Analýza technológie riadenia deformácie obrábania pre tenkostenné-komponenty z titánovej zliatiny

Tenkostenné komponenty z titánovej zliatiny vo všeobecnosti označujú presné konštrukčné diely s hrúbkou steny od 0,5 mm do 3 mm, so slabou tuhosťou konštrukcie a vysokými požiadavkami na presnosť obrysu. všakzliatiny titánuvyznačujú sa nízkou tepelnou vodivosťou, nízkym modulom pružnosti a vysokým rezným odporom. V kombinácii so slabou tuhosťou tenkostenných konštrukcií, ktoré sú náchylné na deformáciu vplyvom sily, sa pri CNC frézovaní a sústružení ľahko vyskytujú problémy, ako je elastické odpruženie, deformácia, skrútenie a rozmerová odchýlka--. Tieto problémy už dlho sužujú priemysel so slabou zárukou presnosti obrábania, nízkou výťažnosťou hotového produktu a nestabilnou konzistenciou šarží.

 

 

1.Obrábacie ťažkosti materiálu a konštrukcie

Zliatiny titánu vykazujú zlú tepelnú vodivosť, nízky modul pružnosti a silnú tendenciu{0}}vytvárania hrán pri vysokých teplotách, čo vedie k vibráciám pri reze a pruženiu obrobku počas obrábania. Tenkostenné komponenty majú nízku tuhosť a sú náchylné na mikro-deformáciu pri reznom zaťažení. Zvyškové napätie v kovaných a valcovaných polotovaroch sa pri odstraňovaní materiálu redistribuuje, čo vedie k deformácii dielu a predstavuje veľkú výzvu pre presné obrábanie.

 

2.Klasifikácia mechanizmov deformácie jadra

• Mechanická deformácia spôsobená reznou silou: Tenké steny sa pri zaťažení rezom ohýbajú a odpruženie po odstránení zaťaženia spôsobuje rozmerové chyby, ktoré sa bežne vyskytujú pri tenkých doskách a bočných stenách.
• Tepelná deformácia vplyvom tepla pri rezaní: Nerovnomerná lokálna tepelná rozťažnosť a kontrakcia generuje tepelné namáhanie, ktoré spúšťa celkové štrukturálne skreslenie.
• Deformácia v dôsledku uvoľnenia zvyškového napätia: Superpozícia počiatočného napätia polotovaru a napätia pri obrábaní porušuje rovnováhu napätia, pretože materiál je odrezaný, čo vedie ku globálnej deformácii dielu.
• Deformácia upínacieho napätia: Nesprávne polohy upínania alebo nadmerná upínacia sila stláčajú obrobok a po uvoľnení upínania dochádza k pruženiu.

 

 

• Homogenizácia napätia polotovaru: Na polotovary zo zliatiny titánu sa na uvoľnenie napätia aplikuje starnutie pri vysokej teplote. Pre vysoko presné{2}}kozmické komponenty sa používa kombinovaná úprava starnutia pri nízkej teplote a vibračného starnutia.
• Regulácia-rovnomerného prídavku na obrábanie: Diferencované rozdelenie prídavkov založené na Rayleighovom-Ritzovom modeli vyrovnáva rezné zaťaženie a potláča deformáciu tenkej-steny.
• Predúprava tvarovania polotovarov: Polotovary sú vyrovnané a leštené, aby sa odstránili povrchové chyby, zabezpečila sa presnosť základov a znížila sa deformácia pri obrábaní.

 

 

1.Optimalizácia rezných parametrov

Vrstvené rezanie sa používa pre tenkostenné-diely zo zliatiny titánu. Pre dokončovacie práce sa volí malá hĺbka rezu a vysoká rýchlosť vretena: radiálna hĺbka rezu nie je väčšia ako 5 % priemeru nástroja a hĺbka rezu v jednej axiálnej polohe sa pohybuje od 0,1 mm do 0,3 mm. Stredná rýchlosť vretena sa používa pri hrubovaní na úber materiálu, zatiaľ čo vysoká rýchlosť vretena a nízka rýchlosť posuvu sa používajú pri dokončovaní. Stupavé frézovanie sa používa počas celého procesu, aby sa znížilo pracovné spevnenie a deformácia.

 

2.Optimalizácia rezných nástrojov a dráh nástroja

Vyberajú sa rezné nástroje zo slinutého karbidu s veľkými uhlami čela a premenlivými uhlami skrutkovice. Používa sa trochoidné frézovanie a špirálové zapichovacie rezanie so symetrickými vrstvenými dráhami nástroja obrábanými zvnútra von. To vyrovnáva uvoľnenie napätia, zabraňuje deformácii dielu a stabilizuje reznú silu.

 

3.Modernizácia technológie chladenia a mazania

Minimálne množstvo mazania (MQL) nahrádza chladenie zaplavením, aby účinne znížilo teplotu rezania a obmedzilo tepelnú deformáciu. V prípade ultra-presných komponentov je možné kryogénne chladenie studeným vzduchom prispôsobiť na ďalšiu kontrolu tepelného namáhania.

 

 

• Optimalizujte schémy upínania: Dodržiavajte zásady rovnomerne rozloženého viacbodového{0}}upínania a nízkej upínacej sily. Upínacia sila sa určuje pomocou simulačných testov; upínacie body sú usporiadané na pevných zónach, aby sa predišlo tenkým-oblastiam stien a zabránilo sa deformácii vytlačením.
• Pridajte pomocné podpery: Na zavesené tenkostenné-konštrukcie sa aplikujú plniace nástroje alebo tŕne, aby sa zvýšila tuhosť a potlačili ohybové vibrácie. Podpery a svorky je možné uvoľniť až po vychladnutí obrobku a stabilizácii napätia, aby sa zabránilo spätnému pruženiu.
• Zlepšite presnosť upínania: Zabezpečte vysokú presnosť polohovacích plôch, aby ste dosiahli tesné lícovanie medzi nástrojmi a obrobkami, čím sa eliminuje nerovnomerné namáhanie spôsobené medzerami.

 

 

1.Medzioperačný{0}proces odbúrania stresu

Prijmite segmentované procesy: hrubé obrábanie → odstránenie napätia → polo{0}}dokončovanie → sekundárne uvoľnenie napätia → konečná úprava. Prídavok na obrábanie 0,3 – 0,5 mm je po hrubom obrábaní vyhradený na zmiernenie napätia pri nízkej teplote a sekundárne starnutie sa vykonáva po polodokončení, aby sa zhomogenizovalo napätie a znížila sa deformácia pri dokončovaní.

 

2.Technológia predikcie a kompenzácie dynamickej deformácie

Na predpovedanie deformácií pri obrábaní sa používajú simulačné modely a na optimalizáciu dráh nástroja na kompenzáciu elastickej a tepelnej deformácie sa používajú genetické algoritmy. Regulácia procesov-v reálnom čase je realizovaná online monitorovaním v kombinácii s nepretržitou iteráciou prostredníctvom kontroly súradnicového meracieho stroja (CMM). Rozmerovú deformáciu je možné kontrolovať v rozmedzí 0,005 mm s indexom spôsobilosti procesu CPK väčším alebo rovným 1,33 pre kritické rozmery.

 

 

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