惯性器件常用材料及其加工特点课件.ppt

1、惯性器件常用材料及其加工特点惯性器件常用材料及其加工特点 11S008XXX XXX惯性器件一种惯性测量装置，可以测量角运动参数，平移运动加速度。它将测得的数据传给计算机进行运算，获得运动物体的速度和位置。其中最有代表性的就是陀螺仪，它是卫星，火箭飞机等的重要部件。1.1 惯性器件的常用材料及其应用1.2 铝合金及其加工特点1.3 铍材及其加工特点1.4 磁性材料及其加工特点1.5 弹性材料及其加工特点惯性器件常用材料及其加工特点飞行器惯性器件制造技术惯性器件的常用材料及其应用惯性器件的常用材料铝 合 金铍 材弹性材料磁性材料钢 材其它材料纯铝防 锈 铝 合 金硬铝合金超 硬 铝 合 金铸铝合

2、金碳 素 结 构 钢碳 素 工 具 钢合 金 结 构 钢不锈钢电 工 用 纯 铁电 工 用 硅 钢 片铁 镍 软 磁 合 金磁滞合金铝镍钴永磁合金稀土钴永磁合金铍青铜弹性合金弹簧钢钛合金贵金属非金属飞行器惯性器件制造技术铝合金及其加工特点2.1 防锈铝合金的特性2.2 硬铝合金的特性2.3 超硬铝合金的特性2.4 AL-Si系铸造铝合金的特性2.5 AL-Cu系铸造铝合金的特性2.6 铝合金的热处理2.7 铝合金的切削加工特点飞行器惯性器件制造技术铝合金及其加工特点2.1 防锈铝合金的特性 主要指Al-Mg系和Al-Mn系合金，代号LF，常用牌号LF2、LF6、LF21 优 点：具有适中的强度

3、，优良的塑性，易于拉伸、冲压成形，易于 焊接，抗腐蚀性能较好。缺 点：热处理强化效果很弱，可通过冷变形的方法进行材料强化处 理，如碾压、拉拔等。应 用：制造陀螺稳定平台和惯性仪表的外罩，也可制造受力较小的 支架和垫片等零件飞行器惯性器件制造技术铝合金及其加工特点2.2 硬铝合金的特性 主要指Al-Cu-Mg系合金，代号LY，常用牌号LF2、LF6、LF21 优 点：具有适中的强度，优良的塑性，易于拉伸、冲压成形，易于 焊接，抗腐蚀性能较好。缺 点：热处理强化效果很弱，可通过冷变形的方法进行材料强化处 理，如碾压、拉拔等。应 用：制造陀螺稳定平台和惯性仪表的外罩，也可制造受力较小的 支架和垫片等

4、零件飞行器惯性器件制造技术铝合金及其加工特点2.3 超硬铝合金的特性 主要指Al-Cu-Mg-Zn系合金，代号LC，常用牌号LC4 优 点：在铝合金中具有最高的强度，淬火-人工时效后b=0.6GPa。缺 点：塑性比一般硬铝低，金相组织稳定性差。应 用：制造螺旋泵的壳体、阶梯轴和泵盖等零件飞行器惯性器件制造技术铝合金及其加工特点2.4 AL-Si系铸造铝合金的特性 铝-硅合金是常用的铸铝合金，代号ZL-1，常用牌号ZL101、ZL104 优 点：流动性好、收缩率低，具有优良的铸造性能，适用于铸造形 状复杂的零件。缺 点：应 用：制造仪表的底座、壳体、框架、支架等零件飞行器惯性器件制造技术铝合金及

5、其加工特点2.5 AL-Cu系铸造铝合金的特性 铝-铜合金是一种高强度铸铝合金，代号ZL-2，常用牌号ZL201 优 点：具有良好的综合力学性能，合金的固熔体成分随温度显著变 化，能获得良好的热处理效果，显著提高合金的力学性能。缺 点：应 用：制造陀螺稳定平台的台体、框架等零件飞行器惯性器件制造技术铝合金及其加工特点2.6 铝合金的热处理 在铝合金零件的生产过程中，对材料或零件进行热处理，不仅是改善材料工艺性的需要，而且是消除应力、稳定组织、稳定尺寸、保证产品精度的重要措施。退火处理：410450,使合金组织发生再结晶，由硬化状态转变成软 化状态，提高材料的塑性，易于成形加工。回火处理：130

6、以下，消除加工应力。人工时效：175，消除加工应力、提高稳定性 淬火处理：提高材料的强度和硬度，获得优良的力学性能和稳定的结 晶组织 稳定处理：加热175，低温箱冷却-60、干冰冷却-78、液氮冷 却-196。循环交替进行。飞行器惯性器件制造技术铝合金及其加工特点2.7 铝合金的切削加工特点1）硬度和强度低，可采用较大的切削用量，可不使用冷却润滑液，切削 性能较好，加工效率高；但工件表面易产生碰伤、划伤和变形；2）弹性模量小，在切削力和夹紧力的作用下，易产生较大的弹性变形和 塑性变形，高精度零件的加工尺寸容易发生变化；3）结晶组织均匀，硬度和强度低，有利于采用天然单晶金刚石刀具进行 精密/超精

7、密切削加工；4）导热系数大，切削温度低，刀具磨损小，有利于延长刀具寿命和控制 零件的尺寸精度；5）熔点低，容易产生积屑瘤，影响零件尺寸精度和表面质量。飞行器惯性器件制造技术材 料牌 号应 用 举 例纯铝L4定框架、动框架、电位计芯杆防 锈 铝 合 金LF6外壳LF21外壳、支架硬铝合金LY11马达壳体、支架、垫板LY12浮筒、端盖、马达壳体、支架、衬套超 硬 铝 合 金LC4泵壳体、阶梯轴铸铝合金ZL104底座、基座、支架ZL201台体、内环、外环、基座常用铝合金材料及其应用总结飞行器惯性器件制造技术铍材及其加工特点3.1 铍材的物理、机械性能及应用3.2 铍材毛坯的制备方法3.3 铍材的干加

8、工方法3.4 铍材的湿加工方法3.5 铍材的加工特点飞行器惯性器件制造技术铍材及其加工特点3.1 铍材的物理、机械性能及应用 铍材是轻稀有金属之一，具有许多独特的物理性能，如密度低、比刚度高、导热性好、无磁性等，是理想的惯性器件结构零件的材料。铍材的脆性大，抗冲击强度低，存在缺口敏感性，微小裂纹易使材料产生开裂。增加其它合金元素可提高铍材的塑性。铍材主要用于制造台体、内/外环、底座、浮筒、端盖和支架等零件。性 能指 标应 用 举 例密度1.84 g/cm3铝合金的2/3，钢的1/4，平台重量减轻40%弹 性 模 量280300GPa比刚度超过铝合金、钛合金和镁合金几倍导 热 系 数铜的1/2，

9、铝的2/3，钢的1/4抗 拉 强 度0.420.45GPa比强度为铝合金的1.8倍、钛合金的1.4倍屈 服 强 度0.320.35Gpa各 向 异 性不同结晶方向的热膨胀系数相差30%飞行器惯性器件制造技术铍材及其加工特点3.2 铍材毛坯的制备方法 铍材毛坯采用粉末冶金的方法制备。生产过程一般经过熔炼、铸锭、制粉、冷静压成坯、脱气、热等静压等工序完成。铍材容易氧化，熔炼和热等静压工序需要在真空条件下进行飞行器惯性器件制造技术铍材及其加工特点3.3 铍材的干加工方法 铍材有毒，对人体有伤害，干式加工应采取必要的保护措施。在机床附近安装大流量的吸气抽风装置，风速达到70m/s；保持加工区处于负压状

10、态，防止有害气体扩散；被污染的气体经过净化处理后排放。飞行器惯性器件制造技术铍材及其加工特点3.4 铍材的湿加工方法 铍材有毒，对人体有伤害，湿式加工应采取必要的保护措施。用隔离罩将机床的切削加工部分与机床其它部分隔离，切削产生的铍屑和铍尘被限制在封闭的隔离区域内；独立的冷却系统提供冷却润滑液；冷却液必须经过沉淀过滤，切屑要回收；独立的通风系统对切削区域通风飞行器惯性器件制造技术铍材及其加工特点3.5 铍材的加工特点1）铍材的脆性大，切削过程易产生崩角、掉渣现象，必须选择合理的切 削参数的刀具角度，减小切削力；2）铍粉粒径的均匀性和材质的致密性较差，表面粗糙度Ra1.63.2，常 采用表面涂敷

11、金属层提高表面的加工质量；3）切削表面易出现微裂纹层和表面残余应力，影响零件精度和表面质量 需要采用热处理和化铣的方法提高精加工的质量；4）铍材易氧化，氧化层硬且脆，加剧刀具的磨损，一般采用钨钴类硬质 合金刀具或立方氮化硼刀具，金刚石刀具用于最后的精加工。飞行器惯性器件制造技术磁性材料及其加工特点4.1 硬磁材料的特点及性能要求4.2 常用硬磁材料的种类和用途4.3 硬磁材料的加工特点4.4 软磁材料的用途及性能要求4.5 常用软磁材料的种类和用途4.6 软磁材料的加工特点飞行器惯性器件制造技术磁性材料及其加工特点4.1 硬磁材料的特点及性能要求 硬磁材料主要用于制造永磁体以产生磁场，具有体积

12、小、磁场稳定、不发热、不消耗能量和成本低廉等优点。对硬磁材料性能的要求：具有高的磁能积，以利于提高惯性器件的性能和小型化；具有高的磁稳定性、热稳定性和时间稳定性；具有良好的铸造性能和烧结性能，有良好的结晶状态；具有良好的机械加工性能，有利于用机械加工的方法生产出高精度 的磁钢零件飞行器惯性器件制造技术磁性材料及其加工特点4.2 常用硬磁材料的种类和用途1）铝镍钴永磁合金 AlNiCo5含钴24%；AlNiCo8含钴34%用于制造各种电磁元件2）稀土钴永磁合金 YCo5、SmCo5、Sm2Co17、SmPrCo5、CeCo5 用于制造永磁电机3）磁滞合金 铁钴钒、铁锰镍、铁钴钨、铁钴钨钼 用于制

13、造磁滞马达飞行器惯性器件制造技术磁性材料及其加工特点4.3 硬磁材料的加工特点1）硬磁材料晶粒粗大，硬且脆，不能用切削的方法加工，只能采用电加 工和磨削加工；2）毛坯加工余量大，粗精加工工序分开，提高加工效率；3）容易出现崩角、掉渣和裂纹等缺陷；4）磨削热高，选用导热性能好的冷却润滑液；5）采用电解磨削法加工工艺，提高加工效率和加工质量。飞行器惯性器件制造技术磁性材料及其加工特点4.4 软磁材料的用途及性能要求 软磁材料主要用于制造陀螺马达、传感器和力矩器的铁芯。对软磁材料性能的要求：具有高的磁导率，提高仪表的灵敏度；具有小的矫顽力、减少铁芯的磁滞损耗；具有高的磁饱和强度，提高铁芯的磁性能，减

14、小铁芯的体积；具有高的电阻率，减小铁芯的涡流损耗。飞行器惯性器件制造技术磁性材料及其加工特点4.5 常用软磁材料的种类和用途1）纯铁 矫顽力小，磁导率高 用于制造电磁衔铁和电机极靴2）硅钢片 D41、D41、D43 矫顽力小，磁导率高，低损耗 用于制造电磁元件的冲片和铁芯3）铁镍合金 1J79、1J65、1J46、1J21 用于制造传感器、力矩器的冲片，各种磁屏蔽、磁分流元件飞行器惯性器件制造技术磁性材料及其加工特点4.6 软磁材料的加工特点1）零件要求的磁向应于轧制方向一致，保证材料磁性能充分发挥；2）软磁材料零件冲片应认真清理毛刺；减小涡流损失；3）软磁材料热处理后，塑性下降，硬度和脆性增

15、加，加工困难。叠装组 件加工时容易出现开裂和表面烧伤；4）软磁材料冲片容易变形，且振动、冲击对磁性能有不良影响，应保持 叠装组件整齐有序，防止变形和磁性能损失。飞行器惯性器件制造技术材 料牌 号应 用 举 例电 工 用 纯 铁DT1、DT2铁芯、衔铁电 工 用 硅 钢 片D42、D43定子冲片、转子冲片铁 镍 软 磁 合 金1J21转子片1J32、1J33磁分流环、磁补偿环1J79铁芯片磁滞合金2J4转子冲片铝镍钴永磁合金AlNiCo5磁钢稀土钴永磁合金SmCo5磁钢常用磁性材料及其应用飞行器惯性器件制造技术弹性材料及其加工特点5.1 对弹性材料性能的要求5.2 弹性材料的种类和用途5.3 铍

16、青铜的加工特点飞行器惯性器件制造技术弹性材料及其加工特点5.1 对弹性材料性能的要求1）具有良好的力学性能、较高的强度极限、弹性极限和疲劳寿命；2）具有良好的导电、导热性能、较小的弹性模量温度系数、小的弹性滞 后和弹性后效；3）具有良好的加工工艺性，容易获得形状复杂的弹性零件；4）具有良好的稳定性，高的软化温度、耐用温度和耐腐蚀性能。飞行器惯性器件制造技术弹性材料及其加工特点5.2 弹性材料的种类和用途1）冷变形强化型弹性合金 1Cr18Ni9Ti、QSn6.5-0.1、QSn6.5-0.4 用于制造减振支架弹簧、接点弹簧2）淬火强化型弹性合金 70Si2CrA、3Cr13 用于制造弹簧夹、扭

17、杆和簧片3）淬火时效强化型弹性合金 铍青铜QBe2、3J53、3J58 用于制造挠性接头飞行器惯性器件制造技术弹性材料及其加工特点5.3 铍青铜的加工特点1）具有良好的工艺性能，淬火后硬度下降，塑性提高。容易进行轧制 冲裁、弯曲和切削加工；2）可以通过强化热处理，提高零件的强度和弹性；3）时效处理容易产生变形，零件时效处理时应在整形夹具中进行，由夹 具保证零件的弹性、形状和尺寸。飞行器惯性器件制造技术材 料牌 号应 用 举 例铍青铜QBe2挠性杆、扭杆、弹簧片弹性合金3J53挠性接头弹簧钢50CrVA扭杆70Si2CrA弹簧夹常用弹性材料及其应用飞行器惯性器件制造技术材 料牌 号应 用 举 例钛合金TC4飞轮、压环、融磁环贵金属Au2金丝Pt1、Ag2、PtIr10接点PtIr18、PtIr25电刷非金属可加工陶瓷线圈骨架绝缘材料胶X98-1、漆A30-2胶接、密封材料环氧树脂E-51、胶501、胶502润滑材料润滑脂202号、仪表由芬醛层压材料其它材料及其应用