慣性器件常用材料及其加工特點

1、慣性器件常用材料及其加工特點慣性器件常用材料及其加工特點 11S008XXX XXX慣性器件一種慣性測量裝置，可以測量角運動參數(shù)，平移運動加速度。它將測得的數(shù)據(jù)傳給計算機進行運算，獲得運動物體的速度和位置 。 其中最有代表性的就是陀螺儀，它是衛(wèi)星，火箭飛機等的重要部件。1.1 慣性器件的常用材料及其應用1.2 鋁合金及其加工特點1.3 鈹材及其加工特點1.4 磁性材料及其加工特點1.5 彈性材料及其加工特點慣性器件常用材料及其加工特點飛行器慣性器件制造技術慣性器件的常用材料及其應用慣性器件的常用材料鋁 合 金鈹 材彈性材料磁性材料鋼 材其它材料純鋁防 銹 鋁 合 金硬鋁合金超 硬 鋁 合 金鑄

2、鋁合金碳 素 結 構 鋼碳 素 工 具 鋼合 金 結 構 鋼不銹鋼電 工 用 純 鐵電 工 用 硅 鋼 片鐵 鎳 軟 磁 合 金磁滯合金鋁鎳鈷永磁合金稀土鈷永磁合金鈹青銅彈性合金彈簧鋼鈦合金貴金屬非金屬飛行器慣性器件制造技術鋁合金及其加工特點2.1 防銹鋁合金的特性2.2 硬鋁合金的特性2.3 超硬鋁合金的特性2.4 AL-Si系鑄造鋁合金的特性2.5 AL-Cu系鑄造鋁合金的特性2.6 鋁合金的熱處理2.7 鋁合金的切削加工特點飛行器慣性器件制造技術鋁合金及其加工特點2.1 防銹鋁合金的特性 主要指Al-Mg系和Al-Mn系合金，代號LF，常用牌號LF2、LF6、LF21 優(yōu) 點：具有適中的

3、強度，優(yōu)良的塑性，易于拉伸、沖壓成形，易于 焊接，抗腐蝕性能較好。 缺 點：熱處理強化效果很弱，可通過冷變形的方法進行材料強化處 理，如碾壓、拉拔等。 應 用：制造陀螺穩(wěn)定平臺和慣性儀表的外罩，也可制造受力較小的 支架和墊片等零件飛行器慣性器件制造技術鋁合金及其加工特點2.2 硬鋁合金的特性 主要指Al-Cu-Mg系合金，代號LY，常用牌號LF2、LF6、LF21 優(yōu) 點：具有適中的強度，優(yōu)良的塑性，易于拉伸、沖壓成形，易于 焊接，抗腐蝕性能較好。 缺 點：熱處理強化效果很弱，可通過冷變形的方法進行材料強化處 理，如碾壓、拉拔等。 應 用：制造陀螺穩(wěn)定平臺和慣性儀表的外罩，也可制造受力較小的

4、支架和墊片等零件飛行器慣性器件制造技術鋁合金及其加工特點2.3 超硬鋁合金的特性 主要指Al-Cu-Mg-Zn系合金，代號LC，常用牌號LC4 優(yōu) 點：在鋁合金中具有最高的強度，淬火-人工時效后b=0.6GPa。 缺 點：塑性比一般硬鋁低，金相組織穩(wěn)定性差。 應 用：制造螺旋泵的殼體、階梯軸和泵蓋等零件飛行器慣性器件制造技術鋁合金及其加工特點2.4 AL-Si系鑄造鋁合金的特性 鋁-硅合金是常用的鑄鋁合金，代號ZL-1，常用牌號ZL101、ZL104 優(yōu) 點：流動性好、收縮率低，具有優(yōu)良的鑄造性能，適用于鑄造形 狀復雜的零件。 缺 點： 應 用：制造儀表的底座、殼體、框架、支架等零件飛行器慣性

5、器件制造技術鋁合金及其加工特點2.5 AL-Cu系鑄造鋁合金的特性 鋁-銅合金是一種高強度鑄鋁合金，代號ZL-2，常用牌號ZL201 優(yōu) 點：具有良好的綜合力學性能，合金的固熔體成分隨溫度顯著變 化，能獲得良好的熱處理效果，顯著提高合金的力學性能。 缺 點： 應 用：制造陀螺穩(wěn)定平臺的臺體、框架等零件飛行器慣性器件制造技術鋁合金及其加工特點2.6 鋁合金的熱處理 在鋁合金零件的生產(chǎn)過程中，對材料或零件進行熱處理，不僅是改善材料工藝性的需要，而且是消除應力、穩(wěn)定組織、穩(wěn)定尺寸、保證產(chǎn)品精度的重要措施。 退火處理：410450,使合金組織發(fā)生再結晶，由硬化狀態(tài)轉變成軟 化狀態(tài)，提高材料的塑性，易于

6、成形加工。 回火處理：130以下，消除加工應力。 人工時效： 175，消除加工應力、提高穩(wěn)定性 淬火處理：提高材料的強度和硬度，獲得優(yōu)良的力學性能和穩(wěn)定的結 晶組織 穩(wěn)定處理：加熱175，低溫箱冷卻- 60、干冰冷卻- 78、液氮冷 卻-196。循環(huán)交替進行。飛行器慣性器件制造技術鋁合金及其加工特點2.7 鋁合金的切削加工特點1） 硬度和強度低，可采用較大的切削用量，可不使用冷卻潤滑液，切削 性能較好，加工效率高；但工件表面易產(chǎn)生碰傷、劃傷和變形；2） 彈性模量小，在切削力和夾緊力的作用下，易產(chǎn)生較大的彈性變形和 塑性變形，高精度零件的加工尺寸容易發(fā)生變化；3） 結晶組織均勻，硬度和強度低，有

7、利于采用天然單晶金剛石刀具進行 精密/超精密切削加工；4） 導熱系數(shù)大，切削溫度低，刀具磨損小，有利于延長刀具壽命和控制 零件的尺寸精度；5） 熔點低，容易產(chǎn)生積屑瘤，影響零件尺寸精度和表面質量。飛行器慣性器件制造技術材 料牌 號應 用 舉 例純鋁L4定框架、動框架、電位計芯桿防 銹 鋁 合 金LF6外殼LF21外殼、支架硬鋁合金LY11馬達殼體、支架、墊板LY12浮筒、端蓋、馬達殼體、支架、襯套超 硬 鋁 合 金LC4泵殼體、階梯軸鑄鋁合金ZL104底座、基座、支架ZL201臺體、內(nèi)環(huán)、外環(huán)、基座常用鋁合金材料及其應用總結飛行器慣性器件制造技術鈹材及其加工特點3.1 鈹材的物理、機械性能及應

8、用3.2 鈹材毛坯的制備方法3.3 鈹材的干加工方法3.4 鈹材的濕加工方法3.5 鈹材的加工特點飛行器慣性器件制造技術鈹材及其加工特點3.1 鈹材的物理、機械性能及應用 鈹材是輕稀有金屬之一，具有許多獨特的物理性能，如密度低、比剛度高、導熱性好、無磁性等，是理想的慣性器件結構零件的材料。 鈹材的脆性大，抗沖擊強度低，存在缺口敏感性，微小裂紋易使材料產(chǎn)生開裂。增加其它合金元素可提高鈹材的塑性。 鈹材主要用于制造臺體、內(nèi)/外環(huán)、底座、浮筒、端蓋和支架等零件。性 能指 標應 用 舉 例密度1.84 g/cm3鋁合金的2/3，鋼的1/4，平臺重量減輕40%彈 性 模 量280300GPa比剛度超過鋁

9、合金、鈦合金和鎂合金幾倍導 熱 系 數(shù)銅的1/2，鋁的2/3，鋼的1/4抗 拉 強 度0.420.45GPa比強度為鋁合金的1.8倍、鈦合金的1.4倍屈 服 強 度0.320.35Gpa各 向 異 性不同結晶方向的熱膨脹系數(shù)相差30%飛行器慣性器件制造技術鈹材及其加工特點3.2 鈹材毛坯的制備方法 鈹材毛坯采用粉末冶金的方法制備。 生產(chǎn)過程一般經(jīng)過熔煉、鑄錠、制粉、冷靜壓成坯、脫氣、熱等靜壓等工序完成。 鈹材容易氧化，熔煉和熱等靜壓工序需要在真空條件下進行飛行器慣性器件制造技術鈹材及其加工特點3.3 鈹材的干加工方法 鈹材有毒，對人體有傷害，干式加工應采取必要的保護措施。 在機床附近安裝大流量

10、的吸氣抽風裝置，風速達到70m/s； 保持加工區(qū)處于負壓狀態(tài)，防止有害氣體擴散； 被污染的氣體經(jīng)過凈化處理后排放。飛行器慣性器件制造技術鈹材及其加工特點3.4 鈹材的濕加工方法 鈹材有毒，對人體有傷害，濕式加工應采取必要的保護措施。 用隔離罩將機床的切削加工部分與機床其它部分隔離，切削產(chǎn)生的鈹屑和鈹塵被限制在封閉的隔離區(qū)域內(nèi)； 獨立的冷卻系統(tǒng)提供冷卻潤滑液； 冷卻液必須經(jīng)過沉淀過濾，切屑要回收； 獨立的通風系統(tǒng)對切削區(qū)域通風飛行器慣性器件制造技術鈹材及其加工特點3.5 鈹材的加工特點1） 鈹材的脆性大，切削過程易產(chǎn)生崩角、掉渣現(xiàn)象，必須選擇合理的切 削參數(shù)的刀具角度，減小切削力；2） 鈹粉粒徑

11、的均勻性和材質的致密性較差，表面粗糙度Ra1.63.2，常 采用表面涂敷金屬層提高表面的加工質量；3） 切削表面易出現(xiàn)微裂紋層和表面殘余應力，影響零件精度和表面質量 需要采用熱處理和化銑的方法提高精加工的質量；4） 鈹材易氧化，氧化層硬且脆，加劇刀具的磨損，一般采用鎢鈷類硬質 合金刀具或立方氮化硼刀具，金剛石刀具用于最后的精加工。飛行器慣性器件制造技術磁性材料及其加工特點4.1 硬磁材料的特點及性能要求4.2 常用硬磁材料的種類和用途4.3 硬磁材料的加工特點4.4 軟磁材料的用途及性能要求4.5 常用軟磁材料的種類和用途4.6 軟磁材料的加工特點飛行器慣性器件制造技術磁性材料及其加工特點4.

12、1 硬磁材料的特點及性能要求 硬磁材料主要用于制造永磁體以產(chǎn)生磁場，具有體積小、磁場穩(wěn)定、不發(fā)熱、不消耗能量和成本低廉等優(yōu)點。 對硬磁材料性能的要求： 具有高的磁能積，以利于提高慣性器件的性能和小型化； 具有高的磁穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性； 具有良好的鑄造性能和燒結性能，有良好的結晶狀態(tài)； 具有良好的機械加工性能，有利于用機械加工的方法生產(chǎn)出高精度 的磁鋼零件飛行器慣性器件制造技術磁性材料及其加工特點4.2 常用硬磁材料的種類和用途1） 鋁鎳鈷永磁合金 AlNiCo5含鈷24%； AlNiCo8含鈷34% 用于制造各種電磁元件2） 稀土鈷永磁合金 YCo5、SmCo5、Sm2Co17、Sm

13、PrCo5、CeCo5 用于制造永磁電機3） 磁滯合金 鐵鈷釩、鐵錳鎳、鐵鈷鎢、鐵鈷鎢鉬 用于制造磁滯馬達飛行器慣性器件制造技術磁性材料及其加工特點4.3 硬磁材料的加工特點1） 硬磁材料晶粒粗大，硬且脆，不能用切削的方法加工，只能采用電加 工和磨削加工；2） 毛坯加工余量大，粗精加工工序分開，提高加工效率；3） 容易出現(xiàn)崩角、掉渣和裂紋等缺陷；4） 磨削熱高，選用導熱性能好的冷卻潤滑液；5） 采用電解磨削法加工工藝，提高加工效率和加工質量。飛行器慣性器件制造技術磁性材料及其加工特點4.4 軟磁材料的用途及性能要求 軟磁材料主要用于制造陀螺馬達、傳感器和力矩器的鐵芯。 對軟磁材料性能的要求：

14、具有高的磁導率，提高儀表的靈敏度； 具有小的矯頑力、減少鐵芯的磁滯損耗； 具有高的磁飽和強度，提高鐵芯的磁性能，減小鐵芯的體積； 具有高的電阻率，減小鐵芯的渦流損耗。飛行器慣性器件制造技術磁性材料及其加工特點4.5 常用軟磁材料的種類和用途1） 純鐵 矯頑力小，磁導率高 用于制造電磁銜鐵和電機極靴2） 硅鋼片 D41、D41、D43 矯頑力小，磁導率高，低損耗 用于制造電磁元件的沖片和鐵芯3） 鐵鎳合金 1J79、1J65、1J46、1J21 用于制造傳感器、力矩器的沖片，各種磁屏蔽、磁分流元件飛行器慣性器件制造技術磁性材料及其加工特點4.6 軟磁材料的加工特點1） 零件要求的磁向應于軋制方向

15、一致，保證材料磁性能充分發(fā)揮；2） 軟磁材料零件沖片應認真清理毛刺；減小渦流損失；3）軟磁材料熱處理后，塑性下降，硬度和脆性增加，加工困難。疊裝組 件加工時容易出現(xiàn)開裂和表面燒傷；4）軟磁材料沖片容易變形，且振動、沖擊對磁性能有不良影響，應保持 疊裝組件整齊有序，防止變形和磁性能損失。飛行器慣性器件制造技術材 料牌 號應 用 舉 例電 工 用 純 鐵DT1、DT2鐵芯、銜鐵電 工 用 硅 鋼 片D42、D43定子沖片、轉子沖片鐵 鎳 軟 磁 合 金1J21轉子片1J32、1J33磁分流環(huán)、磁補償環(huán)1J79鐵芯片磁滯合金2J4轉子沖片鋁鎳鈷永磁合金AlNiCo5磁鋼稀土鈷永磁合金SmCo5磁鋼常

16、用磁性材料及其應用飛行器慣性器件制造技術彈性材料及其加工特點5.1 對彈性材料性能的要求5.2 彈性材料的種類和用途5.3 鈹青銅的加工特點飛行器慣性器件制造技術彈性材料及其加工特點5.1 對彈性材料性能的要求1） 具有良好的力學性能、較高的強度極限、彈性極限和疲勞壽命；2） 具有良好的導電、導熱性能、較小的彈性模量溫度系數(shù)、小的彈性滯 后和彈性后效；3） 具有良好的加工工藝性，容易獲得形狀復雜的彈性零件；4） 具有良好的穩(wěn)定性，高的軟化溫度、耐用溫度和耐腐蝕性能。飛行器慣性器件制造技術彈性材料及其加工特點5.2 彈性材料的種類和用途1） 冷變形強化型彈性合金 1Cr18Ni9Ti、QSn6.5-0.1、QSn6.5-0.4 用于制造減振支架彈簧、接點彈簧2） 淬火強化型彈性合金 70Si2CrA、3Cr13 用于制造彈簧夾、扭桿和簧片3） 淬火時效強化型彈性合金 鈹青銅QBe2、3J53、 3J58 用于制造撓性接頭飛行器慣性器件制造技術彈性材料及其加工特點5.3 鈹青銅的加工特點1） 具有良好的工藝性能，淬火后硬度下降，塑性提高。容易進行軋制 沖裁、彎曲和切削加工；2） 可以通過強化熱處理，提高零件的強度和彈性；3） 時效處理容易產(chǎn)生變形，零件時效處理時應在整形夾具中進行