機械設計制造工藝和精密加工技術在發動機中的應用

彭冬 陳翱 劉毅

摘要： 在工業4.0戰略發展背景下，我國需要加快機械制造產業信息化發展速度，變革機械化制造產業，提高機械制造產業發展水平。機械設計制造工藝和精密加工技術對于強化機械制造產業發展效果具有重要的作用，因此有必要研究先進的機械設計制造工藝和精密加工技術，以促進機械制造產業升級與轉型。

Abstract： Under the background of industrial 4.0 strategic development， China needs to speed up the development speed of machinery manufacturing industry informatization， change the mechanized manufacturing industry， and improve the development level of machinery manufacturing industry. Mechanical design and manufacturing process and precision processing technology have an important role in strengthening the development effect of the machinery manufacturing industry， so it is necessary to study the advanced machinery design and manufacturing technology and precision processing technology to promote the upgrading and transformation of the machinery manufacturing industry.

關鍵詞： 發動機;機械設計制造工藝;精密加工技術

Key words： engine;mechanical design and manufacturing technology;precision processing technology

中圖分類號：TH122 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）02-0200-03

0 ?引言

科學技術乃是第一生產力。在科學技術快速發展的大環境下，應緊緊地抓住科學技術發展的機遇，優化機械設計制造工作以及精密加工技術，為機械制造產業注入升級與活力，切實增強機械制造產業實力，提升機械制造產業的國際競爭水平。對于機械制造企業來講，其需要著重構建機械設計制造工藝和精密加工技術應用體系，從而科學地指導機械制造工作，保證自身生產效率與質量。

1 ?機械設計制造工藝與精密加工技術介紹

1.1 機械設計制造工藝

伴隨著社會發展，人類文明不斷進步。在此背景下，機械設計制造工藝也隨之而變。最初，人類只是使用自然工具滿足自身的生產、生活需求[1]。在生產技術進步的背景下，人類就可以依靠生產技術制造工具。而基于生產技術制造出的工具可以更好地滿足人類發展需求，同時還保證了企業經濟效益。在現代社會下，計算機技術、智能化技術、信息技術等發展水平顯著提升。通過將這些技術應用在生產制造活動中，更是提高了機械制造水平。而在這些技術的作用下，設計制造工藝愈加先進。隨著科學家對人工智能技術的深入研究，工業機器人出現在公眾視野中。當前，工業機器人被應用在了機械制造領域。工業機器人可以適應復雜惡劣的生產環境，也可以應對復雜的生產制造工作。因此，工業機器人受到了機械制造企業的廣泛關注。

1.2 精密加工技術

通過將精密加工技術應用在機械制造產業中，就可以提升加工精度，保證產品質量。如今，應用精密加工技術可以將加工的精度控制在0.1-10um，公差等級超過IT5，表面粗糙度控制在0.1μm[2]?？梢哉f，精密加工技術對于提高機械制造產業發展水平具有積極意義。精切削加工和高光潔高精度磨削是精密加工技術的重要組成部分。精切削加工是通過利于性能好、精度高的機床與道具等切除工件表面的金屬。采用精切削加工技術切除的工件，其表面是十分光滑的。在精切削加工技術不斷發展的背景下，切除工件金屬的厚度控制能力也在提高。高光潔高精度磨削是利用精度高、剛度強的數控機床，從工件表面切掉很小的細屑，同時還可以具有摸查拋光的作用，所以經過高光潔高精度磨削工件的表面非常光滑[3]。由此可見，在精密加工技術下，可以很好地控制加工精度以及工件表面的光滑度，確保工件符合機械制造標準，有利于發揮機械設備的性能。

2 ?機械設計制造工藝及精度加工技術的特點

2.1 關聯性

機械設計制造工藝與精度加工技術都是屬于被應用在機械制造領域中的工藝、技術。兩者具有相互依存、相互聯系、相互制約的關系。其中，兩者在產品研發設計、加工制造等方面具有一定的聯系。若是在產品研發設計、加工制造等方面忽略了機械設計制造工藝及精度加工技術兩者之間的聯系，就容易降低產品研發設計、加工制造水平。

2.2 系統性

機械設計制造工藝及精密加工技術涉及諸多工作，屬于系統性的工藝以及技術。從機械設計制造工藝的角度分析，機械設計制造工藝包括嚴格設計制作標準、流程[4]。機械設計制造工藝研究者以及實操者都需要兼顧各自要素，系統性地推進工作。從精密加工技術的角度分析，精密加工技術包括技術實施標準、技術操作流程等。在實際生產加工制造中，應遵守精密加工技術的實施標準、技術操作流程等，嚴謹地開展加工制造活動。除了機械設計制造工藝及精密加工技術本身具有系統性特征之外，在實際應用機械設計制造工藝及精密加工技術時還需要兼顧兩者共同的系統，否則就容易影響生產加工制造水平。

2.3 全球性

機械制造產業是我國產業重要組成部分，是推進我國經濟發展建設的力量，是提高我國實力的要點。在經濟全球化背景下，我國實施了一系列支持機械制造產業的發展政策，鼓勵企業優化升級機械制造產業，以便提高機械制造產業現代化發展水平[5]。為促進自身健康發展，增強國際競爭力，企業積極地引進先進的技術，以此確保機械設計制造工藝及精密加工技術發展效果。其中，在機械設計方面，企業應用了PS、AI、FLASH、CAD、3DMAX等軟件開展機械設計工作[6]。通過應用這些軟件，不僅提高了設計效率，而且保證了設計質量。在這情況之下，企業就容易更好在地激烈的國際競爭環境之中占據一席之地。

3 ?現代機械設計制造工藝及精密加工技術

3.1 現代機械設計制造工藝

3.1.1 氣體焊接工藝

氣體焊接工藝是通過將二氧化碳氣體作為兩個焊接物之間保護層的方式開展焊接工藝活動。在應用氣體焊接工藝時，電弧周圍會產生二氧化碳氣體。而在二氧化碳氣體的作用下，就可以更好地保護焊接物體，確保焊接活動的順利開展。同時采取氣體焊接工藝可以增強焊接物體的抗銹能力，提高焊接效率。為此，要高度地重視氣體焊接工藝，科學地在焊接的過程中應用氣體焊接工藝。值得注意的是：在應用氣體焊接工藝時，容易發生飛濺的問題，這會在一定程度上威脅焊接人員的人身安全，因此一定要謹慎操作氣體焊接工藝，同時還需要佩戴好安全器具，便于保護好焊接人員安全[7]。

3.1.2 電阻焊接工藝

電阻焊接工藝指的是利用電池的作用開展的焊接工作。在應用電阻焊接工藝時，焊接物體與電池相接觸和焊接周圍將會產生反應，進而把焊接物融化。而在焊接物融化后，就可以有效開展焊接工作。電阻焊接工藝的優點包括：焊接的效率高，可以滿足焊接工作對時間的要求。另外，焊接具有無噪音污染的特點。此外，采取電阻焊接工藝還可以保證焊接質量。不過，電阻焊接工藝也具有一定的應用劣勢，即在焊接設備損壞后，就需要花費很高的維修費用對設備進行維修。而這樣無疑會增加焊接成本。

3.1.3 埋弧焊接工藝

埋弧焊接工藝是電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的工藝。該工藝的優點具體如下：應用埋弧焊接工藝不僅可以提高焊接的效率，而且可以保證焊接的質量。另外，在埋弧焊接工藝時，不會產生弧光和煙塵[8]?？梢?，埋弧焊接工藝還具有環保的優點。

3.2 精密加工技術

3.2.1 超精細研磨精密加工技術

在精密加工技術快速發展的背景下，精密加工技術的應用價值不斷提升。超精細研磨精密加工技術屬于精密加工技術。國外在超精細研磨精密加工技術方面取得了不錯的成績，其中，可以將加工表明粗糙度控制在0.02-0.1μm[9]。我國與國外的超精細研磨精密加工技術發展水平存在差距。為促進機械制造產業健康發展，我國有必要認真地研究國外的超精細研磨精密加工技術，并根據自身的技術發展需求、要求等，優化超精細研磨精密加工技術，從而更好地指導機械制造加工工作。

3.2.2 研磨加工技術

研磨加工技術是將磨料嵌入或者鋪設在研磨工具的表面，同時在磨料中添加適當的潤滑劑，從而提高研磨壓力。通過把研磨加工技術應用在機械制造加工中，就可以有效的控制零件的尺寸，保證零件表面更光滑。為此，需要積極地應用研磨加工技術開展機械制造與加工活動。

3.2.3 納米加工技術

在納米技術不斷發展的背景下，納米加工技術隨之形成，并且得到了發展?，F如今，納米加工技術已經應用在了機械制造加工領域。通過應用納米加工技術，可以大幅度地提升機械制造加工水平。因此，一定要注重關注納米加工技術，合理地應用納米加工技術。

4 ?機械設計制造工藝和精密加工技術——以發動機

為例

4.1 零件的制造與加工

4.1.1 毛坯精化

在發動機零件的制造中，需要制造零件的毛坯。為保證毛皮外形符合發動機制造生產標準，有必要應用精密鍛壓技術，開展發動機的盤、軸、葉片等的制造工作。發動機中的高溫合金個鈦合金渦輪盤、壓氣機盤以及整體渦輪的制造水平同樣關系著發動機的制造水平，因此需要重視這些零件的制造加工工作，其中就需要應用等溫模鍛和超塑性等溫模鍛，進行這些零件的制造加工活動。在制造加工技術發展的背景下，熔模鍛造技術的發展水平日益提升。當前，主要應用熔模鍛造技術切削余量小甚至無余量的鈦合金零件、導向器等。除此之外，應用定向凝聚技術制造定向柱晶、單晶葉片等。通過應用這些先進的零件制造與加工技術，就可以精華毛坯，提高毛坯制造與加工水平，從而確保發動機質量[10]。

4.1.2 切削加工

為確保發動機制造與加工效果，滿足人們對發動機性能的需求，就需要關注切削加工技術。當前，在發動機制造與加工中需要保證金屬材料切削的精度以及切削后金屬零件表面的光滑度。為實現該目標，有必要應用新型的刀具材料、刀具結構。與此同時，還需要采取先進的切削工藝，推進切削加工工作。比如，可以應用強力磨削磨出渦輪葉片的榫頭齒形;可以應用高速拉削切去氣機葉片榫頭。在數字化技術發展水平提高的背景下，切削加工所用的機床的數字化發展程度逐漸加深。通過將數字化機床應用在切削加工中，就能夠保證切削加工的精度，提高切削加工的效率。從此可知，技術的進步與發展帶動了切削加工技術的優化升級。

4.1.3 鈑金形成和焊接

鈑金形成和焊接是發動機制造與加工的重點。在發動機制造與加工中，需要積極地研究鈑金形成和焊接制造與加工的要點，以強化發動機制造效果。研究發現，通過把鈑金形成和焊接方法應用在零件制造工作可以提高制造效率。比如，在應用鈑金形成和焊接方法后，燃燒室、氣冷式鈑焊空心葉片等的制造效率能夠提升百分之二十左右。這些零構件屬于鈦合金、耐熱鋼等材料，而在應用這種類型的材料開展加工制造的過程中，容易遇到問題。為順利地應用這種類型的材料開展加工制造工作，就需要將熱成形、超塑性成形方等工藝方法指導加工實踐活動。發動機零件的焊接水平影響著發動機的性能、故障發生率等。為確保發動機應用水平，需要認真地研究關于發動機零件的焊接技術。氬弧焊、電子束焊、真空焊等屬于可靠性的焊接技術。在焊接發動機零件時，有必要根據焊接需求、要求等，選擇合適的焊接技術，從而最大限度的保障焊接水平。

4.1.4 特種加工

特種加工屬于機械加工的補充加工方法。在發動機制造的過程中，可以采取特種加工的方式指導制造工作。從目前現狀來看，電加工與激光加工這兩種方式屬于先進的特種加工方式。在對發動機進行特種加工時，可以應用這些特種加工方式進行加工活動。發動機的燃燒室、葉片和冷卻管上均帶有大量的冷卻小孔，這無疑會加大加工制造難度，為解決該加工制造問題，可以利用電加工或者激光加工的方式進行打孔處理。倘若對小孔的深度、孔徑要求嚴格，可以采用電加工的方式開展制造加工工作。

4.1.5 熱處理和表面處理

飛行器對發動機的性能要求比較高，在制造與加工飛行器的發動機時，有必要對所有的零件進行熱處理，以便消除殘余應力，穩定尺寸，提高飛行器的運行水平。在對所有的零件進行熱處理時，可以采用真空熱處理的方式。為保證熱處理效果，防止熱處理對零件造成不良的影響，需要在保護氣體中開展熱處理工作。隨著科學技術發展以及研究分人員對熱處理技術的深入研究，熱處理技術取得了長足進步。比如，滲金屬、多元素共滲技術等都獲得了極大的發展。將這些先進的技術應用在發動機熱處理工作中，就可以提升零件的性能。比如，經過鋁-硅共滲技術處理的渦旋葉片的抗高溫、抗腐蝕的性能大幅提高。除了共滲技術得到了發展之外，表面涂層技術也獲得了發展。通過把涂層技術應用在發動機的制造中，可以保證發動機零件的耐磨性、抗氧化性、抗腐蝕性等。

4.2 裝配試車

發動機的性能影響著機械設備的應用效果。為提升發動機的應用水平，應當把握發動機的空間結構，制定完善的裝配工作體系，從而順利地指導發動機裝配工作。在裝配發動機的過程中，一定要避免對所裝配的零部件進行整修，而是依靠本身零件的構造進行裝配。而在完成裝配后，還需要開展檢查工作，保證發動機符合生產制造標準。比如，在完成火箭的發動機后，就需要檢查氣密性，防止火箭發動機在運行的過程中出現故障。另外，還需要檢查零件的數量，避免遺留零件。如果發現所裝配的發動機在運行的過程中發現磨損問題，就需要及時采取合理的措施處理這些問題。在裝配檢驗合格后，就需要開展檢驗性試車活動，待性能合格，就可以出廠。為規范發動機的制造與加工工作，保證發動機的性能，就需要定期開展抽樣檢查工作。

5 ?質量控制措施

在制造與加工發動機的過程中，需要制定完善的質量控制體系，制約制造與加工工作。本次主要從以下方面研究了發動機制造與加工的質量控制要點：①檢測方面?？梢詰枚嘧鴺藬悼販y量機開展零件的檢測工作，如果發現零件尺寸、外形等不符合生產質量標準，則需要及時處理問題。零件檢測技術不是單一的，而是多樣的。比如，X射線探傷技術、超聲探傷技術、熒粉探傷技術、激光全息攝影技術等都屬于檢測技術。相關人員可以根據檢測要求選擇合適的技術。②制造方面。需要認真地研究發動機制造圖紙，根據圖紙順利的推進發動機零件制造工作。③監督管理方面，可以制定科學的監督管理制度，明確監督管理責任，便于有條不紊地明確監督管理工作。④明確制造責任?？梢悦鞔_制造責任，如果不能夠較好地完成自己的職責，相關人員就可以追究其責任。

6 ?機械設計制造工藝和精密加工技術發展方向

6.1 提升工藝精密度和技術先進性

時代在發展，社會在變化，我國對機械設計制造工藝和精密加工技術的發展要求也在提升。為助力機械制造產業發展，滿足我國對機械設計制造工藝和精密加工技術的發展需求，需要不斷地提升工藝精密度和技術先進性。其中，就需要引進先進的科學技術、智能技術、信息技術、制造技術等，以此保證提升工藝精密度和技術先進性。在這種情況之下，機械制造產業才可以獲得更好的發展。

6.2 提升制造工藝和技術的綠色性

在社會經濟快速發展的背景下，環境污染越加嚴重。環境的發展水平關系著當代人與后代人的利益。為促進社會可持續發展，提升人們生活質量，我國實施了環保政策，大力支持環境保護工作。各行各業應當秉承可持續發展理念，推進可持續發展戰略。機械制造領域也不例外。我國需要從環保的角度出發升級與優化機械設計制造工藝和精密加工技術，從而提高環境發展水平。

7 ?結束語

綜上所述，機械設計制造工藝和精密加工技術在提升機械制造水平方面發揮著不可或缺的作用。為推動機械制造產業發展，應深入地研究機械設計制造工藝和精密加工技術。而在發動機的制造中，有必要從毛坯精化、切削加工、鈑金形成和焊接、特種加工、熱處理和表面處理等方面研究機械設計制造工藝和精密加工技術。對于機械設計制造工藝和精密加工技術研究人員，其一定要把握正確的機械設計制造工藝和精密加工技術發展方向，以此有效升級工藝與技術，激發機械制造產業發展活力。

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