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　　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的能量，并以變形或響應被測量而 輸出，再經變換元件變為可用的電信號或位移量。我廠生產 的包端管按其外形結構分為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的敏感元件，但隨著近幾年 新機型對壓力表的性能及環境要求越來越嚴格，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 力表在抗振環境中出現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，且經過優化可以耐受一定振動量值的環境，但是在飛機 機翼中部及翼尖出現過破裂故障。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 范圍內的振動環境，適用范圍較小，還沒有在其他系統使用 過。膜片式壓力表目前來說可以耐受任何振動環境且性能完 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 是環境要求是最好的選擇，也是未來重點發展的方向，但制 約其發展速度的因素是膜片的設計、生產制造核心技術均不 在我廠，因此研究膜片的設計及制造技術勢在必行。

　　1 目前現狀

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

　　2 制造工藝

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

　　2.1 調研資料分析

　　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(-60～+100℃)不隨溫度變化或變化微小，3J53 恒彈合金廣泛應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過預先冷變形(>40%)，能 促進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 促進合金的強化效果，造成了晶格扭曲和不完整性，并產生 一定數量的滑移帶、孿晶組織、纖維組織及亞結構等高能 區。發生固態相變時，新相晶核多產生在高能區，脫溶也在 局部地區加速，這是由于在該區域的形核能小，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，結合我公司現有設備，制定如下工藝流 程(表2)：

　　①備料→②電加工下料→③固溶處理→④粗車外形→⑤ 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 試驗結論

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

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

　　①狀態<②狀態<③狀態;

　　(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，未進行裝表進行環境 試驗，作為后續計劃。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，后續還需進行熱處理及材料 狀態等工藝摸索。

　　4 后續工作

　　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，可獲得晶粒較細的單相奧氏體組織。下 一階段根據膜片結構的特點，材料固溶處理方面，將對900 ~1050℃溫度段進行試驗，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 冷應變方面

　　3J53恒彈合金在時效之前經過預先冷應變(40%～75 %)，能促進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變的模具進行改進，增 加模具數量或改進模具結構。將一次變形量控制在30%左右，通過多次固溶處理和冷應變，使總變形量到達60%~ 75%。摸索出合理的固溶和變形參數，到達最佳的性能和 壽命。

　　4.3 時效處理方面

　　固溶和冷應變后時效處理，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，導致合金磁化性能參數的變 化，這也是獲得良好恒彈性性能的重要條件。時效處理過 程就是選擇適當的熱處理工藝，控制γ′相的析出量和分布形 態，以獲得良好性能的過程。

　　因此，下一階段將對600～700℃溫度段進行試驗，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 膜片設計方面

　　目前我廠涉及到的為碗狀膜片及平膜片，后續針對不 同膜片進行設計研究，確認膜片參數算法。

　　5 展望

　　(1)通過對膜片的固溶處理、冷應變和時效處理工藝 摸索，最終確定最佳工藝參數，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，需建立熱處 理能力;

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

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

　　4 驗證及結論

　　互聯網上有眾多小工具可以進行TCP通訊的驗證，如 “SocketTool”、“TCP&UDP測試工具”等。在調試過程 中，首先在PG上安裝TCP通訊測試工具，以PG作服務器測 試PLC與PG的TCP協議是否正常，若正常即可與劃線裝置進 行聯機調試。

　　在該項目中，應用西門子S7 “IBLKMOV”功能塊快速 實現了字符串數據類型的數據傳輸，減少了PLC編程工作 量;而NCU X130網口進行TCP通訊的具體應用，對于將自 動化設備掛接在西門子840DSL數控機床上，以及將機床組 網至非標自動化產線中也有一定的借鑒作用。