精密超精密加工技術的應用

發(fā)布日期:2015-12-18    蘭生客服中心    瀏覽:7212

  現(xiàn)代機械加工總體朝著高精度、高效率和專用的方向發(fā)展,高精度是以不斷提高產品制造精度和降低表面粗糙度為目標。 
1 超精密加工在微光學元件中的應用 
  微光學是一門屬于多門前沿學科交叉領域的新興科學[7]。微光學元件(MOC) ,指面形精度可達亞微米級,表面粗糙度可達納米級的自由光學曲面及微結構光學元件。自由光學曲面包括有回轉軸的回轉非球面(如拋物面、 漸開面等),和沒有任何對稱軸的非回轉非球面。微結構是指具有特定功能的微小表面拓撲形狀, 如凹槽、微透鏡陣列等,如圖4所示的微金字塔結構表面。這些結構決定了對光線的反射,透射或衍射性能,便于光學設計者優(yōu)化光學系統(tǒng),減輕重量,縮小體積。 

  由于受應用需求的驅動,對微光學元件加工技術的研究也在不斷深入,出現(xiàn)了多種現(xiàn)代加工技術,如電子束寫技術、激光束寫技術、光刻技術、蝕刻技術、 LIGA 技術,復制技術和鍍膜技術等。另一種方法就是超精密機械加工方法,超精密機械加工技術是利用刀具改變材料形狀或破壞材料表層,以切削形式來達到所要求的的形狀。如單晶金剛石車削與銑削、磨削、快速切削和機械拋光等。 對微光學元件設計者和制造者來說,單晶金剛石超精密加工技術具有很多優(yōu)勢,比如,能夠加工真正的三維結構; 加工零件的成形精度達亞微米級; 表面粗糙度達Ra值5nm,有些材料甚至可以達到1nm;能夠加工大深寬比的結構等。因此, 在過去十幾年內,超精密加工技術在微光學元件加工中的應用實例也在逐漸增多。 
2 精密加工在航發(fā)葉片中的應用  
  當前航空發(fā)動機從渦噴系列逐步發(fā)展到渦扇系列,葉片型面越來越復雜,葉身扭曲彎度變大,葉弦變寬、葉身越來越薄。零件形狀日趨復雜,而且對加工精度和表面質量提出了更高的要求。葉片材料由鋁合金、不銹鋼發(fā)展為鈦合金、高溫合金,呈現(xiàn)硬度高、韌性大,讓刀嚴重,加工表面易變形等特點。

 

  由于薄壁葉片加工存在較大的變形問題,這類葉片邊緣余量仍然采用手工拋光方法來去除,并靠截面樣板來保證葉片氣動形狀。由此導致的主要問題是:葉片的波紋度和截面形狀精度難以控制,嚴重影響發(fā)動機的氣動性能;葉片之間一致性差,影響發(fā)動機的動平衡性能;葉片內應力超過設計要求、表面完整性難以保證,影響發(fā)動機的運行壽命。  國內航空發(fā)動機精鍛葉片邊緣加工通常是采用普通銑床切除毛坯上鍛造飛邊,而后采用手工打磨葉片的進排氣邊,并通過投影的方法肉眼觀察打磨質量。由于航空發(fā)動機葉片邊緣最小厚度不超過1mm,其截面曲線形狀為圓弧或者其它樣條曲線,采用手工打磨進排氣邊,精度很難保證,容易出現(xiàn)弦長超差、方頭、截面曲面形狀及位置超差、不符合真實R型面要求等問題,導致葉片廢品率較高、產品一致性差等問題,嚴重制約了葉片的量產進度和質量 。  由于砂帶磨削同時兼有磨削和拋光的雙重作用,其工藝靈活和適應性強,加上砂帶磨削具有彈性磨削的特點、在曲面型面平滑過渡方面有很好的擬合效果。利用砂帶磨削對航發(fā)葉片進行精密磨削和拋光加工可有效解決此類曲面難加工的問題。

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