Výskum technológie presného obrábania pre 2 mm tenkostennú kryciu dosku dutín z titánovej zliatiny Gr5

TheTenkostenná krycia doska dutiny z titánovej zliatiny Gr5sa používa na tesnenie tlakových ložísk, ktoré kladie vysoké požiadavky na presnosť profilu, rovinnosť a rovnomernosť hrúbky steny. Obrobok s hrúbkou steny 2 mm sa vyznačuje nízkou konštrukčnou tuhosťou.

Súčasný domáci a medzinárodný výskum tenkostenných komponentov z titánovej zliatiny sa väčšinou zameriava na simuláciu rezania, chvenia a predpovede zvyškového napätia. Kompletný súbor integrovaných procesov presného obrábania zameraný na túto kryciu dosku dutín s hrúbkou 2 mm má vysokú hodnotu technického výskumu.

 

 

1. Štrukturálne charakteristiky časti

Výskumným objektom je žíhaná krycia doska z titánovej zliatiny Gr5, komponent doskového typu so zložitou uzavretou dutinou. Hrúbka bočnej steny dutiny je 2 mm. Polotovar je výkovok z titánovej zliatiny Gr5. Sú stanovené prísne požiadavky na toleranciu profilu, rovinnosť, rovnomernosť hrúbky steny a drsnosť povrchu. Spojovacia plocha krycej dosky slúži na utesnenie; stopy po chvenie, škrabance a miestne kolapsy sú prísne zakázané.

 

2. Veľké ťažkosti pri obrábaní

• Odpruženie a vychýlenie nástroja tenkej steny: 2 mm bočná stena má slabú tuhosť. Pod reznou silou pri frézovaní sa elasticky podvolí, čo vedie k nedostatočnej hĺbke rezu. Odpruženie po opracovaní spôsobuje netoleranciu hrúbky steny a rozmerov dutého profilu.
• Rezanie vravy: Nízka tuhosť konštrukcie a nízka vlastná frekvencia súčiastky ľahko vyvolávajú regeneračné chvenie, vytvárajúce stopy chvenia na bočných stenách, zhoršujú kvalitu povrchu a urýchľujú opotrebovanie nástroja.
• Deformácia vyvolaná zvyškovým napätím: Pri hrubom obrábaní sa odoberá veľký objem materiálu, pričom vzniká reziduálne napätie vyvolané rezaním. Uvoľnenie napätia po odstránení prípravku vedie k celkovému zdeformovaniu krycej dosky a neprijateľnej rovinnosti.
• Nárast a opotrebovanie nástroja: Zliatina titánu vykazuje vysokú chemickú aktivitu pri zvýšených teplotách. Teplo sa sústreďuje na hrote nástroja, čo ľahko spôsobuje nánosy a opotrebovanie ostria, a tým zlú rozmerovú stabilitu.
• Deformácia vyvolaná prípravkom: Konvenčné pevné upínanie prítlačnej dosky vytvára lokálne tlakové napätie. Tenkostenná časť podlieha plastickej deformácii pri upnutí a spätné pruženie pri odopnutí vedie k rozmerovej odchýlke.

 

 

1. Procesná cesta

Predvýrobok výkovku Gr5 sa najskôr podrobí žíhaniu na uvoľnenie napätia, po ktorom nasleduje predfrézovanie referenčných povrchov. Dutina je opracovaná nahrubo vrstveným frézovaním s konštantnou výškou s jednostranným prídavkom 0,25-0,3 mm. Uvoľňovanie a starnutie sa vykonávajú na uvoľnenie napätia pri obrábaní. Opätovné upnutie sa vykonáva na polotovar, pričom sa ponechá rovnomerný jednostranný prídavok 0,08-0,1 mm. Obvodové frézovanie s odsadením obrysu sa používa na dokončovacie obrábanie; Symetrické vrstvené opracovanie sa aplikuje na bočné steny dutín, aby sa zaručila hrúbka steny 2 mm. Následne sa realizuje odihlovanie, čistenie ultrazvukom a následná kontrola pomocou súradnicového meracieho stroja a drsnomeru.

 

2. Nástroje a prípravky

Na primárne polohovanie sa používa vákuové skľučovadlo s okolitými dorazovými blokmi, ktoré znášajú bočnú reznú silu. Odnímateľné podpery živice/nízkeho bodu topenia sú namontované vo vnútri dutiny a odstránené pred dokončením obrábania. Vzťažné body nástrojov sú presne brúsené; Zarovnanie číselníka sa vykonáva na kontrolu chyby polohovania, zlepšenie tuhosti obrobku a potlačenie chvenia a vychýlenia nástroja.

 

3. Rezné nástroje

Používajú sa stopkové frézy z karbidu potiahnutého TiAlN s premenlivým stúpaním a nerovnomernou skrutkovicou, vyznačujúce sa uhlom čela 10 stupňov -15 stupňov a veľkým uhlom skrutkovice na zníženie vibrácií a výkon proti tvorbe nánosov. Na hrubovacie obrábanie sa používa nástroj φ6 a na polodokončovanie a dokončovacie obrábanie dokončovacia stopková fréza φ4.

 

4. Parametre rezu a chladenie

• Hrubé frézovanie: Rezná rýchlosť 45-60 m/min, posuv na zub 0,06-0,10 mm/z, hĺbka rezu 0,4-0,6 mm, radiálna šírka rezu predstavuje 20%-30% priemeru nástroja.
• Frézovanie na polotovar: Rezná rýchlosť 40-50 m/min, posuv na zub 0,04-0,07 mm/z, hĺbka rezu 0,2-0,3 mm.
• Dokončiť frézovanie: Rezná rýchlosť 30-40 m/min, posuv na zub 0,03-0,05 mm/z, hĺbka rezu 0,05-0,1 mm, radiálna šírka rezu predstavuje 5%-10% priemeru nástroja, aby sa znížila elastická deformácia tenkých stien.
• Chladenie: Vysokotlakové vnútorné chladenie kombinované s rozpustnou reznou kvapalinou sa používa na odvod tepla a mazanie na zmiernenie tepelnej deformácie.

 

 

• Vrstvené symetrické frézovanie: Striedavé obrábanie po vrstvách v smere Z pre bočné steny dutín. Materiálová podpora pre tenké steny je zachovaná, aby sa vyrovnali rezné sily a znížila sa deformácia spôsobená vychýlením.
• Postupné uvoľňovanie stresu: Uvoľnite pre uvoľnenie napätia po hrubom obrábaní; samostatné hrubovacie a dokončovacie operácie. Po čiastočnej úprave pred dokončením obrábania nechajte stáť, aby sa zabránilo deformácii obrobku.
• Jednotná kontrola kvót: Zabezpečte konzistentný prídavok na konečnú úpravu prostredníctvom polodokončovania, aby ste sa vyhli odchýlkam v hrúbke steny.
• Potlačenie klepania: Prijať frézy s premenlivým sklonom; znížte reznú rýchlosť a radiálnu šírku rezu pri dokončovacom frézovaní, aby ste predišli rezonancii; nasaďte pomocné podpery na zvýšenie tuhosti.
• Kompenzácia chyby: Vopred otestujte veľkosť spätného pruženia tenkej steny a aplikujte kompenzáciu menšieho profilu v programoch CAM na zlepšenie presnosti hrúbky steny.

 

 

Vyššie uvedený proces sa aplikuje na opracovanie 2 mm tenkostennej krycej dosky dutín z titánovej zliatiny Gr5. Výsledky ukazujú, že hrúbka steny je stabilne udržiavaná na 2 ± 0,02 mm, tolerancia profilu spĺňa špecifikácie, rovinnosť menšia alebo rovná 0,03 mm, drsnosť povrchu vnútornej steny Ra menšia alebo rovná 0,8 μm, bez chvenia, škrabancov alebo vybudovanej hrany. Po uvoľnení a 72-hodinovom státí je rozmerová odchýlka nameraná pri opätovnej kontrole menšia ako 0,02 mm, čo naznačuje priaznivú účinnosť kontroly zvyškového napätia.

• Závery testu: Mierne opotrebovanie nástroja pri dokončovacom obrábaní spôsobí posun hrúbky steny. Pre sériovú výrobu musia byť formulované pravidelné špičkové kontroly a špecifikácie výmeny nástrojov. Otrepy na hranách sa zvyčajne vyskytujú po odstránení podpery; na ochranu tesniacich plôch by sa mal pridať flexibilný postup odhrotovania.

 

Referencie

[1] Wang Tonggang, Cheng Lei, Yang Song. CNC obrábanie dielov krycej dosky tenkostenných dutín z titánovej zliatiny[J]. Trh CNC obrábacích strojov, 2020.

[2] Chen Guang, Wang Jian. Pokrok vo výskume v oblasti riadenia obrábania a deformácie tenkostenných častí z titánovej zliatiny[J]. Výrobná technológia a obrábacie stroje.

[3] Li Yuan. Výskum chvenia pri frézovaní a deformácie pri obrábaní tenkostenných častí z titánovej zliatiny TC4[D]. Univerzita Shenyang Ligong.

[4] Zhang Hao. Výskum regulácie zvyškového napätia pre nízkoteplotné frézovanie tenkostenných častí z titánovej zliatiny[J]. Výrobná technológia a obrábacie stroje.

 

Ruihang, ako priamy výrobca titánových produktov, dodáva suroviny optimálnej kvality pre vašu výrobu presných komponentov. Ak máte nejaké nákupné potreby, neváhajte nás kontaktovať prostredníctvom e-mailu:Sam.Rui@bjrh-titanium.com