Prostredníctvom analýzy tesniaceho plášťa zliatiny 4J29 Kovar a nehrdzavejúcej ocele 022Cr17Ni12Mo2 je navrhnutý spôsob využitia technológie vysokorýchlostného frézovania a vystružovania na spracovanie ťažkoobrobiteľných materiálov, ktorý nielen zlepšuje presnosť obrábania a efektivitu obrábania tvar a vnútorný otvor dielov, no zároveň šetrí energiu. náklady na rezné nástroje.
1 preambula
Aby sa zlepšil výkon a životnosť kozmických lodí v rôznych prostrediach hlbokého vesmíru, letecké časti si väčšinou vyberajú materiály s dobrou tepelnou odolnosťou, ako sú zliatiny titánu a zliatiny pre vysoké teploty. Takéto zliatinové materiály majú slabý výkon pri spracovaní a ťažko sa spracovávajú. Výber rezných nástrojov Vysoké požiadavky a vysoké náklady na spracovanie. Podľa charakteristík takýchto ťažkoobrobiteľných materiálov pomôže výskum technológie spracovania ťažkoobrobiteľných materiálov a predĺženie životnosti nástroja zlepšiť presnosť nosných častí kozmických lodí a zlepšiť efektivitu spracovania. Zároveň môže rozširovať trhový potenciál spoločnosti a vytvárať väčšie ekonomické výhody. .
2 Prehľad problému
Obdĺžniková sériová tesniaca škrupina je súčasťou produktu novo vyvinutého spoločnosťou v posledných rokoch, ako je znázornené na obrázku 1, materiálom je hlavne zliatina 4J29 Kovar a nehrdzavejúca oceľ. Keďže štruktúra dizajnu produktu vyžaduje použitie technológie tesnenia skla, kladú sa vyššie požiadavky na drsnosť povrchu povrchu a vnútorného otvoru tohto typu utesnených častí plášťa, čo má za následok zvýšenú náročnosť spracovania, zníženú životnosť nástroja, zvýšenie nákladov na nástroje, a znížená efektivita spracovania. Miera úspešnosti je nízka.
3 Analýza problému
Ak vezmeme ako príklad zliatinu 4J29 Kovar a nehrdzavejúcu oceľ 022Cr17Ni12Mo2 na analýzu určitého typu tesniaceho plášťa, štruktúra častí tesniaceho plášťa je podobná a je potrebné spracovať rad otvorov vo vnútornej dutine. Rad otvorov sa používa na sklenené tesniace kolíky a tesnenie skla Technológia spojenia vyžaduje, aby hodnota drsnosti vnútorného povrchu otvoru v rade bola Ra=0.8μm. V procese tesnenia skla sa mnohokrát vyrábajú nekvalifikované produkty a výťažok je nízky. Podľa analýzy dizajnu a remeselníkov má drsnosť povrchu vnútorného povrchu otvoru radu tesniacej škrupiny dôležitý vplyv na výťažnosť skleneného tesnenia. Otrepy v rade otvorov a tvar a spracovanie drážok vnútornej dutiny sa nedajú ľahko odstrániť, čo tiež ovplyvňuje tesniaci účinok dielov.
3.1 Analýza príčin ovplyvňujúcich kvalitu vnútornej steny otvoru dielca
Pôvodná technológia spracovania radov otvorov používaná vo výrobnej linke je vŕtanie → vystružovanie. Pretože materiál zliatiny 4J29 Kovar má dobrú plasticitu, je ľahké ho prilepiť na nôž počas spracovania; vďaka vysokej teplotnej tvrdosti nehrdzavejúcej ocele (022Cr17Ni12Mo2) a zlému odvodu tepla sa líši od iných kovových materiálov. Silná afinita [1], takže vrták sa rýchlo opotrebuje, najmä v nasledujúcich aspektoch.
Hlavná rezná hrana vrtáka sa príliš rýchlo opotrebováva a dochádza k vylamovaniu. Pri vŕtaní ťažko obrobiteľných materiálov je teplota vysoká, deformácia rezu a chladenie sú vážne a nástroj sa dá ľahko prilepiť, aby sa vytvorila nahromadená hrana, čo má za následok nekonzistentnú drsnosť povrchu rôznych vnútorných otvorov tej istej časti a stav opotrebovania vrtáka sa nedá zistiť a kontrolovať počas spracovania. Pokúste sa zlepšiť kvalitu povrchu a efektivitu spracovania vnútorného otvoru pomocou vrtákov zo slinutého karbidu volfrámu a kobaltu (YG, YT a YW), ktoré sú vhodnejšie na spracovanie ťažkoobrobiteľných materiálov. Podľa princípu opotrebovania nástroja [2] sa zistilo, že na nástroji YG stále dominuje adhézne opotrebenie pri nízkorýchlostnom rezaní, ale nástroj YT je sprevádzaný určitým oxidačným opotrebením a súčasne aj difúznym opotrebením. ako opotrebenie väzby; nástroj YW má tri druhy opotrebovania. Mechanizmus opotrebovania zaberá rovnakú polohu, takže pre rezanie s nízkou rýchlosťou možno uprednostniť vrtáky z tvrdokovu YG a pre vysokorýchlostné rezanie vrtáky z tvrdokovu YW alebo YG. Podľa tohto princípu opotrebovania sa kvalita povrchu vnútorného otvoru zlepší po výbere vhodného vrtáka na spracovanie radu otvorov. V dôsledku vysokej ceny vrtáka z karbidu volfrámu a kobaltu s malým priemerom sa však náklady na nástroj zvyšujú a efektívnosť hromadnej výroby a spracovania nie je vysoká.
3.2 Analýza príčin ovplyvňujúcich tvar dielu a kvalitu povrchu vnútornej dutiny
Pri spracovaní materiálu zliatiny 4J29 Kovar a materiálu z nehrdzavejúcej ocele (022Cr17Ni12Mo2) sa na spracovanie používa nástroj zo slinutého karbidu s bežnou veľkosťou zrna. Spodná hrana a bočná hrana frézy sa rýchlo opotrebúvajú a životnosť nástroja je krátka, takže rýchlosť rezania môže byť nižšia ako 50 m/ Ak je zvolený rozsah min, účinnosť spracovania je nízka. V porovnaní so spracovaním zliatin na báze hliníka je životnosť fréz len 1/5 životnosti pri spracovaní zliatin na báze hliníka; v porovnaní so spracovaním nehrdzavejúcej ocele 314 je životnosť fréz len 1/3 životnosti pri spracovaní nehrdzavejúcej ocele 314.
V procese rezania takýchto ťažkoobrobiteľných materiálov je ľahké vytvárať v oblasti rezu veľké množstvo rezného tepla, ktoré vážne poškodzuje rozmerovú presnosť a výkon spracovávaných dielov. Odvod rezného tepla môže byť vedený len reznou kvapalinou a vnútornými chladiacimi nástrojmi. Pre utesnený plášť tohto typu konštrukcie sa kvôli malým rozmerom vnútorného otvoru a vnútornej dutiny väčšinou používajú nástroje s malým priemerom alebo tvarové nástroje. Veľké množstvo rezného tepla sa ťažko rýchlo odvádza a nástroj sa príliš rýchlo opotrebováva, čo vedie k zvýšeniu drsnosti povrchu dielu. Ak je príliš vysoká a nespĺňa technické požiadavky, bude hodnotená ako nekvalifikovaná. Ak je rozstup otvorov malý, skosenie otvoru zničí veľkosť priľahlého otvoru; ak je skosenie príliš malé, otrep bude mať stále lemovanie, čo ovplyvní kvalitu tesnenia.
4 riešenie problémov
4.1 Zlepšenie kvality vnútornej steny otvoru
Vzhľadom na nejednotnú drsnosť povrchu vnútorného otvoru utesneného plášťa je potrebné zlepšiť spôsob spracovania a zvoliť vhodný nástroj. Procesom skúšobného rezania sa technológia spracovania radu otvorov najprv zmení na vŕtanie → vystružovanie → jemné frézovanie vnútorného otvoru, kvalita povrchu vnútorného otvoru sa samozrejme zlepšuje, ale počet otvorov je veľký a nástroj je stále opotrebované, keď sa fréza s malým priemerom používa na jemné frézovanie vnútorného otvoru Rýchla a vytvára sa fenomén zapletenia triesok a vôle nástroja, účinnosť spracovania stále nie je vysoká a náklady na nástroj sa zvyšujú. Po druhé, mení sa na vŕtanie → vystružovanie → jemné vyvrtávanie. Drsnosť povrchu vnútorného otvoru spĺňa požiadavky a účinnosť spracovania jedného otvoru sa zlepšuje, ale celkový vyvrtávací nástroj s malým priemerom je potrebné prispôsobiť, cena nástroja je vysoká, životnosť vyvrtávacieho nástroja je krátka a nemôže spĺňať viacero radov otvorov. nudný.
S odkazom na technológiu vystružovania otvorov s pevným priemerom je otvor v procese vystružovania vo všeobecnosti 3 až 100 mm. Vďaka dlhej reznej hrane výstružníka sa každá rezná hrana podieľa na rezaní súčasne počas vystružovania, takže efektivita výroby je vysoká a je široko používaná pri dokončovaní otvorov. Konečná technológia spracovania je určená ako vŕtanie → vystružovanie → vystružovanie. Pretože technológia vystružovania otvorov s malým priemerom (<φ2mm) has="" not="" been="" adopted="" in="" our="" company,="" a="" suitable="" domestic="" small-diameter="" custom="" carbide="" reamer="" is="" selected="" (see="" figure="">
Pomocou výpočtu a skúšobného rezania vyberte primerané parametre rezu. Princíp je nasledovný.
Skontrolujte informácie o nástroji výstružníka a zhromaždené parametre vystružovania a spracujte ťažko obrobiteľné materiály, ako je nehrdzavejúca oceľ. Rýchlosť výstružníka by nemala byť príliš vysoká [3] a vyberte referenčnú hodnotu: rýchlosť rezania vc=(6 ~ 12) m/min, rýchlosť posuvu f=(0. 05 ~ 0,1) mm/r. Priemer vnútornej dutiny pravouhlého utesneného plášťa je (1,7~1,8) mm, takže na výpočet rýchlosti vretena n a rýchlosti posuvu vf počas spracovania sa vyberie výstružník φ1,8 mm, kde vc=7m/min , f=0.06 mm /r.
Pretože rezná rýchlosť vc=πDn/1000 (D je priemer nástroja, n je rýchlosť vretena), takže rýchlosť vretena n=1000vc/(πD)=1000×7/(3,14×1,8 )≈1238 (ot./min).
Z toho možno vypočítať rýchlosť posuvu vf=fn=0.06×1238≈74 (mm/min).
Podľa výsledkov výpočtu sú skutočné parametre obrábania a rezania vybrané ako n{{0}}(1200-1300) r/min, vf=(70-80) mm /min a použije sa proces vŕtania → vystružovania → vystružovania. Vďaka utesneniu plášťa je rozstup otvorov kompaktný a priemer otvoru je malý, takže rezerva pred vystružovaním je kontrolovaná na 0,05 mm. Konečný skutočný efekt spracovania je znázornený na obrázku 3. Keď má výstružník φ1,83 mm viac ako 1000 vystružených otvorov, drsnosť povrchu Ra vnútorného otvoru môže stále dosiahnuť 0,8 μm, čo spĺňa požiadavky procesu a zlepšuje efektivitu spracovania.
4.2 Zlepšenie kvality povrchového spracovania a životnosti nástroja
Aby sa zlepšila účinnosť spracovania a životnosť nástrojov materiálov s vysokou teplotnou tvrdosťou a slabým odvodom tepla, ako sú vysokoteplotné zliatiny, zliatiny titánu a nehrdzavejúcej ocele, dovážané nástroje zo slinutého karbidu sa často používajú na hrubé a dokončovacie obrábanie. náklady na používanie nástroja sú veľmi vysoké. Porovnávacou analýzou rozdielu opotrebenia rôznych nástrojových materiálov pri rezaní zliatin titánu vysokou rýchlosťou, vrátane nepovlakovaného slinutého karbidu, slinutého karbidu potiahnutého TiAlN PVD a PCBN atď., sa zistilo, že nástrojové materiály PCBN majú vysokú reznú rýchlosť a nízku rýchlosť posuvu a nízka Pri rezaní zliatin titánu zadným rezom možno získať relatívne stabilnú reznú silu a nižšiu hodnotu drsnosti povrchu [4]. Uplatnením princípu vysokorýchlostného frézovania a použitím domácich PCBN nástrojov vyššie rezanie Spôsob spracovania vysokou rýchlosťou a malým posuvom zvyšuje životnosť nástroja.
Prostredníctvom viacnásobného skúšobného rezania a overovania analýza ukazuje, že pri rezaní ťažko obrobiteľných materiálov vysokou rýchlosťou má interakcia medzi posuvom na zub fz a zadným záberom ap významný vplyv na drsnosť povrchu s relatívne vysokou pravdepodobnosťou spoľahlivosti Vplyv. Tento jav ukazuje, že vplyv posuvu na zub alebo hĺbky frézovania na drsnosť povrchu úzko súvisí s výberom hĺbky frézovania a posuvu na zub. Na rozdiel od toho pri podmienkach rezania pri strednej a nízkej rýchlosti nie je interakcia medzi rôznymi parametrami rezu zrejmá alebo neexistuje žiadna interakcia. To znamená, že za špecifických podmienok rezania, jednoduché skúmanie jednofaktorového účinku posuvu na zub alebo množstva spätného rezu na drsnosť povrchu nemôže presne predpovedať hodnotu drsnosti spracovávaného povrchu. Preto, aby sa dosiahla ideálna drsnosť povrchu, pri určovaní rýchlosti posuvu na zub je potrebné ju zvoliť v spojení s veľkosťou záberu chrbta a naopak.
4-domáca tvrdokovová fréza s čepeľou je vybraná na vysokorýchlostné hrubé obrábanie tvaru a vnútornej dutiny. Vďaka malému zadnému záberu ap a malej hrúbke rezu ae môže účinne chrániť spodnú hranu a bočnú hranu nástroja. Vznikajúce rezné teplo vedie rýchlo, znižuje pravdepodobnosť vzniku nánosov ostria na hrote nástroja a zodpovedajúcim spôsobom zvyšuje rýchlosť frézovania vc a rýchlosť posuvu na zub fz, čo zaisťuje nielen kvalitu spracovania, ale tiež zlepšuje efektivitu spracovania. Na výpočet doby opotrebenia hrubovacej frézy pri obrábaní je potrebné odrezať iba efektívne používanú opotrebovanú časť a zostávajúca časť frézy môže po naostrení stále spĺňať potreby hrubovania, čo výrazne zlepšuje mieru využitia frézu a znižuje náklady na frézu.
V prípade otrepov generovaných ťažko obrobiteľnými materiálmi je ručné odstraňovanie náročné na splnenie existujúcich technických požiadaviek, preto sa používa CNC obrábanie a materiály z rýchloreznej ocele s povlakom TiC sa vyberajú na spracovanie skosenou frézou. Po hrubom frézovaní sa zlepšuje kvalita, škrupinové diely sú jemné Otrepy vznikajúce pri frézovaní sú relatívne malé a skosená fréza potrebuje spracovať iba podľa obrysovej stopy dielu, aby sa zabezpečil hladký prechod ostrých hrán. Na lemovanie a otrepy otvorov tesniacej škrupiny sa používa spôsob spracovania frézovanie zrážania otvorov úkosovou frézou → jemné vystružovanie výstružníkom, aby boli otvory bez otrepov a boli zlepené. Rezné parametre nástroja pred a po zlepšení sú uvedené v tabuľke 1 a efekt spracovania plášťa je znázornený na obrázku 4 a obrázku 5.
Tabuľka 1 Rezné parametre nástroja pred a po zlepšení
obrázok
obrázok
Obrázok 4 Efekt spracovania plášťa zliatiny 4J29 Kovar
obrázok
Obrázok 5 Efekt spracovania plášťa z nehrdzavejúcej ocele (022Cr17Ni12Mo2).
5 Popularizácia a aplikácia technológie vystružovania pre ťažkoobrobiteľné materiály
Určitý typ súčastí tlačnej tyče (pozri obrázok 6) je vyrobený z nehrdzavejúcej ocele 00Cr17Ni14Mo2, čo je ťažko obrobiteľný materiál. Priechodný otvor φ5 mm na vonkajšom kruhu je spracovaný, hĺbka je 15 mm a vyžaduje sa hodnota drsnosti povrchu Ra=1.6μm. Pôvodný postup je: vŕtanie montérom→leštenie steny otvoru. Pretože materiál je nehrdzavejúca oceľ, proces montáže používa vŕtačku na vŕtanie otvorov, vrták sa rýchlo opotrebováva, poloha otvoru je mimo tolerancie a účinnosť leštenia vnútorného otvoru je nízka. Preto je vylepšený proces: vŕtanie na sústruhu → Vyvrtávanie. Pretože proces sústruženia vyžaduje použitie špeciálnych nástrojov na upnutie častí tlačnej tyče a veľkosť špeciálneho nástroja je príliš veľká, nie je ľahké ho nainštalovať. Preto, hoci skutočné spracovanie zaručilo hodnotu drsnosti povrchu Ra=1.6μm, účinnosť spracovania sa nezlepšila. 00Nehrdzavejúca oceľ Cr17Ni14Mo2 spôsobila Vyvrtávací nástroj sa rýchlo opotrebováva a cena nástroja je vysoká.
Obrázok Obrázok 6 Dvojrozmerná schéma tlačnej tyče
S využitím skúseností získaných pri vystružovaní otvorov s malým priemerom sa technológia spracovania vŕtanie → vystružovanie → vystružovanie v obrábacom centre využíva na vyriešenie problémov nízkej účinnosti obrábania φ 5 mm cez otvory a ťažkosti so zaručením hodnoty drsnosti povrchu Ra{{ 2}},6 μm. Proces implementácie je nasledovný.
Zvoľte referenčnú hodnotu: rýchlosť rezania vc{{0}}(6~12) m/min, posuv f=(0.15~0.2) mm/r. Vyberte výstružník φ5 mm na výpočet rýchlosti nástroja a rýchlosti posuvu počas spracovania, vezmite vc=7m/min, f=0,18 mm/r.
Pretože rezná rýchlosť vc=πDn/1000 (D je priemer nástroja, n je rýchlosť vretena), takže rýchlosť vretena n=1000vc/(πD)=1000×7/(3,14×5 )≈445 (ot./min), množstvo posuvu vf=fn=0.18×445≈80 (mm/min).
Podľa výsledkov výpočtu sú skutočné parametre obrábania a rezania vybrané ako: otáčky vretena n {{0}} (450-500) r/min, vf=({{3} }) mm/min, prídavok pred vystružovaním je riadený na 0,1 mm a konečné skutočné opracovanie Konečný objekt je znázornený na obrázku 7. Keď má výstružník φ5,02 mm (pozri obrázok 8) viac ako 500 vystružených otvorov, povrch drsnosť Ra vnútorného otvoru môže stále dosiahnuť 1,6 μm, čo spĺňa požiadavky procesu a zlepšuje efektivitu spracovania. Vyrobený polohovací nástroj (pozri obrázok 9) má jednoduchú konštrukciu a ľahko sa upína.
obrázok
Obrázok 7 Skutočný predmet tlačnej tyče po spracovaní
obrázok
Obrázok 8 Výstružník φ5,02 mm
obrázok
Obrázok 9 Vplyv polohovacích nástrojov na spracovanie tlačnej tyče
6 Dosiahnutý efekt
Prostredníctvom tohto výskumu sme nazbierali technické skúsenosti so spracovaním ťažkoobrobiteľných materiálov. Následný výskum a vývoj dielov vyrobených z ťažkoobrobiteľných materiálov, ako sú vysokoteplotné zliatiny a zliatiny titánu, je možné spracovať aj s odkazom na technológiu vystružovania a boli dosiahnuté dobré výsledky. Napríklad pomocou výstružníka φ2,12 mm Kompletné vystružovanie superzliatinových materiálov, obrázkov priemerov a hlbokých otvorov s hĺbkou viac ako 40 mm. Technológia spracovania vystružovaním nielen šetrí náklady na nástroj, ale tiež zlepšuje efektivitu spracovania. V tabuľke 2-Tabuľka 4 nájdete porovnanie efektu spracovania dielov pred a po zlepšení.
Tabuľka 2 Spracovanie obrázkov pravouhlých otvorov tesniaceho plášťa pred a po zlepšení
Tabuľka 3 Spracovanie otvorov pre tlačné tyče pred a po zlepšení
obrázok
Tabuľka 4 Náklady na nástroje pred a po zlepšení
obrázok
Z tabuľky 2 po tabuľku 4 možno vyvodiť záver, že použitie vylepšenej metódy spracovania zlepšilo kvalitu spracovania, rýchlosť prechodu dielov sa zvýšila na 99 percent, efektívnosť výroby sa zvýšila o 33 percent a náklady na nástroje sa zvýšili. značne znížená.
7 Záver
Vznikajúce nové materiály a ťažko obrobiteľné materiály v oblasti letectva kladú vyššie požiadavky na technológiu rezania. Iba hĺbkovým výskumom rezných charakteristík ťažkoobrobiteľných materiálov a zvládnutím viacerých vlastností nových materiálov môžeme zvoliť vhodné nástroje na rezanie. Zavádza sa systém monitorovania stavu rezania nástroja na monitorovanie stavu používania nástroja v reálnom čase. Podľa rozdielnej životnosti rôznych materiálov je možné nástroj posúdiť a vybrať včas, čo môže znížiť náklady a zvýšiť efektivitu a zároveň zlepšiť presnosť obrábania nosných častí kozmickej lode. Effect.
