崔西艳 程琳
中航西安飞机工业集团股份有限公司热表处理厂技术室 陕西西安 710089
【内容摘要】本文论述了铝合金化学铣切的原理，分析了影响多台阶化铣零件厚度尺寸控制的各种因素，并结合生产实际提出了提高多台阶化铣厚度尺寸控制的方法。
关键词：化学铣切厚度多台阶控制
一：前言
铝合金化学铣切是依靠化学溶液对工件表面溶解的一种加工技术。通过对化学溶液的有效控制，从工件上预先确定的部位、范围与深度上除去基体材料，从而获得所需的加工尺寸和加工精度。该方法主要用于普通机械方法难以加工的零件，如整体壁板、0.8mm以下的薄壁蒙皮、挤压型材等。加工中无机械力、无加工应力，对工件几乎无刚性要求；工装设备简单、贯彻更改迅速。随着航空航天事业的发展，化学铣切加工技术的重要性日益受到重视。
在实际生产中由于化铣槽工艺参数、工艺过程控制等诸多因素的影响，化铣零件会出现厚度尺寸不符合公差要求，特别是多台阶零件，更容易出现尺寸超差问题。本文拟从化学铣切的反应原理着手，分析各工艺参数、工艺过程对化铣厚度尺寸控制的影响，并结合生产实际，总结出提高化铣厚度尺寸控制措施。
二：铝合金化学铣切原理
化铣槽中的主要成份是氢氧化钠、硫化钠、三乙醇胺、Al3+，其发生的化学反应为：
(1)表面氧化膜被碱溶液溶解，生成偏铝酸钠:
Al203+2NaOH=2NaAl02+H2O
(2)除去保护膜后的铝与水反应置换出氢气:
2Al+6H2O=2Al(OH)3↓十3H2↑+Q（热量）
(3)生成的氢氧化铝凝胶溶解在碱溶液中，生成偏铝酸钠:
2Al(OH)3+2NaOH=2NaAl02十4H2O
由此可见，铝跟碱溶液的反应，实际上是铝与水的反应，碱的存在只起了溶解铝的氧化膜和氢氧化铝的作用，促使铝与水迅速反应。
三：铝合金化学铣切典型工艺流程
材料检查→溶剂除油→装挂→碱除油→温水洗→喷淋→脱氧→冷水洗及喷淋→干燥→涂保护层→保护胶检测→刻型→装挂→化铣→去污→尺寸检查→交检。
四：影响多台阶化铣厚度的主要因素及控制措施
1.槽液参数对多台阶化铣厚度的影响与控制
1.1浓度的影响
化铣槽各成份的含量：
氢氧化钠120～195克/升
硫化钠11～26克/升
Al3+19～75克/升
三乙醇胺30～60克/升
理论上，只要各浓度控制在上述范围内都是允许的。但在实际生产中应控制成份之间的协调。在化铣槽中，氢氧化钠和Al3+的含量是最主要的控制参数。在新配溶液中氢氧化钠含量高，铝离子含量低，腐蚀速率快，并且溶液不稳定，容易产生铣切缺陷。但是，随着化学铣切的进行，铝离子的含量不断增加，使溶液腐蚀速率下降，铣切边缘和下部会出现不规则腐蚀。在实际生产中，当发现铝离子含量达到上限时，一般采取排出部分化学铣切溶液，然后用调整的方法来降低溶液中的铝离子含量。在槽子中添加硫化钠及三乙醇胺，目的是生成不溶性的硫化铜沉淀或铬离子，以达到抑制或消除铜的影响，改善表面质量。
1.2温度的影响
在化铣过程中，化铣槽液温度主要影响腐蚀速率，同等槽液状态下温度高则腐蚀速率大，温度低则腐蚀速率小。在化学铣切开始之前进行搅拌，以减少槽子的温度梯度是必要的。
1.3腐蚀速率的影响
腐蚀速率即单位时间的腐蚀量，与溶液成分含量、工作温度、零件材料等有关。在生产中发现，腐蚀速率太高，产生的气体排放不及，容易集聚在铣切边缘形成气袋造成坑穴样缺陷；腐蚀速率太低，铣切面上腐蚀产物消失缓慢，妨碍化学反应的进行。零件化铣厚度的控制是根据化铣槽的腐蚀速率来决定的，在零件化铣前，必须用同材料的试片测量槽液的腐蚀速率，零件腐蚀时先腐蚀需腐蚀深度的60～80%，确定零件实际的腐蚀速率，最终腐蚀到规定尺寸。
2.原材料厚度均匀性对多台阶化铣厚度的影响与控制
2.1在生产中，经常会碰到原材料不均匀导致最终化铣厚度超差。因此，在化铣前厚度测量的选择就非常重要，测量点的选择应该覆盖所有化铣区。对于同一尺寸最大厚度和最小厚度已经超过化铣公差的情况，必须保证最小厚度不能超过最小公差，超厚部分后续采用机械修复的方法，以保证所有厚度在正常范围内。
2.2零件成型导致的材料厚度不均匀
由于成型的需要，导致零件厚度局部不均匀，成型曲度越大，对厚度的均匀性影响越大。对这类零件，必须反复测量成型部位的厚度值，找到尺寸最小和最大的点，在化铣过程中才能做好重点部位的测量，保证所有厚度在正常范围内。
3.测量工具对化铣厚度的影响与控制
3.1使用的超声波厚度检测仪包括校准快必须在校验合格期内有效使用，使用的校准块材料必须与化铣零件的材料相同。
3.2采用心算，造成化铣时槽液的实际腐蚀速率计算出错，是导致化铣厚度超差经常会碰到的问题。解决办法是两人同时操作，并加以验证，用计算器进行精确计算。
4.工艺过程对多台阶化铣厚度的影响与控制
4.1化铣时，零件测量点选择少，不足以代表整槽零件的厚度状态，造成零件不同程度的超差。解决办法是增加测量零件的数量、测量点，记录特殊位置数据，在化铣过程中监控。
4.2测量区域选择不当。大量的试验表明，零件同厚度的化铣区，化铣区大，该区域的腐蚀速率快；化铣区小则腐蚀速率小。如果只测量区域大的化铣区，小区域的化铣区厚度会超正差；只测量小区域化铣区厚度，大区域的化铣区厚度将会超负差。解决的办法是增加化铣区域的测量范围，每隔200mm交错测量，取其厚度平均值来控制。
4.3大尺寸，大深度的蒙皮上下深度超差。原因是零件进槽、出槽的时间差引起蒙皮上下部位腐蚀时间不同。解决的办法是在化铣过程中采用上下翻转装挂零件的方法来消除偏差，并避免零件多次出入槽。
4.4对于多台阶的化铣蒙皮，在化铣时，前一两个台阶厚度应取正差，每化铣一次零件上下翻转一次，中间的几个台阶渐渐取中间值，最终一次调整到位，保证所有台阶厚度在尺寸公差范围内。
4.5化铣槽没有搅拌或搅拌不均匀，腐蚀液存在浓度梯度，各处腐蚀速率不一致；化铣槽温差大，温均性不好，结果都会导致化铣区厚度尺寸不均匀，超差。
4.6考虑包铝层对多台阶化铣的影响。通常情况下，同样的工艺状态，裸铝的腐蚀速率比包铝的快，台阶越多，这种情况影响就越大。
4.7控制化铣槽液温度。对于零件尺寸大，材料厚度小的蒙皮，为避免零件变形，厚度不均匀等缺陷，通常采用91～94℃的低温化铣。原因是在高温条件下，零件腐蚀过程中氢气的释放量急剧增加，导致零件处于近乎“沸腾”的溶液中左右摆动而产生变形。
参考资料：表面处理工艺手册沈宁一等编上海科学技术出版社出版1991年1月。