關於機械製造基礎論文
摘要：
精密加工在國防、輕工、核能、高精密儀表儀器、航空航天、慣導平臺、光學零件等領域中佔有重要地位, 加工範疇主要包括精整加工、光整加工、微細加工等, 反映了機械製造技術的發展前沿, 加工精度的允許誤差為0.1um1um, 高於Ⅱ5級精度, 劃分界限具有相對性。現代製造工藝融合了現代管理、材料、自動化、電子資訊、計算機、光電子、微電子、機械工程等技術, 有助於實現高效靈活、清潔節能、精確優質生產, 提高現代機械加工精度能改善產品質量與效能、零件互換性, 進而提升產品裝配效率。
關鍵詞：
精密; 製造; 加工; 機械;
機械製造是工業部門中的支柱性產業, 可決定經濟發展速度、質量、轉型程度, 包括了毛坯製造、切削加工、冷擠壓加工、選材加工、除錯裝配等一系列加工方式, 製造工藝水平是影響製造行業發展的主要因素。現代製造工藝融合了整合化技術、電子資訊科技、網路技術等高科技技術, 廣泛融合、博採眾長, 具有系統化與智慧化特點, 高速度、高精度、自動化精密加工技術為製造工藝的發展提供了新的契機, 有助於發展高品質、網路化、數字化、批次化、規模化、低成本製造業。本文分析了航空航天緊韌體領域的機械製造與精密加工技術, 以促使產品結構變得多樣化、標準化, 實現敏捷製造。
1、航空航天緊韌體領域的機械製造與精密加工技術
1.1 製造工藝
相對於傳統制造工藝, 現代製造工藝精度更高、加工效率更高、加工工藝更先進集中, 基本特徵包括並行化、敏捷化、CIMS整合化、虛擬化及柔性化, 航空航天緊韌體領域中的現代製造工藝主要體現在以下幾個方面。製造發動機時可採用低溫閥門、渦輪特種加工、自動化噴管焊接等製造技術, 軸承是發動機的.重要構件, 目前已製造出壽命長、耐熱、摩擦係數低、強度高的陶瓷軸承, 陶瓷軸承可應用於航機、直升機、地面燃機等, 磁浮軸承是軸承製造工藝領域中的制高點, 工作溫度可達510℃。現代軸承製造工藝以強化材料表面為發展方向, 應用二次淬硬工藝能增強軸承表面硬度與最佳化殘餘應力的分佈狀態, 可承受較高應力, 壽命比真空冶煉鋼高13倍左右, 加工軸承時較為重視控制表面應力、組織分佈、鍛造流線。製造發動機中的機匣構件時, 現代製造工藝重在最佳化形位偏差、空間尺寸加工工序, 反覆找正與車修基準, 經過壓緊處理的工件徑跳、端跳找正依據為技術條件與加工尺寸要求精度標準的1/3, 壓緊壓實機匣構件時應避免懸空壓緊毛坯件, 可在基準面與壓緊位置之間壓入塞尺, 壓緊力以5N/m左右為宜。編制構件製造工藝時需預留0.2mm左右的餘量, 以降低殘餘應力的影響。製造感測器時多采用微機械工藝, 密封與穿線是最為關鍵的感測器製造工藝, 穿線時可將多晶矽作為外引線, 隨後在1100℃高溫下處理外引線, 利用流動的磷矽玻璃填平表面, 之後在沉積的鈍化層與多晶矽中開出引線孔, 完成靜電密封。製造感測器時要求垂直壁腐蝕深度>10um, 當前多采用等離子垂直刻蝕或X紫外線聚醯亞胺工藝, 製作機械結構時需電鍍金屬結構, 將矽片作為多晶矽層的襯底。此外, 製造航天運載火箭可採用磁脈衝、攪拌摩擦或自動化低溫貯箱焊接、常溫貯箱焊接工藝, 製造工藝發展方向為高可靠、高安全、綠色環保、快速化、數字化、結構化與大型化。
1.2 精密加工
複合材料Si Cp/Al耐疲勞、耐磨、導熱性與穩定性良好、膨脹係數低、比剛度與比強度高, 在航天航空領域中得到廣泛應用。但Si Cp/Al材料切削效能差, 常規加工技術難以滿足製造要求, 採用集磨、研及拋工序於一體的精密磨削ELID技術可精密磨削Si Cp/Al材料, 提高加工表面的精度, 目前已開發出ELID專用磨削機床, 可在1次裝卡中精密磨削螺紋、溝槽、端面、內孔等結合面, 確保零件表面、位置及尺寸精度達到要求。應用ELID技術對Si Cp/Al材質衛星輸出軸進行精密加工時, 如複合材料體積比為48%, 佔空比為60%, 電解電流為10A, 進給速度為0.9m/min, 進給量為0.25um, 砂輪轉速1500r/min, 可有效改善磨削質量, 圓柱度可達0.85um, 粗糙度為0.096um左右。精密成形工藝也是航空航天緊韌體領域常用的加工技術, 包括SPF/DB、熔模鑄造、精密旋壓、等溫鍛造及鐳射成形等技術。鐳射成形可用於快速加工高溫合金構件, 如渦輪葉片、渦輪盤、飛機機身的鈦合金構件等。Aero Met公司已應用鐳射成形技術為Northrop Grumman、波音等公司加工鈦合金整體筋板機翼接頭、發動機框等產品。等溫鍛造工藝可用於加工截面突變、窄筋、薄腹板等形狀複雜的結構件, 如戰鬥機鈦合金支撐座、機框、渦輪盤及IMI34鈦合金運載火箭氣瓶、球形貯箱、葉片、壓縮機盤等, 也可用於加工TC4或TA15鈦合金氣瓶、翼芯等外形精確、表面光潔的航天精密鍛件。熔模鑄造工藝可用於加工高溫合金渦輪盤及葉片、鈦合金機體或機翼、鋁合金噴嘴及發動機等, 加工高溫合金渦輪盤時合格率>90%, 鋁合金裝置澆築加工厚度約為3mm, 尺寸可達1500mm左右, 無餘量結構件鑄造尺寸為 (1316±0.8) mm。SPF/DB與精密旋壓工藝可用於加工Ti Al1Mol V、TB2鈦合金葉片、內蒙皮、筒形件、薄壁半圓件、導向罩、葉片罩、火箭外殼等, 結合強旋技術與普旋技術可加工圓柱形或半球形TC4、TC3鈦合金儲箱殼體。此外, 航空航天緊韌體領域中應用的精密加工技術還包括去毛刺技術、電解技術、電火花技術、銑削技術、光整技術、車削技術、鏜削技術等。
2、技術應用
某航天精工專注於研發製造中高階緊韌體、橡膠件, 塑膠製品、表面處理等生產線完整, 檢測手段完備、精密裝置、檢測儀器先進, 產品質量透過GJB9001B、AS9100B認證, 特種工藝透過NADCAP、ISO17025認證, 鈦合金及高溫合金等產品被廣泛應用在飛船、導彈、火箭、衛星及飛機等航天工程領域, 同時為摩托車、汽車、電子等機械產品提供橡膠製品、緊韌體。加工鈦合金材料緊韌體時需保證經過熱處理的緊韌體抗拉強度達到1100MPa, 抗剪強度達到660MPa, 依據AMS4967標準對緊韌體進行精密加工, 嚴格控制緊韌體的機械效能、外觀、金相、尺寸、公差、耐腐蝕性。製造產品時採用了鏜削、銑削、車削等精密加工工藝。採用M155數控機床進行精密銑削, 進給速度7.6m/min, 進給力最大值2500N, X軸步進電機定位精度0.003mm, Y軸0.003mm, Z軸0.04mm;工件尺寸25mm×35mm×110mm, 採用三刃YG8硬質合金銑刀, 刀具共10把, 刀具后角15°、螺旋角30°~60°、前角5°~15°, 切削寬度0.1mm, 每齒進給0.043mm/z, 切削速度28.600m/min。銑削加工以大進給、小切深為原則, 以提高銑削效率及防止緊韌體發生應力變形問題, 適當縮小主偏角, 降低徑向壓力及防止損壞切削刃, 確保刀刃處於穩定、持續切削狀態, 消除刀具軌跡中的尖角, 轉彎處圓角半徑應比刀具直徑大15%左右。在五軸數控車床上完成精密鏜削及車削加工, 避免因頻繁轉換工位而造成誤差積累, 提高加工精度。車床進刀量為0.3mm/次、走刀量為0.2mm/r、車床轉速為300r/min。進行精密切削時採用天然金剛石材質的刀具, 刃傾角為-1°, 后角為5°, 前角為15°。加工時需注意精確模擬及調整緊韌體裝夾姿態, 避免裝夾不穩或劇烈震顫, 保證加工過程力學穩定。經過精密鏜削、銑削及車削加工後緊韌體粗糙度Ra≤0.2, 達到精密加工要求。
3、結語
綜上, 機械製造過程中的熱處理、衝壓、鍛壓鑄造成型、切削焊接、表面處理等多個環節、多種工藝互相交叉、影響, 複雜多變, 製造工藝是連線機械產品設計與成品的橋樑, 可決定機械製造成本、效率。製造機械產品時應提高設計水平與智慧化製造技術處理層面, 嚴格控制及管理加工過程, 保證製造工藝與加工技術具有系統化、綜合化、全程化、清潔優質、靈活、高效益及低消耗特性。進行精密加工時需控制好工藝引數, 相互融合自動化控制技術、管理技術、資訊科技、感測技術及計算機網路技術, 提高產品效能、質量品質, 減少故障。
參考文獻
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