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爲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、電子信息、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性能、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、調試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集成化技術、電子信息技術、網絡技術等高科技技術, 廣泛融合、博採衆長, 具有系統化與智能化特點, 高速度、高精度、自動化精密加工技術爲製造工藝的發展提供了新的契機, 有助於發展高品質、網絡化、數字化、批量化、規模化、低成本製造業。本文分析了航空航天緊固件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、航空航天緊固件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集成化、虛擬化及柔性化, 航空航天緊固件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爲發展方向, 應用二次淬硬工藝能增強軸承表面硬度與優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, 加工軸承時較爲重視控制表面應力、組織分佈、鍛造流線。製造發動機中的機匣構件時, 現代製造工藝重在優化形位偏差、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、端跳找正依據爲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左右爲宜。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。製造傳感器時多采用微機械工藝, 密封與穿線是最爲關鍵的傳感器製造工藝, 穿線時可將多晶硅作爲外引線, 隨後在1100℃高溫下處理外引線, 利用流動的磷硅玻璃填平表面, 之後在沉積的鈍化層與多晶硅中開出引線孔, 完成靜電密封。製造傳感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紫外線聚酰亞胺工藝, 製作機械結構時需電鍍金屬結構, 將硅片作爲多晶硅層的襯底。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, 製造工藝發展方向爲高可靠、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材料切削性能差, 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專用磨削機牀, 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, 如複合材料體積比爲48%, 佔空比爲60%, 電解電流爲10A, 進給速度爲0.9m/min, 進給量爲0.25um, 砂輪轉速1500r/min, 可有效改善磨削質量, 圓柱度可達0.85um, 粗糙度爲0.096um左右。精密成形工藝也是航空航天緊固件領域常用的加工技術, 包括SPF/DB、熔模鑄造、精密旋壓、等溫鍛造及激光成形等技術。激光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公司已應用激光成形技術爲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%, 鋁合金設備澆築加工厚度約爲3mm, 尺寸可達1500mm左右, 無餘量結構件鑄造尺寸爲 (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, 航空航天緊固件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端緊固件、橡膠件, 塑料製品、表面處理等生產線完整, 檢測手段完備、精密設備、檢測儀器先進, 產品質量通過GJB9001B、AS9100B認證, 特種工藝通過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, 同時爲摩托車、汽車、電子等機械產品提供橡膠製品、緊固件。加工鈦合金材料緊固件時需保證經過熱處理的緊固件抗拉強度達到1100MPa, 抗剪強度達到660MPa, 依據AMS4967標準對緊固件進行精密加工, 嚴格控制緊固件的機械性能、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數控機牀進行精密銑削, 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、小切深爲原則, 以提高銑削效率及防止緊固件發生應力變形問題, 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。在五軸數控車牀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。車牀進刀量爲0.3mm/次、走刀量爲0.2mm/r、車牀轉速爲300r/min。進行精密切削時採用天然金剛石材質的刀具, 刃傾角爲-1°, 后角爲5°, 前角爲15°。加工時需注意精確模擬及調整緊固件裝夾姿態, 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固件粗糙度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, 製造工藝是連接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能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參數, 相互融合自動化控制技術、管理技術、信息技術、傳感技術及計算機網絡技術, 提高產品性能、質量品質, 減少故障。

參考文獻

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