Attraverso l'analisi del guscio di tenuta della lega 4J29 Kovar e dei materiali in acciaio inossidabile 022Cr17Ni12Mo2, viene proposto un metodo per utilizzare la tecnologia di fresatura e alesatura ad alta velocità per lavorare materiali difficili da lavorare, che non solo migliora la precisione di lavorazione e l'efficienza di lavorazione di la forma e il foro interno delle parti, ma consente anche di risparmiare energia. costo degli utensili da taglio.
1 preambolo
Al fine di migliorare le prestazioni e la durata dei veicoli spaziali in vari ambienti dello spazio profondo, le parti aerospaziali scelgono principalmente materiali con una buona resistenza al calore come leghe di titanio e leghe per alte temperature. Tali materiali in lega hanno scarse prestazioni di lavorazione e sono difficili da lavorare. La scelta degli utensili da taglio Requisiti elevati e costi di lavorazione elevati. In base alle caratteristiche di tali materiali difficili da lavorare, lo svolgimento di ricerche sulla tecnologia di lavorazione di materiali difficili da lavorare e il prolungamento della durata dell'utensile contribuiranno a migliorare la precisione delle parti di supporto del veicolo spaziale e migliorare l'efficienza di lavorazione. Allo stesso tempo, può espandere il potenziale di mercato dell'azienda e creare maggiori benefici economici. .
2 Panoramica del problema
Il guscio di tenuta della serie rettangolare è una parte del prodotto recentemente sviluppata dall'azienda negli ultimi anni, come mostrato nella Figura 1, il materiale è principalmente in lega Kovar 4J29 e acciaio inossidabile. Poiché la struttura di progettazione del prodotto richiede l'uso della tecnologia di sigillatura del vetro, vengono proposti requisiti più elevati per la rugosità superficiale della superficie e del foro interno di questo tipo di parti a guscio sigillato, con conseguente maggiore difficoltà di lavorazione, ridotta durata dell'utensile, aumento del costo dell'utensile, e ridotta efficienza di elaborazione. Il tasso di passaggio è basso.
3 Analisi del problema
Prendendo come esempio la lega Kovar 4J29 e l'acciaio inossidabile 022Cr17Ni12Mo2 per analizzare un certo tipo di guscio di tenuta, la struttura delle parti del guscio di tenuta è simile ed è necessario elaborare la fila di fori nella cavità interna. La fila di fori viene utilizzata per i perni di tenuta del vetro e la sigillatura del vetro La tecnologia di connessione richiede che il valore di rugosità della superficie interna del foro della fila sia Ra=0.8μm. Nel processo di sigillatura del vetro, vengono prodotti molte volte prodotti non qualificati e la resa è bassa. Secondo l'analisi del design e degli artigiani, la rugosità superficiale della superficie interna del foro della fila del guscio di tenuta ha un impatto importante sulla resa della sigillatura del vetro. Le sbavature sulla fila di fori e la lavorazione della forma e della scanalatura della cavità interna non sono facili da rimuovere, il che influisce anche sull'effetto di tenuta delle parti.
3.1 Analisi delle cause che influenzano la qualità della parete interna del foro del pezzo
La tecnologia originale di lavorazione delle file di fori utilizzata nella linea di produzione è la foratura → alesatura. Poiché il materiale in lega Kovar 4J29 ha una buona plasticità, è facile attaccarsi al coltello durante la lavorazione; a causa della durezza ad alta temperatura dell'acciaio inossidabile (022Cr17Ni12Mo2) e della scarsa dissipazione del calore, è diverso dagli altri materiali metallici. Forte affinità [1], quindi la punta del trapano si consuma rapidamente, principalmente nei seguenti aspetti.
Il tagliente principale della punta del trapano si consuma troppo velocemente e si verificano persino scheggiature. Quando si forano materiali difficili da lavorare, la temperatura è elevata, la deformazione del taglio e il raffreddamento sono seri e l'utensile è facile da incollare per produrre tagliente di riporto, con conseguente rugosità superficiale incoerente di diversi fori interni della stessa parte e la condizione di usura della punta del trapano non può essere rilevata e controllata durante la lavorazione. Provare a migliorare la qualità della superficie e l'efficienza di lavorazione del foro interno utilizzando punte in carburo cementato di tungsteno-cobalto (YG, YT e YW), che sono più adatte alla lavorazione di materiali difficili da lavorare. Secondo il principio dell'usura dell'utensile [2], si riscontra che l'utensile YG è ancora dominato dall'usura adesiva durante il taglio a bassa velocità, ma l'utensile YT è accompagnato contemporaneamente da una certa quantità di usura ossidativa e usura per diffusione come l'usura del legame; l'utensile YW ha tre tipi di usura. Il meccanismo di usura occupa la stessa posizione, quindi le punte in metallo duro YG possono essere preferite per il taglio a bassa velocità e le punte in metallo duro YW o YG possono essere utilizzate per il taglio ad alta velocità. Secondo questo principio di usura, la qualità della superficie del foro interno viene migliorata dopo aver selezionato la punta del trapano appropriata per elaborare la fila di fori. Tuttavia, a causa del prezzo elevato della punta in carburo di tungsteno-cobalto di piccolo diametro, il costo dell'utensile aumenta e l'efficienza della produzione e lavorazione di massa non è elevata.
3.2 Analisi dei motivi che influenzano la forma del pezzo e la qualità superficiale della cavità interna
Durante la lavorazione del materiale in lega Kovar 4J29 e del materiale in acciaio inossidabile (022Cr17Ni12Mo2), per la lavorazione viene utilizzato l'utensile in metallo duro cementato con granulometria ordinaria. Il bordo inferiore e il bordo laterale della fresa si consumano rapidamente e la durata dell'utensile è breve, quindi la velocità di taglio può essere solo inferiore a 50 m/ Se viene selezionato l'intervallo di min, l'efficienza di elaborazione è bassa. Rispetto alla lavorazione delle leghe a base di alluminio, la durata utile delle frese è solo 1/5 di quella della lavorazione delle leghe a base di alluminio; rispetto alla lavorazione dell'acciaio inossidabile 314, la durata delle frese è solo 1/3 di quella della lavorazione dell'acciaio inossidabile 314.
Nel processo di taglio di tali materiali difficili da lavorare, è facile generare una grande quantità di calore di taglio nell'area di taglio, che danneggia gravemente la precisione dimensionale e le prestazioni delle parti lavorate. La dissipazione del calore da taglio può essere condotta solo mediante fluido da taglio e strumenti di raffreddamento interni. Per l'involucro sigillato di questo tipo di struttura, a causa delle ridotte dimensioni del foro interno e della cavità interna, si utilizzano per lo più utensili di piccolo diametro o sagomati. Una grande quantità di calore di taglio è difficile da dissipare rapidamente e l'utensile si usura troppo velocemente, con conseguente aumento della rugosità superficiale del pezzo. Se è troppo alto e non soddisfa i requisiti tecnici, sarà giudicato non qualificato. Se la distanza tra i fori è piccola, la smussatura dell'orifizio distruggerà la dimensione dell'apertura adiacente; se la smussatura è troppo piccola, la bava avrà ancora la flangiatura, che influirà sulla qualità della tenuta.
4 risoluzione dei problemi
4.1 Miglioramento della qualità della parete interna del foro
A causa della rugosità superficiale incoerente del foro interno del guscio sigillato, è necessario migliorare il metodo di lavorazione e selezionare uno strumento adatto. Attraverso il processo di taglio di prova, la tecnologia di elaborazione della fila di fori viene prima modificata in foratura → alesatura → fresatura fine del foro interno, la qualità della superficie del foro interno è ovviamente migliorata, ma il numero di fori è elevato e l'utensile è ancora usurato quando la fresa di piccolo diametro viene utilizzata per la fresatura fine del foro interno Veloce, e viene generato il fenomeno dell'aggrovigliamento dei trucioli e del gioco dell'utensile, l'efficienza di elaborazione non è ancora elevata e il costo dell'utensile aumenta. In secondo luogo, è cambiato in foratura → alesatura → barenatura di precisione. La rugosità superficiale del foro interno soddisfa i requisiti e l'efficienza di lavorazione del singolo foro è migliorata, ma l'utensile di alesatura complessivo di piccolo diametro deve essere personalizzato, il costo dell'utensile è elevato, la durata dell'utensile di alesatura è breve e non può soddisfare più file di fori. noioso.
Facendo riferimento alla tecnologia di alesatura di fori a diametro fisso, l'apertura del processo di alesatura è generalmente compresa tra 3 e 100 mm. A causa del lungo tagliente dell'alesatore, ogni tagliente partecipa contemporaneamente al taglio durante l'alesatura, quindi l'efficienza produttiva è elevata ed è ampiamente utilizzato nella finitura dei fori. La tecnologia di elaborazione finale è determinata come foratura → alesatura → alesatura. Poiché la tecnologia di elaborazione dell'alesatura dei fori di piccolo diametro (<φ2mm) has="" not="" been="" adopted="" in="" our="" company,="" a="" suitable="" domestic="" small-diameter="" custom="" carbide="" reamer="" is="" selected="" (see="" figure="">
Attraverso il calcolo e il taglio di prova, selezionare parametri di taglio ragionevoli. Il principio è il seguente.
Controlla le informazioni sull'alesatore e i parametri di alesatura raccolti e lavora materiali difficili da lavorare come l'acciaio inossidabile. La velocità dell'alesatore non deve essere troppo elevata [3], quindi selezionare il valore di riferimento: velocità di taglio vc=(6 ~ 12) m/min, velocità di avanzamento f=(0. 05 ~ 0.1) mm/giro. Il diametro della cavità interna del guscio sigillato rettangolare è (1,7~1,8) mm, quindi l'alesatore φ1,8 mm viene selezionato per calcolare la velocità del mandrino n e la velocità di avanzamento vf durante la lavorazione, dove vc=7m/min , f=0.06 mm /r.
Poiché la velocità di taglio vc=πDn/1000 (D è il diametro dell'utensile, n è la velocità del mandrino), quindi la velocità del mandrino n=1000vc/(πD)=1000×7/(3.14×1.8 )≈1238 (giri/min).
Da questo, è possibile calcolare la velocità di avanzamento vf=fn=0.06×1238≈74 (mm/min).
In base ai risultati del calcolo, i parametri effettivi di lavorazione e taglio sono selezionati come n{{0}}(1200-1300) giri/min, vf=(70-80) mm /min, e viene adottato il processo foratura → alesatura → alesatura. A causa della tenuta del guscio, la distanza tra i fori è compatta e il diametro del foro è piccolo, quindi il margine prima dell'alesatura è controllato a 0.05 mm. L'effetto di lavorazione effettivo finale è mostrato nella Figura 3. Quando l'alesatore φ1,83 mm ha più di 1000 fori alesati, la rugosità superficiale Ra del foro interno può ancora raggiungere 0,8 μm, il che soddisfa i requisiti di processo e migliora l'efficienza di lavorazione.
4.2 Miglioramento della qualità della lavorazione superficiale e della durata dell'utensile
Al fine di migliorare l'efficienza di lavorazione e la durata dell'utensile di materiali con durezza ad alta temperatura e scarsa dissipazione del calore, come leghe resistenti al calore, leghe di titanio e acciai inossidabili, gli utensili in carburo cementato importati vengono spesso utilizzati per la lavorazione di sgrossatura e finitura e il il costo di utilizzo dell'utensile è molto elevato. L'analisi comparativa della differenza di usura di diversi materiali per utensili durante il taglio di leghe di titanio ad alta velocità, tra cui carburo cementato non rivestito, carburo cementato rivestito TiAlN PVD e PCBN, ecc., ha rilevato che i materiali per utensili PCBN sono ad alta velocità di taglio, bassa velocità di avanzamento e basso Quando si tagliano le leghe di titanio con il taglio in controcorrente, è possibile ottenere una forza di taglio relativamente stabile e un valore di rugosità superficiale inferiore [4]. Applicando il principio della fresatura ad alta velocità e utilizzando utensili PCBN domestici, taglio più elevato Il metodo di lavorazione ad alta velocità e avanzamento ridotto aumenta la durata dell'utensile.
Attraverso molteplici prove di taglio e verifica, l'analisi mostra che quando si tagliano materiali difficili da lavorare ad alta velocità, l'interazione tra l'avanzamento per dente fz e l'impegno posteriore ap ha un effetto significativo sulla rugosità superficiale con una probabilità di confidenza relativamente alta Influenza. Questo fenomeno mostra che l'effetto dell'avanzamento per dente o della profondità di fresatura sulla rugosità superficiale è strettamente correlato alla selezione della profondità di fresatura e dell'avanzamento per dente. Al contrario, nelle condizioni di taglio a media e bassa velocità, l'interazione tra i vari parametri di taglio non è evidente, oppure non c'è alcuna interazione. Ciò significa che in una specifica condizione di taglio, il semplice esame dell'effetto a fattore singolo dell'avanzamento per dente o della quantità di taglio posteriore sulla rugosità superficiale non può prevedere con precisione il valore della rugosità superficiale lavorata. Pertanto, per ottenere la rugosità superficiale ideale, quando si determina la velocità di avanzamento per dente, è necessario selezionarla in combinazione con la quantità di impegno posteriore e viceversa.
La 4-fresa domestica in metallo duro integrale a lama è selezionata per la sgrossatura ad alta velocità della forma e della cavità interna. A causa del piccolo impegno posteriore ap e del piccolo spessore di taglio ae, può proteggere efficacemente il bordo inferiore e il bordo laterale dell'utensile. Il calore di taglio generato conduce rapidamente, riduce la probabilità di tagliente di riporto sulla punta dell'utensile e di conseguenza aumenta la velocità di fresatura vc e la velocità di avanzamento per dente fz, che non solo garantisce la qualità della lavorazione, ma migliora anche l'efficienza della lavorazione. Per calcolare il tempo di usura della lavorazione della fresa per sgrossatura, è necessario solo tagliare la parte usurata effettivamente utilizzata e la parte rimanente della fresa può ancora soddisfare nuovamente le esigenze di sgrossatura dopo l'affilatura, il che migliora notevolmente il tasso di utilizzo di la taglierina e riduce il costo della taglierina.
Per le bave generate da materiali difficili da lavorare, la rimozione manuale è difficile da soddisfare i requisiti tecnici esistenti, quindi viene utilizzata la lavorazione CNC e vengono selezionati materiali in acciaio ad alta velocità con rivestimento TiC per la lavorazione della fresa per smussatura. Dopo che la fresatura grossolana migliora la qualità, le parti del guscio vanno bene Le sbavature generate durante la fresatura sono relativamente piccole e la fresa per smusso deve essere elaborata solo in base alla traccia del contorno della parte per garantire una transizione graduale degli spigoli vivi. Per la flangiatura e le sbavature dei fori del guscio di tenuta, viene utilizzato il metodo di lavorazione della fresatura dello smusso dei fori con una fresa per smussatura → l'alesatura fine con un alesatore viene utilizzato per garantire che i fori siano privi di sbavature e incollati. I parametri di taglio dello strumento prima e dopo il miglioramento sono mostrati nella Tabella 1 e l'effetto di elaborazione del guscio è mostrato nella Figura 4 e nella Figura 5.
Tabella 1 Parametri di taglio dell'utensile prima e dopo il miglioramento
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Figura 4 Effetto di lavorazione del guscio in lega Kovar 4J29
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Figura 5 Effetto di lavorazione del guscio in acciaio inossidabile (022Cr17Ni12Mo2).
5 Divulgazione e applicazione della tecnologia di alesatura per materiali difficili da lavorare
Un certo tipo di parti dell'asta di spinta (vedi Figura 6) è realizzato in acciaio inossidabile 00Cr17Ni14Mo2, che è un materiale difficile da lavorare. Viene elaborato il foro passante φ5mm sul cerchio esterno, la profondità è 15mm ed è richiesto il valore di rugosità superficiale Ra=1.6μm. Il processo originale è: foratura più adatta → lucidatura della parete del foro. Poiché il materiale è acciaio inossidabile, il processo di installazione utilizza un trapano per praticare i fori, la punta del trapano si consuma rapidamente, la posizione del foro è fuori tolleranza e l'efficienza della lucidatura del foro interno è bassa. Pertanto, il processo migliorato è: foratura al tornio → alesatura. Poiché il processo di tornitura richiede l'utilizzo di utensili speciali per bloccare le parti dell'asta di spinta e le dimensioni degli utensili speciali sono troppo grandi, non è facile da installare. Pertanto, sebbene la lavorazione effettiva abbia garantito il valore di rugosità superficiale Ra=1.6μm, l'efficienza della lavorazione non è stata migliorata. 00Acciaio inossidabile Cr17Ni14Mo2 causato L'utensile noioso si consuma rapidamente e il costo dell'utensile è elevato.
Figura Figura 6 Schema bidimensionale del puntale
Utilizzando l'esperienza maturata nell'alesatura di fori di piccolo diametro, la tecnologia di lavorazione di foratura → alesatura → alesatura nel centro di lavoro viene utilizzata per risolvere i problemi di bassa efficienza di lavorazione dei fori passanti φ 5mm e difficoltà nel garantire il valore di rugosità superficiale Ra{{ 2}}.6μm. Il processo di implementazione è il seguente.
Selezionare il valore di riferimento: velocità di taglio vc{{0}}(6~12) m/min, avanzamento f=(0.15~0.2) mm/giro. Scegli l'alesatore φ5mm per calcolare la velocità dell'utensile e la velocità di avanzamento durante la lavorazione, prendi vc=7m/min, f=0.18mm/r.
Poiché la velocità di taglio vc=πDn/1000 (D è il diametro dell'utensile, n è la velocità del mandrino), quindi la velocità del mandrino n=1000vc/(πD)=1000×7/(3.14×5 )≈445 (giri/min), Avanzamento Quantità vf=fn=0.18×445≈80 (mm/min).
In base ai risultati del calcolo, i parametri effettivi di lavorazione e taglio vengono selezionati come: velocità del mandrino n {{0}} (450-500) giri/min, vf=({{3} }) mm/min, il sovrametallo prima dell'alesatura è controllato a 0,1 mm e la lavorazione effettiva finale L'oggetto finale è mostrato nella Figura 7. Quando l'alesatore φ5,02 mm (vedere la Figura 8) ha più di 500 fori alesati, la superficie la rugosità Ra del foro interno può ancora raggiungere 1,6 μm, il che soddisfa i requisiti di processo e migliora l'efficienza di elaborazione. Lo strumento di posizionamento fabbricato (vedi Figura 9) ha una struttura semplice ed è facile da bloccare.
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Figura 7 L'oggetto reale dell'asta di spinta dopo la lavorazione
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Figura 8 Alesatore φ5,02 mm
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Figura 9 Effetto del posizionamento degli utensili per la lavorazione dell'asta di spinta
6 L'effetto ottenuto
Attraverso questa ricerca, abbiamo accumulato esperienza tecnica nella lavorazione di materiali difficili da lavorare. La successiva ricerca e sviluppo di parti realizzate con materiali difficili da lavorare come leghe per alte temperature e leghe di titanio possono essere lavorate anche con riferimento alla tecnologia di alesatura, e sono stati raggiunti buoni risultati. Ad esempio, utilizzando un alesatore φ2,12 mm, alesatura completa di materiali in superlega, immagini del diametro e fori profondi con una profondità superiore a 40 mm. La tecnologia di elaborazione dell'alesatura non solo consente di risparmiare sul costo dell'utensile, ma migliora anche l'efficienza di elaborazione. Vedere la Tabella 2-Tabella 4 per il confronto dell'effetto della lavorazione delle parti prima e dopo il miglioramento.
Tabella 2 Immagini di elaborazione dei fori rettangolari del guscio di tenuta prima e dopo il miglioramento
Tabella 3 Elaborazione dei fori dell'asta di spinta prima e dopo il miglioramento
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Tabella 4 Costi degli strumenti prima e dopo il miglioramento
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Dalla Tabella 2 alla Tabella 4, si può concludere che l'uso del metodo di lavorazione migliorato ha migliorato la qualità della lavorazione, il tasso di passaggio delle parti è aumentato al 99 percento, l'efficienza produttiva è aumentata del 33 percento e il costo dell'utensile è aumentato stato notevolmente ridotto.
7 Conclusione
I nuovi materiali emergenti e i materiali difficili da lavorare nel settore aerospaziale hanno presentato requisiti più elevati per la tecnologia di lavorazione del taglio. Solo attraverso una ricerca approfondita sulle caratteristiche di taglio dei materiali difficili da lavorare e la padronanza di più proprietà dei nuovi materiali possiamo scegliere gli utensili adatti per il taglio. Viene introdotto il sistema di monitoraggio dello stato di taglio dell'utensile per monitorare lo stato di utilizzo dell'utensile in tempo reale. A seconda della diversa durata dei diversi materiali, lo strumento può essere giudicato e selezionato nel tempo, il che può ridurre i costi e aumentare l'efficienza migliorando al contempo la precisione di lavorazione delle parti di supporto del veicolo spaziale. Effetto.
