机械设计制造工艺和精密加工技术在发动机中的应用

彭冬 陈翱 刘毅

摘要： 在工业4.0战略发展背景下，我国需要加快机械制造产业信息化发展速度，变革机械化制造产业，提高机械制造产业发展水平。机械设计制造工艺和精密加工技术对于强化机械制造产业发展效果具有重要的作用，因此有必要研究先进的机械设计制造工艺和精密加工技术，以促进机械制造产业升级与转型。

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.

关键词： 发动机;机械设计制造工艺;精密加工技术

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

中图分类号：TH122                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）02-0200-03

0  引言

科学技术乃是第一生产力。在科学技术快速发展的大环境下，應紧紧地抓住科学技术发展的机遇，优化机械设计制造工作以及精密加工技术，为机械制造产业注入升级与活力，切实增强机械制造产业实力，提升机械制造产业的国际竞争水平。对于机械制造企业来讲，其需要着重构建机械设计制造工艺和精密加工技术应用体系，从而科学地指导机械制造工作，保证自身生产效率与质量。

1  机械设计制造工艺与精密加工技术介绍

1.1 机械设计制造工艺

伴随着社会发展，人类文明不断进步。在此背景下，机械设计制造工艺也随之而变。最初，人类只是使用自然工具满足自身的生产、生活需求[1]。在生产技术进步的背景下，人类就可以依靠生产技术制造工具。而基于生产技术制造出的工具可以更好地满足人类发展需求，同时还保证了企业经济效益。在现代社会下，计算机技术、智能化技术、信息技术等发展水平显著提升。通过将这些技术应用在生产制造活动中，更是提高了机械制造水平。而在这些技术的作用下，设计制造工艺愈加先进。随着科学家对人工智能技术的深入研究，工业机器人出现在公众视野中。当前，工业机器人被应用在了机械制造领域。工业机器人可以适应复杂恶劣的生产环境，也可以应对复杂的生产制造工作。因此，工业机器人受到了机械制造企业的广泛关注。

1.2 精密加工技术

通过将精密加工技术应用在机械制造产业中，就可以提升加工精度，保证产品质量。如今，应用精密加工技术可以将加工的精度控制在0.1-10um，公差等级超过IT5，表面粗糙度控制在0.1μm[2]。可以说，精密加工技术对于提高机械制造产业发展水平具有积极意义。精切削加工和高光洁高精度磨削是精密加工技术的重要组成部分。精切削加工是通过利于性能好、精度高的机床与道具等切除工件表面的金属。采用精切削加工技术切除的工件，其表面是十分光滑的。在精切削加工技术不断发展的背景下，切除工件金属的厚度控制能力也在提高。高光洁高精度磨削是利用精度高、刚度强的数控机床，从工件表面切掉很小的细屑，同时还可以具有摸查抛光的作用，所以经过高光洁高精度磨削工件的表面非常光滑[3]。由此可见，在精密加工技术下，可以很好地控制加工精度以及工件表面的光滑度，确保工件符合机械制造标准，有利于发挥机械设备的性能。

2  机械设计制造工艺及精度加工技术的特点

2.1 关联性

机械设计制造工艺与精度加工技术都是属于被应用在机械制造领域中的工艺、技术。两者具有相互依存、相互联系、相互制约的关系。其中，两者在产品研发设计、加工制造等方面具有一定的联系。若是在产品研发设计、加工制造等方面忽略了机械设计制造工艺及精度加工技术两者之间的联系，就容易降低产品研发设计、加工制造水平。

2.2 系统性

机械设计制造工艺及精密加工技术涉及诸多工作，属于系统性的工艺以及技术。从机械设计制造工艺的角度分析，机械设计制造工艺包括严格设计制作标准、流程[4]。机械设计制造工艺研究者以及实操者都需要兼顾各自要素，系统性地推进工作。从精密加工技术的角度分析，精密加工技术包括技术实施标准、技术操作流程等。在实际生产加工制造中，应遵守精密加工技术的实施标准、技术操作流程等，严谨地开展加工制造活动。除了机械设计制造工艺及精密加工技术本身具有系统性特征之外，在实际应用机械设计制造工艺及精密加工技术时还需要兼顾两者共同的系统，否则就容易影响生产加工制造水平。

2.3 全球性

机械制造产业是我国产业重要组成部分，是推进我国经济发展建设的力量，是提高我国实力的要点。在经济全球化背景下，我国实施了一系列支持机械制造产业的发展政策，鼓励企业优化升级机械制造产业，以便提高机械制造产业现代化发展水平[5]。为促进自身健康发展，增强国际竞争力，企业积极地引进先进的技术，以此确保机械设计制造工艺及精密加工技术发展效果。其中，在机械设计方面，企业应用了PS、AI、FLASH、CAD、3DMAX等软件开展机械设计工作[6]。通过应用这些软件，不仅提高了设计效率，而且保证了设计质量。在这情况之下，企业就容易更好在地激烈的国际竞争环境之中占据一席之地。

3  现代机械设计制造工艺及精密加工技术

3.1 现代机械设计制造工艺

3.1.1 氣体焊接工艺

气体焊接工艺是通过将二氧化碳气体作为两个焊接物之间保护层的方式开展焊接工艺活动。在应用气体焊接工艺时，电弧周围会产生二氧化碳气体。而在二氧化碳气体的作用下，就可以更好地保护焊接物体，确保焊接活动的顺利开展。同时采取气体焊接工艺可以增强焊接物体的抗锈能力，提高焊接效率。为此，要高度地重视气体焊接工艺，科学地在焊接的过程中应用气体焊接工艺。值得注意的是：在应用气体焊接工艺时，容易发生飞溅的问题，这会在一定程度上威胁焊接人员的人身安全，因此一定要谨慎操作气体焊接工艺，同时还需要佩戴好安全器具，便于保护好焊接人员安全[7]。

3.1.2 电阻焊接工艺

电阻焊接工艺指的是利用电池的作用开展的焊接工作。在应用电阻焊接工艺时，焊接物体与电池相接触和焊接周围将会产生反应，进而把焊接物融化。而在焊接物融化后，就可以有效开展焊接工作。电阻焊接工艺的优点包括：焊接的效率高，可以满足焊接工作对时间的要求。另外，焊接具有无噪音污染的特点。此外，采取电阻焊接工艺还可以保证焊接质量。不过，电阻焊接工艺也具有一定的应用劣势，即在焊接设备损坏后，就需要花费很高的维修费用对设备进行维修。而这样无疑会增加焊接成本。

3.1.3 埋弧焊接工艺

埋弧焊接工艺是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的工艺。该工艺的优点具体如下：应用埋弧焊接工艺不仅可以提高焊接的效率，而且可以保证焊接的质量。另外，在埋弧焊接工艺时，不会产生弧光和烟尘[8]。可见，埋弧焊接工艺还具有环保的优点。

3.2 精密加工技术

3.2.1 超精细研磨精密加工技术

在精密加工技术快速发展的背景下，精密加工技术的应用价值不断提升。超精细研磨精密加工技术属于精密加工技术。国外在超精细研磨精密加工技术方面取得了不错的成绩，其中，可以将加工表明粗糙度控制在0.02-0.1μm[9]。我国与国外的超精细研磨精密加工技术发展水平存在差距。为促进机械制造产业健康发展，我国有必要认真地研究国外的超精细研磨精密加工技术，并根据自身的技术发展需求、要求等，优化超精细研磨精密加工技术，从而更好地指导机械制造加工工作。

3.2.2 研磨加工技术

研磨加工技术是将磨料嵌入或者铺设在研磨工具的表面，同时在磨料中添加适当的润滑剂，从而提高研磨压力。通过把研磨加工技术应用在机械制造加工中，就可以有效的控制零件的尺寸，保证零件表面更光滑。为此，需要积极地应用研磨加工技术开展机械制造与加工活动。

3.2.3 纳米加工技术

在纳米技术不断发展的背景下，纳米加工技术随之形成，并且得到了发展。现如今，纳米加工技术已经应用在了机械制造加工领域。通过应用纳米加工技术，可以大幅度地提升机械制造加工水平。因此，一定要注重关注纳米加工技术，合理地应用纳米加工技术。

4  机械设计制造工艺和精密加工技术——以发动机

为例

4.1 零件的制造与加工

4.1.1 毛坯精化

在发动机零件的制造中，需要制造零件的毛坯。为保证毛皮外形符合发动机制造生产标准，有必要应用精密锻压技术，开展发动机的盘、轴、叶片等的制造工作。发动机中的高温合金个钛合金涡轮盘、压气机盘以及整体涡轮的制造水平同样关系着发动机的制造水平，因此需要重视这些零件的制造加工工作，其中就需要应用等温模锻和超塑性等温模锻，进行这些零件的制造加工活动。在制造加工技术发展的背景下，熔模锻造技术的发展水平日益提升。当前，主要应用熔模锻造技术切削余量小甚至无余量的钛合金零件、导向器等。除此之外，应用定向凝聚技术制造定向柱晶、单晶叶片等。通过应用这些先进的零件制造与加工技术，就可以精华毛坯，提高毛坯制造与加工水平，从而确保发动机质量[10]。

4.1.2 切削加工

为确保发动机制造与加工效果，满足人们对发动机性能的需求，就需要关注切削加工技术。当前，在发动机制造与加工中需要保证金属材料切削的精度以及切削后金属零件表面的光滑度。为实现该目标，有必要应用新型的刀具材料、刀具结构。与此同时，还需要采取先进的切削工艺，推进切削加工工作。比如，可以应用强力磨削磨出涡轮叶片的榫头齿形;可以应用高速拉削切去气机叶片榫头。在数字化技术发展水平提高的背景下，切削加工所用的机床的数字化发展程度逐渐加深。通过将数字化机床应用在切削加工中，就能够保证切削加工的精度，提高切削加工的效率。从此可知，技术的进步与发展带动了切削加工技术的优化升级。

4.1.3 钣金形成和焊接

钣金形成和焊接是发动机制造与加工的重点。在发动机制造与加工中，需要积极地研究钣金形成和焊接制造与加工的要点，以强化发动机制造效果。研究发现，通过把钣金形成和焊接方法应用在零件制造工作可以提高制造效率。比如，在应用钣金形成和焊接方法后，燃烧室、气冷式钣焊空心叶片等的制造效率能够提升百分之二十左右。这些零构件属于钛合金、耐热钢等材料，而在应用这种类型的材料开展加工制造的过程中，容易遇到问题。为顺利地应用这种类型的材料开展加工制造工作，就需要将热成形、超塑性成形方等工艺方法指导加工实践活动。发动机零件的焊接水平影響着发动机的性能、故障发生率等。为确保发动机应用水平，需要认真地研究关于发动机零件的焊接技术。氩弧焊、电子束焊、真空焊等属于可靠性的焊接技术。在焊接发动机零件时，有必要根据焊接需求、要求等，选择合适的焊接技术，从而最大限度的保障焊接水平。

4.1.4 特种加工

特种加工属于机械加工的补充加工方法。在发动机制造的过程中，可以采取特种加工的方式指导制造工作。从目前现状来看，电加工与激光加工这两种方式属于先进的特种加工方式。在对发动机进行特种加工时，可以应用这些特种加工方式进行加工活动。发动机的燃烧室、叶片和冷却管上均带有大量的冷却小孔，这无疑会加大加工制造难度，为解决该加工制造问题，可以利用电加工或者激光加工的方式进行打孔处理。倘若对小孔的深度、孔径要求严格，可以采用电加工的方式开展制造加工工作。

4.1.5 热处理和表面处理

飞行器对发动机的性能要求比较高，在制造与加工飞行器的发动机时，有必要对所有的零件进行热处理，以便消除残余应力，稳定尺寸，提高飞行器的运行水平。在对所有的零件进行热处理时，可以采用真空热处理的方式。为保证热处理效果，防止热处理对零件造成不良的影响，需要在保护气体中开展热处理工作。随着科学技术发展以及研究分人员对热处理技术的深入研究，热处理技术取得了长足进步。比如，渗金属、多元素共渗技术等都获得了极大的发展。将这些先进的技术应用在发动机热处理工作中，就可以提升零件的性能。比如，经过铝-硅共渗技术处理的涡旋叶片的抗高温、抗腐蚀的性能大幅提高。除了共渗技术得到了发展之外，表面涂层技术也获得了发展。通过把涂层技术应用在发动机的制造中，可以保证发动机零件的耐磨性、抗氧化性、抗腐蚀性等。

4.2 装配试车

发动机的性能影响着机械设备的应用效果。为提升发动机的应用水平，应当把握发动机的空间结构，制定完善的装配工作体系，从而顺利地指导发动机装配工作。在装配发动机的过程中，一定要避免对所装配的零部件进行整修，而是依靠本身零件的构造进行装配。而在完成装配后，还需要开展检查工作，保证发动机符合生产制造标准。比如，在完成火箭的发动机后，就需要检查气密性，防止火箭发动机在运行的过程中出现故障。另外，还需要检查零件的数量，避免遗留零件。如果发现所装配的发动机在运行的过程中发现磨损问题，就需要及时采取合理的措施处理这些问题。在装配检验合格后，就需要开展检验性试车活动，待性能合格，就可以出厂。为规范发动机的制造与加工工作，保证发动机的性能，就需要定期开展抽样检查工作。

5  质量控制措施

在制造与加工发动机的过程中，需要制定完善的质量控制体系，制约制造与加工工作。本次主要从以下方面研究了发动机制造与加工的质量控制要点：①检测方面。可以应用多坐标数控测量机开展零件的检测工作，如果发现零件尺寸、外形等不符合生产质量标准，则需要及时处理问题。零件检测技术不是单一的，而是多样的。比如，X射线探伤技术、超声探伤技术、荧粉探伤技术、激光全息摄影技术等都属于检测技术。相关人员可以根据检测要求选择合适的技术。②制造方面。需要认真地研究发动机制造图纸，根据图纸顺利的推进发动机零件制造工作。③监督管理方面，可以制定科学的监督管理制度，明确监督管理责任，便于有条不紊地明确监督管理工作。④明确制造责任。可以明确制造责任，如果不能够较好地完成自己的职责，相关人员就可以追究其责任。

6  机械设计制造工艺和精密加工技术发展方向

6.1 提升工艺精密度和技术先进性

时代在发展，社会在变化，我国对机械设计制造工艺和精密加工技术的发展要求也在提升。为助力机械制造产业发展，满足我国对机械设计制造工艺和精密加工技术的发展需求，需要不断地提升工艺精密度和技术先进性。其中，就需要引进先进的科学技术、智能技术、信息技术、制造技术等，以此保证提升工艺精密度和技术先进性。在这种情况之下，机械制造产业才可以获得更好的发展。

6.2 提升制造工艺和技术的绿色性

在社会经济快速发展的背景下，环境污染越加严重。环境的发展水平关系着当代人与后代人的利益。为促进社会可持续发展，提升人们生活质量，我国实施了环保政策，大力支持环境保护工作。各行各业应当秉承可持续发展理念，推进可持续发展战略。机械制造领域也不例外。我国需要从环保的角度出发升级与优化机械设计制造工艺和精密加工技术，从而提高环境发展水平。

7  结束语

综上所述，机械设计制造工艺和精密加工技术在提升机械制造水平方面发挥着不可或缺的作用。为推动机械制造产业发展，应深入地研究机械设计制造工艺和精密加工技术。而在发动机的制造中，有必要从毛坯精化、切削加工、钣金形成和焊接、特种加工、热处理和表面处理等方面研究机械设计制造工艺和精密加工技术。对于机械设计制造工艺和精密加工技术研究人员，其一定要把握正确的机械设计制造工艺和精密加工技术发展方向，以此有效升级工艺与技术，激发机械制造产业发展活力。

参考文献：

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