【第一篇】论文题目：现代机械制造工艺与精密加工技术
摘要：精密加工在国防、轻工、核能、高精密仪表仪器、航空航天、惯导平台、光学零件等领域中占有重要地位, 加工范畴主要包括精整加工、光整加工、微细加工等, 反映了机械制造技术的发展前沿, 加工精度的允许误差为0.1um1um, 高于Ⅱ5级精度, 划分界限具有相对性。现代制造工艺融合了现代管理、材料、自动化、电子信息、计算机、光电子、微电子、机械工程等技术, 有助于实现高效灵活、清洁节能、精确优质生产, 提高现代机械加工精度能改善产品质量与性能、零件互换性, 进而提升产品装配效率。
关键词：精密; 制造; 加工; 机械;
机械制造是工业部门中的支柱性产业, 可决定经济发展速度、质量、转型程度, 包括了毛坯制造、切削加工、冷挤压加工、选材加工、调试装配等一系列加工方式, 制造工艺水平是影响制造行业发展的主要因素。现代制造工艺融合了集成化技术、电子信息技术、网络技术等高科技技术, 广泛融合、博采众长, 具有系统化与智能化特点, 高速度、高精度、自动化精密加工技术为制造工艺的发展提供了新的契机, 有助于发展高品质、网络化、数字化、批量化、规模化、低成本制造业。本文分析了航空航天紧固件领域的机械制造与精密加工技术, 以促使产品结构变得多样化、标准化, 实现敏捷制造。
1 航空航天紧固件领域的机械制造与精密加工技术
1.1 制造工艺
相对于传统制造工艺, 现代制造工艺精度更高、加工效率更高、加工工艺更先进集中, 基本特征包括并行化、敏捷化、CIMS集成化、虚拟化及柔性化, 航空航天紧固件领域中的现代制造工艺主要体现在以下几个方面。制造发动机时可采用低温阀门、涡轮特种加工、自动化喷管焊接等制造技术, 轴承是发动机的重要构件, 目前已制造出寿命长、耐热、摩擦系数低、强度高的陶瓷轴承, 陶瓷轴承可应用于航机、直升机、地面燃机等, 磁浮轴承是轴承制造工艺领域中的制高点, 工作温度可达510℃。现代轴承制造工艺以强化材料表面为发展方向, 应用二次淬硬工艺能增强轴承表面硬度与优化残余应力的分布状态, 可承受较高应力, 寿命比真空冶炼钢高13倍左右, 加工轴承时较为重视控制表面应力、组织分布、锻造流线。制造发动机中的机匣构件时, 现代制造工艺重在优化形位偏差、空间尺寸加工工序, 反复找正与车修基准, 经过压紧处理的工件径跳、端跳找正依据为技术条件与加工尺寸要求精度标准的1/3, 压紧压实机匣构件时应避免悬空压紧毛坯件, 可在基准面与压紧位置之间压入塞尺, 压紧力以5N/m左右为宜。编制构件制造工艺时需预留0.2mm左右的余量, 以降低残余应力的影响。制造传感器时多采用微机械工艺, 密封与穿线是最为关键的传感器制造工艺, 穿线时可将多晶硅作为外引线, 随后在1100℃高温下处理外引线, 利用流动的磷硅玻璃填平表面, 之后在沉积的钝化层与多晶硅中开出引线孔, 完成静电密封。制造传感器时要求垂直壁腐蚀深度>10um, 当前多采用等离子垂直刻蚀或X紫外线聚酰亚胺工艺, 制作机械结构时需电镀金属结构, 将硅片作为多晶硅层的衬底。此外, 制造航天运载火箭可采用磁脉冲、搅拌摩擦或自动化低温贮箱焊接、常温贮箱焊接工艺, 制造工艺发展方向为高可靠、高安全、绿色环保、快速化、数字化、结构化与大型化。
1.2 精密加工
复合材料Si Cp/Al耐疲劳、耐磨、导热性与稳定性良好、膨胀系数低、比刚度与比强度高, 在航天航空领域中得到广泛应用。但Si Cp/Al材料切削性能差, 常规加工技术难以满足制造要求, 采用集磨、研及抛工序于一体的精密磨削ELID技术可精密磨削Si Cp/Al材料, 提高加工表面的精度, 目前已开发出ELID专用磨削机床, 可在1次装卡中精密磨削螺纹、沟槽、端面、内孔等结合面, 确保零件表面、位置及尺寸精度达到要求。应用ELID技术对Si Cp/Al材质卫星输出轴进行精密加工时, 如复合材料体积比为48%, 占空比为60%, 电解电流为10A, 进给速度为0.9m/min, 进给量为0.25um, 砂轮转速1500r/min, 可有效改善磨削质量, 圆柱度可达0.85um, 粗糙度为0.096um左右。精密成形工艺也是航空航天紧固件领域常用的加工技术, 包括SPF/DB、熔模铸造、精密旋压、等温锻造及激光成形等技术。激光成形可用于快速加工高温合金构件, 如涡轮叶片、涡轮盘、飞机机身的钛合金构件等。Aero Met公司已应用激光成形技术为Northrop Grumman、波音等公司加工钛合金整体筋板机翼接头、发动机框等产品。等温锻造工艺可用于加工截面突变、窄筋、薄腹板等形状复杂的结构件, 如战斗机钛合金支撑座、机框、涡轮盘及IMI34钛合金运载火箭气瓶、球形贮箱、叶片、压缩机盘等, 也可用于加工TC4或TA15钛合金气瓶、翼芯等外形精确、表面光洁的航天精密锻件。熔模铸造工艺可用于加工高温合金涡轮盘及叶片、钛合金机体或机翼、铝合金喷嘴及发动机等, 加工高温合金涡轮盘时合格率>90%, 铝合金设备浇筑加工厚度约为3mm, 尺寸可达1500mm左右, 无余量结构件铸造尺寸为 (1316±0.8) mm。SPF/DB与精密旋压工艺可用于加工Ti Al1Mol V、TB2钛合金叶片、内蒙皮、筒形件、薄壁半圆件、导向罩、叶片罩、火箭外壳等, 结合强旋技术与普旋技术可加工圆柱形或半球形TC4、TC3钛合金储箱壳体。此外, 航空航天紧固件领域中应用的精密加工技术还包括去毛刺技术、电解技术、电火花技术、铣削技术、光整技术、车削技术、镗削技术等。
2 技术应用
某航天精工专注于研发制造中高端紧固件、橡胶件, 塑料制品、表面处理等生产线完整, 检测手段完备、精密设备、检测仪器先进, 产品质量通过GJB9001B、AS9100B认证, 特种工艺通过NADCAP、ISO17025认证, 钛合金及高温合金等产品被广泛应用在飞船、导弹、火箭、卫星及飞机等航天工程领域, 同时为摩托车、汽车、电子等机械产品提供橡胶制品、紧固件。加工钛合金材料紧固件时需保证经过热处理的紧固件抗拉强度达到1100MPa, 抗剪强度达到660MPa, 依据AMS4967标准对紧固件进行精密加工, 严格控制紧固件的机械性能、外观、金相、尺寸、公差、耐腐蚀性。制造产品时采用了镗削、铣削、车削等精密加工工艺。采用M155数控机床进行精密铣削, 进给速度7.6m/min, 进给力最大值2500N, X轴步进电机定位精度0.003mm, Y轴0.003mm, Z轴0.04mm;工件尺寸25mm×35mm×110mm, 采用三刃YG8硬质合金铣刀, 刀具共10把, 刀具后角15°、螺旋角30°~60°、前角5°~15°, 切削宽度0.1mm, 每齿进给0.043mm/z, 切削速度28.600m/min。铣削加工以大进给、小切深为原则, 以提高铣削效率及防止紧固件发生应力变形问题, 适当缩小主偏角, 降低径向压力及防止损坏切削刃, 确保刀刃处于稳定、持续切削状态, 消除刀具轨迹中的尖角, 转弯处圆角半径应比刀具直径大15%左右。在五轴数控车床上完成精密镗削及车削加工, 避免因频繁转换工位而造成误差积累, 提高加工精度。车床进刀量为0.3mm/次、走刀量为0.2mm/r、车床转速为300r/min。进行精密切削时采用天然金刚石材质的刀具, 刃倾角为-1°, 后角为5°, 前角为15°。加工时需注意精确模拟及调整紧固件装夹姿态, 避免装夹不稳或剧烈震颤, 保证加工过程力学稳定。经过精密镗削、铣削及车削加工后紧固件粗糙度Ra≤0.2, 达到精密加工要求。
3 结语
综上, 机械制造过程中的热处理、冲压、锻压铸造成型、切削焊接、表面处理等多个环节、多种工艺互相交叉、影响, 复杂多变, 制造工艺是连接机械产品设计与成品的桥梁, 可决定机械制造成本、效率。制造机械产品时应提高设计水平与智能化制造技术处理层面, 严格控制及管理加工过程, 保证制造工艺与加工技术具有系统化、综合化、全程化、清洁优质、灵活、高效益及低消耗特性。进行精密加工时需控制好工艺参数, 相互融合自动化控制技术、管理技术、信息技术、传感技术及计算机网络技术, 提高产品性能、质量品质, 减少故障。
参考文献
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