Prostřednictvím analýzy těsnícího pláště slitiny 4J29 Kovar a nerezových materiálů 022Cr17Ni12Mo2 je navržen způsob využití technologie vysokorychlostního frézování a vystružování pro zpracování obtížně obrobitelných materiálů, který nejen zlepšuje přesnost obrábění a efektivitu obrábění tvar a vnitřní otvor dílů, ale také šetří energii. náklady na řezné nástroje.
1 preambule
Aby se zlepšil výkon a životnost kosmických lodí v různých prostředích hlubokého vesmíru, letecké díly většinou vybírají materiály s dobrou tepelnou odolností, jako jsou slitiny titanu a slitiny za vysokých teplot. Takové slitinové materiály mají špatný výkon při zpracování a obtížně se zpracovávají. Výběr řezných nástrojů Vysoké požadavky a vysoké náklady na zpracování. Podle vlastností těchto obtížně obrobitelných materiálů pomůže provádění výzkumu technologie zpracování obtížně obrobitelných materiálů a prodloužení životnosti nástroje zlepšit přesnost nosných částí kosmických lodí a zlepšit efektivitu zpracování. Zároveň může rozšířit tržní potenciál společnosti a vytvořit větší ekonomické výhody. .
2 Přehled problému
Obdélníková sériová těsnící skořepina je součástí produktu nově vyvinutého společností v posledních letech, jak je znázorněno na obrázku 1, materiálem je hlavně slitina 4J29 Kovar a nerezová ocel. Vzhledem k tomu, že struktura návrhu produktu vyžaduje použití technologie těsnění skla, jsou kladeny vyšší požadavky na drsnost povrchu a vnitřního otvoru tohoto typu utěsněných částí pláště, což má za následek zvýšenou obtížnost zpracování, sníženou životnost nástroje, zvýšené náklady na nástroje, a snížená efektivita zpracování. Úspěšnost je nízká.
3 Analýza problému
Vezmeme-li jako příklad slitinu 4J29 Kovar a nerezovou ocel 022Cr17Ni12Mo2 pro analýzu určitého typu těsnicího pláště, struktura částí těsnicího pláště je podobná a je nutné zpracovat řadu otvorů ve vnitřní dutině. Řada otvorů se používá pro skleněné těsnicí kolíky a těsnění skla Technologie spojení vyžaduje, aby hodnota drsnosti vnitřního povrchu otvoru řady byla Ra=0,8μm. V procesu těsnění skla se mnohokrát vyrábějí nekvalifikované produkty a výtěžnost je nízká. Podle analýzy designu a řemeslníků má drsnost povrchu vnitřního povrchu otvoru řady těsnících skořepin důležitý vliv na výtěžnost těsnění skla. Otřepy v řadě otvorů a tvar a zpracování drážek vnitřní dutiny nelze snadno odstranit, což také ovlivňuje těsnicí účinek dílů.
3.1 Analýza příčin ovlivňujících kvalitu vnitřní stěny otvoru součásti
Původní technologie zpracování řady otvorů používaná ve výrobní lince je vrtání → vystružování. Vzhledem k tomu, že slitinový materiál 4J29 Kovar má dobrou plasticitu, je snadné se při zpracování přilepit na nůž; díky vysoké teplotní tvrdosti nerezové oceli (022Cr17Ni12Mo2) a špatnému odvodu tepla se liší od ostatních kovových materiálů. Silná afinita [1], takže vrták se rychle opotřebovává, zejména v následujících aspektech.
Hlavní břit vrtáku se příliš rychle opotřebovává a dochází k rovnoměrnému vylamování. Při vrtání obtížně obrobitelných materiálů je teplota vysoká, deformace řezu a ochlazení jsou vážné a nástroj se snadno přilepí, aby se vytvořila nahromaděná hrana, což má za následek nekonzistentní drsnost povrchu různých vnitřních otvorů stejného dílu a stav opotřebení vrtáku nelze během zpracování detekovat a kontrolovat. Pokuste se zlepšit kvalitu povrchu a efektivitu zpracování vnitřního otvoru pomocí wolfram-kobaltových vrtáků ze slinutého karbidu (YG, YT a YW), které jsou vhodnější pro opracování obtížně obrobitelných materiálů. Podle principu opotřebení nástroje [2] je zjištěno, že u nástroje YG stále dominuje adhezivní opotřebení při nízkorychlostním řezání, ale nástroj YT je doprovázen určitým oxidativním opotřebením a zároveň difúzním opotřebením. jako opotřebení vazby; nástroj YW má tři druhy opotřebení. Mechanismus opotřebení zaujímá stejnou polohu, takže pro nízkorychlostní řezání lze upřednostňovat vrtáky z tvrdokovu YG a pro vysokorychlostní řezání tvrdokovové vrtáky YW nebo YG. Podle tohoto principu opotřebení se kvalita povrchu vnitřního otvoru zlepší po výběru vhodného vrtáku pro zpracování řady otvorů. Vzhledem k vysoké ceně vrtáku z karbidu wolframu a kobaltu s malým průměrem se však náklady na nástroj zvyšují a účinnost hromadné výroby a zpracování není vysoká.
3.2 Analýza příčin ovlivňujících tvar součásti a kvalitu povrchu vnitřní dutiny
Při zpracování materiálu slitiny 4J29 Kovar a materiálu nerezové oceli (022Cr17Ni12Mo2) se ke zpracování používá nástroj ze slinutého karbidu s běžnou zrnitostí. Spodní hrana a boční hrana frézy se rychle opotřebovávají a životnost nástroje je krátká, takže řezná rychlost může být pouze nižší než 50 m/ Pokud je zvolen rozsah min, je efektivita zpracování nízká. Ve srovnání se zpracováním slitin na bázi hliníku je životnost fréz pouze 1/5 oproti zpracování slitin na bázi hliníku; ve srovnání se zpracováním nerezové oceli 314 je životnost fréz pouze 1/3 oproti zpracování nerezové oceli 314.
V procesu řezání takto obtížně obrobitelných materiálů je snadné vytvářet v oblasti řezání velké množství řezného tepla, které vážně poškozuje rozměrovou přesnost a výkon zpracovávaných dílů. Odvod řezného tepla může být veden pouze řeznou kapalinou a vnitřními chladicími nástroji. Pro utěsněný plášť tohoto typu konstrukce se vzhledem k malé velikosti vnitřního otvoru a vnitřní dutiny většinou používají nástroje malého průměru nebo tvarové nástroje. Velké množství řezného tepla je obtížné rychle odvést a nástroj se příliš rychle opotřebovává, což má za následek zvýšení drsnosti povrchu součásti. Pokud je příliš vysoká a nesplňuje technické požadavky, bude hodnocena jako nekvalifikovaná. Pokud je rozteč otvorů malá, zkosení otvoru zničí velikost sousedního otvoru; pokud je zkosení příliš malé, otřepy budou mít stále lemování, což ovlivní kvalitu těsnění.
4 řešení problémů
4.1 Zlepšení kvality vnitřní stěny otvoru
Vzhledem k nestejnoměrné drsnosti povrchu vnitřního otvoru utěsněného pláště je nutné zlepšit způsob zpracování a vybrat vhodný nástroj. Procesem zkušebního řezání se technologie zpracování řady otvorů nejprve změní na vrtání → vystružování → jemné frézování vnitřního otvoru, kvalita povrchu vnitřního otvoru se samozřejmě zlepšuje, ale počet otvorů je velký a nástroj je stále opotřebované, když se fréza s malým průměrem používá k jemnému frézování vnitřního otvoru Rychlá a dochází k fenoménu zapletení třísek a vůle nástroje, efektivita zpracování stále není vysoká a náklady na nástroj se zvyšují. Za druhé se mění na vrtání → vystružování → jemné vyvrtávání. Drsnost povrchu vnitřního otvoru splňuje požadavky a účinnost zpracování jednoho otvoru je zlepšena, ale celkový vyvrtávací nástroj s malým průměrem je třeba přizpůsobit, cena nástroje je vysoká, životnost vyvrtávacího nástroje je krátká a nemůže splnit více řad otvorů. nudný.
S odkazem na technologii vystružování otvorů s pevným průměrem je otvor procesu vystružování obecně 3 až 100 mm. Díky dlouhému břitu výstružníku se každý břit při vystružování podílí na řezání současně, takže efektivita výroby je vysoká a je široce používán při dokončování otvorů. Technologie finálního zpracování je určena jako vrtání → vystružování → vystružování. Protože technologie vystružování otvorů o malém průměru (<φ2mm) has="" not="" been="" adopted="" in="" our="" company,="" a="" suitable="" domestic="" small-diameter="" custom="" carbide="" reamer="" is="" selected="" (see="" figure="">
Pomocí výpočtu a zkušebního řezání zvolte rozumné řezné parametry. Princip je následující.
Zkontrolujte informace o nástroji výstružníku a shromážděné parametry vystružování a zpracujte obtížně obrobitelné materiály, jako je nerezová ocel. Rychlost výstružníku by neměla být příliš vysoká [3] a vyberte referenční hodnotu: řezná rychlost vc=(6 ~ 12) m/min, rychlost posuvu f=(0. 05 ~ 0,1) mm/r. Průměr vnitřní dutiny pravoúhlého utěsněného pláště je (1,7~1,8) mm, takže pro výpočet rychlosti vřetena n a rychlosti posuvu vf během zpracování je vybrán výstružník φ1,8 mm, kde vc=7m/min , f=0.06 mm /r.
Protože řezná rychlost vc=πDn/1000 (D je průměr nástroje, n je rychlost vřetena), takže rychlost vřetena n=1000vc/(πD)=1000×7/(3,14×1,8 )≈1238 (ot./min).
Z toho lze vypočítat rychlost posuvu vf=fn=0.06×1238≈74 (mm/min).
Podle výsledků výpočtu jsou skutečné parametry obrábění a řezání vybrány jako n{{0}}(1200-1300) r/min, vf=(70-80) mm /min a je převzat proces vrtání → vystružování → vystružování. Díky utěsnění pláště je rozteč otvorů kompaktní a průměr otvoru je malý, takže rezerva před vystružováním je řízena na 0,05 mm. Konečný skutečný efekt zpracování je znázorněn na obrázku 3. Když má výstružník φ1,83 mm více než 1000 vystružených otvorů, drsnost povrchu Ra vnitřního otvoru může stále dosahovat 0,8 μm, což splňuje požadavky procesu a zlepšuje efektivitu zpracování.
4.2 Zlepšení kvality povrchového zpracování a životnosti nástroje
Aby se zlepšila efektivita zpracování a životnost nástrojů materiálů s vysokou teplotní tvrdostí a špatným odvodem tepla, jako jsou vysokoteplotní slitiny, slitiny titanu a nerezové oceli, často se pro hrubé a dokončovací obrábění používají dovážené nástroje ze slinutého karbidu. náklady na použití nástroje jsou velmi vysoké. Srovnávací analýzou rozdílu opotřebení různých nástrojových materiálů při řezání slitin titanu vysokou rychlostí, včetně nepovlakovaného slinutého karbidu, slinutého karbidu potaženého TiAlN PVD a PCBN atd., bylo zjištěno, že nástrojové materiály PCBN mají vysokou řeznou rychlost, nízkou rychlost posuvu a nízké Při řezání slitin titanu zadním řezem lze získat relativně stabilní řeznou sílu a nižší hodnotu drsnosti povrchu [4]. Aplikací principu vysokorychlostního frézování a použitím domácích PCBN nástrojů vyšší řez Způsob zpracování vysokou rychlostí a malým posuvem zvyšuje životnost nástroje.
Prostřednictvím vícenásobného zkušebního řezání a ověřování analýza ukazuje, že při řezání obtížně obrobitelných materiálů vysokou rychlostí má interakce mezi posuvem na zub fz a zadním záběrem ap významný vliv na drsnost povrchu s relativně vysokou spolehlivostí. Vliv. Tento jev ukazuje, že vliv posuvu na zub nebo hloubky frézování na drsnost povrchu úzce souvisí s volbou hloubky frézování a posuvu na zub. Naproti tomu za podmínek řezání střední a nízké rychlosti není interakce mezi různými řeznými parametry zřejmá nebo neexistuje žádná interakce. To znamená, že za konkrétních řezných podmínek nemůže pouhé zkoumání jednofaktorového účinku posuvu na zub nebo množství zpětného řezu na drsnost povrchu přesně předpovědět hodnotu drsnosti zpracovávaného povrchu. Proto, aby bylo dosaženo ideální drsnosti povrchu, je při určování rychlosti posuvu na zub potřeba ji zvolit ve spojení s mírou záběru hřbetu a naopak.
4-kotoučová domácí monolitní tvrdokovová fréza je vybrána pro vysokorychlostní hrubovací obrábění tvaru a vnitřní dutiny. Díky malému zadnímu záběru ap a malé řezné tloušťce ae může účinně chránit spodní hranu a boční hranu nástroje. Vznikající řezné teplo vede rychle, snižuje pravděpodobnost vzniku nánosů ostří na hrotu nástroje a odpovídajícím způsobem zvyšuje rychlost frézování vc a rychlost posuvu na zub fz, což zajišťuje nejen kvalitu zpracování, ale také zlepšuje efektivitu zpracování. Pro výpočet doby opotřebení hrubovací frézy při obrábění je nutné pouze odříznout efektivně použitou opotřebovanou část a zbývající část frézy může po naostření stále splňovat potřeby hrubování, což výrazně zlepšuje míru využití řezačku a snižuje náklady na řezačku.
U otřepů generovaných obtížně obrobitelnými materiály je ruční odstraňování obtížné splnit stávající technické požadavky, proto se používá CNC obrábění a pro zpracování srážecími frézami jsou vybírány materiály z rychlořezné oceli s povlakem TiC. Po hrubém frézování se zlepšuje kvalita, skořepinové díly jsou jemné Otřepy vznikající při frézování jsou relativně malé a srážecí fréza potřebuje zpracovávat pouze podle obrysové stopy dílu, aby zajistila hladký přechod ostrých hran. Pro lemování a otřepy otvorů těsnící skořepiny se používá způsob zpracování frézování sražení otvorů srážecí frézou → jemné vystružování výstružníkem, aby otvory byly bez otřepů a slepené. Řezné parametry nástroje před a po vylepšení jsou uvedeny v tabulce 1 a efekt zpracování pláště je znázorněn na obrázku 4 a obrázku 5.
Tabulka 1 Řezné parametry nástroje před a po zlepšení
obrázek
obrázek
Obrázek 4 Efekt zpracování pláště slitiny 4J29 Kovar
obrázek
Obrázek 5 Efekt zpracování pláště materiálu z nerezové oceli (022Cr17Ni12Mo2).
5 Popularizace a aplikace technologie vystružování pro těžkoobrobitelné materiály
Určitý typ dílů tlačné tyče (viz obrázek 6) je vyroben z nerezové oceli 00Cr17Ni14Mo2, což je obtížně obrobitelný materiál. Průchozí otvor φ5 mm na vnějším kruhu je zpracován, hloubka je 15 mm a je vyžadována hodnota drsnosti povrchu Ra=1.6μm. Původní postup je: vrtání montérem→leštění stěny otvoru. Vzhledem k tomu, že materiálem je nerezová ocel, proces montéra používá k vrtání otvorů vrták, vrták se rychle opotřebovává, poloha otvoru je mimo toleranci a účinnost leštění vnitřního otvoru je nízká. Proto je vylepšený proces: vrtání na soustruhu → vyvrtávání. Vzhledem k tomu, že proces soustružení vyžaduje použití speciálních nástrojů k upnutí částí tlačné tyče a velikost speciálních nástrojů je příliš velká, není snadné je nainstalovat. Přestože skutečné zpracování zaručilo hodnotu drsnosti povrchu Ra=1.6μm, účinnost zpracování se nezlepšila. 00Nerezová ocel Cr17Ni14Mo2 způsobila Vyvrtávací nástroj se rychle opotřebovává a cena nástroje je vysoká.
Obrázek Obrázek 6 Dvourozměrné schéma tlačné tyče
Technologie zpracování vrtání → vystružování → vystružování v obráběcím centru s využitím zkušeností získaných z vystružování otvorů o malém průměru řeší problémy s nízkou efektivitou obrábění φ 5mm skrz otvory a obtížností zaručení hodnoty drsnosti povrchu Ra{{ 2}}.6μm. Proces implementace je následující.
Vyberte referenční hodnotu: řezná rychlost vc{{0}}(6~12) m/min, posuv f=(0.15~0.2) mm/r. Vyberte výstružník φ5 mm pro výpočet rychlosti nástroje a rychlosti posuvu během zpracování, vezměte vc=7m/min, f=0.18mm/r.
Protože řezná rychlost vc=πDn/1000 (D je průměr nástroje, n je rychlost vřetena), takže rychlost vřetena n=1000vc/(πD)=1000×7/(3,14×5 )≈445 (ot./min), množství posuvu vf=fn=0,18×445≈80 (mm/min).
Podle výsledků výpočtu jsou skutečné parametry obrábění a řezání vybrány jako: otáčky vřetena n {{0}} (450-500) r/min, vf=({{3} }) mm/min, přídavek před vystružováním je řízen na 0,1 mm a konečné skutečné obrábění Konečný objekt je znázorněn na obrázku 7. Když má výstružník φ5,02 mm (viz obrázek 8) více než 500 vystružených otvorů, povrch drsnost Ra vnitřního otvoru může stále dosahovat 1,6 μm, což splňuje požadavky procesu a zlepšuje efektivitu zpracování. Vyrobený polohovací nástroj (viz obrázek 9) má jednoduchou konstrukci a lze jej snadno upnout.
obrázek
Obrázek 7 Skutečný předmět tlačné tyče po zpracování
obrázek
Obrázek 8 Výstružník φ5,02 mm
obrázek
Obrázek 9 Vliv polohovacích nástrojů pro zpracování tlačné tyče
6 Dosažený efekt
Prostřednictvím tohoto výzkumu jsme nashromáždili technické zkušenosti se zpracováním těžkoobrobitelných materiálů. Následný výzkum a vývoj dílů z těžkoobrobitelných materiálů jako jsou vysokoteplotní slitiny a slitiny titanu lze zpracovávat i s odkazem na technologii vystružování a bylo dosaženo dobrých výsledků. Například pomocí výstružníku φ2,12 mm Kompletní vystružování superslitinových materiálů, průměrů a hlubokých otvorů s hloubkou větší než 40 mm. Technologie zpracování vystružování nejen šetří náklady na nástroje, ale také zlepšuje efektivitu zpracování. Viz tabulka 2-Tabulka 4 pro srovnání efektu zpracování dílů před a po vylepšení.
Tabulka 2 Zpracování obrázků pravoúhlých otvorů v plášti těsnění před a po vylepšení
Tabulka 3 Zpracování otvorů pro tlačné tyče před a po vylepšení
obrázek
Tabulka 4 Náklady na nástroje před a po vylepšení
obrázek
Z tabulky 2 do tabulky 4 lze vyvodit závěr, že použití vylepšené metody zpracování zlepšilo kvalitu zpracování, rychlost průchodu dílů se zvýšila na 99 procent, efektivita výroby se zvýšila o 33 procent a náklady na nástroje se zvýšily. byla značně snížena.
7 Závěr
Vznikající nové materiály a těžkoobrobitelné materiály v leteckém průmyslu kladou vyšší požadavky na technologii zpracování řezání. Pouze hloubkovým výzkumem řezných charakteristik těžkoobrobitelných materiálů a zvládnutím více vlastností nových materiálů můžeme vybrat vhodné nástroje pro řezání. Je zaveden systém sledování stavu řezání nástroje pro sledování stavu používání nástroje v reálném čase. Podle různé životnosti různých materiálů lze nástroj posoudit a vybrat včas, což může snížit náklady a zvýšit efektivitu a zároveň zlepšit přesnost obrábění nosných částí kosmické lodi. Účinek.
