Przeanalizowaliśmy trudnościprzetwarzanieotwory na występy elementów przypominających kratkę ze stopu tytanu, kontrola deformacji części i wydajna obróbka małych narożników oraz innowacyjnie proponowane różne rozwiązania, a proces wdrażania był płynny i ostatecznie rozwiązał problemy z obróbką kratki ze stopu tytanu -podobne części, tak aby wskaźnik zakwalifikowania części osiągnął na etapie 100%.

1 Przedmowa

Części maszyny przypominające kratkę ze stopu tytanu mają bardzo głębokie otwory na ucha, małe narożniki i słabą sztywność dzięki nowo zaprojektowanej formie struktury, co stwarza duże trudności i wyzwania w obróbce i produkcji. W tym artykule analizujemy przetwarzalność struktury części, znajdujemy trudności w przetwarzaniu, badamy każdą trudność element po przedmiocie i znajdujemy rozwiązanie zapewniające odniesienie do przetwarzania części ze stopu tytanu o podobnej strukturze.

2 Analiza struktury i skrawalności elementów kratowych

W przypadku pojedynczej płyty kratki jej struktura składa się głównie z 9 nierównomiernie rozmieszczonych otworów na ucha, 10 nierównomiernie rozmieszczonych szczelin w kształcie litery U i 6 obszarów dziurkowania EDM.

Część kratki jest obrabiana z płyty ze stopu tytanu, końcowa grubość wstęgi wynosi 4 mm, a wysokość żebra 3 mm, część jest mniej sztywna, a rozkład naprężeń jest poważnie nierównomierny po obróbce EDM, co może powodować duże odkształcenia. Tymczasem długość otworu na łapy wynosi 726 mm, a dokładność wymiarowa wynosi φ5,1 H9, stosunek długości do średnicy jest niezwykle wysoki, więc trudność przetwarzania i ryzyko są niezwykle wysokie. Cały wewnętrzny kształt kratki i kąt obrotu ucha wynosi R2,5 mm, dzięki czemu wydajność obróbki jest niska, tymczasem średnica narzędzia jest mała i łatwa do złamania.

W związku z powyższymi problemami, badania rozpoczynamy głównie od następujących aspektów, aby rozwiązywać problemy jeden po drugim.

(1) Badanie procesu obróbki otworu na łapę Otwór na łapę ma stosunek długości do średnicy 142, co oznacza bardzo duży stosunek długości do średnicy głębokiego otworu. Jednocześnie wymagania dotyczące dokładności przetwarzania są wysokie, a trudność przetwarzania jest bardzo duża. Skoncentruj się na tym, jak sprawić, by dokładność otworu w uchwycie spełniała wymagania projektowe.

(2) Badania nad metodą kontroli odkształcenia części Przeanalizować stan rozkładu naprężeń wewnętrznych materiału arkusza i zaprojektować układ położenia części w strefie równowagi naprężeń materiału; dalej eliminuj naprężenia szczątkowe wewnątrz części poprzez rozsądne rozmieszczenie metody obróbki cieplnej; zmniejszyć powstawanie naprężeń podczas procesu obróbki poprzez racjonalną optymalizacjęObróbka CNCścieżka narzędzia, a na koniec osiągnąć cel kontrolowania deformacji części.

(3) badania nad innowacyjnymi programami obróbki małych narożników Część cały wewnętrzny kształt narożnika to R2,5 mm, minimalna średnica obecnego narzędzia ogólnego producenta dla 5 mm, niska wydajność podczas obróbki, złamanie narzędzia. Badania z wykorzystaniem innowacyjnego frezowania cykloidalnego, narzędzia o małej i dużej średnicy są przetwarzane osobno, w celu poprawy wydajności obróbki części, przy jednoczesnym skutecznym ograniczeniu ryzyka złamania narzędzia oraz poprawie jakości i stabilności części.

3 Trudności w obróbce otworów na łapy

Rysunek 1 pokazuje otwór na oczko kratki, nie ma doświadczenia w branży w przetwarzaniu tak długiego stosunku średnicy ultrasmukłego otworu zawiasu ze stopu tytanu. Trudności w przetwarzaniu znajdują odzwierciedlenie głównie w: „Wymogach dotyczących dokładności rozmiaru otworu, średnica otworu jest bardzo łatwa do przekroczenia ubogich. Materiał ze stopu tytanu charakteryzuje się pewnym stopniem skurczu, a proces obróbki ma skłonność do powodowania zamknięcia, tworząc „kielichowy” otwór, którego jeden koniec przekracza górną różnicę, a jeden koniec dolną. „Plan procesu jest trudny do ułożenia. Ze względu na stosunek długości do średnicy otworu ucha do 142, obecnie dostępne informacje w kraju i za granicą, nie można znaleźć przetwarzania tak głębokiego programu do nauki, z którego można się uczyć, branża nigdy nie była tak długim precedensem w zakresie obróbki głębokich otworów . • Trudności w projektowaniu i produkcji narzędzi. Długość wiertła i rozwiertaka musi być większa niż 890 mm, a średnica narzędzia wynosi 4,8 ~ 5,1 mm, co wymaga bardzo wysokich wymagań dotyczących materiału narzędzia i procesu obróbki, a także wysokich wymagań dotyczących bicia, prostoliniowości i dokładności krawędzi . Jeśli średnica krawędzi tnącej odbiega o więcej niż 0,02 mm, obróbka kwalifikowanych produktów jest niemożliwa. „Oprzyrządowanie jest bardzo trudne do wyprodukowania. Aby dopasować użycie wiertła i rozwiertaka, należy odpowiednio zaprojektować jeden zestaw specjalnej matrycy do wiercenia i jeden zestaw specjalnej matrycy do rozwiercania. Główną trudnością jest to, że dokładność matrycy wiertniczej jest bardzo wysoka, a wymóg współosiowości wynosi około 0,03 mm, co sprawia, że ​​wytwarzanie oprzyrządowania jest bardzo ryzykowne.
Rysunek 1 Schemat ideowy otworów ucha kratki

4 Zoptymalizuj plan obróbki i zastosuj specjalne oprzyrządowanie

Charakterystyka strukturalna otworu na łapy decyduje o tym, że nie można zastosować konwencjonalnego schematu wiercenia, a następujący schemat przetwarzania został ostatecznie ustalony po wielokrotnych argumentach.

1）Użyj specjalnej matrycy do wiercenia, aby wywiercić dolny otwór φ4,8 mm. Wiertła o różnych długościach 300mm i 500mm zostały użyte do wiercenia otworów z obu stron części, unikając w ten sposób problemów z drganiami i ugięciami wiertła spowodowanymi bezpośrednim użyciem długich wierteł i wykorzystując w pełni efektywną długość wiertło, które stanowi tylko połowę całkowitej długości otworu na łapy. Zmniejszenie długości wiertła o połowę oznacza zmniejszenie stosunku długości do średnicy otworu ucha o połowę, co może skutecznie zapobiec pękaniu wiertła i znacznie poprawić przetwarzalność. Wada tego rozwiązania procesowego: otwory ucha po lewej i prawej stronie części mogą nie być współosiowe, a 4 i 5 zestaw średnic ucha spowodują nagłą niewspółosiowość osi środkowej otworu ucha, co utrudni późniejsze rozwiercanie .

(2) Rozwiercanie do φ4,9 mm za pomocą specjalnej matrycy do rozwiercania. Aby rozwiązać problem niewspółosiowości osi środkowej otworów na występy, przednia prowadnica rozwiertaka φ4,9 mm została specjalnie zaprojektowana na φ4,5 mm, aby zapewnić, że przednia prowadnica rozwiertaka może przejść niewspółosiowość ucha gładko, a jednocześnie współosiowość otworów ucha można w pewnym stopniu skorygować po obróbce rozwiertakiem φ4,9 mm (ukośna krawędź, z efektem rozwiercania).

(3) Rozwiercanie do φ5 mm, ponieważ objętość rozwiercania tego procesu jest niewielka (0,1 mm), a naddatek rozwiercania jest jednolity, stabilność przetwarzania i jakość przetwarzania są lepsze, a odchylenie osi środkowej otworu można dodatkowo skorygować .

4) Rozwiercanie do φ5.1H9, aby zapewnić dokładność wymiarową końcowego otworu. Proces ten zależy głównie od dokładności wykonania końcowego rozwiertaka i dokładności wykonania matrycy wiertniczej. Jeśli parametry i struktura obu są rozsądnie zaprojektowane, a dokładność wykonania spełnia wymagania, można zagwarantować ostateczną dokładność wymiarową wszystkich otworów na ucha.

5 Parametry i materiały wiertła i rozwiertaka

Sukces obróbki otworów na uszy zależy głównie od dokładności narzędzi i oprzyrządowania. Problemy i rozwiązania narzędzi są następujące.

(1) Problemy z dokładnością wiertła Konstrukcja wiertła wymaga bicia 0,01 mm, w rzeczywistości wiertło jest umieszczone na platformie, a prostoliniowość osiągnęła 3 do 4 mm, powodując duże odkształcenie. W trakcie użytkowania wiertło wytwarza duże mimośrodowe wychylenia, gdy obraca się wraz z maszyną, a żerdź wiertła została wrzucona po trajektorii eliptycznej, co bezpośrednio prowadzi do wiercenia dolnego otworu nie w linii prostej, ale z pewną „krzywą” ugięcia. Dlatego wiertło zostało przeszlifowane, a następnie ulepszone na poziomie projektu, aby ostatecznie spełnić wymagania dotyczące obróbki.

(2) Problem z projektowaniem parametrów rozwiertaka Gwarancja ostatecznego rozmiaru otworu wkładki usznej opierała się na ostatecznie użytym rozwiertaku φ5.1H9. Zgodnie z ogólnym standardem konstrukcyjnym rozwiertak ma średnicę krawędzi 5,105 ~ 5,115 mm i tylną prowadnicę o rozmiarze φ 5,1 f6. Jednak po przetestowaniu i zweryfikowaniu kilku próbek, rozwiertak o tym parametrze wielkości nie mógł wykonać kwalifikowanych otworów czopowych, a wskaźnik przekroczenia wyniósł aż 88%. Po wielokrotnym ostrzeniu narzędzia i testach okazało się, że rzeczywiste parametry projektowe narzędzia wynoszą 5,10 ~ 5,11 mm dla średnicy krawędzi skrawającej i φ 5,1 mm dla średnicy tylnej prowadnicy, i tylko rozwiertaki z tym zakresem tolerancji były w stanie wyprodukować zakwalifikowano otwory na łapy i ostatecznie osiągnięto zero przekroczeń.

(3) Problem z materiałem narzędziowym Oryginalnym materiałem narzędziowym był HSS, co zostało zweryfikowane przez obróbkę, że wytrzymałość i odporność na zużycie materiału HSS nie była wystarczająco wysoka, a zużycie narzędzia było drastyczne. Następnie, w porozumieniu z działem konstrukcyjnym, materiały wiertła i rozwiertaka zostały całkowicie zmienione na węglik.

6 Efekt wdrożenia

Wykonalność schematu procesu zweryfikowano za pomocą 2 sztuk próbek procesowych, a 6 sztuk próbek do badań na stole szlifowanym wykorzystano do udoskonalenia i udoskonalenia metody procesu oraz określenia parametrów projektowych i materiałów narzędziowych dla wiertła i rozwiertaka. Wielokrotnie modyfikowano oprzyrządowanie matrycy wiertniczej, aż w końcu jednorazowa szybkość przejścia obróbki bardzo długich otworów ucha części grilla osiągnęła 100%. Sukces tego rozwiązania procesowego nie tylko wypełnia lukę w przemyśle do opracowania obróbki smukłych otworów ze stopu tytanu o bardzo długich wydłużeniach, ale także zapewnia możliwości techniczne do późniejszej obróbki tych samych elementów konstrukcyjnych.

7 Badanie metody kontroli odkształceń

Ponieważ istnieje wiele czynników powodujących deformację części, różne czynniki ograniczają się nawzajem, a związek jest skomplikowany i złożony, dlatego powinniśmy zacząć od wielu aspektów, wielotorowego podejścia do rozwiązania problemu deformacji, a na końcu kontrolować płaskość części w granicach 0,3 mm.

1) Przeanalizuj rozkład naprężeń płyty ze stopu tytanu, dostosuj położenie części w wełnie płyty i unikaj nierównomiernego naprężenia ze źródła. Zgodnie z normą materiałową stan dostawy płyty ze stopu tytanu o grubości 30 mm jest stanem wyżarzonym na gorąco, a system obróbki cieplnej to: 750～850℃, 15～120min, chłodzenie powietrzem. Krajowe i zagraniczne prace naukowe i dane testowe dotyczące właściwości materiałowych płyty ze stopu tytanu TA15M pokazują, że stan rozkładu naprężeń: kierunek grubości środka naprężenia rozciągającego σb jest zasadniczo w równowadze, to znaczy naprężenie jest symetryczne Rozpowszechniane; podczas gdy kierunek górnej i dolnej powierzchni płyty, naprężenie rozciągające stopniowo wzrasta. Odpowiednio, środek wstęgi w końcowym stanie obróbki specjalnie zaprojektowanej części znajduje się na środkowej symetrycznej powierzchni w kierunku grubości arkusza. Położenie części w półfabrykacie pokazano na rysunku 2. W ten sposób, po obróbce części, można w zasadzie wyeliminować naprężenia szczątkowe na środniku części spowodowane przez półfabrykat, co odgrywa pozytywną rolę w kontroli płaskość.

Rys. 2 Zilustrowano położenie części w wełnie

2) Organizacja procesu obróbki cieplnej i kontrolowanie deformacji poprzez rozsądne ułożenie schematu procesu. Chociaż powstawanie naprężeń szczątkowych podczas obróbki można znacznie zmniejszyć za pomocą wyżej wymienionych środków, naprężenia szczątkowe nadal będą nieuchronnie pojawiać się podczas walcowania na gorąco i obróbki wełny, co wymaga uporządkowania procesów obróbki cieplnej w celu dalszego wyeliminowania naprężeń szczątkowych po procesie obróbki jest zakończony. Po obróbce cieplnej przeprowadzany jest proces EDM. Ponieważ proces EDM ogromnie zmienia strukturę części, a naprężenie jest ponownie rozkładane, płaskość części musi być monitorowana po procesie EDM, a jeśli wynosi > 0,3 mm, należy ponownie przeprowadzić obróbkę cieplną.

8 Innowacyjne rozwiązania do obróbki małych narożników

Wewnętrzny kształt części kratki i narożnik ucha, powierzchnia końcowa z rowkiem w kształcie litery U i kształt zwoju to R2,5 mm, co wymaga, aby do obróbki tej części można było użyć tylko narzędzia o minimalnej średnicy 5 mm z fabryki . Ponieważ wytrzymałość narzędzi o małej średnicy jest bardzo niska, bardzo łatwo jest je złamać, co skutkuje bardzo niską prędkością obróbki i ryzykiem jakości.

Oprogramowanie CATAI V5 firmy Dassault Aviation wprowadziło polecenie frezowania cykloidalnego Trochoid-Mill. Trochoid-Mill jest dobrym rozwiązaniem problemu nagłych zmian sił skrawania i jest bardzo odpowiedni w sytuacjach, w których wytrzymałość i sztywność narzędzia są słabe. Trajektoria obróbki przebiega jedno koło nad drugim, a czas w stanie skrawania podczas procesu obróbki jest krótszy, co jest bardzo pomocne w rozwiązaniu problemu słabego odprowadzania ciepła ze stopu tytanu. Frezowanie cykloidalne może osiągnąć stosunkowo dużą głębokość skrawania, małą szerokość skrawania i duży posuw, w pełni wykorzystując efektywną długość krawędzi narzędzia, co może osiągnąć cięcie na całej długości krawędzi i skutecznie poprawić szybkość usuwania metalu.

Obróbka cykloidalna składa się z dwóch ruchów, a mianowicie obracania narzędzia i przewijania narzędzia. Przy każdym obrocie narzędzia narzędzie skrawa promieniowo jedną jednostkę, stosując kołowy posuw styczny i cofnięcie, a głębokość skrawania stopniowo wzrasta od zera do maksimum, a następnie stopniowo maleje do zera. Jednocześnie podczas całego procesu obróbki cykloidalnej siła skrawania stopniowo wzrasta od zera, a następnie maleje do stanu łagodnej i równomiernej zmiany przez cały czas. W porównaniu z frezowaniem warstwowym, frezowanie cykloidalne może zwiększyć żywotność narzędzia ponad 3-krotnie, a wydajność obróbki ponad 3-krotnie, więc zalety obróbki są bardzo znaczące. Porównanie frezowania cykloidalnego i konwencjonalnych metod obróbki pokazano na rysunku 3.


）Obróbka konwencjonalna

b) Frezowanie cykloidalne

Rysunek 3 Porównanie frezowania cykloidalnego z tradycyjnymi metodami obróbki

W przeciwieństwie do konwencjonalnych metod obróbki, głównym celem frezowania cykloidalnego jest uniknięcie frezowania z pełnym zanurzeniem, takiego jak frezowanie rowków, przy pełnym zachowaniu promieniowej głębokości skrawania. Jest to bardzo korzystne, jeśli chodzi o zmniejszenie zużycia narzędzia i wydłużenie żywotności narzędzia. W celu zmniejszenia wydajności skrawania, które może być spowodowane zastosowaniem mniejszego kąta obwiedni narzędzie-przedmiot obrabiany, w technice frezowania cykloidalnego można zastosować większą głębokość osiową skrawania niż konwencjonalne metody frezowania, aby poprawić szybkość usuwania materiału .

Technologia frezowania cykloidalnego pozwala na zastosowanie większych osiowych głębokości skrawania, co może zastąpić potrzebę wielokrotnych ułożeń w konwencjonalnej obróbce. Technologia frezowania cykloidalnego jest wysoce skuteczna w wydajnym skrawaniu trudnych materiałów, a zmierzone wyniki pokazują, że zużycie narzędzia jest znacznie mniejsze w przypadku frezowania cykloidalnego niż w przypadku konwencjonalnych metod obróbki przy takim samym czasie usuwania materiału i czasie obróbki. Dzięki zastosowaniu technologii frezowania cykloidalnego, obróbka małych konstrukcji narożnych może osiągnąć dwukrotnie lepszy wynik przy połowie wysiłku, co nie tylko zapewnia jakość zainstalowanych części, ale także poprawia wydajność obróbki, obniża koszty produkcji, a także lepiej zapewnia jakość obróbki części.

9 Obróbka Wniosek

Przyjmując powyższy schemat procesu, przygotowanieObróbka CNCprogram, a także projektowanie i produkcja wierteł, rozwiertaków i specjalnych wykrojników, rozwiązany został trudny problem obróbki otworów. Jednorazowa szybkość przejścia obróbki głębokich otworów ze stopu tytanu sięga 100%, a płaskość części przypominających kratkę o cienkich ściankach osiąga 0,3 mm. w porównaniu z tradycyjną metodą obróbki wydajność obróbki małych naroży zwiększa się 3-krotnie. W oparciu o powyższe innowacyjne przełomy w kluczowych technologiach procesowych, z powodzeniem zakończono obróbkę elementów grillopodobnych.