng)力和除氫工序，以及組合件二次電鍍時間較短、鍍層較薄，二次電鍍鎘過程中應(yīng)取消活化、出光工序。由于必須保證產(chǎn)品鈍化膜的完整，因此鈍化工序應(yīng)保留。

為了保證尼龍嵌件開槽自鎖螺母組合件的質(zhì)量穩(wěn)定，將其組件工藝中“開槽”后的“涂防銹油”工序改為“電鍍”工序。同時對該型號尼龍嵌件自鎖螺母組合件“電鍍”工序的操作過程作出如下補充規(guī)定：

(1) 對組合件產(chǎn)品進(jìn)行有機溶劑(無水酒精、丙酮等)除油，再使用30 ~ 50 g/L的氫氧化鈉溶液將鈍化膜去除，時間以鈍化膜完全去除為準(zhǔn)。

(2) 不再進(jìn)行去應(yīng)力、活化等工序，直接電鍍鎘5 ~ 10 min。

(3) 電鍍完成后不除氫、出光，直接鈍化，鈍化時間嚴(yán)格控制在5 ~ 8 s。