Avanços na tecnologia de processamento e aplicação de componentes básicos de máquinas-ferramentas de ultraprecisão podem fornecer forte suporte técnico para a sobrevivência e o desenvolvimento da indústria manufatureira. No entanto, as máquinas-ferramentas de ultraprecisão e os principais componentes básicos do meu país dependiam anteriormente principalmente de importações.
O processamento de circularidade cilíndrica de peças de eixo no país e no exterior é basicamente obtido por retificadoras cilíndricas de ultraprecisão. Tomando como exemplo a retificação de um núcleo de eixo com diâmetro de 100 mm e comprimento de 300 mm, a retificadora cilíndrica de nosso país provavelmente pode retificar até um nível de 1 a 2 mícrons, enquanto países estrangeiros podem atingir um nível de 0,3 a 0,5 mícrons.
Para resolver os problemas técnicos de máquinas-ferramentas e componentes-chave, Dai Yifan, professor da Universidade Nacional de Tecnologia de Defesa, e sua equipe passaram 5 anos propondo uma tecnologia de processamento de modificação determinística para a circularidade externa das peças do eixo, que melhorou o precisão de circularidade do núcleo do eixo para 0,1 mícron e o desenvolveu com sucesso. Apresentando o fuso de pressão estática de ar de ultraprecisão. Recentemente, após testes do Instituto de Metrologia da China, os parâmetros relevantes do fuso hidrostático atingiram o nível avançado internacional, o que irá efetivamente melhorar a precisão da usinagem de ultraprecisão do meu país. Resultados de pesquisas relevantes foram publicados em "Materials" e "Micro Machinery".
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Medição in-situ com multissensor de mandril. Foto cortesia da Universidade Nacional de Tecnologia de Defesa
Moa peças de ultraprecisão como uma pá
A razão pela qual as máquinas-ferramentas de ultraprecisão e os principais componentes básicos do meu país dependiam principalmente de importações é que o maior problema técnico reside na falta de "máquinas de trabalho" para processar peças essenciais, ou seja, máquinas que fabricam máquinas e máquinas, também conhecidas como máquinas-ferramentas, incluindo tornos, retificadoras, plainas, furadeiras, etc., são as ferramentas para a fabricação de ferramentas e a base para a autossuficiência industrial.
A usinagem geral é um processo de “copiar” a precisão das máquinas-ferramentas para as peças. Em outras palavras, sem máquinas-ferramentas de alta precisão, peças de alta precisão não podem ser processadas. Sem peças de alta precisão, componentes de alta precisão e máquinas-ferramentas não podem ser montados. A ausência de uma máquina funcional para a fabricação de peças de alta precisão limita o desenvolvimento de toda a indústria de máquinas-ferramenta de ultraprecisão.
A equipe de Dai Yifan está envolvida na pesquisa e desenvolvimento de tecnologia moderna de fabricação óptica há muito tempo. Eles descobriram que a precisão final da fabricação das peças ópticas excede em muito a precisão do equipamento de processamento usado, e o princípio básico da fabricação óptica é remover gradualmente altos pontos de erro no processamento evolutivo de precisão. A equipe tentou aplicar este método de processamento baseado no princípio da “evolução da precisão” ao processamento de alta precisão de peças mecânicas. Finalmente, através da inovação dos princípios de processamento, eles propuseram um processo de modificação determinística para a circularidade externa das peças do eixo, rompendo o limite da "máquina de trabalho" de alta precisão.
Como funciona o processo de modelagem determinística? “É como usar uma pá para nivelar um terreno, ou seja, retirar uma quantidade adequada de solo das áreas estriadas e irregulares e repetir isso até obter um terreno bem plano”. Dai Yifan disse que este processo depende de um conjunto de equipamentos digitais, incluindo a obtenção de medidores de circularidade de alta precisão para formas cilíndricas, retificadoras com tempo controlado que realizam o controle digital e preciso da remoção de material, programas de computador especiais que obtêm o tempo de residência de ferramentas de retificação em posições espaciais específicas, etc.
Máquinas substituem trabalhadores experientes
Com a ajuda de novas tecnologias, a equipe de Dai Yifan rompeu a tecnologia de processamento de retificação controlada por tempo com base no princípio da evolução da precisão, formou um método de processo integrado para processamento e teste de peças cilíndricas no local e desenvolveu com sucesso um método de ultraprecisão fuso aerostático.
Os resultados dos testes do Instituto de Metrologia da China mostram que o desvio radial do fuso de pressão estática do ar é inferior a 15 nanômetros e o desvio da face final é inferior a 15 nanômetros. Se fosse um eixo principal tão grande quanto a Terra, a amplitude causada pelo movimento rotacional não ultrapassaria 1 metro.
Os resultados do teste mostram que a rigidez estática radial do fuso aerostático é superior a 200 N por mícron e a rigidez estática axial é superior a 200 N por mícron. Em termos leigos, isso significa que o fuso pode permanecer imóvel sob uma carga gravitacional de 20 kg e a deformação não excederá 1 mícron. Comparando o manual do produto da Precitech, que representa o mais alto nível na área de ultraprecisão nos Estados Unidos, os indicadores técnicos acima são equivalentes ou até superiores.
Atualmente, a redondeza externa das peças do eixo pode ser processada e retificada a um nível de alguns décimos de mícron no país e no exterior. Se quiser melhorá-lo, você só pode contar com o desbaste e corte manual. "Nossa nova tecnologia pode eliminar a dependência de mestres operários extremamente experientes e pode facilmente organizar a produção de acordo com o modelo de industrialização moderno, promovendo a produção em massa e de alta eficiência e a aplicação de componentes básicos de ultraprecisão." Dai Yifan disse que os avanços de ultraprecisão na tecnologia de processamento e aplicação de componentes básicos de máquinas-ferramenta fornecerão forte suporte técnico para a sobrevivência e o desenvolvimento da indústria de manufatura, melhorarão a cadeia de suporte da indústria de máquinas-ferramentas de última geração e aumentarão significativamente a competitividade de componentes funcionais de alto desempenho e promover a localização de máquinas-ferramentas de alta precisão e ultraprecisão.
Dai Yifan acrescentou que essas inovações também resolverão efetivamente os problemas de equipamentos de ultraprecisão e processos principais enfrentados pelo processamento de ultraprecisão de componentes principais de detecção e orientação, facilitarão ainda mais a produção em massa de processamento de ultraprecisão de componentes principais de alta qualidade e alcançar a rápida transformação dos resultados da pesquisa científica.
