現(xiàn)代機械制造工藝與精密加工技術(shù)

機械制造是工業(yè)部門中的支柱性產(chǎn)業(yè)，可決定經(jīng)濟發(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，具有系統(tǒng)化與智能化特點，高速度、高精度、自動化精密加工技術(shù)為制造工藝的發(fā)展提供了新的契機，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、標準化，實現(xiàn)敏捷制造。
1 航空航天緊固件領(lǐng)域的機械制造與精    密加工技術(shù)
1． 1 制造工藝
相對于傳統(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)在以下幾個方面。制造發(fā)動機時可采用低溫閥門、渦輪特種加工、自動化噴管焊接等制造技術(shù)，軸承是發(fā)動機的重要構(gòu)件，目前已制造出壽命長、耐熱、摩擦系數(shù)低、強度高的陶瓷軸承，陶瓷軸承可應(yīng)用于航機、直升機、地面燃機等，磁浮軸承是軸承制造工藝領(lǐng)域中的制高點，工作溫度可達510℃。
現(xiàn)代軸承制造工藝以強化材料表面為發(fā)展方向，應(yīng)用二次淬硬工藝能增強軸承表面硬度與優(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，加工軸承時較為重視控制表面應(yīng)力、組織分布、鍛造流線。制造發(fā)動機中的機匣構(gòu)件時，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，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準的1 /3，壓緊壓實機匣構(gòu)件時應(yīng)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(gòu)件制造工藝時需預(yù)留0． 2mm 左右的余量，以降低殘余應(yīng)力的影響。制造傳感器時多采用微機械工藝，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，制作機械結(jié)構(gòu)時需電鍍金屬結(jié)構(gòu)，將硅片作為多晶硅層的襯底。此外，制造航天運載火箭可采用磁脈沖、攪拌摩擦或自動化低溫貯箱焊接、常溫貯箱焊接工藝，制造工藝發(fā)展方向為高可靠、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SiCp /Al 耐疲勞、耐磨、導(dǎo)熱性與穩(wěn)定性良好、膨脹系數(shù)低、比剛度與比強度高，在航天航空領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。但SiCp /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SiCp /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、位置及尺寸精度達到要求。應(yīng)用ELID 技術(shù)對SiCp /Al 材質(zhì)衛(wèi)星輸出軸進行精密加工時，如復(fù)合材料體積比為48%，占空比為60%，電解電流為10A，進給速度為0． 9m/min，進給量為0． 25um，砂輪轉(zhuǎn)速1500r /min，可有效改善磨削質(zhì)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、飛機機身的鈦合金構(gòu)件等。AeroMet 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翼接頭、發(fā)動機框等產(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、鈦合金機體或機翼、鋁合金噴嘴及發(fā)動機等，加工高溫合金渦輪盤時合格率＞ 90%，鋁合金設(shè)備澆筑加工厚度約為3mm，尺寸可達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TiAl1MolV、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，檢測手段完備、精密設(shè)備、檢測儀器先進，產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)品被廣泛應(yīng)用在飛船、導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星及飛機等航天工程領(lǐng)域，同時為摩托車、汽車、電子等機械產(chǎn)品提供橡膠制品、緊固件。加工鈦合金材料緊固件時需保證經(jīng)過熱處理的緊固件抗拉強度達到1100MPa，抗剪強度達到660MPa，依據(jù)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。制造產(chǎn)品時采用了鏜削、銑削、車削等精密加工工藝。采用M155 數(shù)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，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固件發(fā)生應(yīng)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。車床進刀量為0． 3mm/次、走刀量為0． 2mm/r、車床轉(zhuǎn)速為300r /min。進行精密切削時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，達到精密加工要求。
3 結(jié)語
綜上，機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，制造工藝是連接機械產(chǎn)品設(shè)計與成品的橋梁，可決定機械制造成本、效率。制造機械產(chǎn)品時應(yīng)提高設(shè)計水平與智能化制造技術(shù)處理層面，嚴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。進行精密加工時需控制好工藝參數(shù)，相互融合自動化控制技術(shù)、管理技術(shù)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提高產(chǎn)品性能、質(zhì)量品質(zhì)，減少故障。