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镁合金舱体集成设计与制造工艺

发表时间：2020/10/26 来源：《基层建设》2020年第19期作者：石海

[导读] 摘要：本文介绍了一种镁合金舱体的结构特点和制造工艺，通过对舱体原设计及装配过程中存在的问题进行分析，提出了新的设计方案及制造工艺，能有效提高产品质量降低装配错误发生几率，减少质量事故的发生。

        贵州航天风华精密设备有限公司贵州贵阳 550009
        摘要：本文介绍了一种镁合金舱体的结构特点和制造工艺，通过对舱体原设计及装配过程中存在的问题进行分析，提出了新的设计方案及制造工艺，能有效提高产品质量降低装配错误发生几率，减少质量事故的发生。
        关键词：镁合金；舱体；集成；选区激光熔化
        1.引言
        镁合金的密度在1.7g/cm3左右，与钢铁、铝合金材料相比，镁合金具有较高的比强度、比刚度、优良的抗振性、导热性和电磁屏蔽性能等优点，在汽车、电子通信、国防军工、航空航天等工业领域得到了广范应用。某型号产品为满足轻量化需求，其舱体则是采用镁合金制造而成。由于镁合金的塑性较差，传统的镁合金舱体生产均为采用铸造工艺完成，而其成形方式注定了铸造工艺无法生产出高质量的小型、薄壁、复杂结构件，且小型结构件在装配过程中会存在诸多困难因素，导致装配精度低甚至装配错误。本文针对薄壁结构件的成形及装配问题进行了系统研究，并对舱体结构进行了优化，同时针对该结构提出了合理的制造工艺技术，以满足生产要求。
        2.舱体原设计及存在的问题
        按照铸造工艺的生产方式，先将舱体进行铸造出毛坯后，再通过机械加工把舱体加工至标准状态。镁合金舱体呈锥状空腔结构，底部外径110mm、内径91mm，舱体内部还需装配支撑块、支座、导向杆、定位销、连接杆、锁钩等各型零件40余个。其中支座通过机加生产成形后通过螺接安装在舱体的内表面，导向杆、定位销、锁钩等零件通过与支座的连接最终与舱体安装形成整体。
        由于产品存在批次多、批量少的特点，产品多由手工装配。舱体内部空间狭小，装配过程中多由装配人员用手触摸寻找安装孔、确认螺栓大小长短等，不利于操作和观察，使得装配效率较低并且装配过程容易出现用错螺栓型号等现象，该现象轻者将导致后续装配干涉致使装配返工，重者出现质量问题影响产品使用性能。舱体结构如图1所示。

                图1 镁合金舱体结构（优化前）
        3．方案设计
        由于传统生产工艺是将舱体、支座、支撑块、连接杆及定位销等加工完成后再通过螺栓进行连接，而整个过程中需要用螺栓连接的部位较多，为了减少安装过程中因为空间狭小造成的装配困难及装配错误等问题，便需要最大限度地提高产品的集成化程度。
        在整个产品装配完成后导向杆、定位销、连接杆、锁钩等各型零件还需要与其他零件连接，且还能满足转动需求。因此在本轮舱体集成化设计过程中对此类零件保留原有设计，将支座与支撑块集成到舱体上以减少装配工序，从而降低装配错误的发生概率。结构优化后的舱体如图2所示。

                          图2 集成化舱体
        本方案是通过将舱体和支座及支撑块进行集成，并一次性制造而成。由于传统铸造工艺在加工这类集成零件时，需铸造出带有大量余量的毛坯再进行机械加工，而由于零件本身尺寸较小，铸造过程中很容易出现缺陷，为避免铸造缺陷的发生，只能将支座及支撑块等铸造成实体，用机械加工的手段进行精加工，该方法将会耗费大量的材料和时间成本。在本方案中将采用选区激光熔化技术来完成半成品的制造，再结合机械加工精修零件，最终得到成品。在该工艺可减少手工造型环节，有效降低人工成本，并且制造出的零件质量稳定性好，内部缺陷少。提高产品集成度后有利于提高装配效率，降低装配错误的发生几率。
        4、结论
        当前采用镁合金生产的产品多表现为产品种类繁多、批量变化大、生产周期紧等特点，需要研究更先进的工艺过程及产品结构，以提升产品制造过程的加工质量及装配准确性。
        传统的工艺方法针对大型零件具有较大的优势，但对这种小型零件而言已无法适应其需求。通过将产品零件进行集成化设计，再将产品通过选区激光熔化成形的方式一次成形，有助于提高产品质量，并且提高产品集成度之后可有效减少装配工序，有助于提高产品装配准确性，降低质量事故的发生。
        参考文献：
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        [3]姚巨坤，江宏亮，殷凤良.镁合金CMT-电弧增材再制造工艺与组织性能研究[J].工具技术，2019，53（01）：67-71.
        [4]Wu P P，Deng K K，Nie K B，et al.Corrosion Resistance of AZ91 Mg Alloy Modified by High-Current Pulsed Electron Beam[J].Acta Metallurgica Sinica（English Letters），2019.
        作者简介：石海，1990年4月，男，汉，出生地：重庆，职位：技术员，职称：助理工程师，研究方向：镁合金增材制造。