精密孔加工（共10篇）
精密孔加工 篇1
随着我国科技的发展, 在电子工业、国防、航空航天等领域当中, 都应用了精密微小孔。而随着不锈钢、陶瓷、碳纤维复合材料板、金刚石、硬质合金、耐热钢等高硬度、高强度材料的广泛应用, 使精密微小孔加工技术面临极大的难题。对此, 在不断优化传统加工技术的同时, 也在探索全新的加工技术。
1 机械加工技术
1.1 钻削加工技术
在当前精密微小孔的加工技术中, 钻削加工是实用性最强、应用最广泛的技术, 在仪器仪表、精密机械、电子等行业中, 受到人们极大的重视。不过, 在钻削加工技术的实际应用中, 往往存在着一些问题。例如, 由于孔径较小, 难以有效排屑, 因此, 一旦造成切屑堵塞, 将会加重刀具的磨损和发热情况。在较大的轴向钻削力度下, 容易在出口处产生较高的毛刺。对精密微小孔的加工, 普通钻床转速难以适应, 因此, 需要配备高速主轴, 才能获得足够的切削速度。此外, 很多微小钻头的刚度有限, 容易偏移正确的入钻位置, 无法保证入钻位置精度, 因而会对精密微小孔的形状和尺寸精度造成影响。
针对以上这些问题, 在实际应用中可以通过多工位钻削、振动钻削、高速钻削、钻模板等措施来提高加工精度。其中, 多工位钻削主要是在不同工位上, 利用长短不一的钻头和中心钻, 对同一个精密微小孔进行加工, 该方法对钻头寿命、微小孔形位精度都有积极的作用。振动钻削就是在钻削过程中, 利用振动装置的作用, 在工件、钻头间, 产生可控的相对振动, 从而提高入钻位置的精度。在高速钻削下, 主轴的转速能达到数万转以上, 该方法能让主轴得到更加稳定的转速, 从而发挥出自动定心的效果。而钻模板的应用, 能有效解决微小钻头入钻位置、刚度方面的问题, 从而提高入钻位置的精确度。
1.2 其他机械加工技术
在精密微小孔的机械加工技术中, 除钻削技术外, 还有很多不同的加工技术, 例如, 冲孔加工、磨削加工、挤压珩磨加工等。其中, 冲孔加工技术在一些精密制造业, 如仪表、仪器等方面的应用较为广泛, 具有制造成本低、尺寸稳定、凸模寿命长、生产效率高等优点。对于需要在板件上进行多孔加工的零件来说, 具有很大的便利性。磨削加工技术在获得较高的表面质量、尺寸精度的同时, 还能提高孔轴线的直线度和孔的位置精度。在实际应用中, 利用磨削技术, 已能加工直径小于0.38mm的精密微小孔。挤压珩磨技术是一种十分先进的精密微小孔抛光技术, 经过多年来的不断发展, 目前已形成了一套专业的加压设备。在一定压力下, 在被加工表面上往复通过粘稠状的磨料, 进行研磨加工。利用该加工技术, 能有效将毛刺清除, 同时也适用于异形孔、弯孔、直孔的抛光, 同时也能将其他技术加工形成的硬化层消除。利用挤压珩磨技术加工出的精密微小孔, 分布方向为延孔轴方向, 在微小孔中通过流体时, 能有效降低阻力, 在液压产品领域中, 是一种十分理想的加工技术。此外, 挤压珩磨技术还能免受材料硬度的限制, 对很多形状特殊的精密微小孔来说, 都能较好地完成加工。
2 特种加工技术
2.1 电火花加工技术
电火花加工技术是一种重要的特种加工技术, 在正负电极之间进行脉冲放电的过程中, 通过其电腐蚀的现象对材料进行加工。相比其他加工技术, 电火花加工技术在应用过程中不会产生切削力, 对工件的刚度、强度要求也较低。在斜面上, 也能进行不同形状精密微小孔的加工, 且该技术不会受工件材料硬度的限制, 能对任何导电材料进行加工。不过, 在实际应用中, 电火花加工技术也存在一定的问题, 例如, 加工成本较高、加工质量和精度不足、电极相对损耗大、排屑困难、异型微孔电极的制造难度大、加工效率低下等。
针对以上问题, 在加工小孔电极的选择上, 采用旋转空心铜管, 将高速、高压的流动工作也通入管内, 能突破传统技术工艺的限制, 实现电火花高速加工精密微小孔, 提高10 倍以上的生产效率。在制备电极的过程中, 可以利用电极自身加工出的精密微小孔, 反过来进行电极加工, 这样能提升电极加工的效率, 同时也能对异形孔所需的电极进行加工。经过多年不断研究, 逐渐产生出专门用于电火花加工的机械, 在美国、瑞士、日本等一些企业中, 也都生产出性能和质量较为理想的产品。我国通过电磁冲击原理研制出的电磁冲击式小型电火花加工装置, 通过每步0.02μm的进给, 能对深径比为4、孔径为0.085mm的精密微小孔进行加工。
2.2 超声加工技术
在超声加工技术中, 应用超声发生器, 将其激励的换能器驱动工具做超声振动, 对工件表面上的磨料进行冲击, 粉碎加工区域中的材料。这样, 在工具进给过程中, 就能加工出精密微小孔。该技术具有多方面优势, 其所加工微小孔的尺寸能得到0.1mm以下的直径, 能达到10 到20 的深径比。同时, 生产成本较低, 机床结构也十分简单。对不同端面截形的异形孔也能进行加工, 可以达到1μm的加工精度, 同时达到Ra0.03 到0.10μm的表面粗糙度。通过该技术加工的微小孔表面, 不会存在烧伤、残余应力等情况。超声加工技术不但能对淬火钢、硬质合金等硬脆的金属材料进行加工, 而且也能精密加工半导体硅片、陶瓷、石英、碳纤维复合板、宝石、玻璃、锗片等非金属硬脆材料。不过, 该技术在实际应用中同样具备一定程度上的不足, 例如, 工具较细、容易磨损、振幅小、加工效率低、功率小、精度易受影响、制备和安装困难等问题。
目前, 日本一家研究机构在石英玻璃上利用超声加工技术已能对5μm直径的精密微小孔进行加工。我国也已成功利用该项技术在钛合金上实现直径0.2mm以下、深径比15 以上的精密微小孔。此外, 德国一家企业生产出了主轴转速达3 000 转到5 000 转每分钟的超声振动加工机床, 在硅、玻璃、陶瓷等应对材料的加工中, 效果十分理想, 相比传统加工方式, 提高了五倍以上的生产效率。
2.3 电子束加工技术
电子束加工技术的应用需要真空的环境条件, 通过聚焦、加速等步骤, 生成高能的电子束, 对工件的待加工部位进行轰击, 使材料气化和熔化, 从而实现精密微小孔的加工。在当前精密微小孔加工领域中, 电子束加工技术已成为一种不可替代的重要技术, 它能完成很多其他技术无法完成的任务和要求。在实际应用过程中, 能将电子束的能量聚焦在0.1μm左右, 因而能对十分精密的微小孔进行加工。由于电子束具有较高密度的能量, 因此, 能取得更高的加工效率, 且不会对材料产生宏观应力, 避免材料发生形变。在该技术的实际应用中, 能实现整个过程的自动化控制, 具有很大的便利性。对纯度要求较高的半导体材料、容易氧化的合金材和金属材料等, 该技术都能取得良好的加工效果。此外, 电子束加工技术具有十分广泛的加工范围, 能加工脆性、导体、非导体、半导体、韧性等多种类型的材料。但与此同时, 电子束加工技术也具有一些缺陷, 例如, 生产应用较为局限、加工成本较高, 并且需要采用整套专用的真空系统和加工设备。
在当前实际应用中, 该技术已能对直径为1μm的精密微小孔进行加工。如果将孔径控制在0.5mm到0.9mm之间, 可以实现10mm的最大孔深, 深径比能达到10 以上。如果在0.3mm厚的材料上进行0.1mm微小孔的加工, 能将孔径公差控制在0.9μm。该技术具有较高的加工效率和较广的应用范围, 例如, 在0.1mm厚的钢板上进行0.2mm微小孔的加工时, 能达到3 000 个每秒的转速。
2.4 电解加工技术
电解加工技术主要是在电解液中, 应用金属阳极溶解的原理, 从而实现精密微小孔的加工。在该技术的应用中, 将工件作为电解反应的阳极, 阴极的形状选取棒状或管状, 并根据加工孔截面的形状来决定阴极外截面的形状。该技术的主要优势在于, 加工效率较高, 工件表面的粗糙度较低, 能达到Ra0.2 到1.6μm。在加工过程中, 工具电极基本上没有损耗, 因而节省了加工成本。在加工表面, 不会发生形变和应力残余, 在加工后, 孔口也不会存在毛刺和飞边。利用该技术能对任何到点材料进行加工, 材料的硬度、韧性、导热性、熔点、脆性、强度等因素都不会对其造成影响。而该技术的缺陷主要体现在腐蚀性较强的电解液、复杂的阴极制造、不理想的加工精度等方面, 使电解加工技术的应用范围有所局限。
针对该技术存在的缺陷, 人们对点解加工开拓了全新的领域。随着电子技术的发展和应用, 在脉冲微细电解加工中, 纳秒级脉宽的脉冲电源得到应用, 利用该技术, 能对直径在5μm以下的精密微小孔进行加工。我国相关科研单位利用精密高速旋转主轴, 带动在线制作微细工具电极高速旋转, 同时利用低浓度钝化电解液、高频窄脉冲电流电源、快速响应伺服系统、低加工电压等, 在不锈钢片上进行直径65μm微小孔的加工, 将圆度误差控制在1μm以下。
2.5 激光加工技术
激光加工技术主要是利用激光聚焦点的高温, 使材料瞬间气化和熔化, 同时爆炸性地喷射出气化物和熔化物。这样, 就能在工件上形成一个带有锥度的微小孔。通过应用该技术, 最小能加工微米级的精密微小孔。在火箭发动机、柴油机的宝石轴承、化纤喷丝头、金刚石拉丝模、燃油喷嘴等精密微小孔的加工中, 该技术都得到了较为广泛的应用。该技术的主要优势为, 通过激光能量的聚焦, 形成很细的光束, 能对直径1μm的微小孔进行加工, 最大的深径比能达到50 以上。激光加工技术无需真空的环境条件, 在特殊气体、空气中, 都能进行加工。因此, 可在加工过程中将某些强化元素渗入到加工表面, 在微小孔加工的同时, 进行表面激光强化。在应用该技术时, 不会发生工具更换、磨损的情况, 由于不存在机械接触力, 因而能对弹性件、薄壁等刚度较低的零件进行加工。此外, 还具有加工范围广、加工效率高、加工能力强等优势。而其主要的缺点体现在加工设备昂贵、定位精度不准确、成孔尺寸不理想、加工表面粗糙等方面。
为了解决以上问题, 很多企业都研究和采用了专业的激光加工设备。其中, 德国一家企业研制出的设备能输出10kW到20kW功率的激光束, 同时, 能将工件表面粗糙度控制到Ra1μm。对激光加工技术中的类似拔模斜度的倾角问题, 也能通过额外的控制轴得到解决。
2.6 其他加工技术
除上述几种主要的精密微小孔加工技术外, 还有很多其它的方法。例如, 可以利用高压水射流技术来进行穿孔加工。该技术的优势在于, 具有较高的加工质量, 切口十分平整, 不存在毛刺和飞边, 同时, 也不会发生硬化和撕裂等问题。该技术加工十分清洁, 绿色环保的特点十分明显。在切削过程中, 不会产生活化, 工件也不会产生热效应。此外, 对复合材料、非金属材料、金属材料等多种材料, 都具有良好的适应性。该技术在航空航天、石油化工、汽车制造等方面的应用十分广泛。目前, 其正朝着精细加工的方向发展, 同时, 其低成本、高技术等特点, 使其具有了十分良好的应用前景。
另外, 还可以在真空环境中, 利用高速高能的粒子束对工件材料表面进行撞击, 将工件表面的原子撞击出来, 从而实现材料的去除。该技术的应用优势在于, 加工过程中的形变和应力较小。由于粒子束属于分子级或原子级的微细加工, 因此, 只有很小的宏观压力, 在各类材料的加工中, 都能保证较高的质量。同时, 由于该技术在真空环境中进行, 因而污染很少, 对容易氧化的半导体、合金、金属材料, 能较好地进行加工处理。此外, 该技术具有较高的加工精度, 能进行精确控制, 可在1μm以内进行光斑的共聚焦, 从而实现高精度精密微小孔的加工。
3 复合加工技术
复合加工技术指的是融合两种或两种以上的技术, 形成全新的技术工艺, 其最大的优势在于能将多种加工技术的优势融为一体。例如, 利用超声电解复合加工技术、电火花超声复合加工技术等, 能有效提高高温合金、硬质合金等金属材料超声加工的加工效率。在喷丝板、喷油嘴等金属零件精微异形孔、精密微小孔的加工中, 已取得了较为理想的效果。目前, 复合加工技术主要包括两个方面, 其一是两种加工技术先后发挥作用, 例如, 激光超声复合加工、激光电火花复合加工等加工技术。其二是两种加工技术同时发挥作用, 例如, 超声电火花复合加工、电解电火花复合加工、超声研磨复合加工、钻削超声复合加工、超声电解复合加工等加工技术。随着精密微小孔加工难度、应用需求等不断提升, 在未来工业领域中, 复合加工技术将会得到更为广阔的发展和应用空间。
4 结语
精密微小孔是当前工业生产领域中必不可少的重要元素。近年来, 随着我国工业水平不断提升, 精密微小孔的加工技术也在不断的优化。本文通过对几种较为常见的加工技术进行分析, 比较各类技术的优缺点, 为精密微小孔加工技术的发展奠定了一定基础。
参考文献
[1]张欣耀, 朱荻, 曾永彬, 等.精密微小孔的电解—磨削复合扩孔加工技术研究[J].中国机械工程, 2010, (8) :973-977.
[2]袁巨龙, 张飞虎, 戴一帆, 等.超精密加工领域科学技术发展研究[J].机械工程学报, 2010, (15) :161-177.
[3]李俊烨, 刘薇娜, 杨立峰, 等.共轨管微小孔磨粒流加工装备的设计与数值模拟[J].机械设计与制造, 2010, (10) :54-56.
[4]胡小秋, 吴笑天, 袁军堂, 等.基于涂覆技术的微小零件精密加工复合方法研究[J].中国机械工程, 2011, (1) :28-30.
[5]王艳丽, 明平美, 王书卿.金属微小群孔加工技术的研究进展[J].煤矿机械, 2011, (1) :8-10.
[6]唐英, 陈泽, 吴权.铝合金高速微小孔钻削工艺[J].航空制造技术, 2011, (5) :46-50.
[7]唐英, 陈泽, 吴权.淬硬钢高速微小孔钻削工艺试验研究[J].工具技术, 2011, (2) :67-72.
[8]王恪典, 段文强, 梅雪松, 等.毫秒激光加工小孔与重铸层的后处理工艺[J].西安交通大学学报, 2011, (7) :45-49.
[9]齐加胜, 张小蓉, 韩星, 等.立体织物精密微小孔板的设计加工技术研究[J].玻璃纤维, 2012, (1) :34-36.
[10]张长富, 孙立力, 张振羽.弹性材料微小方孔的微细电解铣削加工技术研究[J].制造技术与机床, 2015, (3) :101-104.
[11]丁忠军, 丁宇亭, 杨增辉, 等.伺服阀精密加工技术新进展[J].液压气动与密封, 2015, (6) :1-3.
[12]张扬, 陈济轮, 李森, 等.典型微结构的微细电火花加工工艺研究及工程应用[J].航天制造技术, 2013, (5) :1-4.
精密涡轮零件的加工工艺分析 篇2
摘 要：涡轮是一种将流动工质的能量转换为机械功的旋转式动力机械。它是航空发动机、燃气轮机和蒸汽轮机的主要部件之一，本文重点结合笔者的工作实际就精密涡轮零件的加工工艺做了分析和研讨。
关键词：涡轮;零部件;加工工艺
涡轮简称T，最早时候由瑞典的萨博（SAAB）汽车公司应用于汽车领域。在发动机排量一定的情况下，若想提高发动机的输出功率，最有效的方法就是多提供燃料燃烧。然而，向气缸内多提供燃料容易做到，但要提供足够量的空气以支持燃料完全燃烧，靠传统的发动机进气系统是很难完成的。因此，提高发动机吸入气体的能力，也就是提高发动机的充气效率就显得尤为重要。增压技术就是一种提高发动机进气能力的方法，采用专门的压气机将气体在进入气缸前预先进行压缩，提高进入气缸的气体密度，减小气体的体积，这样，在单位体积里，气体的质量就大大增加了，进气量即可满足燃料的燃烧需要，从而达到提高发动机功率的目的。
1.涡轮优缺点分析
涡轮，即涡轮增压，主要应用于汽车领域。在不改变发动机排量的条件下，涡轮增压发动机能较大幅度地提高发动机的功率及扭矩，一般而言，加装涡轮增压器后的发动机的功率及扭矩要增大20%～30%。从另一方面讲涡轮增压能够提高汽车的燃油经济性。在不改变发动机排量的条件下，涡轮增压发动机能较大幅度地提高发动机的功率及扭矩，一般而言，加装涡轮增压器后的发动机的功率及扭矩要增大20%～30%。从另一方面讲涡轮增压能够提高汽车的燃油经济性。不过涡轮增压也有它的缺点，这就是涡轮迟滞效应，因为涡轮要等发动机达到一定转速时（大概2000rpm）才能启动工作，其次是涡轮增压带来的噪声增大和排气散热问题。因此，精密涡轮零件的加工工艺是确保汽车性能的关键保障，下面就涡轮加工工艺作一探讨。
2.涡轮工艺路线的制定
在制定部件工艺路线之前首先要确定工件的定位基准，定位基准是指零件在加工过程中，用于确定零件在机床或夹具上的位置基准。它是零件上与夹具定位元件直接接触的点、线或面。在进行外圆及孔加工时，其轴线就是定位基准，若有孔时，可采用外圆表面。工艺路线的拟定主要是选择各个表面的加工方法和加工方案、确定各个表面的加工顺序以及工序集中与分散的程度、合理选用机床和刀具、确定所用夹具的大致结构等，要根据生产实际灵活应用。加工阶段的划分应根据零件的加工质量要求，一般划分为粗加工、半精加工、精加工、超精密加工阶段。这样可保证加工质量，合理使用加工设备，及时发现缺陷，减少表面损害等。但加工阶段划分不是绝对的。加工工序安排一般多从精基准的加工开始，再以精基准定位加工其他表面。加工工序是遵循先粗后精、先主后次、先面后孔的原则。
3.涡轮零件的加工工艺
精密涡轮零件的加工工序复杂，所以一定要制定合理的加工工序，在制定时要综合考虑材质、技术要求、加工设备、热处理等，要合理确定加工余量，正确计算各工序尺寸及公差，充分利用好加工设备和工艺装备，正确选择切削用量及加工工时定额，保证加工质量及提高劳动生产率。
3.1铣削的加工
零件要求两件出，用方料线切割一次出两件，若用圆棒加工，工序较复杂。磨削是表面精加工的主要方法，磨削主要用于中小型零件高精度表面及淬火钢等硬度较高的材料表面加工。磨削表面粗糙度为RaO.8～0.2μm后，两平面间的尺寸公差等级可达IT6！IT5，平面度可达0.01！0.03mm/m，精磨去除余量0.05mm，精磨后的尺寸为55mmx55mm×49.2mm。该零件除表面外，主要是孔系加工，采用立式三坐标数控铣削加工中心进行加工。由于该零件材质较硬，内孔表面加工较外圆表面困难得多，工序也多，此处采用钻一线切割的加工方法。一次装夹即可完成所有孔的加工，因此确定工序为1个，分3个工步，按照先小孔后大孔的加工原则，安排如下：按底孔要求尺寸Ф1.500mm，钻至直径Ф1.2mm，并钻Ф2.0mm孔;分别按2个底孔要求尺寸Ф2.500mm，钻至直径Ф2.2mm，并钻Ф3.0mm、深35mm孔;按底孔要求尺寸Ф5.600mm，钻至直径Ф5.0mm，并倒角C0.5mm。
3.2线切割加工
由于零件内孔技术要求较高，而本身材质又硬，结构相对较复杂，采用电火花线切割加工，省掉了形状复杂的成型电极，大大降低了工艺装备的制造成本，缩短了生产准备时间，可以加工很微细的窄缝、异形孔和复杂的型腔;由于蚀除量很小，所以加工效率很高。电火花半精加工粗糙度为RalOμm，精加工粗糙度为Ra2.5～1.25μm。具体如下：将底孔Ф1.2mm电火花线切割至Ф1.500mm;分别将2个底孔Ф2.2mm电火花线切割至Ф2.500mm;将底孔Ф5.0mm尺寸电火花线切割至Ф5.600mm;电火花线切割Ф24.400mm外圆形状，同时切割开口槽，一次成功。电火花线切割机床可分为快走丝和慢走丝两大类，此处采用慢走丝电火花线切割。慢走丝粗加工，火花间隙0.02～0.03mm，精加工时间隙在5～6μm，采用慢走丝电火花线切割可以循环加工。加工控制量为：C001，1～2刀，间隙0.03mm;C002，1～2刀，间隙0.02mm;C003，l～2刀，间隙0.0lmm;C004，1～2刀，间隙5～6mm。
3.3内外圆磨床加工
由于工件是精密零件，在电火花线切割后安排磨床精密磨削，精密磨后工件精度可达IT6～IT5，表面粗糙度为RaO.63～0.16μm。加工时，内外圆最好在一次安装中同时磨出，以保证它们之间有较高的垂直度。具体如下磨直径Ф2400mm外圆;磨削直径Ф5.6mm内孔段;外圆磨削5μm，尺寸到40.27～0.3mm。铣削环形排气槽，利用转盘成型铣刀铣削;铣削宽2.0mm、深0.3mm排气槽。数控车削加工Ф23.16mm锥形外圆，将高度加工至48.46土0.01mm电火花放电加工直径Ф7.150mm、长约11mm圆孔、端部圆角。因孔小，难以在车削加工中用镗刀加工;若用加工中心铣削加工，刀直径较小，易出现让刀现象，形成加工锥度，同时圆孔圆度达不到要求。电火花放电加工顶部凹槽;若用加工中心铣削加工，因尺寸较小，深度约11mm，加工中易出现让刀现象，并且底部为直角，无法清角。
参考文献：
[1]王松乔，多工位机床的应用与国产化[J]，中国制造，2012
精密孔加工 篇3
不锈钢作为一种难加工的材料,在建筑、电力等行业有着广泛的应用。在实际加工过程中,不锈钢易硬化和产生积屑瘤,且其导热性较差。针对这种现象,本文通过一个具体实例,对不锈钢零件的加工工艺方法进行了探讨,以便通过使用数控车可以更加精准地加工不锈钢零件,提高加工效率。
1 典型零件分析
1.1 基本情况分析
某机修配件见图1,该零件为精密不锈钢零件,硬度为HRC22~HRC26,材质为2Cr13不锈钢;在零件中设置有多个深孔,特别是Φ17.5mm内孔是该零件的重点加工对象。为了确保不锈钢零件加工的精准性,必须对内腔各孔的车削加工进行严格把控,才能满足尺寸、位置以及精度要求[1]。
1.2 加工难点分析
通过图1可以看出,由于零件结构的特殊性,在内腔车削时只能采用螺纹胎具的定位方式进行装夹,工作断面与轴向定位面的距离为156 mm,而且由于形状不规则,所以在装夹系统中很容易失衡。在深孔数控车加工时,Φ17.5mm的内孔深度达到了121mm,是高的7倍之多,镗削刀具的长径比超过了10,这就增加了刀具的装夹难度。此外,该零件对于尺寸精度、同轴度、垂直度都有很高的要求,如果在加工的过程中出现一点误差,都可能会对零件的实用性能造成严重的影响。所以在不锈钢精密深孔的数控车加工时,要对刀具的选择、切削参数以及工艺路线的设置等进行严格的要求,以保证该零件加工合格。
2 工艺路线的设计及加工刀具的选择
根据该零件的特点以及加工的难点,可以制定出以下数控车削工艺路线:粗车内外形—半精车内外形—精车内外形—精车Φ17.5mm内孔—精车内孔环形槽—车端面槽。
2.1 刀具的选择
根据不锈钢的加工特点,从以下几方面综合考虑选择合适的刀具:(1)为了避免出现工件脱落的现象,要选择与螺纹胎具螺纹反向的右手刀具;(2)刀片的几何形状和刀片的断屑槽形要保证尽可能地减小切削力,这样就可以减少对零件刚性的影响;(3)刀尖的圆弧要适中,圆弧过大会产生颤纹,圆弧过小时刀尖容易损坏,从而影响刀具的使用寿命;(4)刀杆要选择内冷却的形式,这样在加工的过程中就会使零件得到充分的冷却,同时还要对排屑方向做好相应的控制。根据以上要求选择各工序所使用的刀具,详见表1。
2.2 工件的装夹
由于不锈钢零件的结构特征,只能采用螺纹胎具对轴向定位面进行定位。在安装螺纹胎具的时候要保证精准性和严密性,确保螺纹和主轴同轴。在螺纹胎具材料的选择上也要有一定的要求,要使用40Cr材料作为基体材料,然后经过热处理使其硬度达到HRC28~HRC32才能满足加工的需求。同时还要保证螺纹胎具上导向面的粗糙程度Ra≤1.6μm,圆柱定位面的长度≤1.5mm,这样就能够保证在加工的过程中不会出现错位的状况[2]。
2.3 切削参数及内孔测量方式
根据零件的尺寸、精度以及表面粗糙度等要求,以表面粗糙度值计算公式Ra=50f2/r(其中,r为刀尖圆弧的半径,f为刀具的进给量)的计算值为基础,初定切削参数;然后通过刀具手册找到对应的切削参数的数值。最后确定的各工序刀具切削参数如表2所示。
在对零件加工的过程中要时刻关注刀片的磨损程度,并及时更换刀片,以减小对零件产生的不良影响,避免出现螺纹胎具与工件“研死”状况。
在内孔Φ17.5mm上存在0.018mm的公差,如果是采用内径三爪千分尺对内孔进行测量,会存在更大的误差,而且在测量的过程中还可能会对内孔造成划痕,所以应该使用气动测量仪进行测量(因为它的测量精度能够精准到0.001mm),在测量的过程中一般不会对内孔造成影响,而且精度很高[3]。
2.4 冷却方式及排屑问题
在切削方式上要选择刀杆内冷却与刀座外冷却相结合的方式,要使用水溶剂极压切削液,这样更能保证冷却的效果达到最佳。在进行外冷却的过程中要将切削液对准刀尖部位,以保证刀尖与零件接触的部位快速冷却,避免在加工切削的过程中切削热对零件产生不良影响。
由于该不锈钢零件的内孔长径比较大,所以在进行镗孔的过程中,在半精车、精车的每个加工环节都要暂停检查,将切屑及时清理干净,避免切屑缠绕在刀杆上对零件产生划痕等。
3 不锈钢零件精密深孔数控车加工过程及注意事项
将螺纹胎具旋入到机床中,然后利用扳手将其固定好,通过百分表测量,使工件的径向圆跳动与端面圆跳动不超过0.002mm。为了防止在加工的过程中刀具的切削力太大而导致切削不稳定的状况,每加工10件要用百分表测量一次,这样就可以避免螺纹胎具产生位移而对加工零件的精度产生影响。同时还要控制在加工外圆、端面槽时切削速度、进给量不能太大,避免对端面槽和外圆产生振纹;在加工内孔时,由于镗孔道与内孔直径距离很近,所以要用百分表测量出刀具的垂直位置;在精加工的过程中排屑要干净,避免切屑对零件和刀杆产生的影响,在深孔精加工过程中要把加工余量控制在0.06mm~0.1mm之间。在以上所有的加工环节中都要对切屑形状、内孔表面粗糙度以及刀尖的使用情况进行及时的检查,保证机床的各部分处于正常的运行状态,还要及时更换刀片,以确保零件加工的质量。
4 小结
对以上方法进行了实际的验证,对上百件的零件加工后,测量不锈钢内孔的粗糙度值为0.9μm,圆柱度为0.002mm、垂直度为0.006mm,其他各参数均符合加工要求,该方法的加工合格率达到98%以上,在很大程度上提升了加工效率。这种数控车加工的方法对其他不锈钢零件、精密深孔以及端面槽零件的车削加工提供了良好的技术支撑,可提高零件加工的精准度,同时也节省了材料。
摘要：随着企业的快速发展,对加工材料的多样化需求不断增加,像高温合金、不锈钢以及钛合金等难加工的材料被广泛应用于各行各业中。针对不锈钢零件精密深孔数控车加工的方法进行了探讨,以提高零件加工的精准度。
关键词：不锈钢零件,精密深孔,数控车加工方法
参考文献
[1]李庆,马进中.典型零件的造型与自动编程加工[J].机械职业教育,2010(2):61-63.
[2]宋福林,张加锋.数控车床的切削振动分析与控制方案[J].机械工程师,2011(7):93-94.
现代机械制造工艺与精密加工研究 篇4
【关键词】机械制造；精密加工；实际应用
引言
随着传统机械制造业的没落，新型机械制造行业迅猛发展，精密加工以及高管技术的应用，使得经济社会又向前迈进一步。所以，如何正确应用现代机械制造加工产品，是至关重要的问题。
1、现代机械制造工艺与精密加工技术的特点
1.1关联密切。技术是加工行业的命脉，精密加工与现代机械制造科学融合是制造业的趋势，包含多个层面，其中包括市场调研，设计方案思路，制造技术与设备统一，制造工艺只有经过精密加工才能成为占领市场的先锋，提高两者之间的默契度，精密与工艺并存，才能增强机械产品的质量。
1.2系统性特点突出。生产成本逐渐降低，制作工艺逐渐简化，机器精密制造的产品成为市场销售中的宠儿，而传统手工低效率，做工粗糙，技术含量低的工业产品逐渐被淘汰。精密高端的现代制造工艺具有高技术含量的特点，要想保证市场占有份额，就必须加强各个专业的统一，比如机械制造，电子计算机技术，遥感技术，全自动化技术相互柔和成为加工制造业的系统，有了系统性，才能确保产品的质量。
1.3发展全球化。经济全球化的趋势日益加深，一种新型的制造工艺产品不再仅仅在地区范围内推广，而是走向世界市场，参与国际间的竞争。这种高压的竞争环境中，对现代机械制造行业以及精密仪器的加工技术都提出了新的要求，只有提高产品的技术含量，才能在国际市场中占得一席之地，这就需要我们研发人员对世界经济趋势做出准确的判断，为产品制造提供市场方向，辅助高端技术，屹立世界经济发展的潮流中。
2、现代机械制造工艺与精密加工技艺的结合应用分析
2.1现代机械制造行业前景分析。机械制造的产品在生活中处处可见，车，钳子，电焊等工艺制作产品，其中我们选取焊接作为例子，对现代制造工业与制造产品的应用进行分析。2.1.1气体保护焊工艺技术的应用。气体保护焊工艺是利用电弧作为制造热源，被焊接物质以砌体作为介质相互焊接。工作原理是：在产品制作过程中，焊接产生的电弧会形成一层具有保护作用的气体层，可以有效的隔绝温度、有害气体物质及辐射性物质，还可以分隔熔池、电弧等焊接过程中有害物质，保证人们身体健康。保护气体中最常见的是二氧化碳，其随处可得，无成本投入，是制造产品保护气体的首选。2.1.2电阻焊工艺技术的应用。电阻焊工艺技术是指将电阻的正负极分别连接到不同的焊接物上，通电时电流经过的时候，产生大量的热量，周围接触物与其接触面之间的介质相熔化，冷却之后，达到焊接作用的工艺。其焊接特点是简单、易操作，焊接效果可受人为控制，成品率高，且其焊接时间短，并且噪音相对小，空气污染小。弊端就在于不能大批量的制造产品，需要投入大量的人力，对于小型家电还可以应用，但对于大型制造机器就难以应用了，因此，应该根据生活中的实际情况，酌情使用。2.1.3埋弧焊工艺技术的应用。在传统以及现代焊接工艺中，埋弧焊工艺技术的应用都十分广泛，所谓的埋弧焊工艺是指在焊接时，焊接层底下的电弧被燃烧，从而达到焊接目的的操作工艺。埋弧焊工艺技术分为以下两类。一是全自动化焊接：自定埋弧焊接技术是指利用小型工具的辅助，将焊丝与电弧相互接合，然后达到自动焊接的技术，该技术使用方便。二是半自动化焊接：半自动焊接需要人工的辅助才能完成，比如需要人工的推力将焊条推入，既耗费人力，也浪费了不少焊接资源，因此该工艺逐渐被市场所淘汰，已经无几人使用了。现在常用的电渣压力焊也是一种半自动化的买弧焊接技术，它具有成效高，产品质量好的特点，因此被广泛应用。焊接技术的使用不仅仅是依靠优良的技术，同时还应注意选择优质的焊条，并随时观察其碱度，这些细小的差别往往才是决定焊接产品质量到的关键。2.1.4搅拌摩擦焊工艺技术的应用。搅拌摩擦焊技术使用方便，操作简单，其对基本的焊接工艺硬性材料没有过多的要求，比如焊条等，仅仅需要焊接搅拌头，就可以完成整个操作。搅拌摩擦焊接工艺的使用是在20世纪90年代初，当时工艺水平相对比较先进，轮船，铁路的方面的应用也极为广泛，所以该技术支撑起了焊接工艺的半边天。2.1.5螺旋焊工艺技术的应用。螺旋焊工艺技术是指先将各部分零件进行组合和连接，再在其相互接触的面积当中将两者进行融化，达到焊接目的，黏合的零件有螺柱、板件等。该工艺可分为拉弧式和储能式，拉弧式的应用主要在重型工业中，比如轮船制造业等，其焊接要求高；而储能式主要应用于薄板之间的黏合，日常生活中比较多见。
2.2精密仪器的加工技术。精密仪器的加工技术分为多个层面，不同应用方向有不同的选择，比如超级精密研磨技术，纳米技术，细微加工技术等，这里我们就前几种加以分析。2.2.1超精密研磨技术。超精密研磨技术可将表面粗糙程度降到1至2mm。其传统的使用技术有研磨，抛光等，然而对现在工艺的要求已经远远不够，为了适应新时代的发展需求，超精密研磨技术应运而生，它的研磨程度更加精细，使加工产业对材料的要求得到满足。2.2.2精密切削技术。切削技术操作简单，因此对切削产品的要求也相对较多。切削表面粗糙程度要求细小，相对于机床的大型机器操作可以提高其精密程度，但受到温度，机床高度，抗震性能等方面的影响，精密切削技术需要高速运转，才能适应生产的需要，目前市场上的切削技术足够满足机床要求的精密程度，这为精密切削技术开辟了一片天空。2.2.3纳米技术的应用。纳米技术的概念为人们广泛所熟悉，它是结合了物理技术和工程技术的现代化工艺产物，它实现了纳米级的精细刻画，在精密电子技术当中获得殊荣，在未来的发展前途也很广泛。纳米材料，纳米微生物等概念的普及，是人类进步的象征。
3、结束语
世界科技的高速发展，经济全球化趋势的加深，行业之间竞争日益激烈，全球化市场进一步拓展，这些都对现在机械制造工业以及精密加工制造行业提出了更严苛的要求，比如航天飞船等方面。精密加工技术是现代机械制造行业的基础，所以，加强对现代机械制造行业的开发与研究，是实现工艺生产全球化的重要目标。
参考文献
[1]袁静.浅议现代机械制造工艺与精密加工技术[J].中国高新技术企业，2014，（06）：85-86.
精密孔加工 篇5
1 传统的半圆孔直径检测方法
传统的半圆孔直径通常用三坐标测量或者用手持式带表半圆量规测量。用三坐标测量半圆孔直径精度高但速度慢,不适合大批量的零件检测;用手持式带表半圆量规测量速度快,应用较广泛,但由于带表半圆量规的读数与实际测量的直径具有非线性关系,因此需要制作尺寸对照表进行换算。
2 带表半圆量规原理
带表半圆量规由塞规体(如图1所示)和校准件(如图2所示)组成,它是利用弓高弦长的测量原理实现测量。
2.1 弓高弦长原理介绍
如图3所示,圆的弦长为H,弓高为L,直径为D。在ΔAOC中,AO=D/2,AC=H/2,OC=D/2-L。
由勾股定理可得:AO2=AC2+OC2,即(D/2)2=(H/2)2+(D/2-L)2,得出:D=(H/2)2/L+L[1]。
根据弓高弦长的原理可知,带表半圆量规的弦长H的值已知,弓高L由指示表读出,因此H和L为已知量,可根据经公式计算出来的尺寸对照表换算成半圆的实际直径。
2.2 尺寸对照表的制定
以H=20,半圆直径D的工艺值为22±0.15为例,带表半圆量规需要使用一个中值校准件(假定其实测值为22.000)来标定,用以确定半圆规在校准件的值时弓高L的读数,即在使用带表半圆量规之前,先用半圆量规测量中值校准件,看是否与中值校准件的实测值一致,如果不一致则需要将表的示值调整到与校准件的实测值一致,这就是通常所说的标定过程。
制定对照表时,首先要计算出半圆量规的显示表的传感器在用中值校准件标定时的数值,由公式D=(H/2)2/L+L,代入H=20,D=22.000,即L2-22L+100=0,解该一元二次方程得L=6.417,该值即为显示表的传感器在用中值校准件标定时的数值。
对照表的制定有2种方法,一种是在标定时将表的数值设置为校准件的实测值,对应的零件实测值计算公式为:D=(H/2)2/(L变+6.417)+L变+6.417。其中,L变为传感器的示数变化,可以根据实际需要调整L变的间隔制定相应的对照表。以L变的间隔为0.005 mm为例,尺寸对照表见表1。
(单位:mm)
由于千分表显示的数值与实际尺寸相差不大,使用这种对照表容易出错,尤其是新员工经常忘记按照对照表进行换算,一些员工甚至不知道换算表的存在,而是直接采用读千分表显示的值作为检测结果。如果错误发生在调刀过程中,员工按照错误的信息进行调刀,会造成批量返修,尺寸加工过大甚至会造成因无余量返修而批量报废,后果比较严重。
鉴于上述问题,我们可以采用另外一种对照表,即在标定时将千分表的值设置为L变的值,例如校准件实际值为22,则将千分表的标定值设置为0,员工测量时根据千分表中显示的L变的值按照对照表査找实际零件直径(见表2)。由于0和222个数值之间相差较大,员工只能按照对照表换算为实际值,从而避免了忘记进行换算的错误发生。
(单位:mm)
3 基于计算机系统的电子半圆量规
电子半圆量规跟带表半圆量规一样,也是通过弓高弦长的原理实现测量。其基本结构为:在手柄中装夹1根笔式传感器(如图4所示)。
电子半圆量规可以利用计算机系统通过公式计算直接显示零件的实际半圆直径。电子半圆规通常采用大、小校准件确定传感器的线性,但需要注意的是,在设置大、小校准件的标定值时,不能设置为校准件的实测值,而应该设置为实测值对应的L变的值。如何确定大、小校准件对应的L变的值,是实现正确测量的关键。
同样以H=20,D的工艺值为22±0.15为例作说明,此时大值校准件的实测值假定为22.150,小值校准件的实测值假定为21.850,将22.150代入公式D=(H/2)2/L+L,求得LMA=6.315,LMA变=6.315-6.417=-0.102,将21.850代入公式D=(H/2)2/L+L,求得LMI=6.526,LMI变=6.526-6.417=0.109。
大、小校准件的标定值应该设定为LMA变、LMI变的值,即-0.102和0.109,因为-0.102<0.109,因此需要将传感器方向设置为反向。
以德国Nieberding GmbH配备的德国Promess工控机的编程软件为例,其部分程序代码为:
H1=20;!*H value*!
H2=0.109;!*Set master value*!
M1=(H1/2)×(H1/2)/(T1+6.417+H2)]+(T1+6.417+H2)
Promess软件必须将传感器中值标定值设置为0,否则无法进行变量间的乘除运算。
相对于带表半圆量规,电子半圆量规有以下几个优势。
(1)效率高、不易出错。电子半圆量规可以用计算机系统通过公式计算直接显示实际半圆直径,不用再根据对照表进行换算。
(2)耐用、维护成本低。电子半圆量规结构简单,量规体中装有1根笔式传感器,只要传感器不被损坏,电子半圆量规就能正常工作,如德国TESA、英国SOLARTRON等品牌的笔式传感器的稳定性都很好,并且精度高、使用寿命长。数显千分表比笔式传感器贵,如Mahr Federal数显千分表的价格比先进的笔式传感器的价格高出2～3倍,在检测站配备计算机的前提下,使用电子半圆量规进行检测成本低且便于维护。数显千分表是根据电磁感应原理实现测量,从长期的使用经验来看,其电磁感应芯棒容易脱落,相比笔式传感器容易损坏,且数显千分表需要使用纽扣电池,增加了测量成本。
(3)可自动生成测量数据,便于统计过程控制(SPC)分析。电子半圆规量可在电脑中自动生成指定格式的测量数据,如Q-DAS数据等,能方便地通过SPC软件计算cp、Cpk等过程能力指数,从而帮助检测人员判断加工过程的好坏。
4 电子半圆量规的误差分析
电子半圆量规的误差来源主要有:系统误差;弦长的制造误差△H;随机误差;弓高的测量误差ΔL[2]。
数学模型为:
D=(H/2)2/L+L
系统误差ΔH影响的直径误差ΔD1为:
随机误差ΔL影响的直径误差ΔD2为:
总的直径误差为:
ΔD=ΔD1+ΔD2=
5 结语
本文对半圆量规测量半圆直径的工作原理及计算公式进行了探讨,详细论述了电子半圆量规的测量方法,并对其误差进行了分析。通过上汽通用五菱汽车股份有限公司发动机工厂的实践证明,电子半圆量规的稳定性好,精度高,是一种能快捷、有效地检测半圆孔直径的方法。
参考文献
[1]施文康,余晓芬.检测技术[M].北京:机械工业出版社,2004.
精密孔加工 篇6
我们发现电火花线切割加工机床的工作台部分及步进电机控制系统具有很高的定位精度, 我们选用了DK7725型电火花线切割机床的步进机控制部分的电路系统。该系统由8031单片微机组成, 采用高集成块结构、操作简易、八位数字显示, 24个操作键, 可以同时控制X、Y两个坐标轴。通常采用键盘输入方式、输入格式为3B格式, 插补方式为直线和圆弧。最大控制圆弧半径为4999.999mm, 最大控制长度为9999.999mm, 控制方式为开环步进电机驱动 (三相六拍) 、最小设定单位为0.001mm, 移动单位0.001mm/脉冲。整个控制系统具有加工程序输入、存储、暂停、停电记忆、平移、旋转、对称等诸多功能。在检测工作台的各项指标时我们得到的结果是:工作台移动在垂直面内的直线度为0.004mm~0.005mm;工作台移动在水平面内的直线度为0.003mm~0.004mm;工作台移动地工作台面的平行度为0.008mm~0.010mm;工作台横向移动对工作台纵向的垂直度为0.008mm;工作台运动的重复定位为0.007mm~0.008mm;工作台的定位精度为0.008mm~0.009mm。基于以上这些数据, 这台设备完全能满足蜂窝陶瓷挤压成型模具进料孔的精度要求, 达到精密群孔定位的目标。
在钻削定位部分我们选择了一台Z406型台钻, 对其进行了改造。主要是:卸去底板、截短升降立柱长度;保留升降用丝杆, 重新加工了丝杆螺母嵌入升降柱内固定, 端头再加装一个平面轴承及轴承座封牢, 整个升降机构与原台钻相比为倒置式, 即摇柄在下方转动丝杆;钻削悬臂支架上, 用四个螺丝固定锁牢;钻削头保留原台钻的绕升降主柱上下移动及旋转360度的性能。
床身、支架部分, 在购进了工作台、控制部分及台钻后, 我们就根据这些部件的位置安装要求对床身、支架部分进行设计。我们采用角钢、槽钢及钢板进行焊接的方法加工床身及支架, 保证了整套设备的强度和刚性, 确保了运行的平衡。这样即节约了时间又降低了成本。
经过短时间的安装调试, 一台精密数控群孔定位装置就这样诞生了。以后我们陆续还做了三台, 这些机床在蜂窝陶瓷载体挤压成型模具的加工中起到了举足轻重的重要作用, 近年来为我们创造了很好的经济效益。
随着时代的发展, 科技技术的不断进步。一些外国的先进技术的引进, 使得数控群孔的定位加工技术又向前迈了一大步, 现在出现了三轴、四轴坐标联动、开环控制普及型全数字式数控系统, 功能强大、指令丰富、编程代码符合ISO国际代码标准, 直接控制交流伺服系统。目前我们引进了两台普及型三轴联动数控钻床 (针对直径在6mm以内的细小群孔的定位加工) , 此设备的控制电路采用最新工业级高速ARM处理器、大规模现场可编程门列矩阵FPGA技术, 多层PCB印制电路板, 整机采用高集成芯片和表贴元件, 结构更为紧凑合理, 更好的保证了系统的可靠性和稳定性。
由于是三轴联动, 这就大大降低了劳动强度, 操作人员只需要更换钻头就行了;还由于实时控制速度 (最高快移速度可达30米/分、最高进给插补速度可达15米/分) , 速度比人工操作快百倍, 所以大大提高了工作效率, 缩短了模具加工的周期, 为用户争取了更多的时间。
综上所述, 新的设备固然有它的许多优点, 但我们自行研制的精密数制群孔定位装置也有它的优点, 价格低廉、操作简便、实用性强。特别实用于中、小型企业 (价格相差六、七倍) 。今后, 我们要不断进取, 进一步开发研究高精度、高效率、低成本的群孔定位技术, 提升蜂窝陶瓷体挤压成型模具的制造水平。
摘要：针对蜂窝陶瓷挤压成型模具群孔的定位加工, 研制开发精密数控群孔定位装置, 大大降低了加工成本、提高了工作效率、定位精度更高, 满足了我们对蜂窝陶瓷挤压成型模具孔系的加工要求。此设备值得向孔系定位加工的用户推荐使用。
关键词：精密,群孔,定位
参考文献
[1]《电火花微控线切割机床》使用说明书, 南昌江南电子仪器厂.
精密孔加工 篇7
气吹型孔轮式排种器的主要工作原理是种子在重力和气压差的作用下充入排种盘的锥形窝眼内, 当窝眼旋转到清种区时, 由气嘴中吹出的高压气流将多余的种子吹走, 只保留一粒种子被气压差牢牢地压附在窝眼底部, 完成单粒充种, 最后种子旋转到排种区落下。影响气吹型孔轮式排种器播种质量的因素很多, 如锥孔的结构参数, 气嘴的形状、大小及其与锥孔的相对位置, 排种盘的转速等。对于一种气力式精密排种器, 首要应研究的是吹气压力对播种质量的影响, 选择合适的工作压力范围。
吹气压力是气吹型孔轮式精密播种机的关键工作参数, 喷嘴出口的气流速度是影响株距合格率的主要因素之一, 气流直接由吹气压力决定, 为找出喷管出口的气流速度亦即吹气压力与株距合格率的关系, 笔者进行了室内台架试验, 试图得到气吹型孔轮式排种器播种玉米的适宜工作压力范围, 并分析了吹气压力对株距合格率的影响情况, 然后根据试验数据选择风机, 进行田间试验验证。
1 试验材料与设备
台架试验于2012年年初进行, 选用河南农科院种业有限公司生产的“秋乐”牌郑单958玉米杂交种, 籽粒黄色, 半马齿型, 千粒质量330.4 g, 含水率12.7%, 排种轮转速固定在n=25 r/min, 投种高度为50 mm。
图1为试验采用的气吹型孔轮式排种器。上下壳体均由45号钢通过机械加工方式制成, 表面经过镀锌处理;排种盘为铝制。
试验均在PS-12型排种器性能检测试验台上进行。该试验台适用于各种机械式和气力式排种器的精播 (GB/T6973一2005单粒 (精密) 播种机试验方法) 、穴播及条播性能的试验和检测, 基于计算机视觉技术, 可实现排种性能的实时检测。对于精密排种器, 提供精确的种子粒距 (粒距测量平均误差±2 mm) 、合格指数、重播指数、漏播指数和变异系数等检测指标, 并输出符合国家标准要求的试验数据和图表。试验时, 可调节排种盘转速、风机压力和胶带前进速度3个参数。
如图2所示, 窝轮眼内, 当盛满几粒种子的窝眼旋转到气流喷嘴下方时, 在喷出气流作用下, 窝眼内上部的多余种子被吹回到充种区。而位于窝眼底部的一粒种子在压力差一作用下紧附在窝眼孔底。当窝眼进入护种区, 种子靠自重逐渐从窝眼里滚落下充入排种。这种排种器的窝眼做成圆锥形, 外口直径较大, 一个窝眼内可装入几粒种子, 因而提高了充种性能, 能适于较高速作业播种。可以播种不精选分级的种子, 对同一品种不同规格种子的排种采用气流清种, 使清种及排种性能大为提高。
2 试验方法
本试验为吹气压力的单因素试验, 目的, 一是找出吹气压力的工作范围, 二是考察吹气压力对株距合格率的影响。在试验中, 考虑到排种盘转速过低或过高对吹气压力的需求可能有较大差异, 因此取常用排种盘转速的中值28 r/min;取常用种植密度的粒距223 mm, 计算得到相应的前进速度为9km/h。在0.30～0.66 kPa等距选择7个水平进行试验, 每次检测200粒种子。
3 试验结果与分析
3.1 吹气压力范围测试
试验吹气压力从0.3 kPa开始逐步增大到0.66 kPa, 观察排种器工作情况。表1给出了不同吹气压力下的株距合格率, 各指标均按国家标准进行计算。
由表1可知, 吹气压力过小时, 难以将窝眼内多余的种子吹走, 造成严重重播, 株距合格率较小;随着吹气压力的增大而株距合格率逐渐上升, 在0.5kPa左右时, 株距合格率就保持在93%左右;随着吹气压力的继续增大, 株距合格率逐渐下降。因此气吹型孔轮式播种机在田间工作时, 拖拉机动力输出轴必须先达到要求转速, 使风机处于额定工作状态之后才能前进, 否则就会造成地头重播严重的现象。
将株距合格率A随吹气压力的变化情况作折线图, 得到图3。
表中:S———总偏差平方和;S回———回归平方和;S剩———剩余平方和;F———计算统计量;Bj———乘积和;Sj———列平方和;Qj———j次正交多项式偏差回归平方和;bj———回归系数;lj———整数化系数。
由表1试验结果在Matlab中进行回归分析, 得到株距合格率y对吹气压力x (kPa) 的多项式回归方程:
式中y$———回归值;
x———变量。
正交多项式回归计算见表2。
从以上回归方程的多元决定系数可以看出, 回归模型拟合度较高。
从试验所得到的数据可以发现, 虽然增加吹气压力, 有助于降低重播指数和获得更高的株距合格率, 但在实际生产中, 结合能耗经济性和农民播种习惯考虑, 吹气压力在0.4～0.5k Pa的范围内比较适宜。
3.2 吹气压力对株距合格率的影响
在上述试验基础上, 利用试验数据, 选取0.3～0.7 kPa范围内的7组值进行单因素方差分析, 求得各株距合格率的单因素方差分析结果如表3所示。
F0.1 (1, 3) =5.54 F0.005 (1, 3) =55.55 F0.005 (1, 3) =47.74
单因素方差分析的作用, 是通过统计分析判断吹气压力对株距合格率的影响是否显著, 实质上是检验几个等方差正态总体的等均值假设, 单因素方差的基本假设是各组的均值相等。如果最终得到的F统计量小于F临界值, 则接受它们等均值的假设。由表2可知, 二次项是高度显著的, 三次项、一次项都在a=0.1水平上显著, 回归方程在a=0.05水平上显著, 即吹气压力对株距合格率影响极其显著, 这也与图3中的曲线吻合。
4 风机选型与田间试验
由于气吹型孔轮式排种器工作压力区间较大, 对风压波动有很好的适应性, 因此选择风机的曲线中只要有一段在要求的压力和流量范围内即可符合要求。选择压力在3kPa时在试验台上测量风速, 计算流量, 从而得到排种器工作时所需的风压及流量。在此基础上选定三行气吹型孔轮式播种机所用风机, 并进行田间试验。
试验于2012年3月在武威市黄羊镇进行, 配套动力为30 kW的拖拉机, 动力输出轴转速760 r/min。实际田间试验统计结果表明, 该数据为多次试验结果的平均值。试验结果表明, 三行气吹型孔轮式播种机使用选定风机, 田间作业质量较高。
5 结论
(1) 气吹型孔轮式精密排种器具有很好的气压适应性, 在吹气压力大于0.5 kPa条件下, 株距合格率基本能在90%以上, 能够实现精密排种。
(2) 吹气压力对株距合格率的影响主要表现在播种质量随着吹气压力的增大而逐渐提高, 0.48 kPa时, 株距合格率达到93.7%。单因素方差分析表明, 吹气压力对株距合格率影响非常显著。
(3) 根据气吹轮式排种器的性能特点, 综合考虑能耗与播种质量指标, 建议实际田间作业压力适宜范围为0.4～0.5kPa。
(4) 田间试验表明, 使用选定风机, 在其额定工作状态下, 气吹型孔轮式精密排种器的平均株距合格率大于93%, 能够获得较好的播种质量。
参考文献
[1]王庆和.国内气力式精密播种机的研制简况[J].农牧与食品机械, 1991 (1) :9-11.
[2]张泽平, 马成林, 左春怪.精播排种器及排种理论研究进展[J].吉林工业大学学报, 1995 (4) :112-117.
[3]张守勤, 姜梦山.气吹型孔轮式排种器的改进与性能试验[J].农牧与食品机械, 1991 (2) :11-13.
[4]张守勤, 马成林, 王成和, 等.气力轮式排种器型孔的流场及作用[J].农业机械学报, 1991, 12 (4) :26-31.
[5]中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册[M].北京:中国农业科学技术出版社, 2007 (11) .
[6]张德文, 李林, 等.精密播种机械[M].北京:农业出版社, 1982.
[7]胡树荣, 马成林.气吹型孔轮式排种器的排种频率和气流速度对排种质量影响的研究[J].吉林工业大学学报, 1981:26-35.
[9]胡树荣, 马成林, 李慧珍, 等.气吹型孔轮式排种器锥孔的结构参数对排种质量影响的研究[J].农业机械学报, 1981, 9 (3) :21-31.
精密盲孔加工技术研究 篇8
该零件为某发动机高压涡轮喷嘴内后支撑, 材料为AMS5707, 为薄壁零件, 零件壁厚较薄m, 零件的整体结构刚性较差, 存在38个精密盲孔, 加工合格率非常低。本文通过对加工方法、刀具的选用、加工参数等进行调整, 解决了相关问题。
二、零件简介
高压涡轮喷嘴内后支撑为某型航空发动机中与叶片连接的一个单件。壁厚最薄1.1mm, 有2组高精密盲孔, 每组19个共38个, 孔径公差分别为0.00381mm, 其中一组孔的位置度只有0.05, 另有1基准孔孔径公差为0.005mm, 保证孔径及位置合格难度非常大。
该零件材料材料为AMS5707, 为难加工镍基高温合金。切削特性表现在以下方面:塑性变形很大;切削力较大;切削温度高;刀具易磨损;加工硬化现象严重。
所以由于材料的原因, 零件难于切削, 并且零件比较薄, 刚性较差, 需要借助辅助支撑来保证加工变形量, 同时加工盲孔需要涂层非标刀具, 由于公差限制, 需使用钻、扩、镗、铰等工艺依次加工, 以保证孔径及位置尺寸的一次合格率。
三、孔加工试验
1零件端面孔的工艺方法、余量分布及加工参数。
(1) 零件状态。由于零件端面盲孔的位置要求非常高, 只有0.05mm, 这个对于零件前工序加工提出了很高的要求, 基准直径公差为0.03mm, 圆度为0.03mm, 基准平面度要求0.05mm。
(2) 刀具的选用。对于材料为高温合金的零件, 为保证加工尺寸的精度, 采用带涂层的非标刀具。关键是铰刀工序, 铰孔为加工最后一道工步, 该工步的质量、稳定性、准确性直接影响零件最终尺寸状态。刀具选用非标定制的合金铰刀, 其铰刀的公差略大于盲孔的孔径, 并且刀具的圆周跳动不能大于0.005mm。
2工艺路线及余量参数
采用钻→扩→镗→铰的顺序进行孔加工, 以φ5±0.00381mm为例。
(1) 打点。刀具:φ3中心钻;切削深度:1-1.5mm;
(2) 钻底孔。刀具:φ4合金钻头, 切削深度:13.90mm;其它问题:由于后续扩孔原因, 底孔深度在图纸要求尺寸的公差上限, 参数根据选用刀具的不同一般在S=700-750r/min, F=30mm/min。
(3) 扩孔。刀具:φ4.5带涂层合金端铣刀 (铣刀侧刃不太过长并且尽可能深的装夹刀杆, 防止刀具摆动, 上刀加工前, 要测量刀具刃跳动) ;
切削深度:13.87mm; (要求略高于底孔深度)
其它问题:参数S=500-550r/min, F=30mm/min;
(4) 镗孔。刀具:镗刀 (选用刚性较强的镗刀, 因为孔径过小, 所以选择的是镗杆和刀尖一体的镗刀, 及满足了加工刚性要求, 又能保证较高的定位精度, 镗头的精度选用0.01-0.02mm之间) ;其它问题:注意盲孔底R0.381±0.127mm, 虽然铰刀R为0.381, 但铰刀无法加工到孔底, 为不让孔内有接刀棱, 所以镗刀的R要选用0.3mm左右;切削深度:13.87 mm, 参数S=600-650r/min, F=25mm/min, 注意镗刀要给铰刀留余量0.05mm左右, 以此保证铰刀切屑量和刀具使用寿命, 所以加工孔径为φ4.70;
(5) 铰孔。刀具:铰刀 (铰刀的规格尺寸加工前要试验加工检验, 操作者备刀具尺寸, 试验加工试件并检验合格后用于加工批产零件, 一般试件孔为3-5个, 检测数据稳定, 不要出现或大或小的情况出现。)
切削深度:在13.6mm左右;
其它问题:由于是盲孔, 如果铰刀加工到孔底, 非常容易导致刀柄摆动, 孔口偏大超差。参数S=200-220r/min, F=12-15mm/min。
(6) 刀具的磨耗。刀具磨损影响孔径的一般是镗刀和铰刀, 镗刀的消耗定额一般为0.3/件;铰刀的消耗定额一般为0.3/件, 但铰刀使用时需使用内径千分表测量, 以防刀具未知的磨损导致盲孔超差。
(7) 其它注意事项。由于是盲孔加工, 造成排屑不畅, 存在积屑刮伤孔壁的危险, 而且由于零件材料的原因, 碎屑会很容易粘结在铰刀刃上, 影响最终孔径值。镗刀加工时, 不要使用局部加工后, 测量的方法, 因为材料严重的加工硬化问题, 会在零件孔内径形成喇叭口, 造成孔开口大, 内部小的情况, 同样因为材料的问题, 镗刀的每刀切深不可以过小, 如果切深过小的话, 刀尖就会一直在孔壁打滑导致的让刀, 切削掉很少的材料, 而如果继续上刀加工, 就可能出现上很少的量, 却因为让刀消除, 一下去除很厚的材料, 所以镗加工建议每刀的切深直径不小于0.06mm, 这样通过反复上刀、测量就能很容易达到立项的尺寸。
四、结果讨论与分析
用过以上试验, 成功的摸索出一套加工高精度孔类零件的方式方法, 积累了大量孔类加工数据信息及加工经验, 同时了解到加工数量较多时, 保持稳定性的加工参数、刀具消耗等多项宝贵信息。
由于零件高精度孔非常多, 约40个, 其质量稳定性, 非常关键, 该零件的成功研制的同时, 稳定了加工一次合格率, 目前为止盲孔加工合格率为100%, 为后续批量生产奠定了坚实的质量基础。
结语
高压涡轮喷嘴内后支撑零件的成功研制交付, 标志着我公司已具备加工高精度孔类零件的加工技术, 填补了我公司该类技术的空白, 为后续开发研制类似精度加工技术奠定了坚实的基础, 积累了丰富的宝贵经验。
摘要：本文研究方向为高温合金高精度盲孔加工技术, 主要针对某发动机高压涡轮喷嘴内后支撑, 解决薄壁加工刚性差, 精密盲孔的加工及检测问题。
关键词：高温合金,盲孔,公差,位置度,薄壁
参考文献
[1]许韶洲.孔的切削加工[J].机电工程技术, 2013 (06)
精密孔加工 篇9
关键词：现代机械制造；精密加工；大数据；智能化
随着机械制造市场 竞争的日益激烈，如何进一步提高我国机械制造业在国际中的地位是我国构建“共享、创新、绿色、协调”产业结构所必须 要面临的主要问题之一。《中国制造2025》，被称为我国实施制造强国战略第一个十年行动纲领，提出中国制造转型升级要以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以智能制造为突破口和主攻方向。因此开展现代 机械制造工艺及精密加工技术是落实中国制造2025战略的具体体现。
一、发展现代机械制造工艺及精密加工技术的重要性
现代机械制造工艺及精密加工技术是利用计算机技术实现机械制造加工工艺的智能化、自动化以及精细化，从而提高机械加工技术水平。精密机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺流程。因此发展现代机械制造工艺及精密加工技术对提高我国机械制造技术具有重要的意义：一是通过发展该技术可以提高我国机械制造产品的性能。传统的机械制造主要是采取人工加工或者按照产品设计进行加工，这样在处理一些细微环节时存在操作不规范、加工不严谨的问题，从而影响到机械产品的性能。以汽车齿轮加工为例，如果采取传统的机械加工模式会影响到齿轮的精密度，影响其使用寿命，而采取精密加工，通过激光焊接大大提高了齿轮制造性能。激光焊接齿轮无需在真空中进行，可避免焊接变形，焊接后的齿轮无需再精加工，齿轮焊接既可减少零件数量，又能提高齿轮质量，降低齿轮的制造成本；二是发展该技术有利于实现绿色生产。精密加工就是严格按照机械加工规范要求进行，有效避免了制造过程中存在的能源过度消耗、材料过度使用的现象，从而实现了绿色发展。同样以汽车制造为例，汽车制造过程中通过精密加工为企业节省大量的原材料，避免了能源消耗；三是发展该技术有利于提高机械制造企业的经济效益。原材料使用的降低、加工效率的提高都有助于降低企业的成本支出，提高企业的经济效益。
二、现代机械制造工艺及精密加工技术的特点
随着大数据在现代机械制造领域内的应用，现代机械制造工艺及精密加工技术呈现以下特点：一是关联性。机械加工工艺贯穿于机械加工的全过程，本着节能、高效的原则，精密加工技术在机械加工的全过程中都得以应用；二是系统性。机械加工精密技术包含的技术比较多，需要计算机技术、自动化技术、传感技术以及生产技术等融为一体，通过密切的合作实现对机械加工的精密控制；三是智能化。随着我国互联网技术的发展，精密加工技术呈现出智能化的特点，通过运行计算机控制程序实现对机械加工的自动化操作，实现了机械加工的精准化与科学化。
三、现代机械制造工艺与精密加工技术在实践中的应用
现代机械制造工艺及精密加工技术的发展对实现机械制造强国战略具有重要的意义，通过实践观察，精密加工技术在实践中已得到广泛的应用，其不仅在航空航天、军工、医疗、艺术设计和消费电子产品等多个领域得以应用，而且还在人们的生活中被广泛使用。而且随着我国智能机械技术的不断发展精密加工技术在实践中的应用会越来越广泛，本文以超精密研磨技术为例，随智能机器人技术的发展，需要在智能机器人中插入超薄的智能芯片，而智能芯片的厚度有着严格的规定，一般不会超过2mm，这就要求突破传统的研磨工艺，提高芯片的精确度。但在具体的精密加工中，精密加工工艺容易受到外界的影响。结合当前我国精密加工技术的现状，可以说超精密加工技术是未来我国机械制造领域的主要发展方向之一，尤其是我国近期颁布的关于机器人发展规划对超精密技术突出了新要求。近期国防科技大学自主研制的新一代超精密光学零件加工设备，标志我国超精密光学零件加工技术跨入世界领先行列。
随着我国机械制造技术的不断发展，精密技术也在不断地创新与发展，尤其是近些年关于精密技术更是呈现快速发展趋势，太赫兹（THZ）技术被社会所重视，该技术是未来机床超精密技术发展的主要领域，高技术在实践应用中还存在一些问题：一是该系统中的一些关键技术还没有得到完全的解决，例如微米级加工精度的准确性还不高；二是其加工工艺更加复杂，由于该系统容易被外界环境所影响，因此在具体的操作中存在难度增加的问题。当然该技术由于在加工材料上存在更多的适应性，因此其具有广泛的应用性。
基于现代机械加工工艺及精密加工技术对机械制造业的重要意义，为实现机械制造强国，需要加强对精密加工技术的研究力度，加快技术创新，提高工艺水平，加快我国现代机械制造与加工行业的现代化步伐。
参考文献：
超精密切削加工技术探析 篇10
1 金刚石刀具切削的机理
超精密切削加工主要是由高精度的机床和单晶金刚石刀具进行的, 故一般称为金刚石刀具切削或SPDT (Single Point Diamond Turning) 。金刚石刀具的超精密切削加工虽有很多优点, 但要使金刚石刀具超精密切削达到预期的效果, 并不是很简单的事, 许多因素都对它有影响。
1.1 切削厚度与材料切应力的关系
金刚石刀具超精密切削属微量切削, 其机理和普通切削有较大差别。精密切削时要达到0.1微米的加工精度和Ra0.01微米的表面粗糙度, 刀具必须具有切除亚微米级以下金属层厚度的能力。由于切深一般小于材料晶格尺寸, 切削是将金属晶体一部分一部分地去除。因此, 精密切削在切除多余材料时, 刀具切削要克服的是晶体内部非常大的原子结合力, 于是刀具上的切应力就急剧增大, 刀刃必须能够承受这个比普通加工大得多的切应力。
切削厚度与切应力成反比, 切削厚度越小, 切应力越大。当进行切深为0.1微米的普通车削时, 其切应力只有500MPa;当进行切深为0.8微米的精密切削时, 切应力约为10000MPa。因此精密切削时, 刀具的尖端将会产生根大的应力和很大的热量, 尖端温度极高, 处于高应力高温的工作状态, 这对于一般刀具材料是无法承受的。因为普通材料的刀具, 其刀刃的刃口不可能刃磨得非常锐利, 平刃性也不可能足够好, 这样在高应力和高温下会快速磨损和软化, 不能得到真正的镜面切削表面。而金刚石刀具却有很好的高温强度和高温硬度, 能保持很好的切削性能, 而不被软化和磨损。
1.2 材料缺陷及其对超精密切削的影响
金刚石刀具超精密车削是一种原子、分子级加工单位的去除 (分离) 加工方法, 要从工件上去除材料, 需要相当大的能量, 这种能量可用临界加工能量密度δ (J/cm3) 和单位体积切削能量ω (J/cm3) 来表示。临界加工能量密度就是当应力超过材料弹性极限时, 在切削相应的空间内, 由于材料缺陷而产生破坏时的加工能量密度;单位体积切削能量则是指在产生该加工单位切削时, 消耗在单位体积上的加工能量。从工件上要去除的一块材料的大小 (切削应力所作用的区域) 就是加工单位, 加工单位的大小和材料缺陷分布的尺寸大小不同时, 被加工材料的破坏方式就不同。
2 超精密金刚石刀具切削
当加工应力作用在比位错缺陷平均分布间隔一微米则还要狭窄的区域时, 在此狭窄区域内是不会发生由于位错线移动而产生材料滑移变形。当加工应力作用在比位错缺陷平均分布间隔还要宽的范围内时, 位错线就会在位错缺陷的基础上发生滑移, 同时在比剪切应力理论值低得多的加工应力作用下, 晶体产生滑移变形或塑性变形。当加工应力作用在比晶粒大小更宽的范围时, 多数情况易发生由晶界缺陷所引起的破坏。实际上, 在比微错缺陷平均分布间隔还要小的范围内, 还存在着空位、填隙原子等缺陷, 会演变成位错并发生局部塑性滑移.因此实际剪切强度比理论值低, 实际的临界加工能量密度和单位体积切削能量比理论值也要低得多。
2.1 金刚石刀具起精密车削表面的形成
用金刚石刀具超精密车削形成表面的主要影响因素有几何特性、塑性变形和机械加工振动等。几何特性主要是指刀具的形状、几何角度、刀刃的表面粗糙度和进给量等。它主要影响与切削运动力向相垂直的横向表面粗糙度。图a表示了在切削时, 主偏角kr、副偏角kr和进给量f对残留面积高度的影响。图中ap为切削深度, Ry为表面粗糙度的轮廓最大高度, 由几何关系可知:
Ry=f/ (ctgkr+ctgk’) r
图b表示了在切削时, 刀尖圆弧半径re和进给量f对残留面积高度的影响, 其几何关系如下:
Ry≈f2/8re
2.2 金刚石刀具超精密车削的切屑形成
金刚石刀具超精密车削所能切除金属层的厚度标志其加工水平。当前, 最小切削深度可达0.1微米以下, 其主要影响因素是刀具的锋利程度, 一般以刀具的切削刃钝圆半径rn来表示。超精密车削所用的金刚石车刀, 其切削刃钝圆半径一船小于0.5微米, 而切削时的切削深度ap和进给量f都很小, 因此, 在一定的切削刃钝圆半径下, 如果切削深度太小, 则可不能形成切屑。切屑能否形成主要取决于切削刃钝圆圆弧处每个质点的受力情况, 在自由切削条件下, 切削刃钝圆圆弧上某一质点A的受力情况见图。该点有切向分力Fz和法向分力Fy, 合力为Fy, z。切向分力使质点向前移动, 形成切屑;法向分力使质点压向被加工表面, 形成挤压而无切屑。所以, 切屑的形成取决于Fz和Fy的比值, 当Fz>Fy时, 有切削过程, 形成切屑;当Fz
式中:ψ—金刚石刀切削时的摩擦角;
Ff—金刚石刀切削时的摩擦力;
Fn—金刚石刀切削时的正压力。
可见, 切削刃钝圆半径rn是决定切屑形成的关键参数。
金刚石刀具越精密切削时, 刀具切削刃钝圆半径小, 切薄能力强, 形成流动切屑, 因此切削作用是主要的。但由于实际切别刃钝因半径不可能为零, 以及修光刃等的作用, 因此还伴随着挤压作用。所以金刚石刀具超精密车削表面是由微切削和微挤压而形成, 并以微切削为主。
3 结语
近几年来, 切削加工技术得到了突飞猛进的发展, 像计算机用的磁鼓、磁盘, 大功率激光用的金属反射镜, 激光扫描用的多面棱镜, 红外光等用的光学零件和复印机的高精度零件, 都是用切削的方法加工出来的, 超精密切削加工技术在这个技术时代显得尤为重要。
摘要：超精密切削加工主要是由高精度的机床和单晶金刚石刀具进行的, 故一般称为金刚石刀具具切削或SPDT。对超精密切削加工技术及其机理进行介绍和总结, 希望对超精密加工行业同事有所指导。
关键词：超精密切削,金刚石,机床
参考文献
[1]骆红云, 焦红, 范猛, 王立江.金刚石刀具与精密超精密加工技术[J].长春光学精密机械学院学报, 2000, (1) .