機(jī)械制造工藝及精密加工技術(shù)

湯軍浪 李倍倍 倪慧文 張?zhí)m英 張 斌

（中國航發(fā)南方工業(yè)有限公司，株洲 412000）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，機(jī)械制造行業(yè)在智能化技術(shù)的支持下不斷革新。當(dāng)前機(jī)械制造使用的現(xiàn)代化工藝和生產(chǎn)使用的相關(guān)技術(shù)都以智能化和自動化為基礎(chǔ)，使得整個制造生產(chǎn)的技術(shù)水平有了質(zhì)的提升。分析和探討機(jī)械制造過程中的現(xiàn)代化工藝和新興的加工技術(shù)，能有效提高機(jī)械制造企業(yè)的生產(chǎn)能力，助力機(jī)械制造企業(yè)獲得更高的經(jīng)濟(jì)收益。

1 現(xiàn)代化的機(jī)械制造工藝

現(xiàn)代化制造工藝得到了廣泛發(fā)展，在制造業(yè)中不僅能夠合理利用有限資源，還能達(dá)到保護(hù)環(huán)境、提高制造質(zhì)量和效率的目的[1]。

1.1 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊工藝

二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊工藝是指焊接過程中技術(shù)人員借助二氧化碳?xì)怏w開展焊接，將電弧作為焊接操作的熱量來源，使電弧充分燃燒，達(dá)到對空氣的有效隔絕，確保最終的焊接質(zhì)量。現(xiàn)代化機(jī)械制造過程使用二氧化碳作為隔絕氣體，主要是因?yàn)槎趸际嵌栊?/p>

氣體，穩(wěn)定性強(qiáng)且成本低，可提升焊接效果。例如：機(jī)械焊接過程中，當(dāng)焊接板的厚度小于12 mm時，焊接方式可以選擇工形坡口雙面單道焊接。橫向擺動焊槍可使焊道平整順滑，避免薄板焊接時出現(xiàn)中間凸起的問題[2]。對于角焊，需要結(jié)合不同的方式進(jìn)行焊接。例如：6 mm的焊腳在焊縫時，可以采用直接移動的方式；8 mm的焊腳在焊接過程中，可以采用橫向運(yùn)動的方式。操作過程中需要避免在有風(fēng)的情況下焊接，以免影響最終的焊接效果，因此該操作最好在室內(nèi)進(jìn)行。

1.2 模具成型工藝

模具成型工藝作為機(jī)械加工制造中的重要工藝，最終目的是使產(chǎn)品更加規(guī)范，達(dá)到人們產(chǎn)品制作、投入、使用的要求。模具成型工藝被廣泛應(yīng)用于家用電器、儀表制作以及汽車制作領(lǐng)域。這些領(lǐng)域機(jī)械制作的特殊工藝?yán)昧穗娊夥绞匠尚停庸ぞ珳?zhǔn)較高，可將精準(zhǔn)度控制在10-6之內(nèi)。機(jī)械零件精密度的提高需要技術(shù)人員合理控制切割模板面積。在實(shí)際加工過程中，如加工電風(fēng)扇或者冷風(fēng)扇等產(chǎn)品的前后殼、支架等時，成型條件要求模溫在40～60 ℃，干燥條件為在80 ℃保持2～4 h，溫度控制在190～230 ℃，熱變形溫度控制在80 ℃左右，模具的收縮率控制在0.5%～0.7%。

針對部分工件表面相對粗糙的問題，可以利用模具成型工藝完成粗加工的75%和細(xì)加工的25%。機(jī)械制造過程中，可以使用其他制造工藝疊加實(shí)體制作。這一方式主要使用箔材，利用數(shù)控激光機(jī)有效處理輪廓，在切除多余的部分后鋪上一層箔材，用加熱碾進(jìn)行碾壓，以軟化表面。利用固化黏結(jié)劑對其進(jìn)行涂抹，使整個材料融合到一起，可在多次切削后提升制作效果和工作效率。

1.3 攪拌摩擦焊工藝

應(yīng)用攪拌摩擦焊接工藝的最大優(yōu)勢是焊接人員只需要在攪拌頭焊接的基礎(chǔ)上完成整個焊接的過程。尤其是對于鋁合金材質(zhì)的產(chǎn)品，焊接過程中只要處于低溫狀態(tài)，一個焊接攪拌頭就能進(jìn)行800 cm的焊接[3]，在機(jī)械制造工藝中得到了廣泛應(yīng)用，還可應(yīng)用于鐵路、船舶機(jī)械制造。

攪拌摩擦焊接工藝涉及的參數(shù)較多，主要有攪拌頭的傾角、旋轉(zhuǎn)速度、插入深度、插入速度以及焊接壓力等。攪拌頭傾角的設(shè)計指標(biāo)一般為±5°。對于厚度為1～6 mm的薄板，攪拌頭傾角采用小角度，即為1°～2°；對于厚度大于6 mm的中厚板，需要結(jié)合其焊接壓力或者工件的結(jié)構(gòu)等，將攪拌頭的傾角設(shè)置為3°～5°。對于薄板材料，深度可以設(shè)置在0.1～0.3 mm；對于中厚板材料，深度可以設(shè)置在0.5 mm左右。攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度規(guī)范如表1所示。

表1 攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度規(guī)范

2 機(jī)械制造精密加工技術(shù)

2.1 精密磨削技術(shù)

精密磨削技術(shù)精度精準(zhǔn)，能得到亞微米級別的尺寸，可有效保障機(jī)械產(chǎn)品的制作質(zhì)量和制作水平。技術(shù)人員在應(yīng)用精密磨削技術(shù)時，主要借助金剛石磨粒砂輪實(shí)現(xiàn)操作，需保障砂輪平均粒徑在3 mm左右。應(yīng)用280 mm的硅片集成系統(tǒng)開展加工和制造時，應(yīng)使金剛石砂輪或者光整加工處于同一個水平面。硅片經(jīng)過精密的磨削和打磨后，能有效降低硅片表面的粗糙度，將其控制為0.8 μm。此外，機(jī)械產(chǎn)品平面度也會隨之降低，變?yōu)?.3 μm，有助于提高產(chǎn)品加工的制造精度[4]。一些工廠在應(yīng)用精密磨削技術(shù)時采用了超精密靜壓導(dǎo)軌技術(shù)，使得液壓油由外部液壓動力系統(tǒng)傳輸?shù)矫恳粋€液壓滑塊內(nèi)，且每一個滑塊相應(yīng)配置了6個軸承座，借助高壓油支撐滑塊使其均勻懸浮在滑軌上。隨著切削力度的逐步增大，軸承座內(nèi)的油壓力逐步增加，可實(shí)現(xiàn)自動補(bǔ)償功能，保障切削力和油壓的支撐力達(dá)到一定的平衡。循環(huán)后的液壓油由滑塊端以正常的狀態(tài)回流到油箱中，可以重復(fù)使用。

該技術(shù)憑借其強(qiáng)大的功能，使機(jī)床擁有0.4 μm的直線度，可保障產(chǎn)品幾何加工精度在0.9 μm左右。使用這一技術(shù)，產(chǎn)品加工后的平面度可達(dá)到4.8 μm。需要注意，機(jī)床在進(jìn)行加工時如果剛度不夠，很容易出現(xiàn)因產(chǎn)品溫度過高導(dǎo)致的產(chǎn)品變形問題。為提高切削精度，還應(yīng)引進(jìn)微進(jìn)給、空氣靜壓軸承等技術(shù)。機(jī)床加工流程如圖1所示。

圖1 機(jī)床加工技術(shù)流程

2.2 精密拉削技術(shù)

齒輪和傳動軸對加工的要求較高，主要涉及連接強(qiáng)度和安裝后的運(yùn)行情況，因此需高度重視齒輪內(nèi)花鍵的細(xì)節(jié)加工?？刂莆恢镁葧r，需要采用精密的拉削工藝。精密拉削時應(yīng)分析漸開線內(nèi)花鍵分度圓和齒輪內(nèi)孔間存在的同鋪度要求，采用不同的拉刀結(jié)構(gòu)開展精密拉削。例如：針對導(dǎo)向和齒輪內(nèi)孔在加工的各個環(huán)節(jié)產(chǎn)生的接觸進(jìn)行全面分析，通過了解這兩個環(huán)節(jié)產(chǎn)生的精度，可以實(shí)現(xiàn)對同軸度的控制。還可以使用一套由后導(dǎo)向套、工件固定座以及前導(dǎo)向套等形成的夾具，采用內(nèi)定位的方式將拉刀和夾具相互配合，從而有效控制和積極應(yīng)對拉刀后導(dǎo)向帶產(chǎn)生的影響。

2.3 精密研磨技術(shù)

精密研磨技術(shù)能提高機(jī)械產(chǎn)品研磨的質(zhì)量和精度。技術(shù)人員在開展激光反射鏡的拋光處理時，應(yīng)采用精密研磨技術(shù)。技術(shù)人員做好拋光處理工作后，開展反射鏡表面的鍍膜工作，保障產(chǎn)品的加工平面度可以控制在0.048 μm，產(chǎn)品表面的粗糙度可以控制在0.81 μm，反射鏡的反射效率可以控制在99.80%。技術(shù)人員借助拋光機(jī)對陶瓷軸承球進(jìn)行精密研磨，使得陶瓷軸承研磨精度控制在0.1 μm[5]。汽車機(jī)械制造領(lǐng)域中，研磨余量需要進(jìn)行有效控制，可以結(jié)合不同研磨余量對動環(huán)粗糙度和平面度產(chǎn)生的影響進(jìn)行合理選取。結(jié)合表2可以看出：研磨余量控制在0.02～0.03 μm可以獲得合格產(chǎn)品。

表2 不同研磨余量對動環(huán)平面度和粗糙度產(chǎn)生的影響

2.4 超精密剖光技術(shù)

機(jī)械制造過程中使用的超精密剖光技術(shù)可以劃分為化學(xué)剖光、電化學(xué)剖光和超聲波剖光，其中超聲波剖光使用最廣泛。技術(shù)人員借助聲波對材料表面開展打磨，使其達(dá)到要求的剖光目的。超聲波剖光能將產(chǎn)品精度控制在0.02 μm，粗糙度偏差可以控制在0.1～0.2 μm。超精密剖光過程中可以使用液中研磨、機(jī)械化學(xué)研磨以及磁流體精密研磨等新技術(shù)。對于機(jī)械制作加工企業(yè)，機(jī)械化學(xué)研磨技術(shù)最常用。這一加工技術(shù)主要是借助化學(xué)反應(yīng)對機(jī)械進(jìn)行研磨，可分為干濕兩種條件。干式條件下，微小范圍的化學(xué)反應(yīng)有助于開展加工。0.01～0.02粒徑的SiO2磨粒具有較強(qiáng)的化學(xué)活性，因此研磨量相對較大[6]。借助磁流體進(jìn)行研磨時，主要借助磁場的作用使磁極間的磁性磨料形成研磨劑，待吸附在磁極表面后，實(shí)現(xiàn)對工件表面的研磨。這一加工方法能對凹凸不平的復(fù)雜曲面開展有效的研磨，提升研磨質(zhì)量和效果。

3 結(jié)語

隨著現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計制造工藝技術(shù)的進(jìn)步，精密加工技術(shù)為加強(qiáng)現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計和制造效率提供了重要的技術(shù)支撐。相關(guān)企業(yè)需要不斷優(yōu)化和創(chuàng)新精密加工技術(shù)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)加工技術(shù)在切削、剖光研磨等方面的不足。文章重點(diǎn)研究精密加工技術(shù)如精密磨削技術(shù)、精密切削技術(shù)、精密剖光技術(shù)以及精密研磨技術(shù)等，有效提高了產(chǎn)品精度，有助于全面加快制造業(yè)的發(fā)展。