Bearbejdning af gitterlignende dele af titaniumlegering

2021/08/10



Vi analyserede vanskelighederne vedforarbejdningslaghullerne på titaniumlegeringsgitterlignende dele, kontrollen med deformationen af ​​delene og den effektive behandling af små hjørner og innovativt foreslået forskellige løsninger, og implementeringsprocessen var glat og løste til sidst behandlingsproblemerne ved titaniumlegeringsrist -lignende dele, så den kvalificerede dele nåede 100% på stadiet.


1 Forord

De titaniumlegerede grill-lignende dele af en maskine har super-dybe slidhuller, små hjørner og svag stivhed på grund af den nydesignede strukturform, hvilket medfører store vanskeligheder og udfordringer for forarbejdning og fremstilling. I dette papir analyserer vi bearbejdbarheden af ​​delstrukturen, finder frem til bearbejdningsvanskelighederne, studerer hver enkelt sværhedsgrad element for punkt og finder ud af løsningen for at give reference til behandling af lignende strukturer af titaniumlegeringer.

2 Analyse af strukturen og bearbejdeligheden af ​​gitterdele

For en enkelt gitterplade består dens struktur hovedsageligt af 9 ikke-ensartet fordelte slidhuller, 10 ikke-ensartet fordelte U-formede slidser og 6 EDM-stanseområder.

Gitterdelen bearbejdes fra en plade af titaniumlegeringsmateriale, den endelige banetykkelse er 4 mm og ribberhøjden er 3 mm, delen er mindre stiv og spændingsfordelingen er alvorligt ujævn efter EDM -bearbejdning, hvilket sandsynligvis vil forårsage stor deformation. I mellemtiden er hullets længde 726 mm, og dimensionens nøjagtighed er Ï † 5.1H9, forholdet mellem længde og diameter er ekstremt højt, så behandlingsproblemer og risiko er ekstremt høje. Alle gitterets indre form og drejevinklen på slidsen er R2,5 mm, så behandlingseffektiviteten er lav, i mellemtiden er værktøjsdiameteren lille og let at bryde.

I betragtning af ovenstående problemer starter vi hovedsageligt forskningen fra følgende aspekter for at løse problemerne en efter en.

(1) Undersøgelse af bearbejdningsprocessen af ​​slidhullet Hullet har et længde-til-diameter-forhold på 142, hvilket er et meget stort længde-til-diameter forhold dybt hul. Samtidig er kravet til behandling af nøjagtighed højt, og behandlingsproblemet er meget stort. Fokuser på, hvordan man gør nøjagtigheden af ​​slidhullet til at opfylde designkravene.

(2) Forskning i kontrolmetoden til deldeformation Analyser arkmaterialets interne spændingsfordelingstilstand og design delens placeringsarrangement i materialets spændingsbalancezone; yderligere fjerne den resterende spænding inde i delen gennem det rimelige arrangement af den termiske procesmetode; reducere spændingsdannelsen under bearbejdningsprocessen gennem en rimelig optimering afCNC -bearbejdningværktøjsbane, og endelig opnå formålet med at kontrollere deformationen af ​​delen.

(3) lille hjørne innovativt behandlingsprogram forskning Del alle den indre form af hjørnet er R2,5 mm, minimumsdiameteren af ​​den nuværende generelle producents værktøj til 5 mm, lav effektivitet ved behandling, værktøjsbrud. Forskning ved hjælp af innovativ cycloidfræsning, værktøjer med lille og stor diameter behandles separat for at forbedre effektiviteten af ​​delebehandling, samtidig med at risikoen for værktøjsbrud effektivt reduceres og kvaliteten og stabiliteten af ​​delene forbedres.

3 Vanskeligheder i behandlingen af ​​slidhuller

Figur 1 viser hullet på gitteret, der er ingen erfaring i branchen med at behandle et sådant langdiameterforhold mellem ultraslank titanlegeringshængselhul. Behandlingsvanskelighederne afspejles hovedsageligt i: “Krav til høje hullestørrelsesnøjagtigheder, huldiameter er meget let at overskride de fattige. Titaniumlegeringsmateriale er kendetegnet ved en vis grad af krympning, og behandlingsprocessen er tilbøjelig til at forårsage lukningen og danne et "flammet" hul, hvor den ene ende overstiger den øvre forskel og den ene ende overstiger den lavere forskel. "Procesplanen er vanskelig at arrangere. På grund af længde-diameter-forholdet mellem lughullet op til 142, i øjeblikket tilgængelige oplysninger i ind-og udland, kan ikke finde behandlingen af ​​et sådant dybt hulprogram at lære af, industrien har aldrig været så lang en dyb hulprocedure . â ’¢ Vanskeligheder ved værktøjsdesign og fremstilling. Længden af ​​boremaskine og rommer skal være mere end 890 mm, og værktøjets diameter er 4,8 ~ 5,1 mm, hvilket kræver meget høje krav til værktøjsmateriale og bearbejdningsproces samt høje krav til udløb, ligehed og kantnøjagtighed . Hvis skærets diameter afviger med mere end 0,02 mm, er det umuligt at behandle kvalificerede produkter. â € £ Værktøjet er meget svært at fremstille. For at matche brugen af ​​boremaskine og rummer skal der henholdsvis designes et sæt specielle boremaskiner og et sæt specielle brøndstyper. Den største vanskelighed er, at nøjagtigheden af ​​boremaskinen er meget høj, og koaksialitetskravet er omkring 0,03 mm, hvilket gør fremstilling af værktøj meget risikabelt.
Figur 1 Skematisk diagram over gitterhullerne

4 Optimer bearbejdningsplanen, og brug specialværktøj

De strukturelle egenskaber ved hullet bestemmer, at det konventionelle boreskema ikke kan bruges, og følgende behandlingsskema blev endelig besluttet efter gentagne argumenter.

1ï¼ ‰ Brug en speciel boremat til at bore Ï † 4,8 mm bundhul. Borene i forskellige længder på 300 mm og 500 mm blev brugt til at bore huller fra begge sider af delen, og dermed undgås problemer med borevibrationer og afbøjning forårsaget af direkte brug af lange bor og fuld udnyttelse af den effektive længde af bor, som kun er halvdelen af ​​den samlede længde af slidhullet. At reducere borelængden med det halve betyder at reducere længde-til-diameter-forholdet mellem hullet med halvdelen, hvilket effektivt kan forhindre boret i at gå i stykker og i høj grad forbedre bearbejdeligheden. Ulempen ved denne procesløsning: hullerne på venstre og højre side af delen er muligvis ikke koaksiale, og det fjerde og femte sæt snegldiametre vil medføre en pludselig forkert justering af slidshullets midterakse, hvilket gør efterfølgende brusning vanskeligere .

(2) Brøning til Ï † 4,9 mm med en speciel brøndstans. For at løse problemet med fejljustering af slidhullernes midterakse, er guide † 4,9 mm -rummerens forreste styr specielt designet til at være Ï † 4,5 mm, for at sikre at reamerens forreste guide kan passere den forkert justerede flade jævnt, og samtidig kan koaksialiteten af ​​slidhullerne korrigeres i et vist omfang, efter at Ï † 4,9 mm rommer (faset kant, med brusningseffekt) er blevet behandlet.

(3) Reaming til Ï † 5 mm, fordi reaming -volumenet for denne proces er lille (0,1 mm), og reamedgodtgørelsen er ensartet, bearbejdningsstabiliteten og behandlingskvaliteten er bedre, og afvigelsen af ​​hullets midterakse kan korrigeres yderligere .

4) Reaming til Ï † 5.1H9 for at sikre det endelige huls dimensionelle nøjagtighed. Denne proces afhænger hovedsageligt af fremstillingsnøjagtigheden af ​​den endelige rummer og fremstillingsnøjagtigheden af ​​boremaskinen. Hvis parametrene og strukturen for begge er rimeligt designet og fremstillingsnøjagtigheden opfylder kravene, kan den endelige dimensionelle nøjagtighed for alle slidhullerne garanteres.

5 Bor og reamer parametre og materialer

Succesen med at behandle ørestykkehuller afhænger hovedsageligt af nøjagtigheden af ​​værktøjer og værktøj. Værktøjernes problemer og løsninger er som følger.

(1) Bore nøjagtighedsproblemer Udformningen af ​​borekronen kræver en udløb på 0,01 mm, faktisk er boret placeret på platformen, og ligeheden har nået 3 til 4 mm, hvilket giver en stor deformation. Ved brug producerer borekronen en stor excentrisk svingning, når den roterer med maskinen, og borekronestangen er blevet kastet i en elliptisk bane, som direkte fører til, at bundhullet ikke bores i en lige linje, men med en vis afbøjning "kurve". Derfor blev boret slebet om og efterfølgende forbedret på designniveau for endelig at opfylde behandlingskravene.

(2) Reamer parameter design problem Garantien for den endelige størrelse af ørestykket er baseret på Ï † 5.1H9 reameren, der endelig blev brugt. I henhold til den generelle designstandard har romeren en kantdiameter på 5.105 ~ 5.115 mm og en bagstyringsstørrelse på Ï † 5.1f6. Efter at have testet og verificeret flere teststykker kunne rummeren med denne størrelsesparameter imidlertid ikke producere kvalificerede huller til overløb, og overløbshastigheden var så høj som 88%. Efter gentagne gange at have slibet værktøjet og testet viste det sig, at værktøjets faktiske designparametre var 5,10 ~ 5,11 mm for skærets diameter og Ï † 5,1 mm for den bageste styrediameter, og kun rimmere med dette toleranceområde kunne producere kvalificerede slæbehuller og opnåede til sidst nul overskridelser.

(3) Problem med værktøjsmateriale Det originale værktøjsmateriale var HSS, som blev verificeret ved behandling, at styrken og slidstyrken af ​​HSS -materialet ikke var høj nok, og værktøjsslitagen var drastisk. Efterfølgende, i koordinering med designafdelingen, blev boremaskinen og rummermaterialerne fuldstændigt ændret til hårdmetal.

6 Implementeringseffekt

Gennemførligheden af ​​procesordningen blev verificeret ved hjælp af 2 stykker procestestemner, og 6 stykker jordbænkprøveemner blev brugt til at forfine og forbedre procesmetoden og finde ud af designparametre og værktøjsmaterialer til boremaskinen og rummeren. Boremaskinværktøjet blev gentagne gange ændret, og endelig nåede engangsbehandlingspasshastigheden for de ekstra lange huller i grilldelene 100%. Succesen med denne procesløsning fylder ikke kun hullet i industrien til udviklingen af ​​titaniumlegering med ekstra langt aspektforhold, slank hulbehandling, men forbeholder sig også den tekniske kapacitet til den efterfølgende behandling af de samme strukturdele.

7 Deformationskontrolmetode forskning

Da der er mange faktorer, der forårsager deformationen af ​​delene, begrænser forskellige faktorer hinanden, og forholdet er indviklet og komplekst, så vi bør tage udgangspunkt i mange aspekter, flerstrenget tilgang til at løse deformationsproblemet og endelig kontrollere fladheden af dele inden for 0,3 mm.

1) Analyser spændingsfordelingen af ​​titaniumlegeringspladen, juster delens placering i pladeuld, og undgå ujævn belastning fra kilden. Ifølge materialestandarden er forsyningstilstanden af ​​titaniumlegeringsplade med 30 mm tykkelse varmvalset glødet tilstand, og varmebehandlingssystemet er: 750~850â „ƒ, 15~120min, luftkøling. Indenlandske og udenlandske videnskabelige forskningsartikler og testdata om materialegenskaberne af TA15M titaniumlegeringsplade viser, at spændingsfordelingstilstanden: tykkelsesretningen for centrum af trækbelastningen σb er dybest set i ligevægt, det vil sige, at spændingen er symmetrisk distribueret; mens pladens øvre og nedre overfladeretning stiger, trækkes spændingen gradvist. Følgelig er banens centrum i den specielt designede dels endelige behandlingstilstand på den centrale symmetriske overflade af arkets tykkelsesretning. Delenes position i lageret er vist i figur 2. På denne måde, efter bearbejdning af delen, kan de resterende spændinger på delen af ​​banen forårsaget af bestanden grundlæggende elimineres, hvilket spiller en positiv rolle i kontrollen med fladhed.

Fig. 2 Positionen af ​​delen i uld er illustreret

2) Arrangering af varmebehandlingsproces og kontrol af deformation gennem rimeligt arrangement af processkema. Selvom dannelsen af ​​restspændinger under bearbejdning kan reduceres kraftigt med de ovennævnte midler, vil restspændinger stadig uundgåeligt forekomme under varmvalsning og bearbejdning af uld, hvilket kræver, at varmebehandlingsprocesser arrangeres for yderligere at fjerne restspændinger efter bearbejdningsprocessen er afsluttet. Efter varmebehandlingen udføres EDM -processen. Da EDM -processen ændrer strukturens struktur enormt, og belastningen omfordeles igen, skal delens planhed overvåges efter EDM -processen, og hvis den er> 0,3 mm, skal varmebehandlingen udføres igen.

8 Innovative behandlingsløsninger til små hjørner

Den indvendige form af gitterdelen og hjørnet af tappen, U-slot-endefladen og svingets form er alle R2,5 mm, hvilket kræver, at kun minimum 5 mm værktøj fra fabrikken kan bruges til at behandle denne del . Da styrken på værktøjer med lille diameter er meget dårlig, er det meget let at bryde værktøjet, hvilket resulterer i meget lav bearbejdningshastighed og kvalitetsrisici.

Dassault Aviation's CATAI V5 software har introduceret Trochoid-Mill cycloidal fræsning kommando. Trochoid-møllen er en god løsning på problemet med pludselige ændringer i skærekræfter og er meget velegnet til situationer, hvor værktøjets styrke og stivhed er dårlig. Bearbejdningsbanen er en cirkel over en anden, og tiden i skæretilstanden under bearbejdningsprocessen er mindre, hvilket er meget nyttigt til at løse problemet med dårlig varmeafledning af titaniumlegering. Cycloidfræsning kan opnå relativt stor skæredybde, lille skærebredde og stort foder, hvilket gør fuld brug af værktøjets effektive kantlængde, hvilket kan opnå skæring i fuld kantlængde og effektivt forbedre metalfjernelseshastigheden.

Cykloidbearbejdning består af to bevægelser, nemlig værktøjsrotation og værktøjsvikling. For hver omdrejning af værktøjet skærer værktøjet en enhed radialt ved hjælp af cirkulær tangential fremføring og tilbagetrækning, og skæredybden stiger gradvist fra nul til maksimum og falder derefter gradvist til nul. På samme tid, under hele processen med cykloidbearbejdning, stiger skærekraften gradvist fra nul og falder derefter til en tilstand af skånsom og ensartet ændring hele tiden. Sammenlignet med den lagdelte fræsning kan cycloidfræsning øge værktøjets levetid med mere end 3 gange og bearbejdningseffektiviteten med mere end 3 gange, så bearbejdningsfordelene er meget betydelige. En sammenligning af cycloidfræsning og konventionelle bearbejdningsmetoder er vist i figur 3.


konventionel bearbejdning

b) Cykloid fræsning

Figur 3 Sammenligning mellem cycloidfræsning og traditionelle bearbejdningsmetoder

I modsætning til konventionelle bearbejdningsmetoder er hovedformålet med cycloidfræsning at undgå fuld nedsænkning af fræsning, f.eks. Fræsning, mens den fuldstændigt tilfredsstiller den radielle snedybde. Dette er meget fordelagtigt for at reducere værktøjsslitage og forlænge værktøjets levetid. Og for den reduktion i skæreeffektivitet, der sandsynligvis vil blive tilvejebragt ved brug af en mindre værktøjs-emne-konvolutvinkel, kan en større aksial skæredybde end konventionelle fræsemetoder bruges i cycloidfræsningsteknikken til at forbedre materialefjernelseshastigheden .

Cykloid fræsningsteknologi gør det muligt at anvende større aksiale skæredybder, som kan erstatte behovet for flere lay-ups i konventionel bearbejdning. Cykloid fræsningsteknologi er yderst effektiv til effektiv skæring af vanskelige materialer, og de målte resultater viser, at værktøjsslitage er meget lavere ved cykloid fræsning end ved konventionelle bearbejdningsmetoder for samme mængde materialefjernelse og bearbejdningstid. Ved anvendelse af cycloidfræsningsteknologi kan behandlingen af ​​små hjørnestrukturer opnå det dobbelte af resultatet med halvdelen af ​​indsatsen, hvilket ikke kun sikrer kvaliteten af ​​de installerede dele, men også forbedrer behandlingseffektiviteten, reducerer produktionsomkostningerne og også bedre sikrer forarbejdningskvaliteten af ​​delene.


9 bearbejdning Konklusion

Ved at vedtage ovenstående procesordning, forberedelse afCNC -bearbejdningprogram samt design og fremstilling af borekroner, reamere og specielle boremaskiner, er det vanskelige problem med bearbejdning af huller blevet løst. Engangspasshastigheden for bearbejdning af dybt hul i titaniumlegering når 100%, og fladheden af ​​tyndvæggede grilllignende dele når 0,3 mm. sammenlignet med den traditionelle bearbejdningsmetode øges effektiviteten af ​​bearbejdning af små hjørner med 3 gange. Baseret på ovenstående innovative gennembrud inden for centrale procesteknologier blev bearbejdningen af ​​grilllignende dele med succes gennemført.