Ο χάλυβας υψηλής- αντοχής 35CD4 χρησιμοποιείται ευρέως σε κυλινδρικά μέρη ακριβείας της αεροδιαστημικής λόγω της εξαιρετικής του απόδοσης, αλλά έχει τεχνικές δυσκολίες όπως υψηλή σκληρότητα, υψηλή δυσκολία κοπής, εύκολη παραμόρφωση λεπτών-τμημάτων τοιχώματος και αυστηρές απαιτήσεις ανοχής. Σε απάντηση αυτών των τεχνικών δυσκολιών, διαμορφώθηκε ένα σύστημα λιτής μηχανικής κατεργασίας που καλύπτει πολλαπλές διεργασίες συνδυάζοντας τα χαρακτηριστικά του υλικού με τις διαστάσεις ακριβείας και τις ειδικές απαιτήσεις διεργασίας των εξαρτημάτων. Με τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων και των εργαλείων των βασικών συνδέσμων, όπως η εξωτερική στροφή, η εσωτερική διάτρηση, η κατεργασία λοξής οπής και οπής εδράνου στη διαδικασία μηχανικής κατεργασίας και η προσαρμογή της σειράς κοπής και λείανσης βολής, επιλύθηκαν προβλήματα όπως η παραμόρφωση μηχανικής κατεργασίας και η απόκλιση διαστάσεων. Τέλος, επιτεύχθηκε σταθερή μαζική παραγωγή εξαρτημάτων και η σχετική διαδικασία μπορεί να αποτελέσει αναφορά για τη μηχανική κατεργασία εξαρτημάτων ακριβείας δύσκολα--κοψίμων υλικών.
ΜΕΡΟΣ 1
Εισαγωγή
Η ανακάλυψη απόδοσης του αεροδιαστημικού εξοπλισμού εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ακρίβεια μηχανικής επεξεργασίας και την αξιοπιστία των βασικών εξαρτημάτων[1]. Ο χάλυβας υψηλής- αντοχής 35CD4 έχει γίνει ιδανικό υλικό για κυλινδρικά μέρη ακριβείας της αεροδιαστημικής χάρη στα εξαιρετικά χαρακτηριστικά του, όπως η υψηλή αντοχή και η υψηλή σκληρυνσιμότητα. Ωστόσο, η υψηλή δύναμη κοπής και η σημαντική τάση σκλήρυνσης εργασίας αυτού του υλικού, σε συνδυασμό με το ακανόνιστο σχήμα και την εύκολη παραμόρφωση, και τις αυστηρές διαστάσεις ανοχής ακριβείας των κυλινδρικών μερών, αποτελούν σημαντική πρόκληση για τις παραδοσιακές διαδικασίες κατεργασίας.
Για να ξεπεραστεί αυτή η πρόκληση παραγωγής, αυτή η εργασία εστιάζει στις ιδιότητες των υλικών του 35CD4 και στις απαιτήσεις διεργασίας των κυλινδρικών εξαρτημάτων και διεξάγει έρευνα για τις διαδικασίες άπαχης μηχανικής κατεργασίας. Μέσω μιας σειράς μέτρων, συμπεριλαμβανομένης της βελτιστοποίησης του σχεδιασμού της διαδικασίας, της βελτίωσης της επιλογής εργαλείων και της προσαρμογής των παραμέτρων κατεργασίας, επιλύθηκαν συστηματικά βασικά ζητήματα όπως η παραμόρφωση μηχανικής κατεργασίας και οι αποκλίσεις διαστάσεων, με αποτέλεσμα μια σταθερή και αξιόπιστη λύση μαζικής παραγωγής.
Αυτό το έγγραφο εξετάζει συστηματικά τις ιδέες έρευνας και ανάπτυξης και τη διαδικασία επαλήθευσης αυτής της τεχνολογίας, με στόχο να παρέχει τεχνική αναφορά για την κατεργασία παρόμοιων εξαρτημάτων ακριβείας αεροδιαστημικής.
ΜΕΡΟΣ 2
Χαρακτηριστικά διεργασίας κυλινδρικών μερών ακριβείας της αεροδιαστημικής
Ένα συγκεκριμένο κυλινδρικό εξάρτημα αεροδιαστημικής ακριβείας που κατασκευάζεται από την εταιρεία μας είναι κατασκευασμένο από 35CD4 και το σχήμα του φαίνεται στο σχήμα 1. Αυτό το τμήμα είναι ένα ακανόνιστο σχήμα, η ειδική του δομή είναι επιρρεπής σε παραμόρφωση και το πάχος του τοιχώματος είναι σχετικά λεπτό. Οι ανοχές για την εσωτερική οπή και τον εξωτερικό κύκλο απαιτούνται αυστηρά, η οπή έδρασης στο ωτίο είναι μια οπή ακριβείας και το εξάρτημα έχει λοξές οπές στο εσωτερικό, καθιστώντας δύσκολο τον έλεγχο των σχετικών διαστάσεων ανοχών. Τα τεχνολογικά χαρακτηριστικά αυτού του κυλινδρικού τμήματος αντικατοπτρίζονται κυρίως στις ακόλουθες πτυχές.
Εικόνα 1. Εξωτερικό σχήμα του κυλινδρικού τμήματος
2.1 Χαρακτηριστικά υλικού
(1) Μεταλλικά χαρακτηριστικά
Ο χάλυβας υψηλής-κράματος αντοχής 35CD4 είναι ένας συνήθως χρησιμοποιούμενος χάλυβας μεσαίου-νικελίου άνθρακα-χρωμίου-μολυβδαινίου στην αεροδιαστημική βιομηχανία. Η χημική του σύσταση φαίνεται στον Πίνακα 1. Σε σύγκριση με άλλα μέταλλα, αυτός ο χάλυβας έχει μοναδικά πλεονεκτήματα σε χημικές, φυσικές και μηχανικές ιδιότητες.
Πίνακας 1. Στοιχεία κράματος και παράμετροι του 35CD4 (χημική σύνθεση)
(2) Χαρακτηριστικά υλικού του 35CD4
Συμπεριλάβετε κυρίως τα ακόλουθα τέσσερα σημεία:
① Υψηλή αντοχή. Επειδή είναι χάλυβας χαμηλών-άνθρακα, χαμηλού-κράματος, έχει υψηλότερη αντοχή από τον μη-μη κραματοποιημένο χάλυβα, γι' αυτό και ονομάζεται "χαμηλός-κράμα υψηλής-αντοχής χάλυβας".
② Υψηλή αντοχή διαρροής. Το σημείο διαρροής του είναι υψηλότερο από αυτό του μη κραματοποιημένου χάλυβα. Κάτω από το ίδιο φορτίο, το βάρος των εξαρτημάτων που κατασκευάζονται από αυτό το υλικό μπορεί να μειωθεί κατά 20% έως 30%.
③ Καλή πλαστικότητα και σκληρότητα. Η αναλογία των στοιχείων κράματος είναι σχετικά χαμηλή, δίνοντας στο υλικό τόσο καλή πλαστικότητα όσο και σκληρότητα. ④ Υψηλή σκληρυνσιμότητα. Η σύνθεση του κράματος περιέχει στοιχεία όπως το νικέλιο, το χρώμιο και το μολυβδαίνιο, τα οποία μπορούν να κρατήσουν τον υπερψυγμένο ωστενίτη του χάλυβα πολύ σταθερό. Οι δομές μαρτενσίτη και μπαινίτη μπορούν να ληφθούν με σβέση με αέρα.
(3) Χαρακτηριστικά επεξεργασίας υλικού. Αυτό το υλικό έχει γενικά δύο καταστάσεις θερμικής επεξεργασίας: κανονικοποίηση + σκλήρυνση και σβέση + σκλήρυνση. Η σκληρότητα που αντιστοιχεί σε αυτές τις δύο καταστάσεις φαίνεται στον Πίνακα 2.
Πίνακας 2 Σκληρότητα υλικού
Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 2, η σκληρότητα και η αντοχή σε εφελκυσμό αυτού του υλικού είναι και τα δύο σε υψηλό επίπεδο. Είναι επίσης πλούσιο σε στοιχεία όπως το χρώμιο και το μαγγάνιο. Αυτοί οι παράγοντες μαζί καθιστούν δύσκολη την επεξεργασία και είναι τυπικά δύσκολη--η μηχανική κατεργασία υλικού. Οι ειδικές δυσκολίες επεξεργασίας είναι οι εξής:
1) Υψηλή δύναμη κοπής. Το υλικό έχει υψηλή σκληρότητα και αντοχή, υψηλή ατομική πυκνότητα και δύναμη συγκόλλησης και εξαιρετική αντοχή στη θραύση και μακροπρόθεσμη πλαστικότητα. Κατά τη διαδικασία κοπής, όχι μόνο η δύναμη κοπής είναι μεγάλη, αλλά και η δύναμη κοπής παρουσιάζει σημαντικές διακυμάνσεις [2].
2) Υψηλή θερμοκρασία κοπής. Η παραμόρφωση κοπής καταναλώνει πολλή ισχύ και παράγει πολλή θερμότητα. Μεγάλη ποσότητα θερμότητας κοπής συγκεντρώνεται στη ζώνη κοπής, διαμορφώνοντας ένα περιβάλλον υψηλής- θερμοκρασίας.
3) Υψηλή τάση για σκλήρυνση εργασίας. Το υλικό παρουσιάζει καλή πλαστικότητα και σκληρότητα, με υψηλό συντελεστή ενίσχυσης. Υπό τις συνδυασμένες επιδράσεις της δύναμης κοπής και της θερμότητας κοπής, υφίσταται σοβαρή πλαστική παραμόρφωση, που οδηγεί σε σκλήρυνση εργασίας. Ταυτόχρονα, η θερμότητα κοπής αναγκάζει το υλικό να απορροφήσει άτομα υδρογόνου, οξυγόνου και αζώτου από το περιβάλλον μέσο, σχηματίζοντας ένα σκληρό και εύθραυστο επιφανειακό στρώμα, αυξάνοντας περαιτέρω τη δυσκολία κοπής.
4) Σοβαρή φθορά του εργαλείου. Οι υψηλές δυνάμεις κοπής και θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια της κοπής εντείνουν την τριβή μεταξύ του εργαλείου και των τσιπς και το υλικό εργαλείου είναι επιρρεπές σε αλληλεπιδράσεις συγγένειας με το υλικό του τεμαχίου εργασίας. Σε συνδυασμό με την παρουσία σκληρών σωματιδίων στο υλικό και τη σοβαρή σκλήρυνση κατά την εργασία, το εργαλείο είναι πολύ ευαίσθητο στη φθορά κόλλας, στη φθορά διάχυσης, στη φθορά από τριβή, στη φθορά των ορίων και στη φθορά με αυλακώσεις κατά την κοπή, χάνοντας τελικά την ικανότητα κοπής του.
5) Δύσκολος χειρισμός τσιπ. Η υψηλή αντοχή, η πλαστικότητα και η σκληρότητα του υλικού έχουν ως αποτέλεσμα-να μπερδεύονται τσιπς κατά την κοπή, δημιουργούν κινδύνους για την ασφάλεια, παρεμποδίζουν τη διαδικασία κοπής και προκαλούν γρατσουνιές στην επιφάνεια του εξαρτήματος, καθιστώντας δύσκολη την κάλυψη των απαιτήσεων τραχύτητας της επιφάνειας.
6) Μεγάλη παραμόρφωση κοπής. Οι υψηλές θερμοκρασίες κοπής και η υψηλή πλαστικότητα του υλικού κατά τη μηχανική κατεργασία οδηγούν εύκολα σε θερμική παραμόρφωση, καθιστώντας δύσκολη την εξασφάλιση ακριβών διαστάσεων και σχημάτων.
(4) Σχέδιο επεξεργασίας υλικού Για να διασφαλιστεί ότι οι πρώτες ύλες μπορούν να ολοκληρώσουν πλήρως την επεξεργασία σβέσης και σκλήρυνσης, το τεμάχιο σφυρηλάτησης πρέπει να υποβληθεί σε σκληρή επεξεργασία-πριν από τη θερμική επεξεργασία για να διασφαλιστεί ότι το πάχος τοιχώματος κάθε διατομής- είναι<30mm. Simultaneously, a datum is machined on the rough-machined blank to facilitate the connection between rough and finish machining processes. The blank and the rough-machined shape of the part are shown in Figures 2 and 3, respectively.
Εικόνα 2: Κενό
Εικόνα 3: Τραχύ-κατεργασμένο σχήμα
2.2 Χαρακτηριστικά διεργασίας Αυτό το εξάρτημα έχει πολλές απαιτήσεις διαστάσεων-υψηλής ακρίβειας. Πρέπει να σχεδιαστεί μια σταθερή και αξιόπιστη ροή διεργασίας λαμβάνοντας πλήρως υπόψη όλες τις παραμέτρους διαστάσεων ακριβείας για να διασφαλιστεί η ποιότητα του προϊόντος. Οι κύριες διαστάσεις ακριβείας του εξαρτήματος φαίνονται στο σχήμα 4.
Εικόνα 4: Κύριες διαστάσεις ακριβείας του εξαρτήματος
(1) Εξωτερική διάμετρος ακριβείας Η εξωτερική διάμετρος ακριβείας στη θύρα είναι mm, με πλάτος ζώνης ανοχής μόνο 0,022 mm. το μέγεθος της εσωτερικής οπής είναι φ83,37mm, που αντιστοιχεί σε πάχος τοιχώματος 2,81mm. Αυτή η απαίτηση ανοχής διαστάσεων είναι αυστηρή, το τμήμα του τοιχώματος είναι λεπτό και η δυσκολία κατεργασίας είναι εξαιρετικά υψηλή. (2) Εσωτερική οπή ακριβείας: Η εσωτερική οπή ακριβείας έχει διάμετρο φ mm και ανοχή 0,04 mm. Η απαίτηση ομοαξονικότητας αυτής της εσωτερικής οπής σε σχέση με τον εξωτερικό κύκλο είναι φ0,04 mm, η απαίτηση κυλινδρικότητας είναι φ0,02 mm και το βάθος της οπής είναι 287,5 mm.
(3) Εκτεταμένη λοξή οπή: Όπως φαίνεται στο Σχήμα 5, η κεκλιμένη οπή που βρίσκεται στη θέση αυτιού του εξαρτήματος έχει διάμετρο mm και γωνία 45 μοιρών με τον άξονα του εξαρτήματος. Κατά την κατεργασία αυτής της οπής, ο άξονας εργαλειομηχανής πρέπει να ρυθμιστεί σε γωνία 45 μοιρών με το εξάρτημα. Για να αποφευχθεί η παρεμβολή μεταξύ του εργαλείου και του εξαρτήματος, απαιτείται μια μακρά δομή προεξοχής για το εργαλείο μηχανουργικής κατεργασίας, η οποία αποτελεί σημαντική πρόκληση για την κατεργασία αυτού του τμήματος.
Εικόνα 5: Εκτεταμένη λοξή οπή και οπή έδρασης
(4) Τρύπα ρουλεμάν: Όπως φαίνεται στο Σχήμα 5, η οπή έδρασης στο αυτί έχει διάμετρο mm. Αυτή η τρύπα μπορεί να επεξεργαστεί μόνο από την αριστερή ακραία όψη του εξαρτήματος. Η προεξοχή του εργαλείου είναι μεγάλη και η απαίτηση ανοχής διαμέτρου είναι αυστηρή, γεγονός που καθιστά δύσκολη την εγγύηση της ακρίβειας διαστάσεων. 2.3 Ειδικές διεργασίες
Εκτός από τις παραπάνω απαιτήσεις επεξεργασίας, αυτό το τμήμα απαιτεί πολλά ειδικά βήματα επεξεργασίας, ως εξής:
1) Πυροβολισμός. Η περιοχή τομής βολής είναι η εξωτερική διάμετρος του εξαρτήματος, αλλά το τμήμα εξωτερικής διαμέτρου με διάμετρο φmm πρέπει να αποφεύγεται. Απαγορεύεται αυστηρά το τρύπημα της εσωτερικής οπής.
2) Επιχρωμίωση. Η περιοχή επιχρωμίωσης είναι η εσωτερική οπή με διάμετρο φmm. Το πάχος του στρώματος χρωμίου πρέπει να ελέγχεται μεταξύ 20 και 25 μm.
3) Επιμετάλλωση με κάδμιο. Η περιοχή επικάλυψης με κάδμιο είναι όλες οι επιφάνειες εκτός από την περιοχή επιχρωμίωσης.
4) Ζωγραφική. Η περιοχή βαφής είναι η εξωτερική διάμετρος του εξαρτήματος, αλλά το τμήμα εξωτερικής διαμέτρου με διάμετρο φmm πρέπει να αποφεύγεται.
ΜΕΡΟΣ 3
Σχεδιασμός διαδικασίας μηχανικής κατεργασίας κυλίνδρων ακριβείας αεροσκαφών
Με βάση την ανάλυση των ιδιοτήτων του υλικού, των διαστάσεων ακριβείας και των ειδικών διεργασιών αυτού του τμήματος κυλίνδρου, το σχέδιο διεργασίας φαίνεται στον Πίνακα 3.
Πίνακας 3 Σχέδιο Διαδικασίας
ΜΕΡΟΣ 4
Επαλήθευση διαδικασίας κατεργασίας κυλίνδρων ακριβείας αεροσκάφους
4.1 Φινίρισμα της εξωτερικής διαμέτρου του αυτιού
Το υλικό 35CD4 έχει ισχυρή πρόσφυση, καθιστώντας δύσκολη τη θραύση του τσιπ κατά τη μηχανική κατεργασία. Κατά τη χρήση χαμηλότερων παραμέτρων μηχανικής κατεργασίας, εμφανίζονται βαθιά σημάδια κοπής στην ακραία επιφάνεια του εξαρτήματος, με αποτέλεσμα μια σχισμένη εμφάνιση του υλικού της επιφάνειας. Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα, πρέπει να ρυθμιστούν οι παράμετροι εξωτερικής κατεργασίας στροφής. Συγκεκριμένες παράμετροι βελτιστοποίησης φαίνονται στον Πίνακα 4. Μέσω της βελτιστοποίησης παραμέτρων, τα σημάδια κοπής στην ακραία όψη του εξαρτήματος εξαλείφονται, η κατεργασμένη ακραία επιφάνεια είναι λεία και η ποιότητα κατεργασίας παραμένει σταθερή από το κέντρο έως την άκρη. Η βελτιστοποιημένη κατάσταση τελικής όψης φαίνεται στο Σχήμα 6.
Πίνακας 4 Βελτιστοποίηση παραμέτρων περιστροφής τέλους προσώπου
Σχήμα 6 Κατάσταση μέρους μετά το τέλος Στροφή τελικής όψης
4.2 Εξωτερική στροφή ακριβείας
Η 14η λειτουργία στροφής CNC είναι μια βασική διαδικασία για την κατεργασία αυτού του εξαρτήματος. Αυτή η λειτουργία χρησιμοποιεί ένα αυτο-κεντραρισμένο τσοκ και ένα κεντρικό στήριγμα για την υποστήριξη της εξωτερικής διαμέτρου. Οι ειδικές απαιτήσεις κατεργασίας φαίνονται στο Σχήμα 7. Η ανοχή εξωτερικής διαμέτρου ακριβείας του εξαρτήματος είναι 0,024 mm και η κατεργασία πρέπει να εκτελεστεί σε τρία στάδια. Συγκεκριμένες παράμετροι μηχανικής κατεργασίας φαίνονται στον Πίνακα 5. Λόγω του υψηλού ιξώδους του υλικού, απαιτείται ένα αιχμηρό εξωτερικό περιστρεφόμενο ένθετο. Η προτιμώμενη ακτίνα άκρου ένθετου είναι R0,2 mm. Εάν η ακτίνα του άκρου του ενθέματος είναι πολύ μεγάλη, οι απαιτήσεις τραχύτητας επιφάνειας του εξαρτήματος δεν είναι εγγυημένες.
Εικόνα 7 Απαιτήσεις για τη διαδικασία στροφής CNC Πίνακας 5 Βελτιστοποίηση παραμέτρων εξωτερικής στροφής Μετά το φινίρισμα, η εξωτερική διάμετρος του εξαρτήματος είναι 88,85~88,89 mm, η οποία υπερβαίνει τις απαιτήσεις του σχεδίου. Πριν βρείτε τη βασική αιτία, ο μόνος τρόπος για να προσαρμόσετε το μέγεθος είναι να αφήσετε ένα περιθώριο στην εξωτερική διάμετρο και στη συνέχεια να το γυαλίσετε με το χέρι. Μετά την ανάλυση, η στρογγυλότητα της εξωτερικής διαμέτρου που υποστηρίζεται από το κεντρικό στήριγμα κατά τη σύσφιξη θα έχει σημαντικό αντίκτυπο στην εκροή περιστροφής του εξαρτήματος [3]. Υπό τις απαιτήσεις ανοχής υψηλής ακρίβειας, αυτή η επίδραση είναι ιδιαίτερα εμφανής. Μετρήθηκε η εξωτερική διάμετρος σύσφιξης του εξω-του{10}}τμήματος ανοχής και η αλλαγή στρογγυλότητάς του ήταν 0,020~0,035 mm, η οποία είναι βασικά συνεπής με την-διακύμανση ανοχής-της εξωτερικής διαμέτρου του εξαρτήματος. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, είναι απαραίτητο να βελτιστοποιηθούν και να διορθωθούν οι τεχνικές απαιτήσεις της διαδικασίας αναφοράς. Στη διαδικασία εξωτερικής στροφής της 11ης διαδικασίας, απαιτείται σαφώς η στρογγυλότητα της εξωτερικής διαμέτρου να ελέγχεται εντός 0,01 mm. Οι ειδικές απαιτήσεις βελτίωσης φαίνονται στο Σχήμα 8. Μετά την προσθήκη των απαιτήσεων ελέγχου στρογγυλότητας στην 11η διαδικασία, η σταθερότητα διαστάσεων της εξωτερικής διαμέτρου περιστροφής στη 14η διαδικασία βελτιώθηκε σημαντικά. Το εύρος διακύμανσης της εξωτερικής διαμέτρου μειώθηκε στα 88,865–88,875 mm και η παραμόρφωση μπορούσε να ελεγχθεί εντός 0,01 mm. Δεν απαιτήθηκαν τοπικές ρυθμίσεις από τον χειριστή για να διασφαλιστεί ότι η ανοχή εξωτερικής διαμέτρου πληρούσε τις απαιτήσεις. Οι δοκιμές σταθερότητας επαλήθευσαν ότι ένα μόνο άκρο εργαλείου κοπής μπορούσε να κατεργαστεί σταθερά σε τέσσερα μέρη. Ωστόσο, η ακρίβεια των διαστάσεων δεν ήταν εγγυημένη μετά τη φθορά του εργαλείου.
Εικόνα 8: Απαιτήσεις βελτίωσης για τη διαδικασία βασικής γραμμής
4.3 Λεπτή βελτίωση της κάτω επιφάνειας της εσωτερικής οπής
Κατά τη διαδικασία στροφής CNC στη 14η διαδικασία, εμφανίστηκε ένα ελάττωμα μηχανικής κατεργασίας στο κάτω μέρος του εξαρτήματος, που εκδηλώθηκε ως υπολειπόμενο κύλινδρο με διάμετρο 1 mm και ύψος 0,3 mm, όπως φαίνεται στο σχήμα 9. Το αρχικό σχέδιο μηχανικής κατεργασίας ήταν να χρησιμοποιηθεί ένας επίπεδος μύλος για να αφαιρεθεί η περίσσεια βάσης{5} και, τέλος, να χρησιμοποιηθεί ένα μεγάλο εργαλείο ευθυγραμμίστε την κάτω επιφάνεια. Κατά την αφαίρεση του κατώτατου περιθωρίου χρησιμοποιώντας φρέζα, η διαρροή του εργαλείου πρέπει να ελέγχεται εντός 0,01 mm. Ωστόσο, λόγω της μικρής λοξότμησης στο κάτω μέρος του επίπεδου μύλου-, το κάτω μέρος του εξαρτήματος δεν μπορεί να επεξεργαστεί σε επίπεδη κατάσταση. Ο επίπεδος μύλος{11}}φαίνεται στο Σχήμα 10.
Εικόνα 9: Ελάττωμα στο κάτω μέρος
Εικόνα 10: Επίπεδο-τελικό μύλο
Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, το σχέδιο μηχανικής κατεργασίας βελτιστοποιήθηκε αντικαθιστώντας το κάτω μέρος με ένα κοπτικό διάτρησης μικρής-διαμέτρου, όπως φαίνεται στην Εικόνα 11. Οι δοκιμές μηχανικής κατεργασίας απέδειξαν ότι η χρήση ενός γεώτρησης κοπής για τη διάτρηση του πυθμένα εξάλειψε εντελώς το ελάττωμα του κεφαλιού.
Εικόνα 11: Προστέθηκε βαρετός κόφτης
4.4 Βελτιστοποίηση περιστροφής εσωτερικής οπής
Κατά τη διάρκεια της 14ης λειτουργίας στροφής CNC, η εσωτερική οπή οπής αφήνει περιθώριο 0,05 mm στη μία πλευρά για μετέπειτα λείανση. Ωστόσο, μετά από τρύπημα, εμφανίστηκαν διάφορα ποιοτικά ελαττώματα στην εσωτερική τρύπα. Οι τύποι και οι αναλογίες ελαττωμάτων φαίνονται στον Πίνακα 6. Αυτά τα ελαττώματα αποτελούν σημαντικό κίνδυνο για την επακόλουθη διαδικασία λείανσης.
Πίνακας 6. Τύποι και ποσοστά ελαττωμάτων
Η ανάλυση αποκάλυψε τρεις κύριες αιτίες των προαναφερθέντων ελαττωμάτων: Πρώτον, η διάμετρος του εργαλείου εσωτερικής διάτρησης ήταν πολύ μικρή, με αποτέλεσμα την ανεπαρκή ακαμψία του εργαλείου και τις ασταθείς διαστάσεις της οπής μετά τη διάνοιξη. Δεύτερον, το υλικό είχε υψηλό ιξώδες, που οδήγησε σε ασταθή κοπή και κακή θραύση του τσιπ κατά τη χρήση παραδοσιακών παραμέτρων φινιρίσματος, με τα τσιπ να στροβιλίζονται και να ξύνουν το τοίχωμα της τρύπας. Τρίτον, η ταχύτητα κοπής ήταν πολύ χαμηλή, αποτυγχάνοντας να καλύψει τις απαιτήσεις ακρίβειας διαστάσεων και τραχύτητας επιφάνειας του εξαρτήματος.
Για την αντιμετώπιση αυτών των προβλημάτων, εφαρμόστηκαν τα ακόλουθα μέτρα βελτιστοποίησης: Πρώτα, αντικαταστήστε το εργαλείο εσωτερικής διάτρησης με ένα μεγαλύτερης διαμέτρου για να βελτιώσετε την ακαμψία του εργαλείου. το βελτιστοποιημένο εργαλείο διάτρησης φαίνεται στο Σχήμα 12. Δεύτερον, αυξήστε την ταχύτητα κοπής για να αυξήσετε το βάθος κοπής στο φινίρισμα. Τρίτον, βελτιστοποιήστε το εσωτερικό σύστημα ψύξης για να επιτρέψετε στο υγρό κοπής να δράσει απευθείας στο άκρο του εργαλείου διάτρησης. Μια σύγκριση των βελτιστοποιήσεων εργαλείων φαίνεται στον Πίνακα 7.
Εικόνα 12 Βελτιστοποιημένο εργαλείο διάτρησης
Πίνακας 7 Σύγκριση βελτιστοποίησης εργαλείων
4.5 Βελτιστοποίηση της εκτεταμένης κεκλιμένης οπής
Στη 13η λειτουργία, οριζόντια φρεζάρισμα της εκτεταμένης κεκλιμένης οπής, το αρχικό σχέδιο ήταν: χρησιμοποιώντας εκτεταμένο φρέζα φ6mm για μεγέθυνση της οπής σε φ7,3mm, η πραγματική διάμετρος οπής μετά την κατεργασία ήταν 7,1~7,2mm, με διακύμανση διαστάσεων 0,1mm. Μετά την προσαρμογή του προγράμματος στο φρεζάρισμα σε φ7,5 mm, η διάμετρος της οπής ήταν 7,35~7,42 mm και η διακύμανση μειώθηκε στα 0,07 mm. Τέλος, για το φινίρισμα χρησιμοποιήθηκε ένα ίσιο εξάρτημα στελέχους, η διάμετρος της οπής ήταν 7,62~7,69 mm και οι διαστάσεις ήταν εξαιρετικά ασταθείς.
Στην πρώτη βελτιστοποίηση, το εξάρτημα αντικαταστάθηκε με ένα εργαλείο διάτρησης και η διάμετρος της οπής μετά τη μηχανική κατεργασία ήταν 7,60~7,72 mm, υπερβαίνοντας τις απαιτήσεις ανοχής και προκαλώντας την απόρριψη του εξαρτήματος. Το τελικό βελτιστοποιημένο σχέδιο ήταν: χρησιμοποιώντας ένα φρέζα μεταβλητής διαμέτρου 7mm-για φρεζάρισμα με λοξή οπή, ο ρυθμός διέλευσης των κατεργασμένων εξαρτημάτων έφτασε το 100%. Το εργαλείο για την κατεργασία εκτεταμένης κεκλιμένης οπής φαίνεται στο Σχήμα 13.
α) Μύλος με ίσιο στέλεχος β) Στεγανοποιητής ευθύγραμμου στελέχους γ) Κόπτης διάτρησης δ) Μύλος άκρου μεταβλητής διαμέτρου Εικόνα 13 Εργαλεία κατεργασίας με εκτεταμένη λοξή οπή
4.6 Βελτίωση της μηχανικής κατεργασίας οπών ρουλεμάν
Στη 13η διαδικασία κατεργασίας της οπής εδράνου, η απαίτηση διαμέτρου οπής είναι mm. Το αρχικό σχέδιο ήταν: χρησιμοποιήστε έναν ακραίο μύλο φ20 mm για φρεζάρισμα έως φ34,4 mm και, στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε έναν τρυπητή κόφτη για να τρυπήσετε στο τελικό μέγεθος. Ωστόσο, μετά την κατεργασία, εμφανίστηκαν σημάδια κραδασμών στον τοίχο της τρύπας, τα οποία δεν μπορούσαν να επιλυθούν μετά από πολλαπλές ρυθμίσεις παραμέτρων. Τα εργαλεία κατεργασίας φαίνονται στο σχήμα 14.
α) Κόπτης διάτρησης β) Ακραίος μύλος Εικόνα 14 Εργαλεία μηχανικής κατεργασίας με τρύπες ρουλεμάν
4.7 Επίδραση της ρίψης βολής σε μέρη
Το αρχικό σχέδιο μηχανικής κατεργασίας οπών ακριβείας ήταν: CNC τρύπημα ακριβείας στροφής της εσωτερικής οπής με περιθώριο 0,05 mm στη μία πλευρά, λείανση για να εξασφαλιστεί ανοχή διαμέτρου οπής 0,02 mm και κυλινδρικότητα 0,02 mm και, τέλος, διάτρηση της εξωτερικής διαμέτρου του εξαρτήματος. Ωστόσο, το shot peening προκάλεσε παραμόρφωση της εσωτερικής οπής του εξαρτήματος, με τη διάμετρο να αυξάνεται κατά 0,015–0,025 mm στην αξονική κεντρική θέση. Ορισμένα εξαρτήματα ξεπέρασαν το ανώτερο όριο ανοχής και καταργήθηκαν.
Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, η σειρά διεργασιών προσαρμόστηκε μετά από συνεννόηση με τον πελάτη, τοποθετώντας το honing μετά το shot peening. Η παραμόρφωση της εσωτερικής οπής μετά το κοψίδι ήταν περίπου 0,025 mm, η οποία καλύφθηκε πλήρως από το επίδομα μονής-όψης 0,05 mm που προορίζεται για λείανση. Μετά τη ρύθμιση, η ανοχή της διαμέτρου της εσωτερικής οπής μετά την λείανση μπορούσε να ελεγχθεί εντός 0,010 mm και η κυλινδρικότητα εντός 0,015 mm, ικανοποιώντας τις απαιτήσεις σχεδίασης. Η πρόσκρουση της βολής στην εσωτερική οπή φαίνεται στον Πίνακα 8.
Πίνακας 8 Επίδραση του τρυπήματος βολής στον έλεγχο της εσωτερικής οπής (Μονάδα: mm)
ΜΕΡΟΣ 5
Σύναψη
Μέσα από πολλαπλούς γύρους βελτιστοποίησης και βελτίωσης κατά τη διάρκεια του σταδίου επαλήθευσης της επεξεργασίας, αυτό το κυλινδρικό τμήμα ακριβείας της αεροδιαστημικής πέτυχε τελικά σταθερή μαζική παραγωγή. Η παραδοσιακή εμπειρία επεξεργασίας δεν ισχύει πλέον για τις δυσκολίες επεξεργασίας του υλικού 35CD4. Απαιτούνται πολλαπλά μέτρα, όπως βελτιστοποίηση διαδικασίας, βελτιστοποίηση επιλογής εργαλείων και βελτιστοποίηση παραμέτρων επεξεργασίας, για να ξεπεραστούν οι προκλήσεις επεξεργασίας [4]. 35Ο χάλυβας υψηλής-αντοχής CD4 έχει εξαιρετική απόδοση, αλλά φέρνει επίσης υψηλότερες προκλήσεις επεξεργασίας. Στην πραγματική παραγωγή, είναι απαραίτητο να επιλέγονται συγκεκριμένα μοντέλα εργαλείων και να διαμορφώνονται λογικές παραμέτρους επεξεργασίας. Με την ανάπτυξη των αναδυόμενων τεχνολογιών επεξεργασίας, η δυσκολία επεξεργασίας τέτοιων δύσκολων{10}}{11}}υλικών επεξεργασίας θα μειωθεί σταδιακά και η σχετική εμπειρία επεξεργασίας πρέπει να συνοψίζεται και να συσσωρεύεται συνεχώς. Επιπλέον, η διαδικασία κοψίματος έχει μη αναστρέψιμο αντίκτυπο στις διαστάσεις ακριβείας των εξαρτημάτων, γεγονός που δείχνει ότι ο σχεδιασμός της διαδικασίας είναι ένα συστηματικό έργο. Η διευθέτηση της διαδικασίας πρέπει να ακολουθεί λογικούς κανόνες και να εξετάζει πλήρως την αμοιβαία επιρροή μεταξύ κάθε διεργασίας προκειμένου να διαμορφωθεί ένα επιστημονικό και εύλογο σχέδιο επεξεργασίας [5] και να επιτευχθεί αποτελεσματική παραγωγή διασφαλίζοντας παράλληλα την ποιότητα του προϊόντος.
