一种航空发动机大轴类零件镀铬工装及其使用方法与流程

本发明涉及航空发动机制造表面处理，具体涉及一种航空发动机大轴类零件镀铬工装及其使用方法。

背景技术：

1、大轴类零件如低压涡轮轴、内轴作为航空发动机的核心传动部件，承担动力传递、热力循环优化及结构支撑的关键作用，其低压涡轮盘部件需与石墨跑道等密封装置进行装配，在工作时与密封跑道表面会发生大量的干摩擦接触，造成零件表面磨损，大幅缩短零件的使用寿命。因此，为提高零件的使用寿命，需在与石墨跑道装配表面进行镀铬，增加零件的耐磨性。

2、如图1所示为某型号航空发动机大轴类零件镀铬示意图。需要对m1区域进行镀铬，其中m2以及m3区域为过渡区，且镀铬层不能有铬瘤、爆皮等质量问题，m3区域镀铬层必须完整，不能有阶梯状镀层。然而，大轴类零件镀铬区作为典型的薄壁筒状结构件，其镀铬工艺存在以下技术难点：1、受零件结构特性影响，电镀过程中电流密度在薄壁区呈梯度分布，导致边缘区域产生显著的尖端效应，该效应使靠近端面区域镀层出现异常增厚现象并生成大量铬瘤，同时因应力累积引发镀层爆皮等缺陷。2、篦齿结构形成的几何遮蔽效应也会导致靠近篦齿处的镀铬速率降低，进一步降低镀铬层的均匀性并导致靠近篦齿处的镀层与靠近端面处的镀层厚度差达到（30 ~50）μm，为保证靠近篦齿处的镀层厚度达标，需将电镀时间延长1～3小时，显著降低加工效率。

3、现有技术中，cn101275267b公开了一种电镀装置，可产生厚度均匀性大于95％的镀层，该装置包含：电镀槽，内含电镀液；阳极，浸没于该电镀液内；阴极夹具，用以固定待镀工件及传递电力；导流板，呈中空圆盘状且设置于该阴极夹具与该阳极之间，其上设有多个孔洞，该导流板用以导引该电镀液的方向；以及辅助阴极，设置于待镀工件的左右侧，且与待镀工件保持大于1μm的适当距离。该电镀装置尤其适用于期望镀层厚度在50～200μm的范围内的制程，同时公开了利用上述电镀装置的电镀方法。kr20150127797a公开了一种在控制方位角均匀性的同时在基板上电镀金属的方法，包括以下步骤：一方面，（a）向配置为在电镀期间旋转基板的电镀装置提供基板，以及（b）在基板上电镀金属。相对于屏蔽旋转基板时，使基板在选定方位角的选定部分在屏蔽区域中的停留时间与基板的第二部分相同，该第二部分具有相同的平均弧长和相同的平均值径向位置并位于不同的方位角位置。例如，当衬底的选定部分穿过屏蔽区域时，可以在电镀期间使半导体晶片衬底旋转得更快或更慢。

4、然而，上述现有技术所针对的工件结构及均匀性控制手段，无法有效应对航空发动机大轴类零件薄壁筒状结构边缘区域的尖端效应，难以同时解决靠近端面区域的铬瘤、爆皮缺陷以及m3区域镀层完整无阶梯状的要求；对于篦齿结构形成的几何遮蔽效应造成的镀层厚度差和加工效率低下问题，也未给出解决方案。因此，亟需一种专门适用于航空发动机大轴类零件结构特性的镀铬保护装置及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提供一种航空发动机大轴类零件镀铬工装及其使用方法。通过将辅助阴极结构以及辅助阳极结构集成在大轴类零件镀铬工装中，以此实现零件与工装交界处的电流均匀分布至辅助阴极表面，保证m3处铬层完整、镀层不起铬瘤以及不起皮；同时，进一步优化镀铬表面的电流分布，保证大轴类零件镀铬表面镀层均匀性，提高镀铬的加工效率；除此之外本发明还通过增加导电装置以及采用分离式装夹方式，避免镀铬过程中因导电不良导致零件局部电腐蚀而报废。

2、本发明的技术方案：一种航空发动机大轴类零件镀铬工装，包括导电装置、辅助阴极装置及辅助阳极装置；

3、所述导电装置包括贯穿零件的中心螺杆、分别压紧零件两端以形成第一阴极导电通路的上压盖和下压盖，以及独立地紧固于零件杆部靠近镀铬端处以形成第二阴极导电通路的导电卡箍；

4、所述辅助阴极装置具有供所述中心螺杆穿过的中心孔，其朝向零件的一端设有与所述零件镀铬面的薄端面宽度一致的定位环，所述定位环用于贴合所述薄端面；

5、所述辅助阳极装置包括内外套设且周壁均开设有若干通孔的外环和内环，所述外环与内环之间形成环形空槽，一圆环形铅板置于所述空槽内，所述铅板的厚度小于所述空槽的深度以构成镀液流动间隙，且所述铅板上沿周向对称延伸出两个用于连接阳极的导电杆。

6、进一步地，所述导电装置还包括吊环，吊环通过开口销连接在中心螺杆的端部。

7、进一步地，所述上压盖为凸字形结构，装入零件上端口，一i型六角螺母将阴极导线压紧在上压盖上，使电流经上压盖传导至零件，形成第一阴极导电通路。

8、进一步地，所述导电卡箍独立于所述中心螺杆，通过两个六角头螺栓及两个i型六角螺母抱紧固定在零件杆部靠近镀铬端处，并将阴极导线压紧在导电卡箍上，形成第二阴极导电通路。

9、进一步地，所述辅助阴极装置为一体成型的阶梯状回转体中空壳体，沿轴向分为大径段和小径段，所述定位环设置于大径段的圆周端面。

10、进一步地，所述辅助阳极装置构成阳极导电回路，所述铅板上对称设置的两个导电杆延伸出所述环形空槽外，通过六角头螺栓及i型六角螺母将电源阳极导线压紧连接在所述导电杆上，实现对铅板的阳极通电。

11、进一步地，所述外环与内环通过内六角圆柱头螺钉进行装配固定，二者之间形成环形空槽；所述铅板为圆环环体，安装于所述空槽内，且所述铅板的整体高度低于所述空槽的深度，以在铅板上方形成供镀液流动的间隙通道。

12、一种采用镀铬工装对航空发动机大轴类零件进行镀铬的方法，包括以下步骤，

13、步骤1：双路阴极导电装配与定位，将上压盖装入零件尾端进行初步定位，将连接有吊环的中心螺杆穿过上压盖及零件内腔，使用下压盖对零件下端进行二次定位后，使上压盖、下压盖分别压紧零件两端，形成由零件两端导通的第一阴极导电通路；

14、将导电卡箍抱紧固定于零件杆部靠近镀铬端处，并将阴极导线压紧在该导电卡箍上，形成独立于所述中心螺杆的第二阴极导电通路；

15、步骤2：辅助阴极装配与边缘电流均化，将辅助阴极装置的中心孔穿过中心螺杆，使其朝向零件一端的定位环与零件镀铬面的薄端面紧密贴合；

16、步骤3：辅助阳极装配与电流分布优化，将电源阳极导线压紧连接在铅板上对称延伸出的两个导电杆上，随后将该铅板装入由外环与内环扣合形成的环形空槽中，再将辅助阳极装置的中心定位孔穿过中心螺杆并与辅助阴极对接定位；

17、所述铅板的整体高度低于环形空槽的深度，在铅板上方形成镀液流动间隙，且外环与内环周壁开设的通孔共同构成镀液循环通道，使铅板正对镀铬区域时能够优化电流分布；

18、步骤5：入槽电镀，通过吊环将完成装配的零件整体吊入镀铬槽中，将连接在导电卡箍和上压盖的阴极导线接入电源阴极，将连接在铅板导电杆上的阳极导线接入电源阳极；在通电电镀过程中，镀铬溶液经外环、内环上的通孔及铅板上方间隙流动，同时所述辅助阴极装置的定位环持续分担薄端面边缘电流、所述辅助阳极装置的铅板对镀铬区域提供均匀阳极电场，从而获得镀层完整、厚度均匀且无铬瘤、爆皮的镀铬层。

19、进一步地。入槽电镀前还包括，非镀区绝缘保护，使用铅胶带将塑料布环绕零件篦齿一周粘住，并使用聚氯乙烯胶带将塑料布勒紧，再使用铅胶带将聚氯乙烯胶带开口处封口，最后使用聚氯乙烯胶带在零件杆部对塑料布进行收紧处理，完成对零件篦齿及杆部进入镀铬槽部分的绝缘遮蔽保护。

20、本发明的有益效果：

21、1.本发明能够有效消除薄壁边缘尖端效应，解决铬瘤与爆皮缺陷。通过设置辅助阴极装置，在其朝向零件的一端设置与零件镀铬面薄端面e宽度一致的定位环，装配时定位环与薄端面e紧密贴合，将零件边缘区域的集中电流均匀分担至辅助阴极表面。该结构消除了薄壁筒状结构件在电镀过程中因电流密度梯度分布产生的尖端效应，避免了靠近端面区域镀层异常增厚及铬瘤的生成，同时防止了因应力累积引发的镀层爆皮缺陷，保证了m3区域镀层完整、无阶梯状镀层。

22、2.本发明能够消除篦齿几何遮蔽效应，显著提高镀层均匀性。本发明通过设置辅助阳极装置，在外环与内环之间安装圆环形铅板，铅板正对镀铬区域提供均匀的阳极电场，优化了镀铬表面的电流分布；外环与内环周壁开设的通孔与铅板上方镀液流动间隙共同构成镀液循环通道，保障镀液顺畅流动。该结构有效解决了篦齿结构形成的几何遮蔽效应导致的靠近篦齿处镀铬速率降低的问题，使镀铬层在镀铬面上均匀分布，镀层厚度差大幅减小。

23、3.本发明能够提高加工效率，缩短电镀时间。由于辅助阳极装置优化了镀铬区域的电流分布，消除了篦齿遮蔽效应，靠近篦齿处与靠近端面处的镀层厚度差显著减小，显著提高了镀铬加工效率。

24、4.本发明采用双路阴极导电模式，避免零件电腐蚀报废。本发明通过设置上压盖、下压盖分别压紧零件两端形成第一阴极导电通路，同时设置独立于中心螺杆的导电卡箍紧固于零件杆部靠近镀铬端处形成第二阴极导电通路，两处导电通路互为备份，保证了阴极与零件之间导电良好，有效避免了因阴极与零件之间虚接导致的零件局部电腐蚀报废问题。

25、5.本发明采用一体式装夹，操作便捷，可靠性高。本发明将辅助阴极装置与辅助阳极装置集成在同一中心螺杆上，采用一体式装夹方式，装配定位准确，结构紧凑，操作便捷，适用于航空发动机大轴类零件的镀铬工艺要求。