本项创新提供了一种高效减材制造系统和相应的制造工艺,属于减材加工技术领域。该系统和工艺旨在克服传统连续操作中的功能限制,包含一个操作平台,其内部空间设计用于执行减材加工任务。
背景技术
钛金属粉末冶金工艺主要包括以下几个步骤:粉末制备、雾化法:通过将液态钛金属在高速气流或水流的作用下破碎成细小的液滴,随后冷却凝固形成粉末。这种方法制备的粉末具有良好的球形度和粒度分布。氢化脱氢法:先将钛金属氢化形成脆性的氢化物,然后将其破碎并脱氢,得到钛金属粉末。等离子旋转电极法:将钛金属棒作为自耗电极,在等离子弧的高温作用下快速旋转并熔化,液滴甩出后冷却形成粉末。
粉末混合、根据所需零件的性能要求,将钛金属粉末与其他合金元素粉末进行均匀混合。这可以通过机械搅拌、球磨等方式实现,以确保成分的均匀性。
压制成型:将混合好的粉末放入模具中,通过单轴压制或等静压压制等方法施加压力,使粉末颗粒紧密排列,形成具有一定形状和初始密度的压坯。
注射成型:适用于制造形状复杂且小尺寸的零件,将粉末与粘结剂混合形成喂料,然后注入模具成型。
真空烧结:在高真空环境下,将压坯加热到接近钛的熔点,使粉末颗粒之间发生扩散、再结晶等冶金反应,从而提高零件的密度和强度。
热等静压烧结:在高温高压的惰性气体环境中,对压坯进行全方位的均匀施压,能有效消除孔隙和缺陷,进一步提高零件的性能。通过上述工艺的处理得到初级加工制备的零件。
再通过后处理、机加工:对烧结后的零件进行切削、磨削等加工,以达到精确的尺寸和表面粗糙度要求。通过上述工艺的处理得到二级减材加工制备的零件。
热处理:通过固溶、时效等热处理工艺,调整零件的微观结构和性能。
现有对于钛金属粉末冶金加工的常规削减制备的零件表面质量通常较好,而粉末制备的零件可能需要后续的表面处理来达到较高的精度和表面光洁度,还需要通过进一步的机加工来进行减材得到加工制备零件。
通过钛金属粉末制备成的气门导管具有以下优点:轻量化:钛的密度相对较低,能减轻气门导管的重量,有助于降低发动机整体的重量,提高车辆的燃油经济性和动力性能。例如,在赛车发动机中,每减轻一点重量都对提高车速和操控性能有显著帮助。高强度和高耐热性:能够承受发动机工作时的高温和高压环境,确保气门导管在极端条件下不变形、不损坏,保持良好的工作性能。比如在涡轮增压发动机中,高温环境对气门导管的性能要求更高,钛金属粉末制备的导管更能胜任。良好的耐磨性:减少与气门杆之间的磨损,延长气门导管和气门的使用寿命,降低维护成本。抗腐蚀性:发动机内部的工作环境较为恶劣,钛金属的抗腐蚀性能可以使气门导管在长期使用中保持良好的状态。高精度制造可能性:粉末制备工艺能够实现更复杂和高精度的形状,满足气门导管对于尺寸和形状精度的严格要求。优化的热传导性能:有助于散发工作过程中产生的热量,降低局部温度,提高发动机的可靠性。例如,一些高端汽车发动机采用钛金属粉末制备的气门导管后,发动机的性能和可靠性都得到了显著提升,同时也为发动机的进一步优化设计提供了更多可能。
气门导管对于精度的要求是相当高的,主要体现在以下几个方面:
尺寸精度:内径尺寸:必须与气门杆的直径精确匹配,以保证气门在运动过程中的良好导向,间隙过大或过小都会影响气门的正常工作。例如,间隙过大会导致气门晃动,影响气门的密封性能和发动机的动力输出;间隙过小则会增加气门与导管之间的摩擦,导致磨损加剧,甚至出现卡死现象。外径尺寸:要与气缸盖的安装孔紧密配合,确保安装牢固且密封良好。圆柱度和直线度:气门导管的内孔和外圆都需要有良好的圆柱度和直线度,以保证气门运动的直线性和稳定性。如果圆柱度或直线度偏差较大,气门在运动时会受到不均匀的力,容易导致磨损不均匀和气门偏磨。
表面粗糙度:内表面粗糙度要低,以减少气门杆与导管之间的摩擦和磨损。通常要求内表面粗糙度值达到Ra0.4以下。外表面粗糙度也不能过高,以确保与气缸盖安装孔的良好配合和密封。
位置精度:安装在气缸盖上的位置必须准确,与气门座的同心度要求较高,以保证气门的正常开闭和密封。例如,在高性能汽车发动机中,为了实现更高的转速和功率输出,气门导管的精度要求会更加严格,任何微小的偏差都可能导致发动机性能下降、油耗增加甚至故障。
现有对于钛金属粉末制备成的气门导管来进行削磨减材操作中,通过削磨装置来进行减材操作,实现对气门导管外表面及内部通道削磨工艺流程,对于现有削磨装置其批量加工中的功能性不足,在连续式操作中对于连续削磨加工过程中对气门导管外表面的圆柱面削磨角度不足无法有效的适配,鉴于此,我们提出一种高速减材制造装置及减材制造方法。
实现思路