چگونه می توانیم از تغییر شکل استرس که باعث خرابی ماشینکاری آلیاژ تیتانیوم می شود جلوگیری کنیم؟

آلیاژهای تیتانیوم قوی هستند، اما ماشینکاری آنها دشوار است، مخصوصاً قطعات نازک{0}}. برش آنها به راحتی منجر به تغییر شکل استرس و عدم دقت در ابعاد می شود و برای بسیاری باعث سردرد می شود! نترسید، ترکیبی از تکنیک‌ها می‌تواند این مشکل را حل کند: تنظیم مسیرهای فرز EDM و CNC، بهینه‌سازی نقشه‌های ماشینکاری، و استفاده از وسایل تعیین موقعیت + برش حلقه بسته برای بهبود صلبیت قطعه، کاهش تغییر شکل در منبع آن و اطمینان از کیفیت محصول ثابت!

1. مقدمه

آلیاژهای تیتانیوم به دلیل استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر حرارت و سختی به طور گسترده در هوافضا استفاده می شوند. از معایب آنها می توان به هدایت حرارتی ضعیف و دشواری بالای ماشینکاری اشاره کرد.

قسمت دنده آلیاژ تیتانیوم 43 میلی متر طول، 25 میلی متر عرض و 3.5 میلی متر ضخامت دارد. ضخامت و دو حفره داخلی CNC آسیاب شده اند، در حالی که هشت دنده توسط سیم EDM ماشینکاری می شوند و عرض دنده (0.05±0.3) میلی متر و تقارن 0.05 میلی متر با حفره های داخلی را تضمین می کنند. این به عنوان یک بخش دنده ظریف طبقه بندی می شود. ده قسمت ابتدا طبق اسناد فرآیند پردازش شد. پرسنل بازرسی متوجه شدند که چهار قسمت دارای مشکلاتی با عرض و تقارن دنده هستند، که الزامات طراحی را برآورده نمی کنند.

2. تحلیل علت ریشه ای

اسناد فرآیند اصلی نیاز به ضخامت مواد خام 5 میلی متری داشتند. با این حال، به دلیل محدودیت‌های موجودی، مواد اولیه با ضخامت 18 میلی‌متر در دسترس بود. بنابراین، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، اندازه خالی باید 250 میلی متر × 80 میلی متر با ضخامت 18 میلی متر باشد. یک فرآیند EDM سیم برای تقسیم ضخامت مواد به دو قسمت اضافه شد (شکل 2 را ببینید)، در نتیجه هر قطعه 9 میلی متر ضخامت داشت. سپس با استفاده از فرز CNC به ضخامت 3.5 میلی متر ماشینکاری شد. در طول فرز CNC، اپراتور از روش بستن چاک خلاء استفاده کرد (شکل 3 را ببینید). یک سطح ابتدا با دقت آسیاب شد و مقدار 3 میلی متر حذف شد. سپس قسمت برای مکش برگردانده شد و سطح دوم به ضخامت 3.5 میلی متر آسیاب شد. در نهایت حفره داخلی وسط قطعه ماشین کاری شد.

شکل 1. خالی

شکل 2. تقسیم خالی به دو

شکل 3. بستن فنجان مکش خلاء

ده قسمت کوچک روی هر قطعه از مواد چیده شده است (شکل 4 را ببینید). یک سوراخ رزوه‌ای 3 میلی‌متری در یک انتهای هر ردیف قطعات حفر می‌شود و سپس قطعات توسط سیم EDM پردازش می‌شوند.

شکل 4. طرح بندی بخش

قبل از پردازش، اپراتور سیم EDM صافی مواد را بررسی می کند و تغییر شکل تنش را می یابد (شکل 5 را ببینید)، با حداکثر تغییر شکل 3.05 میلی متر. با استفاده از یک صفحه گیره برای برش، از آنجایی که فقط یک سیم{3}} سوراخ رزوه وجود دارد، هر قسمت کوچک پس از برش به هم متصل می شود. ماده برش داده می شود، و بنابراین، تحت تنش، تغییر شکل ماده در طول پردازش رخ می دهد (شکل 6 را ببینید)، که باعث می شود عرض دنده قطعه از حد تحمل بیشتر شود، بنابراین تقارن با حفره داخلی را تحت تأثیر قرار می دهد.

شکل 5. تغییر شکل مواد قبل از برش

شکل 6. تغییر شکل مواد پس از برش

3. انجام اقدامات مؤثر

تجزیه و تحلیل نشان داد که مشکل اصلی تغییر شکل تنش مواد است. مواد آلیاژ تیتانیوم در حین ماشینکاری گرمای برش تولید می کنند. این ماده گرما را به آرامی پراکنده می کند و هر چه مقدار اضافی حذف شود، تغییر شکل بیشتر می شود. این تنها با تغییر روش برش قابل حل است [1]. طرح ماشینکاری اولیه با انجام اقدامات موثر زیر بهینه شد.

1) جایگزینی استرس زیاد با استرس کم. در آسیاب CNC، هر چه میزان برش بیشتر باشد، تنش بیشتر و تغییر شکل مواد بیشتر می شود. فرآیند سیم برش ماده خام از تقسیم آن به دو قسمت به تقسیم آن به سه قسمت تغییر یافت (شکل 7 را ببینید)، به طوری که ضخامت هر قطعه از مواد حدود 6 میلی متر بود، که تا حد زیادی اجازه ماشینکاری آسیاب CNC را کاهش داد و در نتیجه تغییر شکل مواد را کاهش داد.

شکل 7 خالی به سه قسمت تقسیم شده است

2) تغییر روش بستن فرز CNC. هنگام ماشینکاری ضخامت در فرز CNC، روش بستن چاک خلاء به روش بستن جانبی-بالا [2] تغییر یافت (شکل 8 را ببینید). با چرخاندن مکرر قطعه و آسیاب کردن هر دو طرف، مقدار برش کمتر یا مساوی 0.2 میلی‌متر در هر بار بود، که اطمینان حاصل کرد که ضخامت مطابق با الزامات طراحی است و تغییر شکل ماشینکاری مواد را کاهش می‌دهد. طبق محاسبات، پس از آسیاب CNC، تا زمانی که تغییر شکل کل قطعه مواد در 0.5 میلی متر کنترل شود، می توان الزامات صافی یک قطعه کوچک را برآورده کرد. اپراتور قطعات را طبق روش بهینه سازی شده پردازش کرد، و آنها را در حین پردازش بازرسی کرد تا از صافی کمتر یا مساوی 0.2 میلی متر اطمینان حاصل کند.

شکل 8 بستن سمت-بالا

3) ابزار ویژه ای برای افزایش تعداد سوراخ های سیم- بسازید. در فرآیند برش سیم، برای جلوگیری از تغییر شکل مواد در حین پردازش، تعداد سوراخ‌های رزوه‌کشی سیم به 10 عدد افزایش یافت، تا اطمینان حاصل شود که هر قسمت دنده دارای یک سوراخ رزوه‌ای مستقل است که سپس در یک مرحله توسط آسیاب CNC برای اطمینان از قوام، ماشینکاری می‌شود. یک ابزار برش سیم ساخته شد و قطعه کار با پین های موقعیت یابی روی صفحه ابزار قرار گرفت (شکل 9 را ببینید). هر دنده به طور مستقل پردازش شد، بدون برش از طریق یکدیگر، افزایش صلبیت مواد و کاهش تغییر شکل قطعه [3].

شکل 9 قرار دادن قطعه کار روی صفحه ابزار با استفاده از پین های موقعیت

4 تأیید اثر

20 قسمت طبق طرح بهبودیافته پردازش شد. پس از آزمایش توسط تجهیزات تست حرفه ای، عرض و تقارن دنده همه الزامات ترسیم را برآورده کردند. در نهایت، در مجموع 120 قسمت پردازش شد که همه آن‌ها شرایط لازم را داشتند، با ضریب قبولی 100% که نشان‌دهنده مؤثر بودن طرح بهبود یافته است. 5 نتیجه‌گیری

این مقاله یک مسیر ماشینکاری و روش کنترل تغییر شکل را برای قطعات صفحه نازک آلیاژ تیتانیوم معرفی می‌کند. با بهینه سازی طرح ماشینکاری و روش گیره، تغییر مسیر سیم EDM و استراتژی فرز CNC و اتخاذ فیکسچرهای موقعیت یابی و برش بسته برای کاهش تغییر شکل تنش برش، عرض دنده و الزامات تقارن قطعات به طور موثر تضمین می شود و تجربه برای ماشینکاری چنین قطعاتی انباشته می شود.