阀芯微小孔毛刺去除方法

■首都航天机械公司 （北京 100076） 范会玉 陈 靖 迟宏波 杨一明 马 宁 王春玲

阀芯微小孔毛刺去除方法

■首都航天机械公司 （北京 100076） 范会玉 陈 靖 迟宏波 杨一明 马 宁 王春玲

摘要：针对某航天阀芯微小深孔毛刺去除困难的问题，研究了电解去毛刺工艺方法。主要包括微小深孔电解去毛刺工具阴极设计、参数控制及加工后零件的清洗。研究结果表明，对于微小深孔，只要合理设计工具阴极及控制加工参数，就可以有效去除毛刺，保证零件质量。

对液体推进剂运载火箭和导弹来说，阀门是调节液体介质的流量、压力或打开、切断介质通路的流体部件，通常安装在管路中或储箱上。阀门的种类很多，主要包括减压器、压调器、稳压器、安全溢出阀、保险阀、排气阀及电磁阀等。

阀门组件结构通常都比较复杂，阀芯导向配合间隙小，阀芯与阀座贴合严密，密封性要求高；其内部流体通路迂回曲折，有很多小直径相交孔、深孔、盲孔。阀门加工精密、装配调试要求高、试验环节多。因此阀门对多余物比较敏感，多余物的危害很大，应严加控制。

阀芯是阀门中的关键零件，它与阀座组成密封副，控制介质流动和流速。为建立流体流道，或因反馈压力需要，在阀芯上往往加工有连通孔，一般是比较深的微小孔。此处相交孔多余物检查为质量控制点，应采用特殊工艺方法予以保证。

1. 阀芯去毛刺工艺方法选择

某航天增压电磁阀阀芯零件如图1a所示，2个微小深孔尺寸为φ0.4mm，加工方法为钻削加工。在零件中心孔φ16mm方向可见相交处存在明显毛刺，图1b所示为内窥镜下观察到翻边毛刺。

目前去除毛刺的方法主要有机械式抛光法、磁力研磨法、化学抛光法和电解去毛刺法等。对于直径较大孔采用上述方法去毛刺技术比较成熟，但是对于直径小于0.5mm的微小孔，机械式抛光或磁力研磨抛光可能会导致磨料、微小颗粒或材料移除物等物质将微小孔覆盖，甚至填满堵塞；化学抛光加工时间较长，而且会对零件非加工表面产生腐蚀；电解去毛刺法无机械力、可达性好，适用于强度较低及传统方法难以到达的区域。

考虑到该零件相交孔处位置较深，一般工具可达性差，而且孔小，工具不易准确定位目标处，因此拟选用电解去毛刺方法。

图1　阀芯示意图

2. 电解去毛刺原理

电解去毛刺的基本原理是利用金属在电解液中产生阳极溶解的原理对金属零件进行加工，同时利用毛刺处电力线集中、局部电流密度大以及电化学溶解速度快的特点，使毛刺等突出部位优先得到去除，即电化学的“尖端效应”现象。电解去毛刺时，零件接电源正极，构成阳极；工具电极接电源负极，构成阴极，两极之间保持一定的间隙，其间充满流动的电解液，接通电源后，电化学反应开始进行（见图2）。

图2　电解去毛刺示意图

3. 阀芯电解去毛刺工艺试验

（1）去毛刺工具电极设计。根据零件微小孔的加工方法，钻削毛刺位于φ16mm孔方向，同时由于φ0.4mm小孔工具电极制作困难，因此考虑从φ16mm孔一次进行两处相交孔毛刺去除。由于φ16mm孔尺寸精度及表面粗糙度均有较高要求，因此电解去毛刺时需对零件非加工面做好防护，防止对非加工面的杂散腐蚀，电极设计时需要对电极非工作面进行绝缘保护。

电极杆材料选用导电良好的黄铜，绝缘套采用氟塑料或硬塑料，绝缘层厚度约为0.4～0.6mm，绝缘套对应2个φ0.4mm微小孔部位加工2个φ1m m通孔，用于露出局部电极杆作为电解去毛刺的工作刃，电极设计时应严格控制工作刃的位置，保证电极装入零件后与相交孔部位相对应，以实现对相交孔处毛刺的有效去除（见图3）。

（2）阀芯电解去毛刺的工艺参数。电解去毛刺设备：D K3740 B；零件材料：1 Cr 18 Ni 9 Ti；电解液：8% ～16% NaNO3溶液；加工电压：20V；电解液压力：0.2～0.4MPa；加工时间：10～20s；温度：室温。

加工过程注意事项：①零件装夹过程需将电极2个φ1mm工作刃与零件2个φ0.4mm对准，确保去除效果。②开启电解液按钮后，仔细观察零件两个微小孔是否有电解液喷出，若流液不畅，需停止加工，仔细调整电极工作刃与零件的相对位置，直至两个微小孔喷液畅通后方可进行加工。③加工时间根据毛刺去除效果确定，可先加工10s进行内窥检查。

（3）零件清洗。零件加工完成后发现，φ16mm内腔中对应两个微孔附近存在电解产物流出时产生的彩色条纹，去除方法如下：①用绸布蘸取适量体积浓度为1:1的硝酸擦拭内腔中彩色条纹，直至条纹消失。②用酒精擦拭内腔。③用清水将零件内腔清洗干净。

图3　阀芯电解去毛刺工具阴极及加工示意图

图4　毛刺去除前后对比

（4）试验结果。采用韦林XLGO+系列工业内窥镜，对2个φ0.4mm与φ16mm相交处进行内窥检查，零件加工10s后大部分零件相交孔处已无毛刺，个别零件微小孔处还存在少量毛刺，再加工10s后，内窥检查毛刺均被去除

（见图4b）。

4. 结语

（1）微小孔电解去毛刺的关键是工具电极的设计，工具电极的工作刃应精确对准毛刺部位，并对零件的非加工面做好防护，确保加工质量。

（2）合理选择加工时间，以刚好去掉毛刺为宜，时间过长会对微小孔附近造成过度腐蚀，降低产品精度。

（3）采用电解去毛刺方法可以实现对微孔相交处毛刺的有效去除，单件加工只需要几十秒的时间，加工效率高，质量好。

（4）电解去毛刺工艺只需准备专用的工具阴极和少量的NaNO3电解液（根据电解槽容积大约100～500L）。加工过程中工具阴极无损耗，一次投资可大批量生产。

总之，电解去除毛刺工艺效率高、质量好、成本低，对于微小孔去毛刺优势更加明显，可进一步推广应用。

参考文献：

[1] 王春玲，顿赛英，郑德晃，等.火箭与导弹产品多余物控制[M].北京：中国宇航出版社，2009.

[2] 徐文骥，余自远，孙晶，等. 微小孔电化学去毛刺试验研究[J].航空制造技术，2011(19)：70-75.

专家点评

电解去除毛刺适用于传统抛光方法难以到达的工件内腔区域，可以实现对微孔相交处毛刺的有效去除。该文以阀芯零件直径0.4mm的微小孔为例，详细介绍了电解去除毛刺的方法和过程。文章写得很好，工艺试验中的每一个步骤都做到图文并茂，细致入微，有一定的参考价值。

收稿日期：（20141223）