0 引言

　　彈性敏感元件是多種航空、航天傳感器和儀表的核心部 件，它直接感受被測介質(zhì)的能量，并以變形或響應(yīng)被測量而 輸出，再經(jīng)變換元件變?yōu)榭捎玫碾娦盘柣蛭灰屏?。我廠生產(chǎn) 的包端管按其外形結(jié)構(gòu)分為C形包端管，螺旋形包端管(單層 和雙層)，渦線形包端管(又稱盤旋管)，分類及特點如表1所示。按其截面形狀分為平橢圓形、D形及8字形。

　　C型包端管，螺旋包端管(單層和雙層)，渦線包端管(又 稱盤旋管)是我廠目前主要生產(chǎn)的敏感元件，但隨著近幾年 新機型對壓力表的性能及環(huán)境要求越來越嚴(yán)格，對壓力表的 抗振、抗沖擊性能、小型化提出要求，目前C型包端管式壓 力表在抗振環(huán)境中出現(xiàn)過齒輪及銷子磨損等故障，且尺寸較 大，外徑尺寸均大于60mm，已經(jīng)不太適用于目前新機型 的要求。螺旋包端管(單層和雙層)式壓力表目前尺寸符合要 求，且經(jīng)過優(yōu)化可以耐受一定振動量值的環(huán)境，但是在飛機 機翼中部及翼尖出現(xiàn)過破裂故障。渦線包端管式壓力表主要 用于滅火瓶，其指示精度低，但是其尺寸小且可以耐受一定 范圍內(nèi)的振動環(huán)境，適用范圍較小，還沒有在其他系統(tǒng)使用 過。膜片式壓力表目前來說可以耐受任何振動環(huán)境且性能完 好，可解決目前振動問題。

　　綜上對于新機型來說，膜片式壓力表不論是性能要求還 是環(huán)境要求是最好的選擇，也是未來重點發(fā)展的方向，但制 約其發(fā)展速度的因素是膜片的設(shè)計、生產(chǎn)制造核心技術(shù)均不 在我廠，因此研究膜片的設(shè)計及制造技術(shù)勢在必行。

　　1 目前現(xiàn)狀

　　隨著近年來市場的拓展，膜片類壓力表產(chǎn)量增長迅速， 2020年及2021年連續(xù)增長，膜片需求達(dá)到6000~8000片/ 年，一方面由于外協(xié)廠家壓力膜片供應(yīng)不及時，另一方面壽 命不夠及性能不一致等問題。外協(xié)廠家的膜片加工方法為板 料機加成型，通過熱處理進(jìn)行調(diào)整其性能，雖然機加尺寸精 度保持一致，但是纖維組織破壞會導(dǎo)致膜片性能不一致，所 以必須對壓力膜片設(shè)計及制造技術(shù)進(jìn)行研究。

　　2 制造工藝

　　目前只對某型壓力表膜片的制造工藝進(jìn)行部分研究，尚 處于研制階段，本文不提及設(shè)計部分。

　　2.1 調(diào)研資料分析

　　膜片材料為3J53恒彈合金，其特點為彈性模量在一定 溫度范圍內(nèi)(-60～+100℃)不隨溫度變化或變化微小，3J53 恒彈合金廣泛應(yīng)用于航空儀表與精確控制裝置的彈性敏感元 件、制造膜片、膜盒、波紋管等，要求這類合金有較高的強 度、較低的彈性后效及較好的耐蝕性。

　　3J53恒彈合金在時效之前經(jīng)過預(yù)先冷變形(>40%)，能 促進(jìn)彌散相的析出和分布，使合金的性能顯著地提高。因此，3J53恒彈合金在時效之前給以一定的變形量，能夠大大 促進(jìn)合金的強化效果，造成了晶格扭曲和不完整性，并產(chǎn)生 一定數(shù)量的滑移帶、孿晶組織、纖維組織及亞結(jié)構(gòu)等高能 區(qū)。發(fā)生固態(tài)相變時，新相晶核多產(chǎn)生在高能區(qū)，脫溶也在 局部地區(qū)加速，這是由于在該區(qū)域的形核能小，擴散速率大 之故。強化效果隨著變形量增加而提高，但在較大變形量 時，則上升很慢。若變形量太大或時效溫度過高、時間太 長， 由于析出相的聚集長大，導(dǎo)致晶界過早的軟化，使晶界 松弛，降低了合金性能。通過上述資料的分析，確定膜片的 加工工藝流程。

　　2.2制造工藝初探

　　通過查詢資料，結(jié)合我公司現(xiàn)有設(shè)備，制定如下工藝流 程(表2)：

　?、賯淞稀陔娂庸は铝稀酃倘芴幚怼艽周囃庑巍?冷擠成形→⑥精車成形→⑦與頂桿激光焊接→⑧時效處理。

　　3 膜片試驗

　　3.1 膜片性能測試 3.1.1 釋放應(yīng)力

　　0～27MPa交變10次。 3.1.2 位移檢測

　　加壓至5MPa、10MPa、15MPa、25MPa時檢測位 移，位移見表3。

3.1.3 壽命檢測

　　工作交變：(2~23)MPa的交變試驗，每10000次交 變檢測性能，性能見表4。

　　3.2 試驗結(jié)論

　　(1) ①、②、③狀態(tài)位移、線性度及遲滯誤差均符 合技術(shù)要求，線性度：①狀態(tài)<②狀態(tài)<③狀態(tài)，遲滯誤 差：②狀態(tài)<①狀態(tài)<③狀態(tài);

　　(2)②、③狀態(tài)到達(dá)所期望的次數(shù)，且10000次壽命 后性能幾乎無變化，③狀態(tài)壽命以接近外購膜片的次數(shù)：

　?、贍顟B(tài)<②狀態(tài)<③狀態(tài);

　　(3) 在相同熱處理情況下隨著擠壓率的升高， 線性 度下降; 50%的擠壓率時遲滯誤差最佳;隨著擠壓率的升 高，膜片壽命升高;

　　(4)目前試驗只針對膜片性能，未進(jìn)行裝表進(jìn)行環(huán)境 試驗，作為后續(xù)計劃。目前試驗證明，用本文介紹的工藝方法可以滿足基本性能要求，后續(xù)還需進(jìn)行熱處理及材料 狀態(tài)等工藝摸索。

　　4 后續(xù)工作

　　4.1 材料固溶處理方面

　　3J53恒彈合金一般在950～1050℃,保溫15～40min 之后，迅速水淬，可獲得晶粒較細(xì)的單相奧氏體組織。下 一階段根據(jù)膜片結(jié)構(gòu)的特點，材料固溶處理方面，將對900 ~1050℃溫度段進(jìn)行試驗，摸索出最佳的固溶處理工藝， 以提高膜片的性能和壽命。

　　4.2 冷應(yīng)變方面

　　3J53恒彈合金在時效之前經(jīng)過預(yù)先冷應(yīng)變(40%～75 %)，能促進(jìn)彌散相的析出和分布，使合金的性能顯著地提 高。通過前期的試驗，證明了一次變形量30%的膜片比一 次變形量50%的膜片的線性度和遲滯誤差好;變形量50% 的膜片比變形量30%的膜片壽命高。

　　因此，下一階段將對膜片冷應(yīng)變的模具進(jìn)行改進(jìn)，增 加模具數(shù)量或改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)。將一次變形量控制在30%左右，通過多次固溶處理和冷應(yīng)變，使總變形量到達(dá)60%~ 75%。摸索出合理的固溶和變形參數(shù)，到達(dá)最佳的性能和 壽命。

　　4.3 時效處理方面

　　固溶和冷應(yīng)變后時效處理，從過飽和固溶體中洗出γ′ 相，使合金獲得沉淀強化;與此同時，由于γ′相的析出， 使合金基體中的鎳含量減少，導(dǎo)致合金磁化性能參數(shù)的變 化，這也是獲得良好恒彈性性能的重要條件。時效處理過 程就是選擇適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚕刂痞谩湎嗟奈龀隽亢头植夹? 態(tài)，以獲得良好性能的過程。

　　因此，下一階段將對600～700℃溫度段進(jìn)行試驗，摸 索出最佳的時效處理工藝，以提高膜片的綜合性能和壽命。

　　4.4 膜片設(shè)計方面

　　目前我廠涉及到的為碗狀膜片及平膜片，后續(xù)針對不 同膜片進(jìn)行設(shè)計研究，確認(rèn)膜片參數(shù)算法。

　　5 展望

　　(1)通過對膜片的固溶處理、冷應(yīng)變和時效處理工藝 摸索，最終確定最佳工藝參數(shù)，制造出高性能、長壽命的 膜片是切實可行的;

　　(2)因熱處理對膜片性能影響較大，目前沒有自己的 熱處理能力，如果想完全摸索整套工藝參數(shù)，需建立熱處 理能力;

　　(3)本文只針對膜片的性能進(jìn)行部分試驗，目前性能滿 足要求，但是還未對裝表后進(jìn)行技術(shù)性能及環(huán)境試驗驗證;

　　(4)針對振動量值大，尺寸要求小的環(huán)境下，研制 一 款新型小型化膜片抗振壓力表成為可能。

　　4 驗證及結(jié)論

　　互聯(lián)網(wǎng)上有眾多小工具可以進(jìn)行TCP通訊的驗證，如 “SocketTool”、“TCP&UDP測試工具”等。在調(diào)試過程 中，首先在PG上安裝TCP通訊測試工具，以PG作服務(wù)器測 試PLC與PG的TCP協(xié)議是否正常，若正常即可與劃線裝置進(jìn) 行聯(lián)機調(diào)試。

　　在該項目中，應(yīng)用西門子S7 “IBLKMOV”功能塊快速 實現(xiàn)了字符串?dāng)?shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)傳輸，減少了PLC編程工作 量;而NCU X130網(wǎng)口進(jìn)行TCP通訊的具體應(yīng)用，對于將自 動化設(shè)備掛接在西門子840DSL數(shù)控機床上，以及將機床組 網(wǎng)至非標(biāo)自動化產(chǎn)線中也有一定的借鑒作用。