Le leghe di titanio sono resistenti, ma difficili da lavorare, soprattutto per le parti in lamiera sottile-. Tagliarli facilmente porta a deformazioni da stress e imprecisioni dimensionali, causando mal di testa a molti! Niente panico, una combinazione di tecniche può risolvere questo problema: regolare i percorsi di fresatura per elettroerosione a filo e CNC, ottimizzare i piani di lavorazione e utilizzare dispositivi di posizionamento + taglio a ciclo chiuso- per migliorare la rigidità della parte, riducendo la deformazione alla fonte e garantendo una qualità del prodotto costante!
1. Introduzione
Le leghe di titanio sono ampiamente utilizzate nel settore aerospaziale grazie alla loro elevata resistenza, resistenza alla corrosione, resistenza al calore e durezza. I loro svantaggi includono scarsa conduttività termica ed elevata difficoltà di lavorazione.
La parte della nervatura in lega di titanio è lunga 43 mm, larga 25 mm e spessa 3,5 mm. Lo spessore e le due cavità interne sono fresate a CNC, mentre le otto nervature sono lavorate mediante elettroerosione a filo, garantendo una larghezza della nervatura di (0,3±0,05) mm e una simmetria di 0,05 mm con le cavità interne. Questa è classificata come parte-di una costola fine. Inizialmente sono state elaborate dieci parti secondo i documenti di processo. Il personale di ispezione ha riscontrato che quattro parti presentavano problemi con la larghezza e la simmetria delle nervature, non riuscendo a soddisfare i requisiti di progettazione.
2. Analisi delle cause profonde
I documenti di processo originali richiedevano uno spessore della materia prima di 5 mm. Tuttavia, a causa delle limitazioni delle scorte, erano disponibili solo materie prime spesse 18 mm. Pertanto, la dimensione del pezzo grezzo doveva essere 250 mm × 80 mm con uno spessore di 18 mm, come mostrato nella Figura 1. È stato aggiunto un processo di elettroerosione a filo per dividere lo spessore del materiale in due (vedere Figura 2), risultando in ciascun pezzo con uno spessore di 9 mm. Questo è stato poi lavorato fino ad uno spessore di 3,5 mm utilizzando la fresatura CNC. Durante la fresatura CNC, l'operatore ha utilizzato un metodo di bloccaggio con mandrino a vuoto (vedere Figura 3). Una superficie è stata prima fresata con precisione, rimuovendo un margine di 3 mm. La parte è stata quindi capovolta per l'aspirazione e la seconda superficie è stata fresata fino a raggiungere uno spessore di 3,5 mm. Infine, è stata lavorata la cavità interna al centro del pezzo.
Figura 1. Vuoto
Figura 2. Grezzo diviso in due
Figura 3. Bloccaggio della ventosa a vuoto
Su ogni pezzo di materiale sono disposte dieci piccole parti (vedi Figura 4). Un foro per la filettatura del filo- da 3 mm viene praticato a un'estremità di ciascuna fila di parti, quindi le parti vengono lavorate mediante elettroerosione a filo.
Figura 4. Disposizione delle parti
Prima della lavorazione, l'operatore dell'elettroerosione a filo controlla la planarità del materiale e riscontra una deformazione sotto sforzo (vedi Figura 5), con una deformazione massima di 3,05 mm. Utilizzando una piastra di bloccaggio per il taglio, poiché è presente un solo foro per il filo-, ogni piccola parte viene interconnessa dopo il taglio. Il materiale viene tagliato e quindi, sotto stress, si verifica una deformazione del materiale durante la lavorazione (vedere Figura 6), facendo sì che la larghezza della nervatura del pezzo superi le tolleranze, influenzando così la simmetria con la cavità interna.
Figura 5. Deformazione del materiale prima del taglio
Figura 6. Deformazione del materiale dopo il taglio
3. Adottare misure efficaci
L'analisi ha rivelato che il problema principale era la deformazione da stress del materiale. I materiali in lega di titanio generano calore da taglio durante la lavorazione. Il materiale dissipa il calore lentamente e maggiore è la quantità rimossa, maggiore è la deformazione. Questo può essere risolto solo modificando il metodo di taglio [1]. Lo schema di lavorazione originale è stato ottimizzato adottando le seguenti misure efficaci.
1) Sostituzione dello stress elevato con stress basso. Nella fresatura CNC, maggiore è il margine di taglio, maggiore è lo stress e la deformazione del materiale. Il processo di taglio a filo della materia prima è stato modificato dalla suddivisione in due parti alla suddivisione in tre parti (vedere Figura 7), in modo che lo spessore di ciascun pezzo di materiale fosse di circa 6 mm, il che ha ridotto notevolmente il margine di lavorazione della fresatura CNC e quindi la deformazione del materiale.
Figura 7 Grezzo diviso in tre parti
2) Modifica del metodo di bloccaggio della fresatura CNC. Durante la lavorazione dello spessore nella fresatura CNC, il metodo di bloccaggio del mandrino a vuoto è stato modificato in un metodo di bloccaggio laterale-superiore [2] (vedere Figura 8). Capovolgendo ripetutamente la parte e fresando entrambi i lati, la quantità di taglio era ogni volta inferiore o uguale a 0,2 mm, garantendo che lo spessore soddisfacesse i requisiti del disegno e riducendo la deformazione della lavorazione del materiale. Secondo il calcolo, dopo la fresatura CNC, purché la deformazione dell'intero pezzo di materiale sia controllata entro 0,5 mm, è possibile soddisfare i requisiti di planarità di un singolo pezzo piccolo. L'operatore ha lavorato le parti secondo il metodo ottimizzato, ispezionandole durante la lavorazione per garantire una planarità inferiore o uguale a 0,2 mm.
Figura 8 Morsetto laterale-superiore
3) Realizza strumenti speciali per aumentare il numero di fori di filettatura-del filo. Nel processo di taglio del filo, per evitare la deformazione del materiale durante la lavorazione, il numero di fori di filettatura del filo-è stato aumentato a 10, garantendo che ciascuna parte della nervatura abbia un foro di filettatura del filo-indipendente, che viene poi lavorato in un unico passaggio mediante fresatura CNC per garantire la coerenza. È stato realizzato un utensile per il taglio del filo e il pezzo è stato posizionato sulla piastra dell'utensile mediante perni di posizionamento (vedere Figura 9). Ciascuna nervatura è stata lavorata in modo indipendente, senza tagliarsi a vicenda, aumentando la rigidità del materiale e riducendo la deformazione della parte [3].
Figura 9 Posizionamento del pezzo sulla piastra dell'utensile mediante perni di posizionamento
4 Verifica degli effetti
20 parti sono state elaborate secondo lo schema migliorato. Dopo i test effettuati con apparecchiature di prova professionali, la larghezza e la simmetria delle nervature hanno soddisfatto i requisiti del disegno. Alla fine, sono state elaborate 120 parti in totale, tutte soddisfacenti i requisiti, con una percentuale di superamento del 100%, indicando che lo schema migliorato era efficace. 5 Conclusione
Questo documento introduce un percorso di lavorazione e un metodo di controllo della deformazione per parti in lamiera sottile in lega di titanio. Ottimizzando lo schema di lavorazione e il metodo di bloccaggio, modificando il percorso dell'elettroerosione a filo e la strategia di fresatura CNC e adottando dispositivi di posizionamento e taglio chiuso per ridurre la deformazione da sforzo di taglio, i requisiti di larghezza delle nervature e di simmetria delle parti sono efficacemente garantiti, accumulando esperienza per la lavorazione di tali parti.
