尼龍嵌件自鎖螺母組合件電鍍鎘工藝

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.信陽農林學院生物與制藥工程學院，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構的疲勞壽命低得多，即大量的緊固件在發生疲勞破壞之前就已經發生松脫失效。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，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計人員極為關注的重要課題。也正是這個原因，美國聯邦航空條例(FAR)明確規定：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。它采用的是應用最廣泛的一種防松方式──摩擦防松，即在螺紋副之間產生不隨外力變化的正壓力，以產生可以阻止螺紋副相對轉動的摩擦力。這種正壓力可通過軸向或同時兩向壓緊螺紋副來實現。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，并有良好的復原性和重復使用性，因此這種螺母的鎖緊性能優于同類使用環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：數控車→去毛刺→攻絲→制標→熱處理→探傷→電鍍→檢驗。

(2) 尼龍圈工藝路線：數控車→普車→穩定化→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。

表面處理車間發現在實際加工該類產品過程中，電鍍鎘后開槽去毛刺會將螺母體原本的鈍化膜層破壞，導致目視很難接受的產品外觀。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，產品由于沒有安裝尼龍嵌件，因此可以正常去應力、除氫。但是第二次電鍍時，由于產品安裝有尼龍嵌件，尼龍嵌件的使用溫度低于120 °C，而去應力、除氫溫度達到180 °C，這就給二次電鍍以及去應力、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，在產品生產及交付時，其室溫鎖緊(15次循環)等性能指標應符合航空技術標準HB 6533–1991《尼龍嵌件開槽自鎖螺母技術條件》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]。根據該型號螺母標準規定，尼龍嵌件的使用溫度一般為120 °C以下。為了避免電鍍去應力、除氫會造成尼龍嵌件老化，進而影響產品的鎖緊等性能，嘗試通過工藝調整來加以解決。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 結果與討論

由表1可以看出，方案一導致產品尼龍圈老化變形，部分產品的尼龍圈甚至消失，這應該是尼龍圈經過去應力、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。方案二的產品雖然鈍化膜層完整、美觀，但是尼龍圈顏色發生改變，無法判斷是否對產品性能造成影響，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生變化，但是無法判斷其機械性能是否合格，也需要進一步驗證。

方案二按照原工藝制度進行去應力、除氫，經目視，尼龍圈顏色已經發生變化，力矩穩定性差(見圖2)，已明顯出現失效的狀態。

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

方案三中產品未去應力、除氫，鎖緊試驗的結果符合要求(見表1)。

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

表1 方案三的試驗數據Table 1 Test data of scheme No.3

接著清查了庫存產品及跟蹤卡，發現以下問題：部分庫存產品的尼龍圈與方案三驗證批產品的尼龍圈顏色存在差異，懷疑是否進行二次電鍍后尼龍圈顏色發生了改變。于是立即去庫房檢查產品并查閱產品 跟蹤卡，發現該批次產品在加工過程中由于外觀問題，存在返工現象，增加了電鍍、去應力、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。發現該問題后，公司技術人員馬上會同質量人員，現場全面核查了庫存產品的外觀及跟蹤卡，將該類產品予以報廢處理，防止后續誤發給客戶而造成質量問題。為保證后續產品與已發貨產品在外觀與質量上的一致性，經過技術及質量人員討論，并與客戶溝通確認后，決定采用方案三的工藝進行電鍍加工，公司內部由技術部門出具技術通知單，將尼龍嵌件自鎖螺母的工藝路線進行了優化更新。

3 總結

尼龍圈的使用溫度低于120 °C，經過去應力、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行過去應力和除氫工序，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取消活化、出光工序。由于必須保證產品鈍化膜的完整，因此鈍化工序應保留。

為了保證尼龍嵌件開槽自鎖螺母組合件的質量穩定，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定：

(1) 對組合件產品進行有機溶劑(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。

(2) 不再進行去應力、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，鈍化時間嚴格控制在5 ~ 8 s。