Titanové slitiny jsou pevné, ale obtížně se obrábějí, zejména tenké-díly z plechů. Jejich řezání snadno vede k deformaci napětí a rozměrovým nepřesnostem, což mnohým způsobuje bolesti hlavy! Nepropadejte panice, kombinace technik to může vyřešit: upravte dráhy drátového EDM a CNC frézování, optimalizujte obráběcí plány a použijte polohovací přípravky + uzavřenou-smyčku řezání pro zlepšení tuhosti dílu, snížení deformace u zdroje a zajištění konzistentní kvality produktu!
1. Úvod
Titanové slitiny jsou široce používány v letectví kvůli jejich vysoké pevnosti, odolnosti proti korozi, tepelné odolnosti a tvrdosti. Mezi jejich nevýhody patří špatná tepelná vodivost a velká obtížnost obrábění.
Žebrovaná část z titanové slitiny je 43 mm dlouhá, 25 mm široká a 3,5 mm tlustá. Tloušťka a dvě vnitřní dutiny jsou frézovány CNC, přičemž osm žeber je opracováno drátovým EDM, což zajišťuje šířku žebra (0,3±0,05) mm a symetrii 0,05 mm s vnitřními dutinami. Toto je klasifikováno jako jemná-část žebra. Nejprve bylo zpracováno deset dílů podle procesních dokumentů. Pracovníci inspekce zjistili, že čtyři díly měly problémy s šířkou žebra a symetrií, protože nesplňovaly požadavky na design.
2. Analýza hlavních příčin
Původní procesní dokumenty vyžadovaly tloušťku suroviny 5 mm. Kvůli omezeným zásobám však byly k dispozici pouze suroviny o tloušťce 18 mm. Proto bylo požadováno, aby velikost polotovaru byla 250 mm × 80 mm s tloušťkou 18 mm, jak je znázorněno na obrázku 1. K rozdělení tloušťky materiálu na dvě části byl přidán proces EDM drátu (viz obrázek 2), což vedlo k tomu, že každý kus měl tloušťku 9 mm. Ten byl následně opracován na tloušťku 3,5 mm pomocí CNC frézování. Při CNC frézování obsluha používala metodu upínání vakuovým sklíčidlem (viz obrázek 3). Jedna plocha byla nejprve přesně vyfrézována s odstraněním 3mm přídavku. Část byla poté převrácena pro odsávání a druhý povrch byl vyfrézován na tloušťku 3,5 mm. Nakonec byla obrobena vnitřní dutina uprostřed součásti.
Obrázek 1. Blank
Obrázek 2. Blank rozdělený na dvě části
Obrázek 3. Upínání vakuové přísavky
Na každém kusu materiálu je uspořádáno deset malých dílů (viz obrázek 4). Na jednom konci každé řady dílů je vyvrtán 3mm otvor pro drát{3}} a poté jsou díly zpracovány drátovým EDM.
Obrázek 4. Rozložení dílu
Před zpracováním operátor elektroerozivního drátu zkontroluje rovinnost materiálu a zjistí deformaci napětí (viz obrázek 5), s maximální deformací 3,05 mm. Pomocí upínací desky pro řezání, protože je zde pouze jeden otvor pro -závit drátu, je každá malá část po řezání vzájemně spojena. Materiál je řezán, a proto pod napětím dochází během zpracování k deformaci materiálu (viz obrázek 6), což způsobí, že šířka žebra dílu překročí tolerance, čímž se ovlivní symetrie s vnitřní dutinou.
Obrázek 5. Deformace materiálu před řezáním
Obrázek 6. Deformace materiálu po řezání
3. Přijímání účinných opatření
Analýza odhalila, že hlavním problémem byla deformace materiálu pod napětím. Materiály z titanové slitiny vytvářejí během obrábění řezné teplo. Materiál odvádí teplo pomalu a čím více je odstraněno, tím větší je deformace. To lze vyřešit pouze změnou způsobu řezání [1]. Původní schéma obrábění bylo optimalizováno pomocí následujících účinných opatření.
1) Nahrazení vysokého napětí nízkým napětím. Při CNC frézování platí, že čím větší přídavek na řez, tím větší napětí a větší deformace materiálu. Proces drátového řezání suroviny byl změněn z dělení na dvě části na dělení na tři části (viz obrázek 7), takže tloušťka každého kusu materiálu byla asi 6 mm, což značně snížilo přídavek na obrábění CNC frézování a tím se snížila deformace materiálu.
Obrázek 7 Polotovar rozdělený na tři části
2) Změna způsobu upínání CNC frézováním. Při obrábění tloušťky při CNC frézování byla metoda upínání vakuovým sklíčidlem změněna na metodu bočního-horního upínání [2] (viz obrázek 8). Opakovaným překlápěním součásti a frézováním obou stran bylo řezné množství pokaždé menší nebo rovné 0,2 mm, což zajistilo, že tloušťka splňovala požadavky výkresu a snížila deformaci obráběním materiálu. Podle výpočtu, po CNC frézování, pokud je deformace celého kusu materiálu řízena v rozmezí 0,5 mm, mohou být splněny požadavky na rovinnost jedné malé části. Operátor zpracoval díly podle optimalizované metody a při zpracování je zkontroloval, aby zajistil rovinnost menší nebo rovnou 0,2 mm.
Obrázek 8 Boční-horní upnutí
3) Vyrobte speciální nástroje ke zvýšení počtu otvorů pro-provlečení drátu. V procesu řezání drátem, aby se zabránilo deformaci materiálu během zpracování, byl počet otvorů pro -závitování drátu zvýšen na 10, což zajistilo, že každá část žebra má samostatný otvor pro -závit drátu, který je poté v jednom kroku obroben CNC frézováním, aby byla zajištěna konzistentnost. Byl vyroben nástroj pro řezání drátem a obrobek byl umístěn na nástrojové desce pomocí polohovacích kolíků (viz obrázek 9). Každé žebro bylo zpracováno nezávisle, bez prořezávání, čímž se zvýšila tuhost materiálu a snížila se deformace součásti [3].
Obrázek 9 Umístění obrobku na nástrojovou desku pomocí polohovacích kolíků
4 Ověření účinku
Podle vylepšeného schématu bylo zpracováno 20 dílů. Po testování profesionálním testovacím zařízením, šířka a symetrie žebra všechny splnily požadavky na výkres. Nakonec bylo zpracováno celkem 120 dílů, z nichž všechny splňovaly požadavky, s úspěšností 100 %, což naznačuje, že vylepšené schéma bylo účinné. 5 Závěr
Tento článek představuje cestu obrábění a metodu řízení deformace pro tenké plechy z titanové slitiny. Optimalizací schématu obrábění a metody upínání, změnou dráhy drátu EDM a strategie CNC frézování a přijetím polohovacích přípravků a uzavřeného řezání pro snížení deformace řezného napětí jsou účinně zaručeny požadavky na šířku žebra a symetrii dílů, což shromažďuje zkušenosti s obráběním takových dílů.
