02—异型复杂零件的加工

数控加工（数控车工方向）专业（中、高级工）一体化课程标准专业名称：数控加工（数控车工方向）专业代码：0106-4，0106-3学制年限：初中毕业生起点三年；中级工起点两年一、培养目标（一）中级工培养目标面向企业生产一线，培养熟悉企业本岗位的工作流程，能按照作业规范熟练操作数控车床，完成一般零件的编程、加工与质量检测，设备的日常保养与维护等工作任务，具有良好的责任心和质量意识，具有职业生涯发展基础的技能人才。

（二）高级工培养目标面向企业生产一线，培养熟悉企业本岗位的工作现场管理，能独立完成工艺制定、复杂零件加工等常规性工作，并能解决精度调整、故障诊断等现场问题，具有职业生涯发展基础的高技能人才。

二、综合职业能力（一）中级工综合职业能力1．能严格遵守企业工作制度，服从企业工作安排。

2．能根据工作任务主动利用各种信息渠道查阅资料，并在工作中有效应用。

3．能按照作业规范熟练操作数控车床，完成一般零件的编程、加工、装配与质量检测，设备的保养与维护等常规工作任务。

4．能按照工作要求，执行本岗位工作流程，并能规范填写工作记录。

5．能与领导、同事等人员进行有效沟通，具有良好的责任心、质量意识、道德品质、职业素质、竞争和创新意识，良好的人际交往、团队协作能力和健康心理。

（二）高级工综合职业能力1．能严格遵守企业工作制度，服从企业工作安排。

2．能根据工作需求收集、归类、整理相关资料和信息。

3．能按照作业规范熟练操作数控车床，完成复杂零件的编程、加工与质量检测，设备的精度检测及常见故障诊断等工作任务。

4．能根据加工任务，对工艺方案和加工程序提出优化建议。

5．能按照工作要求，执行本岗位工作流程，并能规范填写工作记录。

6．能与领导、同事、客户等人员进行有效沟通，具有良好的责任心、质量意识、道德品质、职业素质、竞争和创新意识，良好的人际交往、团队协作能力和健康心理。

三、就业方向及对应职业资格（一）中级工就业方向及对应职业资格在各类机械制造企业中从事数控车床加工等工作，取得数控车床操作工中级职业资格证书（四级）。

一种高精度钽零件的加工方法摘要：钽是一种非常重要的金属材料，广泛应用于航空航天、军工、医疗和电子等领域。

由于钽材料的特殊性质，特别是其高熔点、高密度、不易加工等特点，使得钽零件的加工非常具有挑战性。

本文主要针对高精度钽零件的加工方法进行探讨和研究，介绍了目前主流的钽零件加工方法和技术，并分析了各种方法的优缺点，最后提出了一种新的钽零件加工方法——电化学加工。

关键词：钽零件；加工方法；电化学加工；高精度一、引言钽是一种重要的金属材料，具有高熔点、高密度、高强度、耐腐蚀等特点，被广泛应用于航空航天、军工、医疗和电子等领域。

钽零件的制造对于这些领域的发展至关重要。

然而，由于钽材料的特殊性质，特别是其高熔点、高密度、不易加工等特点，使得钽零件的加工非常具有挑战性。

因此，研究和探索钽零件的加工方法和技术显得尤为重要。

二、高精度钽零件的加工方法1.数控加工数控加工是目前应用最广泛的钽零件加工方法之一。

数控机床可以根据预先制作的程序控制加工工具的运动轨迹和加工参数，从而实现对钽零件的精确加工。

数控加工可以分为车削、铣削和钻孔等方式，其加工精度可以达到几十个微米。

2.压力成型压力成型是一种常用的钽零件加工技术，包括挤压、锻造和冷冲压等。

压力成型可以满足一些特殊形状的钽零件的制造需求。

压力成型技术的优点在于可以获得优秀的力学性能和表面质量。

电火花加工是一种非常精确的加工方法，常用于加工高难度的钽零件。

在电火花加工过程中，通过控制电极之间的放电电压和放电时间，可以在钽材料表面产生电火花，从而使得钽材料被割开或者出现必要的孔洞。

4.激光加工激光加工是近年来发展非常快速的一种钽零件加工方法，也是一种非常精密的加工方法。

激光加工可以通过激光束将钽材料切割或者打孔。

由于激光加工过程对材料热影响小，并且可以通过控制激光束的射点位置实现非常精细的加工，因此在制造高精度钽零件方面具有不可替代的重要作用。

三、各种加工方法的优缺点1.数控加工数控加工是一种高精度、高效率的加工方法，可以完成复杂形状的加工任务。

第1期纤维复合材料㊀No.1㊀452024年3月FIBER ㊀COMPOSITES ㊀Mar.2024基于真空导入工艺的大尺度复合材料异型构件成型技术研究丁㊀萍,张作朝,郑宏雪,柴朋军(北京玻钢院复合材料有限公司,北京102101)摘㊀要㊀研究了大尺寸复合材料水滴形截面异型构件的成型工艺㊂在达西定律的基础上采用实验法测得了玻璃纤维织物渗透率,建立了树脂浸润过程的仿真模型㊂采用仿真软件对典型构件一体成型充模过程进行仿真分析,分别对中心点注射㊁中心线注射㊁单边注射和多线程接力注射方案进行探讨,仿真结果表明,多线程接力注射方案可有效缩短充模时间,满足树脂适用期内完成充模的要求,并达到100%充模率㊂采用多线程接力注射方案制备了典型构件样机,实际充模时间与理论计算相差约10%,对生产实践具有指导性意义㊂关键词㊀复合材料;大尺度;异型构件;SCRIMP;仿真模拟Study on the Molding Technology of Jumbo Size GFRP SkinDING Ping,ZHANG Zuochao,ZHENG Hongxue,CHAI Pengjun(Beijing Composite Materials Co.,Ltd.,Beijing 102101)ABSTRACT ㊀This paper studied the manufacture of the FRP rudder skin.The permeability test and resin gel test of glass fiber fabric were carried out;the filling process of composite rudder surface was simulated by PAM -RTM software.The central point injection,central line injection,single side injection and multi -thread relay injection were discussed,the simulation results show that,the multi -thread relay injection scheme can satisfy the requirement of filling the mold in the resin using time,and achieve 100%filling rate.The prototype of composite rudder was fabricated by multi -thread relay injection.The actual filling time was about 10%different from the theoretical calculation.KEYWORDS ㊀composite materials;rudder;vacuum assisted resin infusion;mold filling simulation通讯作者:丁萍,研究生,工程师㊂研究方向为复合材料设计与制造㊂E -mail:hit_dingping2011@1㊀引言复合材料具有高比强度㊁比刚度和优异的可设计性等优点,广泛应用于航空航天㊁船舶㊁风电叶片和汽车等领域㊂在复合材料生产过程中,模具制造和产品加工占成本比例较高,SCRIMP 具有低成本㊁环境友好和适用于大型构件等优点[1-4]㊂在SCRIMP 工艺中,保证基体树脂充分浸渍增强材料是确保产品质量的关键,而导流通道的布置是保证树脂对纤维增强材料浸渍进度和质量的关键因素㊂SCRIMP 成型的制件,避免出现白斑㊁分层㊁薄厚不均等质量问题的必要条件是树脂对纤维预制体充分浸润㊂实际应用中制件逐渐向更复杂结构和更大尺寸发展,导致流道设计难度大,树脂流动不易控制,从而树脂对纤维的浸润性差[5-8]㊂树脂注胶流道设计是SCRIMP 工艺的关键环节㊂合理的注胶流道设计不仅可以缩短树脂在预制体内的渗透时间,而且还可以避免渗透过程中干纤维复合材料2024年㊀斑㊁富树脂等缺陷的形成㊂传统树脂流道设计是以工程经验为主,辅以试错法,而实际制造零件时,树脂在复杂结构预制体中的流动状态和流动轨迹的复杂程度仅靠工程试验很难准确掌握,而且还需要消耗大量的人力和物力㊂树脂的操作时间是流道设计需要考虑的重要参数㊂流道设计前,应对树脂体系进行凝胶试验,确定凝胶时间,避免进行无效的流道设计㊂渗透率是进行面层充模仿真十分关键的参数,一般通过渗透率测试装置通过试验获得[9-10]㊂水滴形截面的大型构件的成型,在保证胶液在织物表面快速流动的同时,也要保证胶液在织物层间的充分渗透㊂本文在达西定律的基础上采用实验法测得了SCRIMP工艺玻璃纤维渗透率,通过模拟分析软件建立水滴形截面典型构件的有限元模型,对不同流道设计方案进行分析对比[11-13]㊂2㊀参数测定试验2.1㊀试验材料试验采用乙烯基树脂(BBD-1),23ħ时粘度为180~220mPa㊃s,过氧化甲乙酮类固化剂,环烷酸钴类促进剂;增强织物为S玻璃纤维布,斜纹织物,单位面积质量为240g/m2㊂2.2㊀测试方法(1)凝胶时间测定在室温环境下,配制乙烯基树脂胶液,树脂与固化剂的配比为100ʒ1.5,搅拌均匀后静置㊂(2)渗透率参数测定本试验注胶口设置在长度方向一侧,通过观察灌注试件上㊁下表面,记录树脂在恒定压力下对织物的浸润过程,从树脂前沿的实时位置得出渗透率的比值㊂对纤维经线方向(K1)㊁纬线方向(K2)和厚度方向(K3)渗透率进行测试㊂测试件成型尺寸为0.3mˑ1m,以直尺置于测试件表面,每间隔1~ 5min记录一次胶液前锋位置,形成(x i,t i)(i= 1,2,3,4,5 )一系列点㊂试件单侧放置玻璃面板,以观察背部胶液流动情况[7-10]㊂2.3㊀试验结果分析(1)凝胶时间经观测得到室温环境下,乙烯基树脂凝胶时间约为40min㊂(2)渗透率VARI工艺可采用Darcy定律来计算牛顿流体流经多孔介质的渗透率㊂流动方程如公式(1)和公式(2)所示㊂V=Kη▽P=-KηdP dx(1)dxx=K▽Pηdt(2)在胶液注射过程中,真空负压为恒定值,即胶液前沿与注射口之间的压力差数值恒定㊂在注射初始时,t=0,x=0,积分后如公式(3)所示㊂x2=2KәPηt(3)其中x为胶液流动距离,K为渗透率参数,P 为注胶口到胶液流动前锋的压力差,η为胶液黏度,t为胶液流动时间㊂通过工艺试验可知,试验板上表面与下表面胶液流动前锋相差约100mm㊂经试验测定纤维方向和厚度方向的线性拟合如图1和图2所示,纤维方向拟合公式为y=0.0002x-0.0252,厚度方向拟合公式为y=3e-0.5x-0.0042㊂由公式(3)计算得到渗透率K1=K2=2ˑ10-11,K3=3ˑ10-12㊂图1㊀纤维方向线性拟合图2㊀厚度方向线性拟合64㊀1期基于真空导入工艺的大尺度复合材料异型构件成型技术研究3㊀典型构件充模过程模拟分析本文以一种具有水滴形截面的复合材料结构为典型构件,对其灌注过程进行仿真分析㊂该结构内部为刚度相对较大的骨架支撑结构,间隔填充轻质耐压材料的型芯,外部为纤维增强复合材料面层㊂不同于一般的复合材料制品,典型构件在型芯表面形成一个封闭壳体,不得通过后期的加工进行连接或拼接,要求产品一体成型,表面连续㊂采用SCRIMP工艺制造构件表面可减少模具成本,采用轻质的真空辅助材料制作产品更具可操作性㊂采用SCRIMP工艺成型构件面层时,纤维的浸润受到增强织物铺层㊁流道排布㊁成型温度的影响,不合理的流道㊁注胶口(流道)和出胶口设计会使制品表面形成白斑㊁树脂富集等缺陷,影响结构整体刚度和强度,以及局部界面粘接强度㊂通过工艺仿真进行树脂充模过程模拟,对不同设计方案进行对比研究,得到最优方案,指导产品成型工艺的实施㊂典型构件结构示意如图3所示㊂图3㊀典型构件结构示意图㊀㊀3.1㊀分析方案与已知的大型薄壳结构(如风电叶片)不同,风电叶片是柳叶形敞口结构,成型时上下两部分分别成型后进行粘接,而典型构件是连续的封闭结构,如图3所示,不允许后期加工和粘接,目前没有文献报道过类似结构的成型方法㊂进行流道设计时,考虑面层为对称结构,注胶口为上下面层对称设置,对三种方案进行分析[11-13],如图4所示㊂方案1:上下面层中心位置设置注射口,舵尖角位置设置出胶口;方案2:随缘边设置线注胶流道(绿色点线),导缘位置设置线出胶流道(蓝色点线);方案3:沿轴方向中心线位置环形设置线注胶流道(蓝色点线),导缘和随缘位置设置线出胶流道(绿色点线)㊂图4㊀灌注方案设计㊀㊀3.2㊀有限元模型及参数设置采用三维建模软件建立了有限元模型,由于面层为薄壳结构,网格划分采用壳单元,共3445个单元,如图5所示㊂蒙皮成型过程中考虑重力对胶液流动的影响,重力加速度的设置应与实际充模过程一致,在软件中设置为X+方向㊂还需要对树脂流动区域的材料参数和工艺参数进行设置,如表1所示㊂74纤维复合材料2024年㊀图5㊀典型构件有限元模型表1㊀材料性能及工艺参数参数名称单位数值增强织物面密度g/m2200增强织物渗透率m2K1=K2=2ˑ10-11,K3=3ˑ10-12纤维密度Kg/m3 2.49E3树脂密度Kg/m3 1.16E3树脂粘度mPa㊃s200纤维织物孔隙率/0.5真空压力Pa10000㊀㊀3.3㊀计算结果与分析上下面层中心点注射树脂流动过程如图6所示,树脂在真空压力作用下不断以注射点为中心向四周推进,扩散边界呈椭圆形,在前后端汇合后逐渐填满面层,在尖端发生包围交汇,用时约360min㊂从导缘边进行注射的充模过程如图7所示,胶液流动前锋在随缘边交汇,用时约240min㊂充模时间如表2所示㊂典型构件为封闭式结构,上下面层注胶流道应保持同步设置,可保证胶液前锋流动的一致性,方案3中注胶管沿舵轴线方向呈环形设置㊂面层中心线注射如图8所示,以中心注胶流道为起始边逐步向两侧流动,在导缘和随缘端交汇,用时约60min㊂表2㊀注射过程模拟结果方案注胶形式出胶口布置形式充模时间充模率1上下面层中心点同时开启导缘和随缘边设置出胶管383min100% 2导缘端线注射随缘边设置出胶管261min100%3面层中心线注射导缘和随缘边设置出胶管58min100%图6㊀面层中心注射充模过程84㊀1期基于真空导入工艺的大尺度复合材料异型构件成型技术研究图7㊀单边注射充模过程图8㊀面层中心线注射充模过程94纤维复合材料2024年㊀㊀㊀产品灌注过程不应超过树脂体系适用期,以避免灌注过程中树脂流动区域内出现凝胶,进而产生浸渍不透的现象,导致产品表面白斑㊁缺胶等问题㊂树脂凝胶试验表明,充模过程应控制在50min 内㊂由表2可知,方案3最接近产品充模过程时间控制要求㊂因此,对方案3进行进一步的优化研究㊂在方案3的基础上,为进一步缩短注射时间,设计了接力注射方案,方案3-1:沿舵轴方向中心线位置环形设置3条线注胶流道(黄色和绿色点线位置),导缘和随缘位置设置线出胶流道(蓝色点线位置);方案3-2:沿舵轴方向中心线位置环形设置5条线注胶流道(黄色㊁蓝色和绿色点线位置),导缘和随缘位置设置线出胶流道(红色点线位置)㊂即在树脂流动区域内设置沿舵轴方向设置多条环形注胶流道,充模时依次顺序开启/关闭注射点进行胶液吸注,以达到胶液快速流动浸透织物的目的㊂流道布置具体方案如图9所示㊂图9㊀流道布置方案接力注射对注胶口的开启时机要求较为严格,过早开启下一级注胶口会造成局部气体包络,形成缺陷㊂方案3-1中流道间距设置为700mm,由中心流道向两侧排列的流道分别为2级流道㊁3级流道㊂在2级流道外侧设置感应器,触发条件为该处填充率达到100%时发出开启/关闭信号㊂使用感应器1(位于流道2外侧)进行模拟,注胶口开启和关闭过程如图10所示,流道附近有明显的树脂流动干涉区域,充模结束后,该处面层易形成干斑,如图11所示㊂为避免出现干涉现象,对注胶口开放时机进行优化㊂根据铺层厚度及工艺试验结果,以胶液流动前锋位置确认注胶口的开启时机㊂使用感应器2(位于流道2外侧)进行充模模拟,产品充模过程如图12所示,胶液流动前锋基本保持一致,在注胶口顺序开启的时间节点,无紊流现象,灌注时间约2320s㊂图10㊀充模过程流程图当胶液流动一定距离后,其浸透速度会因阻力增加明显减缓,为在浸透速率减缓前及时开启下一级注胶口,在方案3-2中将流道间距缩短至400mm,相应的由中心流道向两侧排列的流道分别为2级流道㊁3级流道㊁4级流道㊂采用方案3-1中感应器2进行充模模拟,结果表明进一步缩短了充模时间,同时不影响产品的浸润效果,如表3所示㊂图11㊀面层局部包气示意图表3㊀接力注射模拟结果方案注胶流道及注射口布置形式出胶口布置形式充模时间充模率3-1面层接力注射(单面3注射口)导缘和随缘边设置出胶管38min 100%3-2面层接力注射(单面5注射口)导缘和随缘边设置出胶管25min 100%5㊀1期基于真空导入工艺的大尺度复合材料异型构件成型技术研究图12㊀接力(单面3注胶口)充模过程图13㊀接力(单面5注胶口)充模过程15纤维复合材料2024年㊀㊀㊀通过对不同流道设置方案进行仿真分析发现,环形流道的设置可保证树脂胶液在织物表面及内部的流动路径可控,前锋基本一致,有利于对不同方案进行参数调整㊂多线程连续注射方案可有效的减少充模时间,方案3-2的充模时间较方案3减少了50%以上,保证树脂适用期内完成充模㊂5㊀典型构件样机SCRIMP 工艺验证采用本文的流道设计,进行3m ˑ4m 典型构件样机的制作,产品成型过程如图14所示,样机成型充模时间约为28min,与仿真结果相差约10%㊂对样机进行外水压㊁疲劳㊁抗扭等试验考核,产品无破坏和渗漏,成型后产品表面质量如图15所示㊂图14㊀产品成型过程图15㊀产品成型后表面质量6㊀结语(1)采用有限元方法对大型水滴形截面异型典型构件进行充模过程模拟,可预测胶液流动区域的充模情况,分析流道设计的可行性,对该类型构件成型具有指导意义㊂(2)模拟结果表明采用多线程接力注射方案可有效缩短产品充模时间,满足工程生产需求;根据工艺试验结果设计注胶口开启时机,过早开启易导致产品缺陷㊂(3)采用多线程接力注射方案制作了1:1典型构件样机,理论计算充模时间与实际相差约10%,方案可行㊂(4)本文研究成果解决了工程实际问题,形成的生产技术已成功应用于产品生产,对理论和工程具有指导意义㊂参考文献[1]孙巍,毛亮,罗忠.典型构件设计初探,船舶与质量,2010(3).[2]Katebi,M.R.A two layer controller for integrated fin and rudderroll stabilisation.In Proceedings of IFAC Conference on Control ap-plications in marine systems,Ancona,Italy,2004(7):101-106.[3]R Suttonl,G N Roherts.Martronics:a philosophy for marine sys-tems design.Part M:J.Engineering for the Maritime 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目前拥有CNC数控车床21台、台湾CNC立式加工中心10台、铣床7台、车床7台、平面磨床2台、内外圆磨床2台、线切割8台、6米大型剪板机、200T大型冲压机及系列配套产品检查设备（二次圆测量仪）。

工厂以精密CNC数控车床加工、精密CNC加工中心，加工各种高精度高难度的产品，加工精度±0.002mm。

精密零部件加工公司——东莞市宏业精密机械有限公司东莞市宏业精密机械有限公司成立于2009年，总部位于广东省东莞市万江区，拥有厂房面积一万五千平方米，员工二百多人，从事各类精密五金机械零件加工；精密工装夹具、治具、自动化设备的设计与制造的企业。

公司产品覆盖机械、自动化设备、航空、汽车、电子、医疗设备、通讯设备等领域。