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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(dǎo)平臺(tái)、光學(xué)零件等領(lǐng)域中占有重要地位, 加工范疇主要包括精整加工、光整加工、微細(xì)加工等, 反映了機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展前沿, 加工精度的允許誤差為0.1um1um, 高于Ⅱ5級(jí)精度, 劃分界限具有相對(duì)性�，F(xiàn)代制造工藝融合了現(xiàn)代管理、材料、自動(dòng)化、電子信息、計(jì)算機(jī)、光電子、微電子、機(jī)械工程等技術(shù), 有助于實(shí)現(xiàn)高效靈活、清潔節(jié)能、精確優(yōu)質(zhì)生產(chǎn), 提高現(xiàn)代機(jī)械加工精度能改善產(chǎn)品質(zhì)量與性能、零件互換性, 進(jìn)而提升產(chǎn)品裝配效率。
關(guān)鍵詞：
精密; 制造; 加工; 機(jī)械;
機(jī)械制造是工業(yè)部門中的支柱性產(chǎn)業(yè), 可決定經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度、質(zhì)量、轉(zhuǎn)型程度, 包括了毛坯制造、切削加工、冷擠壓加工、選材加工、調(diào)試裝配等一系列加工方式, 制造工藝水平是影響制造行業(yè)發(fā)展的主要因素�，F(xiàn)代制造工藝融合了集成化技術(shù)、電子信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高科技技術(shù), 廣泛融合、博采眾長(zhǎng), 具有系統(tǒng)化與智能化特點(diǎn), 高速度、高精度、自動(dòng)化精密加工技術(shù)為制造工藝的發(fā)展提供了新的契機(jī), 有助于發(fā)展高品質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、批量化、規(guī)模化、低成本制造業(yè)。本文分析了航空航天緊固件領(lǐng)域的機(jī)械制造與精密加工技術(shù), 以促使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變得多樣化、標(biāo)準(zhǔn)化, 實(shí)現(xiàn)敏捷制造。
1、航空航天緊固件領(lǐng)域的機(jī)械制造與精密加工技術(shù)
1.1 制造工藝
相對(duì)于傳統(tǒng)制造工藝, 現(xiàn)代制造工藝精度更高、加工效率更高、加工工藝更先進(jìn)集中, 基本特征包括并行化、敏捷化、CIMS集成化、虛擬化及柔性化, 航空航天緊固件領(lǐng)域中的現(xiàn)代制造工藝主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。制造發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)可采用低溫閥門、渦輪特種加工、自動(dòng)化噴管焊接等制造技術(shù), 軸承是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要構(gòu)件, 目前已制造出壽命長(zhǎng)、耐熱、摩擦系數(shù)低、強(qiáng)度高的陶瓷軸承, 陶瓷軸承可應(yīng)用于航機(jī)、直升機(jī)、地面燃機(jī)等, 磁浮軸承是軸承制造工藝領(lǐng)域中的制高點(diǎn), 工作溫度可達(dá)510℃。現(xiàn)代軸承制造工藝以強(qiáng)化材料表面為發(fā)展方向, 應(yīng)用二次淬硬工藝能增強(qiáng)軸承表面硬度與優(yōu)化殘余應(yīng)力的分布狀態(tài), 可承受較高應(yīng)力, 壽命比真空冶煉鋼高13倍左右, 加工軸承時(shí)較為重視控制表面應(yīng)力、組織分布、鍛造流線。制造發(fā)動(dòng)機(jī)中的機(jī)匣構(gòu)件時(shí), 現(xiàn)代制造工藝重在優(yōu)化形位偏差、空間尺寸加工工序, 反復(fù)找正與車修基準(zhǔn), 經(jīng)過壓緊處理的工件徑跳、端跳找正依據(jù)為技術(shù)條件與加工尺寸要求精度標(biāo)準(zhǔn)的1/3, 壓緊壓實(shí)機(jī)匣構(gòu)件時(shí)應(yīng)避免懸空壓緊毛坯件, 可在基準(zhǔn)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(gòu)件制造工藝時(shí)需預(yù)留0.2mm左右的余量, 以降低殘余應(yīng)力的影響。制造傳感器時(shí)多采用微機(jī)械工藝, 密封與穿線是最為關(guān)鍵的傳感器制造工藝, 穿線時(shí)可將多晶硅作為外引線, 隨后在1100℃高溫下處理外引線, 利用流動(dòng)的磷硅玻璃填平表面, 之后在沉積的鈍化層與多晶硅中開出引線孔, 完成靜電密封。制造傳感器時(shí)要求垂直壁腐蝕深度>10um, 當(dāng)前多采用等離子垂直刻蝕或X紫外線聚酰亞胺工藝, 制作機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)需電鍍金屬結(jié)構(gòu), 將硅片作為多晶硅層的襯底。此外, 制造航天運(yùn)載火箭可采用磁脈沖、攪拌摩擦或自動(dòng)化低溫貯箱焊接、常溫貯箱焊接工藝, 制造工藝發(fā)展方向?yàn)楦呖煽�、高安全、綠色環(huán)保、快速化、數(shù)字化、結(jié)構(gòu)化與大型化。
1.2 精密加工
復(fù)合材料Si Cp/Al耐疲勞、耐磨、導(dǎo)熱性與穩(wěn)定性良好、膨脹系數(shù)低、比剛度與比強(qiáng)度高, 在航天航空領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。但Si Cp/Al材料切削性能差, 常規(guī)加工技術(shù)難以滿足制造要求, 采用集磨、研及拋工序于一體的精密磨削ELID技術(shù)可精密磨削Si Cp/Al材料, 提高加工表面的精度, 目前已開發(fā)出ELID專用磨削機(jī)床, 可在1次裝卡中精密磨削螺紋、溝槽、端面、內(nèi)孔等結(jié)合面, 確保零件表面、位置及尺寸精度達(dá)到要求。應(yīng)用ELID技術(shù)對(duì)Si Cp/Al材質(zhì)衛(wèi)星輸出軸進(jìn)行精密加工時(shí), 如復(fù)合材料體積比為48%, 占空比為60%, 電解電流為10A, 進(jìn)給速度為0.9m/min, 進(jìn)給量為0.25um, 砂輪轉(zhuǎn)速1500r/min, 可有效改善磨削質(zhì)量, 圓柱度可達(dá)0.85um, 粗糙度為0.096um左右。精密成形工藝也是航空航天緊固件領(lǐng)域常用的加工技術(shù), 包括SPF/DB、熔模鑄造、精密旋壓、等溫鍛造及激光成形等技術(shù)。激光成形可用于快速加工高溫合金構(gòu)件, 如渦輪葉片、渦輪盤、飛機(jī)機(jī)身的鈦合金構(gòu)件等。Aero Met公司已應(yīng)用激光成形技術(shù)為Northrop Grumman、波音等公司加工鈦合金整體筋板機(jī)翼接頭、發(fā)動(dòng)機(jī)框等產(chǎn)品。等溫鍛造工藝可用于加工截面突變、窄筋、薄腹板等形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件, 如戰(zhàn)斗機(jī)鈦合金支撐座、機(jī)框、渦輪盤及IMI34鈦合金運(yùn)載火箭氣瓶、球形貯箱、葉片、壓縮機(jī)盤等, 也可用于加工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。熔模鑄造工藝可用于加工高溫合金渦輪盤及葉片、鈦合金機(jī)體或機(jī)翼、鋁合金噴嘴及發(fā)動(dòng)機(jī)等, 加工高溫合金渦輪盤時(shí)合格率>90%, 鋁合金設(shè)備澆筑加工厚度約為3mm, 尺寸可達(dá)1500mm左右, 無余量結(jié)構(gòu)件鑄造尺寸為 (1316±0.8) mm。SPF/DB與精密旋壓工藝可用于加工Ti Al1Mol V、TB2鈦合金葉片、內(nèi)蒙皮、筒形件、薄壁半圓件、導(dǎo)向罩、葉片罩、火箭外殼等, 結(jié)合強(qiáng)旋技術(shù)與普旋技術(shù)可加工圓柱形或半球形TC4、TC3鈦合金儲(chǔ)箱殼體。此外, 航空航天緊固件領(lǐng)域中應(yīng)用的精密加工技術(shù)還包括去毛刺技術(shù)、電解技術(shù)、電火花技術(shù)、銑削技術(shù)、光整技術(shù)、車削技術(shù)、鏜削技術(shù)等。
2、技術(shù)應(yīng)用
某航天精工專注于研發(fā)制造中高端緊固件、橡膠件, 塑料制品、表面處理等生產(chǎn)線完整, 檢測(cè)手段完備、精密設(shè)備、檢測(cè)儀器先進(jìn), 產(chǎn)品質(zhì)量通過GJB9001B、AS9100B認(rèn)證, 特種工藝通過NADCAP、ISO17025認(rèn)證, 鈦合金及高溫合金等產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用在飛船、導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星及飛機(jī)等航天工程領(lǐng)域, 同時(shí)為摩托車、汽車、電子等機(jī)械產(chǎn)品提供橡膠制品、緊固件。加工鈦合金材料緊固件時(shí)需保證經(jīng)過熱處理的緊固件抗拉強(qiáng)度達(dá)到1100MPa, 抗剪強(qiáng)度達(dá)到660MPa, 依據(jù)AMS4967標(biāo)準(zhǔn)對(duì)緊固件進(jìn)行精密加工, 嚴(yán)格控制緊固件的機(jī)械性能、外觀、金相、尺寸、公差、耐腐蝕性。制造產(chǎn)品時(shí)采用了鏜削、銑削、車削等精密加工工藝。采用M155數(shù)控機(jī)床進(jìn)行精密銑削, 進(jìn)給速度7.6m/min, 進(jìn)給力最大值2500N, X軸步進(jìn)電機(jī)定位精度0.003mm, Y軸0.003mm, Z軸0.04mm;工件尺寸25mm×35mm×110mm, 采用三刃YG8硬質(zhì)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(jìn)給0.043mm/z, 切削速度28.600m/min。銑削加工以大進(jìn)給、小切深為原則, 以提高銑削效率及防止緊固件發(fā)生應(yīng)力變形問題, 適當(dāng)縮小主偏角, 降低徑向壓力及防止損壞切削刃, 確保刀刃處于穩(wěn)定、持續(xù)切削狀態(tài), 消除刀具軌跡中的尖角, 轉(zhuǎn)彎處圓角半徑應(yīng)比刀具直徑大15%左右。在五軸數(shù)控車床上完成精密鏜削及車削加工, 避免因頻繁轉(zhuǎn)換工位而造成誤差積累, 提高加工精度。車床進(jìn)刀量為0.3mm/次、走刀量為0.2mm/r、車床轉(zhuǎn)速為300r/min。進(jìn)行精密切削時(shí)采用天然金剛石材質(zhì)的刀具, 刃傾角為-1°, 后角為5°, 前角為15°。加工時(shí)需注意精確模擬及調(diào)整緊固件裝夾姿態(tài), 避免裝夾不穩(wěn)或劇烈震顫, 保證加工過程力學(xué)穩(wěn)定。經(jīng)過精密鏜削、銑削及車削加工后緊固件粗糙度Ra≤0.2, 達(dá)到精密加工要求。
3、結(jié)語
綜上, 機(jī)械制造過程中的熱處理、沖壓、鍛壓鑄造成型、切削焊接、表面處理等多個(gè)環(huán)節(jié)、多種工藝互相交叉、影響, 復(fù)雜多變, 制造工藝是連接機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與成品的橋梁, 可決定機(jī)械制造成本、效率。制造機(jī)械產(chǎn)品時(shí)應(yīng)提高設(shè)計(jì)水平與智能化制造技術(shù)處理層面, 嚴(yán)格控制及管理加工過程, 保證制造工藝與加工技術(shù)具有系統(tǒng)化、綜合化、全程化、清潔優(yōu)質(zhì)、靈活、高效益及低消耗特性。進(jìn)行精密加工時(shí)需控制好工藝參數(shù), 相互融合自動(dòng)化控制技術(shù)、管理技術(shù)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù), 提高產(chǎn)品性能、質(zhì)量品質(zhì), 減少故障。
參考文獻(xiàn)
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