Τα κράματα τιτανίου είναι ισχυρά, αλλά δύσκολα στη μηχανική επεξεργασία, ειδικά τα λεπτά-εξαρτήματα πλακών. Η εύκολη κοπή τους οδηγεί σε παραμόρφωση του στρες και ανακρίβειες διαστάσεων, προκαλώντας σε πολλούς πονοκεφάλους! Μην πανικοβάλλεστε, ένας συνδυασμός τεχνικών μπορεί να το λύσει: προσαρμόστε τις διαδρομές φρεζαρίσματος σύρματος EDM και CNC, βελτιστοποιήστε τα σχέδια κατεργασίας και χρησιμοποιήστε εξαρτήματα τοποθέτησης + κοπή κλειστού-βρόχου για να βελτιώσετε την ακαμψία του εξαρτήματος, να μειώσετε την παραμόρφωση στην πηγή του και να εξασφαλίσετε σταθερή ποιότητα προϊόντος!
1. Εισαγωγή
Τα κράματα τιτανίου χρησιμοποιούνται ευρέως στην αεροδιαστημική λόγω της υψηλής αντοχής, της αντοχής στη διάβρωση, της αντοχής στη θερμότητα και της σκληρότητάς τους. Στα μειονεκτήματά τους περιλαμβάνονται η κακή θερμική αγωγιμότητα και η υψηλή δυσκολία κατεργασίας.
Το τμήμα νευρώσεων από κράμα τιτανίου έχει μήκος 43 mm, πλάτος 25 mm και πάχος 3,5 mm. Το πάχος και οι δύο εσωτερικές κοιλότητες είναι φρεζαρισμένες με CNC, ενώ οι οκτώ νευρώσεις επεξεργάζονται με σύρμα EDM, εξασφαλίζοντας πλάτος νευρώσεων (0,3±0,05)mm και συμμετρία 0,05mm με τις εσωτερικές κοιλότητες. Αυτό ταξινομείται ως λεπτό-τμήμα νευρώσεων. Δέκα μέρη υποβλήθηκαν αρχικά σε επεξεργασία σύμφωνα με τα έγγραφα της διαδικασίας. Το προσωπικό επιθεώρησης διαπίστωσε ότι τέσσερα μέρη είχαν προβλήματα με το πλάτος και τη συμμετρία των νεύρων, που δεν πληρούσαν τις απαιτήσεις σχεδιασμού.
2. Ανάλυση ριζικής αιτίας
Τα αρχικά έγγραφα διαδικασίας απαιτούσαν πάχος πρώτης ύλης 5 mm. Ωστόσο, λόγω περιορισμών στο απόθεμα, ήταν διαθέσιμες μόνο πρώτες ύλες πάχους 18 mm. Επομένως, το μέγεθος του τυφλού έπρεπε να είναι 250 mm × 80 mm με πάχος 18 mm, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1. Προστέθηκε μια διαδικασία EDM σύρματος για να διαιρεθεί το πάχος του υλικού στα δύο (βλ. Εικόνα 2), με αποτέλεσμα κάθε κομμάτι να έχει πάχος 9 mm. Αυτό στη συνέχεια υποβλήθηκε σε μηχανική κατεργασία σε πάχος 3,5 mm χρησιμοποιώντας φρέζα CNC. Κατά τη διάρκεια της φρεζαρίσματος CNC, ο χειριστής χρησιμοποίησε μια μέθοδο σύσφιξης τσοκ κενού (βλ. Εικόνα 3). Η μία επιφάνεια αλέστηκε πρώτα με ακρίβεια, αφαιρώντας ένα περιθώριο 3 mm. Το τμήμα στη συνέχεια αναποδογυρίστηκε για αναρρόφηση και η δεύτερη επιφάνεια αλέστηκε σε πάχος 3,5 mm. Τέλος, κατεργάστηκε η εσωτερική κοιλότητα στη μέση του εξαρτήματος.
Εικόνα 1. Κενό
Εικόνα 2. Κενό χωρισμένο στα δύο
Εικόνα 3. Σύσφιξη βεντούζας κενού
Δέκα μικρά μέρη είναι τοποθετημένα σε κάθε κομμάτι υλικού (βλ. Εικόνα 4). Στο ένα άκρο κάθε σειράς εξαρτημάτων ανοίγεται μια τρύπα σύρματος-3 mm και στη συνέχεια τα εξαρτήματα υποβάλλονται σε επεξεργασία με σύρμα EDM.
Εικόνα 4. Διάταξη μέρους
Πριν από την επεξεργασία, ο χειριστής EDM του σύρματος ελέγχει την επιπεδότητα του υλικού και βρίσκει παραμόρφωση τάσης (βλ. Εικόνα 5), με μέγιστη παραμόρφωση 3,05 mm. Χρησιμοποιώντας μια πλάκα σύσφιξης για την κοπή, καθώς υπάρχει μόνο μία οπή σπειρώματος-σύρματος, κάθε μικρό τμήμα διασυνδέεται μετά την κοπή. Το υλικό κόβεται και επομένως, υπό πίεση, λαμβάνει χώρα παραμόρφωση υλικού κατά την επεξεργασία (βλ. Εικόνα 6), με αποτέλεσμα το πλάτος της πλευράς του εξαρτήματος να υπερβαίνει τις ανοχές, επηρεάζοντας έτσι τη συμμετρία με την εσωτερική κοιλότητα.
Εικόνα 5. Παραμόρφωση υλικού πριν από την κοπή
Εικόνα 6. Παραμόρφωση υλικού μετά την κοπή
3. Λήψη αποτελεσματικών μέτρων
Η ανάλυση αποκάλυψε ότι το κύριο πρόβλημα ήταν η παραμόρφωση τάσης του υλικού. Τα υλικά από κράμα τιτανίου παράγουν θερμότητα κοπής κατά τη μηχανική κατεργασία. Το υλικό διαχέει τη θερμότητα αργά, και όσο μεγαλύτερο περιθώριο αφαιρείται, τόσο μεγαλύτερη είναι η παραμόρφωση. Αυτό μπορεί να λυθεί μόνο αλλάζοντας τη μέθοδο κοπής [1]. Το αρχικό σχήμα μηχανικής κατεργασίας βελτιστοποιήθηκε λαμβάνοντας τα ακόλουθα αποτελεσματικά μέτρα.
1) Αντικατάσταση υψηλής πίεσης με χαμηλή καταπόνηση. Στο φρεζάρισμα CNC, όσο μεγαλύτερο είναι το περιθώριο κοπής, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση και τόσο μεγαλύτερη η παραμόρφωση του υλικού. Η διαδικασία κοπής σύρματος της πρώτης ύλης άλλαξε από τη διαίρεση της σε δύο μέρη σε τη διάσπασή της σε τρία μέρη (βλ. Εικόνα 7), έτσι ώστε το πάχος κάθε τεμαχίου υλικού να ήταν περίπου 6 mm, γεγονός που μείωσε σημαντικά το όριο μηχανικής κατεργασίας της φρεζαρίσματος CNC και έτσι μείωσε την παραμόρφωση του υλικού.
Εικόνα 7 Το κενό χωρίζεται σε τρία μέρη
2) Αλλαγή της μεθόδου σύσφιξης φρεζαρίσματος CNC. Κατά την κατεργασία του πάχους σε φρεζάρισμα CNC, η μέθοδος σύσφιξης του τσοκ κενού άλλαξε σε μια πλευρική-μέθοδο σύσφιξης στην κορυφή [2] (βλ. Εικόνα 8). Αναστρέφοντας επανειλημμένα το εξάρτημα και φρεζάροντας και τις δύο πλευρές, η ποσότητα κοπής ήταν μικρότερη ή ίση με 0,2 mm κάθε φορά, διασφαλίζοντας ότι το πάχος πληρούσε τις απαιτήσεις σχεδίασης και μειώνοντας την παραμόρφωση της μηχανικής κατεργασίας του υλικού. Σύμφωνα με τον υπολογισμό, μετά το φρεζάρισμα CNC, εφόσον η παραμόρφωση ολόκληρου του τεμαχίου υλικού ελέγχεται εντός 0,5 mm, μπορούν να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις επιπεδότητας ενός μόνο μικρού τμήματος. Ο χειριστής επεξεργάστηκε τα εξαρτήματα σύμφωνα με τη βελτιστοποιημένη μέθοδο, επιθεωρώντας τα κατά την επεξεργασία για να εξασφαλίσει επιπεδότητα Μικρότερη ή ίση με 0,2 mm.
Εικόνα 8 Πλαϊνή-επάνω σύσφιξη
3) Φτιάξτε ειδικά εργαλεία για να αυξήσετε τον αριθμό των οπών σπειρώματος σύρματος-. Στη διαδικασία κοπής σύρματος, για να αποφευχθεί η παραμόρφωση του υλικού κατά την επεξεργασία, ο αριθμός των οπών σπειρώματος του σύρματος αυξήθηκε σε 10, διασφαλίζοντας ότι κάθε τμήμα νευρώσεων έχει μια ανεξάρτητη οπή σπειρώματος σύρματος-, η οποία στη συνέχεια επεξεργάζεται σε ένα βήμα με φρέζα CNC για να εξασφαλιστεί η συνοχή. Κατασκευάστηκε ένα εργαλείο κοπής σύρματος και το τεμάχιο εργασίας τοποθετήθηκε στην πλάκα εργαλείων με πείρους τοποθέτησης (βλ. Εικόνα 9). Κάθε νεύρωση επεξεργάστηκε ανεξάρτητα, χωρίς να κόβεται η μία από την άλλη, αυξάνοντας την ακαμψία του υλικού και μειώνοντας την παραμόρφωση του τμήματος [3].
Εικόνα 9 Τοποθέτηση του τεμαχίου εργασίας στην πλάκα εργαλείων με πείρους τοποθέτησης
4 Επαλήθευση εφέ
20 μέρη υποβλήθηκαν σε επεξεργασία σύμφωνα με το βελτιωμένο σχήμα. Μετά τη δοκιμή από επαγγελματικό εξοπλισμό δοκιμών, το πλάτος και η συμμετρία της πλευράς πληρούσαν όλες τις απαιτήσεις σχεδίασης. Τέλος, υποβλήθηκαν σε επεξεργασία συνολικά 120 εξαρτήματα, τα οποία πληρούσαν όλα τις απαιτήσεις, με ποσοστό επιτυχίας 100%, γεγονός που δείχνει ότι το βελτιωμένο σχήμα ήταν αποτελεσματικό. 5 Συμπέρασμα
Αυτή η εργασία εισάγει μια διαδρομή μηχανικής κατεργασίας και μια μέθοδο ελέγχου παραμόρφωσης για εξαρτήματα λεπτής πλάκας από κράμα τιτανίου. Με τη βελτιστοποίηση του σχήματος μηχανικής κατεργασίας και της μεθόδου σύσφιξης, αλλάζοντας τη διαδρομή EDM σύρματος και τη στρατηγική φρεζαρίσματος CNC και υιοθετώντας εξαρτήματα τοποθέτησης και κλειστή κοπή για τη μείωση της παραμόρφωσης της τάσης κοπής, το πλάτος της νεύρωσης και οι απαιτήσεις συμμετρίας των εξαρτημάτων είναι αποτελεσματικά εγγυημένα, συσσωρεύοντας εμπειρία για την κατεργασία τέτοιων εξαρτημάτων.
