某型有机玻璃制件银纹故障研究

刘诗碧

摘要：通过对某型有机玻璃制件进行密封性、拧紧力矩试验，分析了产生银纹故障的原因，确定了解决问题的方法，并完成了故障的修复，保障了装备的使用安全。

关键词：液压油箱;有机玻璃;应力;银纹故障

某型直升机液压油箱油量观察面板采用透明的YB-2或YB-3浇铸航空有机玻璃（PMMA）加工制成。在修理完成后的试飞过程中，该玻璃面板出现银纹的故障率较高（年均返工率>20%），既影响了直升机的试飞工作，也降低了企业修理质量信誉。因此，解决这一故障迫在眉睫。

1 液压油箱油量观察玻璃银纹原因分析

1.1 材料本身原因

浇铸航空有机玻璃在室温下是脆性材料，对缺口和应力集中非常敏感，抗裂纹扩展能力差，零件表面的任何机械划伤均会降低其强度。若零件中存在大的内应力及安装时装配应力过高，会诱发银纹甚至裂纹[1]。由于有机玻璃的线膨胀系数与金属材料相差很大，如果装配在金属骨架中时没有足够的热间隙，使材料的膨胀收缩受到限制，也会产生应力集中。这种应力以及其他使用应力将加速银纹扩展为裂纹，裂纹在直升机飞行振动的外力下很可能导致有机玻璃制件破损，危及飞行安全。

1.2 机械加工过程中内应力未消除

液压油箱油量观察玻璃涉及的主要机械加工方式包括下料时的锯切、车制成圆形、铣削其刻度线。成品件见图1。

浇铸航空有机玻璃导热率低，制造零件时极易因温度不均产生内应力。为消除制造过程产生的残余应力，成形的和装配的浇铸有机玻璃零件均应进行退火，并改善零件周边与骨架的贴合度[2]。而液压油箱油量观察玻璃制造工艺中却未规定机械加工后进行退火。

1.3 装配力矩过大

液压油箱油量观察玻璃装配工艺中未明确装配拧紧力矩的大小，完全凭工作者的经验进行装配工作。经分解测定：原机进厂该玻璃的装配拧紧力矩约为15N-m，而修理后该玻璃的装配拧紧力矩约为25N-m。

2 液压油箱油量观察玻璃密封性、拧紧力矩试验

2.1 密封性试验

以3N-m的拧紧力矩将液压油箱油量观察玻璃的固定螺母拧紧，按产品工艺规程要求进行密封性试验，未发现渗漏;再分别以12N-m、13N-m、14N-m和15N-m的拧紧力矩将液压油箱油量观察玻璃的固定螺母拧紧，并放入低温试验箱内，将温度设置为55℃，保温2h，取出后按产品工艺文件要求进行密封性试验，直至其恢复至室温，未发现渗漏。

2.2 拧紧力矩试验

选取经退火处理和未经退火处理的液压油箱油量观察玻璃，按工艺文件要求装配合格，将液压油箱油量观察玻璃固定螺母拧紧，拧紧力矩从15～20N·m共6個整数中逐次递增。然后模仿装机后正常工作温度放入温度为65℃～75℃的烘箱，保温2h，再随烘箱冷却至室温，取出检查是否产生银纹，具体试验结果见图2。

从图2中的试验数据可以看出，当拧紧力矩达到16N·m时，未经退火处理的液压油箱油量观察玻璃上产生银纹，经退火处理的液压油箱油量观察玻璃上无银纹;当拧紧力矩达到18N·m时，经退火与未退火处理的液压油箱油量观察玻璃上均产生银纹。从而确定，修理后该玻璃的装配拧紧力矩25N·m是故障产生的主要原因。

3 液压油箱油量观察玻璃银纹故障解决方案

3.1 消除零件机械加工内应力

当液压油箱油量观察玻璃机械加工完成后，揭掉保护层，清洁其表面的灰尘及压敏胶纸（膜）残留的压敏胶后，再用干燥、清洁的压缩空气吹干。将零件支撑在专用的支架或夹具上，使零件的型面与支架贴合，以保证其在退火过程中的外形稳定。放入温度容差为±5℃的加温箱中，在规定的退火温度下保持一定时间，退火温度及时间见表1，并自然冷却至40℃以下后从加温箱中取出。

3.2 规范装配力矩

根据液压油箱油量观察玻璃的密封性及拧紧力矩试验结果，确定其装配时固定螺母的拧紧力矩宜控制在13±lN·m范围内，并落实在相关工艺文件中实施控制，装配合格后的产品见图3。

4 结论

经过退火处理的液压油箱油量观察玻璃，按规定的装配拧紧力矩进行装配，在试飞及使用过程中，再未出现银纹故障现象，确保了该有机玻璃制件具有良好的光学性能、足够的结构强度及较长的使用寿命，提高了该型直升机修理质量。同时，也为其他航空装备修理时同类故障的处理提供了解决思路。

参考文献

[1]中国航空材料手册第7卷塑料透明材料绝缘材料（第2版）[M].北京：中国标准出版社，2001.

[2]HB/Z 125-1988飞机有机玻璃透明件制造工艺说明书[S].中华人民共和国航空工业部.