尼龙嵌件自锁螺母组合件电镀镉工艺

贾凯，邱婷，赫丁轩，赵丽平，张文谦，郭磊磊，石大鹏，程全士，刘敏杰,

（1.信阳农林学院生物与制药工程学院，河南 信阳 464000； 2.河南航天精工制造有限公司，河南 信阳 464000）

现代飞机大量采用紧固件的机械连接方法将飞机零部件连接成整体，单架飞机紧固件使用量少则几十万件，多则上百万件。这些紧固件的抗振松脱寿命通常比其材料和结构的疲劳寿命低得多，即大量的紧固件在发生疲劳破坏之前就已经发生松脱失效。这些连接飞机重要零部件的紧固件一旦失效，不仅会影响所连接零部件的正常运转，甚至有可能造成机毁人亡的后果。因此，如何提高紧固件的防松脱性能一直是飞机设计人员极为关注的重要课题。也正是这个原因，美国联邦航空条例(FAR)明确规定：重要部位的螺纹连接必须具有两套独立的锁紧装置。尼龙嵌件开槽自锁螺母就是能满足上述适航性要求，具有双重锁紧功能的紧固件之一[1]。尼龙嵌件自锁螺母组合件(见图1)是一种高抗振防松紧固件，能用于工作温度在−50 ~ 100 °C的航空航天各类机器、电器零部件中。它采用的是应用最广泛的一种防松方式──摩擦防松，即在螺纹副之间产生不随外力变化的正压力，以产生可以阻止螺纹副相对转动的摩擦力。这种正压力可通过轴向或同时两向压紧螺纹副来实现。在螺纹副安装过程中，螺栓的螺纹对螺母中嵌入的 尼龙圈挤压，使得尼龙圈变形，安装完毕后尼龙圈和螺纹完全是挤压接触，被挤压的尼龙圈对螺栓产生一个很大的回弹力，这个力使得螺栓不容易松动。由于尼龙圈材料具有良好的弹性和耐磨性，能有效吸收外来的冲击振动，并有良好的复原性和重复使用性，因此这种螺母的锁紧性能优于同类使用环境的全金属自锁螺母[1-2]。

图1 尼龙嵌件开槽自锁螺母组合件Figure 1 Nylon insert slotted self-locking nut assembly

1 试验

某公司尼龙嵌件自锁螺母组合件的主要加工工艺分为螺母体工艺、尼龙圈工艺和组件工艺。

(1) 螺母体工艺路线：数控车→去毛刺→攻丝→制标→热处理→探伤→电镀→检验。

(2) 尼龙圈工艺路线：数控车→普车→稳定化→检验。

(3) 组件工艺路线：清洗→装配→收口→开槽→去毛刺→涂防锈油→检验。

表面处理车间发现在实际加工该类产品过程中，电镀镉后开槽去毛刺会将螺母体原本的钝化膜层破坏，导致目视很难接受的产品外观。原工艺中的表面处理方式为“涂防锈油”，考虑到“涂防锈油”本身并不能起到长期有效的防腐作用，操作过程不易控制，并且通过目视能够清楚地看到钝化膜层由于“去毛刺”而产生的擦伤痕迹。因此从外观和防腐性能考虑，最好的解决方法就是重新电镀。第一次电镀时，产品由于没有安装尼龙嵌件，因此可以正常去应力、除氢。但是第二次电镀时，由于产品安装有尼龙嵌件，尼龙嵌件的使用温度低于120 °C，而去应力、除氢温度达到180 °C，这就给二次电镀以及去应力、除氢带来更大的困难。尼龙嵌件开槽自锁螺母的抗振防松性能主要通过尼龙嵌件来实现，在产品生产及交付时，其室温锁紧(15次循环)等性能指标应符合航空技术标准HB 6533–1991《尼龙嵌件开槽自锁螺母技术条件》的要求。因此，需要通过工艺试验来验证二次电镀对尼龙嵌件自锁螺母外观、锁紧等性能的影响。

该型号自锁螺母所用尼龙嵌件材料为聚己二酰己二胺，俗称尼龙-66，是一种热塑性树脂，一般是由己二酸和己二胺缩聚制成[3]。根据该型号螺母标准规定，尼龙嵌件的使用温度一般为120 °C以下。为了避免电镀去应力、除氢会造成尼龙嵌件老化，进而影响产品的锁紧等性能，尝试通过工艺调整来加以解决。专门针对带有尼龙嵌件的自锁螺母第二次电镀镉制定了以下几种工艺试验方案[4]。

方案一：验收→除油→去应力→退膜→活化→电镀镉→干燥→除氢→出光→钝化→干燥→检验→包装。

方案二：验收→除油→去应力→退膜→电镀镉→干燥→除氢→钝化→干燥→检验→包装。

方案三：验收→除油→退膜→电镀镉→钝化→干燥→检验→包装。

2 结果与讨论

由表1可以看出，方案一导致产品尼龙圈老化变形，部分产品的尼龙圈甚至消失，这应该是尼龙圈经过去应力、除氢等高温工序老化后，在活化、出光等过程中被酸性溶液溶解所致。因此方案一明显不符合要求。方案二的产品虽然钝化膜层完整、美观，但是尼龙圈颜色发生改变，无法判断是否对产品性能造成影响，需要做锁紧试验来验证。方案三的钝化膜层完整，尼龙圈外观及形状未发生变化，但是无法判断其机械性能是否合格，也需要进一步验证。

方案二按照原工艺制度进行去应力、除氢，经目视，尼龙圈颜色已经发生变化，力矩稳定性差(见图2)，已明显出现失效的状态。

图2 方案二的性能试验图Figure 2 Performance test diagrams of scheme No.2

方案三中产品未去应力、除氢，锁紧试验的结果符合要求(见表1)。

由上述试验数据对比可以看出，方案三的产品螺母体与尼龙圈外观合格，在试验过程中螺母没有开裂，尼龙圈没有出现损伤、粉碎、挤出、掉渣等缺陷，其锁紧性能指标完全符合该型号产品的验收标准(见表1)。因此，方案三的电镀工艺路线满足了产品的外观需求，且锁紧性能等核心指标符合客户的验收标准，因此拟选取方案三的电镀工艺路线进行后续产品加工。

表1 方案三的试验数据Table 1 Test data of scheme No.3

接着清查了库存产品及跟踪卡，发现以下问题：部分库存产品的尼龙圈与方案三验证批产品的尼龙圈颜色存在差异，怀疑是否进行二次电镀后尼龙圈颜色发生了改变。于是立即去库房检查产品并查阅产品 跟踪卡，发现该批次产品在加工过程中由于外观问题，存在返工现象，增加了电镀、去应力、除氢等工序。这说明必须按照方案三的电镀工艺路线才能保证尼龙圈不变色。发现该问题后，公司技术人员马上会同质量人员，现场全面核查了库存产品的外观及跟踪卡，将该类产品予以报废处理，防止后续误发给客户而造成质量问题。为保证后续产品与已发货产品在外观与质量上的一致性，经过技术及质量人员讨论，并与客户沟通确认后，决定采用方案三的工艺进行电镀加工，公司内部由技术部门出具技术通知单，将尼龙嵌件自锁螺母的工艺路线进行了优化更新。

3 总结

尼龙圈的使用温度低于120 °C，经过去应力、除氢等高温工序老化后会溶解在活化、出光的酸性溶液中。考虑到螺母体在第一次电镀时已进行过去应力和除氢工序，以及组合件二次电镀时间较短、镀层较薄，二次电镀镉过程中应取消活化、出光工序。由于必须保证产品钝化膜的完整，因此钝化工序应保留。

为了保证尼龙嵌件开槽自锁螺母组合件的质量稳定，将其组件工艺中“开槽”后的“涂防锈油”工序改为“电镀”工序。同时对该型号尼龙嵌件自锁螺母组合件“电镀”工序的操作过程作出如下补充规定：

(1) 对组合件产品进行有机溶剂(无水酒精、丙酮等)除油，再使用30 ~ 50 g/L的氢氧化钠溶液将钝化膜去除，时间以钝化膜完全去除为准。

(2) 不再进行去应力、活化等工序，直接电镀镉5 ~ 10 min。

(3) 电镀完成后不除氢、出光，直接钝化，钝化时间严格控制在5 ~ 8 s。