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打造制造強國的精密加工技術(shù)

傳感器技術(shù) ? 來源:ZF ? 2019-05-05 14:37 ? 次閱讀

制造業(yè)是一個國家或地區(qū)國民經(jīng)濟的重要支柱, 所謂先進制造技術(shù),就是將機械工程技術(shù)、電子信息技術(shù)(包括微電子、光電子、計算機軟硬件、現(xiàn)代通信技術(shù)) 和自動化技術(shù), 以及材料技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)綜合集成的生產(chǎn)技術(shù)。先進制造技術(shù)追求的目標就是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、精確、省料、節(jié)能、清潔、高效、靈活生產(chǎn), 滿足社會需求。

精密加工技術(shù)是為適應現(xiàn)代高技術(shù)需要而發(fā)展起來的先進制造技術(shù),是其它高新技術(shù)實施的基礎。精密加工技術(shù)的發(fā)展也促進了機械、液壓、電子、半導體光學傳感器和測量技術(shù)以及材料科學的發(fā)展。

精密和超精密加工

通常,按加工精度劃分,機械加工可分為一般加工、精密加工、超精密加工三個階段。目前,精密加工是指加工精度為1~0.1μ;m,表面粗糙度為Ra0.1~0.01μ;m的加工技術(shù),但這個界限是隨著加工技術(shù)的進步不斷變化的,今天的精密加工可能就是明天的一般加工。

精密加工所要解決的問題,一是加工精度,包括形位公差、尺寸精度及表面狀況;二是加工效率,有些加工可以取得較好的加工精度,卻難以取得高的加工效率。

超精密加工就是在超精密機床設備上,利用零件與刀具之間產(chǎn)生的具有嚴格約束的相對運動,對材料進行微量切削,以獲得極高形狀精度和表面光潔度的加工過程。當前的超精密加工是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μm,表面粗糙度Ra小于0.025μm,以及所用機床定位精度的分辨率和重復性高于0.01μm的加工技術(shù),亦稱之為亞微米級加工技術(shù),且正在向納米級加工技術(shù)發(fā)展。

超精密加工包括微細加工、超微細加工、光整加工、精整加工等加工技術(shù)。

微細加工技術(shù)是指制造微小尺寸零件的加工技術(shù);超微細加工技術(shù)是指制造超微小尺寸零件的加工技術(shù),它們是針對集成電路的制造要求而提出的,由于尺寸微小,其精度是用切除尺寸的絕對值來表示,而不是用所加工尺寸與尺寸誤差的比值來表示。

光整加工一般是指降低表面粗糙度和提高表面層力學機械性質(zhì)的加工方法,不著重于提高加工精度,其典型加工方法有珩磨、研磨、超精加工及無屑加工等。實際上,這些加工方法不僅能提高表面質(zhì)量,而且可以提高加工精度。精整加工是近年來提出的一個新的名詞術(shù)語,它與光整加工是對應的,是指既要降低表面粗糙度和提高表面層力學機械性質(zhì),又要提高加工精度(包括尺寸、形狀、位置精度)的加工方法。

精密加工的技術(shù)手段

傳統(tǒng)的精密加工方法有布輪拋光、砂帶磨削、超精細切削、精細磨削、珩磨、研磨、超精研拋技術(shù)、磁粒光整等。

1、拋光

是利用機械、化學、電化學的方法對工件表面進行的一種微細加工,主要用來降低工件表面粗糙度,常用的方法有:手工或機械拋光、超聲波拋光、化學拋光、電化學拋光及電化學機械復合加工等。

2、砂帶磨削

是用粘有磨料的混紡布為磨具對工件進行加工,屬于涂附磨具磨削加工的范疇,有生產(chǎn)率高、表面質(zhì)量好、使用范圍廣等特點。國外在砂帶材料及制作工藝上取得了很大的成就,有了適應于不同場合的砂帶系列,生產(chǎn)出通用和專用的砂帶磨床,而且自動化程度不斷提高,但國內(nèi)砂帶品種少,質(zhì)量也有待提高,對機床還處于改造階段。

3、精密切削

用高精密的機床和單晶金剛石刀具進行切削加工,主要用于銅、鋁等不宜磨削加工的軟金屬的精密加工,還具有較好的光學性質(zhì)。

精準機械切削加工

4、超精密磨削

用精確修整過的砂輪在精密磨床上進行的微量磨削加工,金屬的去除量可在亞微米級甚至更小,可以達到很高的尺寸精度、形位精度和很低的表面粗糙度值。尺寸精度0.1~0.3μm,表面粗糙度Ra0.2~0.05μm,效率高。應用范圍廣泛,從軟金屬到淬火鋼、不銹鋼、高速鋼等難切削材料,及半導體、玻璃、陶瓷等硬脆非金屬材料,幾乎所有的材料都可利用磨削進行加工。 但磨削加工后,被加工的表面在磨削力及磨削熱的作用下金相組織要發(fā)生變化,易產(chǎn)生加工硬化、淬火硬化、熱應力層、殘余應力層和磨削裂紋等缺陷。

5、珩磨

用油石砂條組成的珩磨頭,在一定壓力下沿工件表面往復運動,加工后的表面粗糙度可達Ra0.4~0.1μm,最好可到Ra0.025μm,主要用來 加工鑄鐵及鋼,不宜用來加工硬度小、韌性好的有色金屬。

6、精密研磨與拋光

通過介于工件和工具間的磨料及加工液,工件及研具作相互機械摩擦,使工件達到所要求的尺寸與精度的加工方法。

精密研磨拋光機

超精密加工的技術(shù)手段

超精密切削加工如金剛石刀具的超精密切削,可加工各種鏡面。它已成功地解決了用于激光核聚變系統(tǒng)和天體望遠鏡的大型拋物面鏡的加工。 超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盤的涂層表面加工和大規(guī)模集成電路基片的加工。超精密特種加工如大規(guī)模集成電路芯片上的圖形是用電子束、離子束刻蝕的方法加工,線寬可達0.1μm。如用掃描隧道電子顯微鏡(STM)加工,線寬可達2~5nm。

我國超精密光學零件加工技術(shù)

1、超精密切削

超精密切削以SPDT技術(shù)開始,該技術(shù)以空氣軸承主軸、氣動滑板、高剛性、高精度工具、反饋控制和環(huán)境溫度控制為支撐,可獲得納米級表面粗糙度。多采用金剛石刀具銑削,廣泛用于銅的平面和非球面光學元件、有機玻璃、塑料制品(如照相機的塑料鏡片、隱形眼鏡鏡片等)、陶瓷及復合材料的加工等。未來的發(fā)展趨勢是利用鍍膜技術(shù)來改善金剛石刀具在加工硬化鋼材時的磨耗。此外,MEMS組件等微小零件的加工需要微小刀具,目前微小刀具的尺寸約可達50~100 μm,但如果加工幾何特征在亞微米甚至納米級,刀具直徑必須再縮小,其發(fā)展趨勢是利用納米材料如納米碳管來制作超小刀徑的車刀或銑刀。

2、超精密磨削

超精密磨削是在一般精密磨削基礎上發(fā)展起來的一種鏡面磨削方法,其關(guān)鍵技術(shù)是金剛石砂輪的修整,使磨粒具有微刃性和等高性。超精密磨削的加工對象主要是脆硬的金屬材料、半導體材料、陶瓷、玻璃等。磨削后,被加工表面留下大量極微細的磨削痕跡,殘留高度極小,加上微刃的滑擠、摩擦、拋光作用,可獲得高精度和低表面粗糙度的加工表面,當前超精密磨削能加工出圓度0.01μm、尺寸精度0.1μm和表面粗糙度為Ra0.005μm的圓柱形零件。

3、超精密研磨

超精密研磨包括機械研磨、化學機械研磨、浮動研磨、彈性發(fā)射加工以及磁力研磨等加工方法。超精密研磨的關(guān)鍵條件是幾乎無振動的研磨運動、精密的溫度控制、潔凈的環(huán)境以及細小而均勻的研磨劑。超精密研磨加工出的球面度達0.025μm,表面粗糙度Ra達0.003μm。

4、超精密特種加工

超精密特種加工主要包括激光束加工、電子束加工、離子束加工、微細電火花加工、精細電解加工及電解研磨、超聲電解加工、超聲電解研磨、超聲電火花等復合加工。激光、電子束加工可實現(xiàn)打孔、精密切割、成形切割、刻蝕、光刻曝光、加工激光防偽標志;離子束加工可實現(xiàn)原子、分子級的切削加工;利用微細放電加工可以實現(xiàn)極微細的金屬材料的去除,可加工微細軸、孔、窄縫平面及曲面;精細電解加工可實現(xiàn)納米級精度,且表面不會產(chǎn)生加工應力,常用于鏡面拋光、鏡面減薄以及一些需要無應力加工的場合。

激光加工

精密和超精密加工,是現(xiàn)代制造業(yè)最主要的發(fā)展方向之一,并且已成為在國際競爭中取得成功的關(guān)鍵技術(shù)。我國的制造業(yè)發(fā)展已進入了高速發(fā)展階段,隨著國家決策的科學化、民主化進程不斷深入,相信我國的制造業(yè)會更快速、更健康地發(fā)展。

精密加工技術(shù)也用在了高精度流量傳感器的制造生產(chǎn)中,上海康匯研發(fā)生產(chǎn)的U-How?容積式旋轉(zhuǎn)活塞流量計,測量精度達到1.0級,對各部件的加工精度要求極高,部件尺寸達到μ級精度。

U-How?康匯燃油流量計

U-How?康匯流量計是上海康匯實業(yè)發(fā)展有限公司,根據(jù)旋轉(zhuǎn)活塞式工作原理自主研發(fā)生產(chǎn)的,具有測量流速低、量程寬、精度高、結(jié)構(gòu)簡單、工作安全可靠等特點的高精度流量傳感器。

工作原理

旋轉(zhuǎn)活塞式流量計,是屬于容積式流量計,它基于活塞與計量室一直保持的相切密封狀態(tài)。并有一個固定的偏心距計量元件活塞,在壓差的作用下,對活塞產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩,使活塞做偏心旋轉(zhuǎn)運動,活塞的轉(zhuǎn)數(shù)正比于流體的流量,通過記數(shù)機構(gòu)記錄出活塞轉(zhuǎn)數(shù),即可測得流體總流量。

旋轉(zhuǎn)活塞式流量計進出口由隔板隔開。當被測流體從進口進入計量室,這時進出口形成壓差,迫使活塞逆時針旋轉(zhuǎn)如圖a所示。流體連續(xù)流入,迫使活塞轉(zhuǎn)動如圖b所示,形成二個半月牙腔體,在壓差作用下迫使活塞轉(zhuǎn)動如圖c,V2流體從出口排出,使活塞轉(zhuǎn)動如圖d所示,在壓差作用下轉(zhuǎn)動,活塞每轉(zhuǎn)一周迸出的流體等于V1+V2的和。

工作原理圖

流量計爆炸圖:

產(chǎn)品參數(shù)

1、機械部分:

型號 PDFM
4D
PDFM
8D
PDFM
8Db
液壓連接器 M14
x1.5
M14
x1.5
M16/22
x1.5
最大工作壓力
(MPa)
2.5 2.5 2.5
測量范圍
(l/h)
1~
80
20~
200
80~
320
精度 (﹪) ±1 ±1 ±1
重復率 (﹪) ±0.2 ±0.2 ±0.2
測量室體積
(ml)
5 12.44 12.44
內(nèi)置濾網(wǎng)尺寸
(mm)
0.125 0.15 0.15
工作溫度
(℃)
﹣20
~80
﹣20
~80
﹣20
~80
存儲溫度
(℃)
﹣40
~100
﹣40
~100
﹣40
~100

2、電子部分:

型號尺寸 KHDQ
工作電壓 (V) 9~40
輸出接口 RS485/RS232
數(shù)據(jù)線 2×0.75
工作溫度 (℃) ﹣20~80
存儲溫度 (℃) ﹣40~100

測量介質(zhì):

可測量輕質(zhì)和中質(zhì)油料,如:汽油、柴油、煤油、石腦油、潤滑油

產(chǎn)品資質(zhì)

1. 發(fā)明專利:ZL201020504169.8流量傳感器

2. 國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心車輛檢測報告

3. 交通部委托北京計量院精度檢測報告

油耗監(jiān)控解決方案

應用對象

1.發(fā)動機:

火車、汽車、工程車、拖拉機、發(fā)電機組及內(nèi)河或近海航行的船舶中測量各類動力機器的燃油消耗量,及各種較重液體的裝卸計量和管道過液計量。

2.燃燒器:

車載鍋爐、移動鍋爐等設備的燃油消耗計量。

數(shù)據(jù)采集方式

通過采集流量計脈沖數(shù)據(jù)的方式,以RS485/RS232對接設備單位的系統(tǒng)集成

解決方案

打造制造強國的精密加工技術(shù)

打造制造強國的精密加工技術(shù)

打造制造強國的精密加工技術(shù)

實施案例

某大型石油集團:

吊管機、移動電站、多功能車、彎管機、空壓機等

某大型采油廠:

鍋爐車、清蠟車、超導車、水泥車、吊車等;

港口:

龍門吊、堆高機、正面吊、裝載機等

其它:

輪胎胎壓油耗測試;駕駛員駕駛技術(shù)比武;發(fā)動機性能標定

空壓機

鍋爐車

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原文標題:打造制造強國的精密加工技術(shù)

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