از طریق تجزیه و تحلیل پوسته آب بندی آلیاژ 4J29 Kovar و مواد فولاد زنگ نزن 022Cr17Ni12Mo2، روشی برای استفاده از فناوری فرز و ریمینگ با سرعت بالا برای پردازش مواد دشوار ماشین پیشنهاد شده است که نه تنها دقت ماشینکاری و راندمان ماشینکاری را بهبود می بخشد. شکل و سوراخ داخلی قطعات، بلکه باعث صرفه جویی در انرژی می شود. کاهش هزینه ابزار
1 مقدمه
به منظور بهبود عملکرد و عمر مفید فضاپیماها در محیطهای مختلف اعماق فضا، قطعات هوافضا عمدتاً موادی با مقاومت حرارتی خوب مانند آلیاژهای تیتانیوم و آلیاژهای با دمای بالا انتخاب میکنند. چنین مواد آلیاژی عملکرد پردازش ضعیفی دارند و پردازش آنها دشوار است. انتخاب ابزار برش الزامات بالا و هزینه های پردازش بالا. با توجه به ویژگی های چنین مواد سخت ماشین کاری، انجام تحقیقات در مورد فناوری پردازش مواد دشوار ماشین کاری و افزایش عمر ابزار به بهبود دقت قطعات پشتیبانی کننده فضاپیما و بهبود کارایی پردازش کمک می کند. در عین حال می تواند پتانسیل بازار شرکت را گسترش داده و منافع اقتصادی بیشتری ایجاد کند. .
2 بررسی اجمالی مشکل
پوسته آب بندی سری مستطیلی یک قطعه محصول است که به تازگی توسط این شرکت در سال های اخیر توسعه یافته است، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، مواد عمدتا از آلیاژ 4J29 Kovar و فولاد ضد زنگ است. از آنجایی که ساختار طراحی محصول مستلزم استفاده از فناوری آب بندی شیشه ای است، الزامات بالاتری برای زبری سطح سطح و سوراخ داخلی این نوع قطعات پوسته مهر و موم شده ارائه می شود که در نتیجه باعث افزایش دشواری پردازش، کاهش عمر ابزار، افزایش هزینه ابزار می شود. و راندمان پردازش را کاهش داد. نرخ پاس پایین است.
3 تجزیه و تحلیل مسئله
با در نظر گرفتن آلیاژ 4J29 Kovar و فولاد ضد زنگ 022Cr17Ni12Mo2 به عنوان مثال برای تجزیه و تحلیل نوع خاصی از پوسته آب بندی، ساختار قطعات پوسته آب بندی مشابه است و لازم است ردیف سوراخ ها در حفره داخلی پردازش شود. ردیف سوراخها برای پینهای آببندی شیشه و آببندی شیشه استفاده میشود. فناوری اتصال مستلزم آن است که مقدار زبری سطح داخلی سوراخ ردیف Ra{6}}.8μm باشد. در فرآیند آب بندی شیشه، محصولات غیرقابل صلاحیت بارها تولید می شود و بازده پایین است. با توجه به تجزیه و تحلیل طراحان و صنعتگران، زبری سطح سطح داخلی سوراخ ردیف پوسته آب بندی تأثیر مهمی بر عملکرد آب بندی شیشه دارد. بریدگی های ردیف سوراخ و شکل و شیار حفره داخلی به راحتی از بین نمی روند، که بر اثر آب بندی قطعات نیز تأثیر می گذارد.
3.1 تجزیه و تحلیل علل موثر بر کیفیت دیواره داخلی سوراخ قطعه
فناوری اصلی پردازش ردیف سوراخ مورد استفاده در خط تولید، حفاری → ریمینگ است. از آنجایی که مواد آلیاژی 4J29 Kovar دارای انعطاف پذیری خوبی است، چسبیدن به چاقو در طول پردازش آسان است. به دلیل سختی دمای بالا فولاد ضد زنگ (022Cr17Ni12Mo2) و اتلاف حرارت ضعیف، با سایر مواد فلزی متفاوت است. میل ترکیبی قوی [1]، بنابراین مته به سرعت فرسوده می شود، عمدتاً در جنبه های زیر.
لبه برش اصلی مته خیلی سریع فرسوده می شود و حتی بریدگی رخ می دهد. هنگام حفاری موادی که ماشینکاری سخت میشوند، دما بالا است، تغییر شکل برش و سرد شدن آن جدی است، و ابزار به راحتی برای تولید لبههای ساخته شده چسبانده میشود، که منجر به ناهمواری سطح سوراخهای داخلی مختلف همان قسمت میشود. وضعیت سایش مته در طول پردازش قابل تشخیص و کنترل نیست. سعی کنید کیفیت سطح و راندمان پردازش سوراخ داخلی را با استفاده از مته های کاربید سیمانی تنگستن-کبالت (YG، YT و YW) که برای پردازش مواد دشوار ماشین کاری مناسب تر هستند، بهبود بخشید. با توجه به اصل سایش ابزار [2]، مشخص شد که ابزار YG همچنان تحت تأثیر سایش چسب در حین برش با سرعت کم است، اما ابزار YT با مقدار مشخصی از سایش اکسیداتیو و سایش انتشار همزمان همراه است. به عنوان سایش باند. ابزار YW دارای سه نوع سایش است. مکانیسم سایش همان موقعیت را اشغال می کند، بنابراین مته های کاربید YG را می توان برای برش با سرعت کم ترجیح داد، و مته های کاربید YW یا YG را می توان برای برش با سرعت بالا استفاده کرد. با توجه به این اصل سایش، کیفیت سطح سوراخ داخلی پس از انتخاب مته مناسب برای پردازش ردیف سوراخ بهبود می یابد. با این حال، به دلیل قیمت بالای مته کاربید تنگستن-کبالت با قطر کوچک، هزینه ابزار افزایش می یابد و راندمان تولید و پردازش انبوه بالا نیست.
3.2 تجزیه و تحلیل دلایل مؤثر بر شکل قطعه و کیفیت سطح حفره داخلی
هنگام پردازش مواد آلیاژی 4J29 Kovar و مواد فولاد ضد زنگ (022Cr17Ni12Mo2)، ابزار کاربید سیمانی با اندازه دانه معمولی برای پردازش استفاده می شود. لبه پایین و لبه کناری فرز به سرعت فرسوده می شوند و عمر ابزار کوتاه است، بنابراین سرعت برش می تواند کمتر از 50 متر باشد / اگر محدوده min انتخاب شود، راندمان پردازش کم است. در مقایسه با پردازش آلیاژهای مبتنی بر آلومینیوم، طول عمر فرز برش تنها 1/5 از آلیاژهای مبتنی بر آلومینیوم است. در مقایسه با پردازش فولاد ضد زنگ 314، طول عمر فرزهای فرز تنها 1/3 عمر پردازش فولاد ضد زنگ 314 است.
در فرآیند برش چنین مواد سخت ماشینی، به راحتی می توان مقدار زیادی گرمای برش در ناحیه برش ایجاد کرد که به دقت ابعاد و عملکرد قطعات پردازش شده آسیب جدی وارد می کند. اتلاف گرمای برش را فقط می توان با برش مایع و ابزار خنک کننده داخلی انجام داد. برای پوسته آب بندی شده این نوع سازه، به دلیل کوچک بودن سوراخ داخلی و حفره داخلی، بیشتر از ابزارهای با قطر کم یا ابزارهای شکل دار استفاده می شود. مقدار زیادی از حرارت برش به سختی به سرعت دفع می شود و ابزار خیلی سریع فرسوده می شود و در نتیجه زبری سطح قطعه افزایش می یابد. اگر خیلی زیاد باشد و شرایط فنی را برآورده نکند، فاقد صلاحیت ارزیابی می شود. اگر فاصله سوراخ کوچک باشد، پخ شدن روزنه، اندازه روزنه مجاور را از بین می برد. اگر پخ خیلی کوچک باشد، فرز همچنان دارای فلنج است که بر کیفیت آب بندی تأثیر می گذارد.
4 حل مسئله
4.1 بهبود کیفیت دیواره داخلی سوراخ
با توجه به ناهمواری سطح سوراخ داخلی پوسته مهر و موم شده، بهبود روش پردازش و انتخاب ابزار مناسب ضروری است. از طریق فرآیند برش آزمایشی، فناوری پردازش ردیف سوراخ ابتدا به حفاری → ریمینگ → فرز ریز سوراخ داخلی تغییر می کند، کیفیت سطح سوراخ داخلی به وضوح بهبود می یابد، اما تعداد سوراخ ها زیاد است و ابزار هنوز هم باقی مانده است. هنگامی که فرز با قطر کوچک برای فرز کردن سوراخ داخلی سریع استفاده می شود و پدیده درهم تنیدگی تراشه و فاصله ابزار ایجاد می شود، راندمان پردازش هنوز بالا نیست و هزینه ابزار افزایش می یابد. ثانیاً به حفاری → ریمینگ → حفاری ریز تغییر یافته است. زبری سطح سوراخ داخلی الزامات را برآورده می کند و راندمان پردازش تک سوراخ بهبود می یابد، اما ابزار حفاری کلی با قطر کوچک باید سفارشی شود، هزینه ابزار بالا است، عمر ابزار حفاری کوتاه است و نمی تواند برآورده شود. چند ردیف سوراخ حوصله سر بر.
با مراجعه به فناوری حفره با قطر ثابت، دیافراگم فرآیند reaming به طور کلی 3 تا 100 میلی متر است. با توجه به طولانی بودن لبه برش ریمر، هر لبه برشی در حین ریمینگ همزمان در برش شرکت می کند، بنابراین راندمان تولید بالا است و در تکمیل سوراخ ها کاربرد زیادی دارد. فن آوری پردازش نهایی به عنوان حفاری → reaming → reaming تعیین می شود. از آنجا که تکنولوژی پردازش reaming سوراخ های با قطر کوچک (<φ2mm) has="" not="" been="" adopted="" in="" our="" company,="" a="" suitable="" domestic="" small-diameter="" custom="" carbide="" reamer="" is="" selected="" (see="" figure="">
از طریق محاسبه و برش آزمایشی، پارامترهای برش معقول را انتخاب کنید. اصل به شرح زیر است.
اطلاعات ابزار ریمر و پارامترهای جمعآوری شده را بررسی کنید و موادی که ماشینکاری دشواری دارند مانند فولاد ضد زنگ را پردازش کنید. سرعت ریمر نباید خیلی زیاد باشد [3] و مقدار مرجع را انتخاب کنید: سرعت برش vc=(6 ~ 12) m/min، نرخ تغذیه f=(0). 05 ~ 0.1) میلیمتر/ر. قطر حفره داخلی پوسته مهر و موم شده مستطیلی (1.7 ~ 1.8) میلی متر است، بنابراین ریمر φ1.8 میلی متر برای محاسبه سرعت دوک n و سرعت تغذیه vf در طول پردازش انتخاب می شود، جایی که vc=7m/min , f{18}}.06mm /r.
زیرا سرعت برش vc=πDn/1000 (D قطر ابزار، n سرعت دوک است)، بنابراین سرعت دوک n=1000vc/(πD)=1000×7/(3.14×1.8) )≈1238 (r/min).
از این، سرعت فید vf=fn=0.06×1238≈74 (mm/min) قابل محاسبه است.
با توجه به نتایج محاسبات، پارامترهای واقعی ماشینکاری و برش به صورت n{{0}}(1200-1300) r/min، vf=(70-80) mm انتخاب میشوند. /min، و فرآیند حفاری → reaming → reaming اتخاذ می شود. به دلیل مهر و موم شدن پوسته، فاصله سوراخ ها فشرده و قطر سوراخ کوچک است، بنابراین حاشیه قبل از ریمینگ به 0.05 میلی متر 0 کنترل می شود. اثر پردازش واقعی نهایی در شکل 3 نشان داده شده است. هنگامی که ریمر φ1.83 میلی متر دارای بیش از 1000 سوراخ باز شده باشد، زبری سطح سوراخ داخلی هنوز می تواند به 0.8 میکرومتر برسد، که الزامات فرآیند را برآورده می کند و کارایی پردازش را بهبود می بخشد.
4.2 بهبود کیفیت پردازش سطحی و عمر ابزار
به منظور بهبود راندمان پردازش و عمر ابزار مواد با سختی دمای بالا و اتلاف حرارت ضعیف، مانند آلیاژهای با دمای بالا، آلیاژهای تیتانیوم و فولادهای زنگ نزن، ابزارهای کاربید سیمانی وارداتی اغلب برای ماشینکاری خشن و نهایی استفاده میشوند. هزینه استفاده از ابزار بسیار بالا است. تجزیه و تحلیل مقایسه ای تفاوت سایش مواد مختلف ابزار هنگام برش آلیاژهای تیتانیوم با سرعت بالا، از جمله کاربید سیمانی بدون پوشش، کاربید سیمانی با روکش TiAlN PVD و PCBN و غیره، مشخص شده است که مواد ابزار PCBN در سرعت برش بالا، سرعت تغذیه پایین هستند. و کم هنگام برش آلیاژهای تیتانیوم با برش پشتی، نیروی برشی نسبتاً پایدار و مقدار زبری سطح کمتری را می توان به دست آورد [4]. با به کارگیری اصل فرزکاری با سرعت بالا و استفاده از ابزارهای PCBN داخلی، برش بالاتر روش پردازش با سرعت بالا و تغذیه کوچک، عمر مفید ابزار را افزایش می دهد.
از طریق برش آزمایشی و تأیید چندگانه، تجزیه و تحلیل نشان میدهد که هنگام برش مواد دشوار ماشینکاری با سرعت بالا، برهمکنش بین تغذیه به ازای هر دندان fz و ap درگیری پشتی تأثیر قابلتوجهی بر زبری سطح در یک احتمال اطمینان نسبتاً بالا دارد. نفوذ. این پدیده نشان می دهد که تأثیر خوراک به ازای هر دندان یا عمق آسیاب بر زبری سطح ارتباط تنگاتنگی با انتخاب عمق آسیاب و خوراک در هر دندان دارد. در مقابل، تحت شرایط برش با سرعت متوسط و کم، تعامل بین پارامترهای مختلف برش آشکار نیست یا هیچ تعاملی وجود ندارد. این بدان معناست که تحت یک شرایط برش خاص، صرفاً بررسی اثر تک عاملی تغذیه به ازای هر دندان یا مقدار برش برگشتی بر زبری سطح نمی تواند به طور دقیق مقدار زبری سطح پردازش شده را پیش بینی کند. بنابراین، برای به دست آوردن زبری سطح ایده آل، هنگام تعیین نرخ تغذیه به ازای هر دندان، باید آن را به همراه میزان درگیری پشت انتخاب کرد و بالعکس.
فرز کاربید جامد خانگی 4-برای ماشینکاری خشن با سرعت بالا در شکل و حفره داخلی انتخاب شده است. به دلیل درگیری کوچک پشت و ضخامت برش کوچک ae، می تواند به طور موثر از لبه پایین و لبه کناری ابزار محافظت کند. گرمای برش تولید شده به سرعت هدایت میشود، احتمال ایجاد لبه روی نوک ابزار را کاهش میدهد و به تبع آن سرعت آسیاب vc و نرخ تغذیه در هر دندان fz را افزایش میدهد که نه تنها کیفیت پردازش را تضمین میکند، بلکه راندمان پردازش را نیز بهبود میبخشد. برای محاسبه زمان سایش ماشینکاری فرز خشن، فقط لازم است قسمت فرسوده به طور موثر استفاده شده را برش دهید و قسمت باقی مانده از کاتر همچنان می تواند نیازهای خشن کردن مجدد را پس از تیز کردن برآورده کند، که به میزان قابل توجهی میزان استفاده را بهبود می بخشد. کاتر و هزینه کاتر را کاهش می دهد.
برای فرزهای تولید شده توسط مواد دشوار ماشینکاری، حذف دستی برای برآورده کردن الزامات فنی موجود دشوار است، بنابراین از ماشینکاری CNC استفاده می شود و مواد فولادی پرسرعت با پوشش TiC برای پردازش فرز برش پخ انتخاب می شوند. پس از اینکه فرز خشن کیفیت را بهبود بخشید، قطعات پوسته خوب هستند. فرزهای ایجاد شده در طول فرز نسبتاً کوچک هستند و فرز پخ فقط باید طبق مسیر کانتور قطعه پردازش شود تا از انتقال صاف لبههای تیز اطمینان حاصل شود. برای فلنج زدن و سوراخهای سوراخهای پوسته آببندی، از روش فرزکاری پخ کردن سوراخها با فرز پخ ← ریزه کاری با ریمر استفاده میشود تا اطمینان حاصل شود که سوراخها عاری از سوراخ و چسبندگی هستند. پارامترهای برش ابزار قبل و بعد از بهبود در جدول 1 و اثر پردازش پوسته در شکل 4 و شکل 5 نشان داده شده است.
جدول 1 پارامترهای برش ابزار قبل و بعد از بهبود
تصویر
تصویر
شکل 4 اثر پردازش پوسته آلیاژی 4J29 Kovar
تصویر
شکل 5 اثر پردازش پوسته فولاد ضد زنگ (022Cr17Ni12Mo2)
5 متداول شدن و استفاده از فناوری reaming برای مواد سخت ماشین
نوع خاصی از قطعات میله فشار (شکل 6 را ببینید) از فولاد ضد زنگ 00Cr17Ni14Mo2 ساخته شده است که ماشین کاری سختی است. سوراخ φ5mm روی دایره بیرونی پردازش می شود، عمق آن 15 میلی متر است و مقدار زبری سطح Ra{9}}.6μm مورد نیاز است. فرآیند اصلی این است: حفاری مناسب → پولیش کردن دیوار سوراخ. از آنجایی که مواد فولادی ضد زنگ است، در فرآیند مناسب از مته برای سوراخ کردن سوراخ ها استفاده می شود، مته به سرعت فرسوده می شود، موقعیت سوراخ خارج از تحمل است و راندمان پرداخت سوراخ داخلی کم است. بنابراین، فرآیند بهبود یافته عبارت است از: حفاری تراش → حفاری. از آنجایی که فرآیند تراشکاری نیاز به استفاده از ابزار ویژه برای بستن قطعات میله فشار دارد و اندازه ابزار ویژه بسیار بزرگ است، نصب آن آسان نیست. بنابراین، اگرچه پردازش واقعی مقدار زبری سطح Ra=1.6μm را تضمین کرده است، راندمان پردازش بهبود نیافته است. 00فولاد ضد زنگ Cr17Ni14Mo2 باعث می شود ابزار خسته کننده به سرعت فرسوده شود و هزینه ابزار بالا است.
تصویر شکل 6 نمودار دو بعدی میله فشار
با استفاده از تجربه بهدستآمده از باز کردن سوراخهای با قطر کوچک، فناوری پردازش حفاری → ریمینگ → ریمینگ در مرکز ماشینکاری برای حل مشکلات راندمان پردازش پایین φ 5 میلیمتر از طریق سوراخها و مشکل در تضمین مقدار زبری سطح Ra{{{{ 2}}.6μm. روند اجرا به شرح زیر است.
مقدار مرجع را انتخاب کنید: سرعت برش vc{{0}}(6~12) m/min، feed f=(0.15~0.2) mm/r. برای محاسبه سرعت ابزار و نرخ تغذیه در حین پردازش، ریمر φ5 میلیمتری را انتخاب کنید.
چون سرعت برش vc=πDn/1000 (D قطر ابزار، n سرعت دوک است)، بنابراین سرعت دوک n=1000vc/(πD)=1000×7/(3.14×5) )≈445 (r/min), مقدار خوراک vf=fn=0.18×445≈80 (mm/min).
با توجه به نتایج محاسبات، پارامترهای واقعی ماشینکاری و برش به صورت زیر انتخاب می شوند: سرعت دوک n {{0}} (450-500) r/min، vf=({{3}) }) میلیمتر/دقیقه، مقدار مجاز قبل از ریمینگ تا 0.1 میلیمتر کنترل میشود، و ماشینکاری نهایی نهایی شیء نهایی در شکل 7 نشان داده شده است. زبری رادیوم سوراخ داخلی هنوز می تواند به 1.6 میکرومتر برسد که الزامات فرآیند را برآورده می کند و راندمان پردازش را بهبود می بخشد. ابزار موقعیت یابی ساخته شده (شکل 9 را ببینید) ساختار ساده ای دارد و به راحتی گیره می شود.
تصویر
شکل 7 شی واقعی میله فشار پس از پردازش
تصویر
شکل 8 φ5.02mm ریمر
تصویر
شکل 9 اثر ابزار تعیین موقعیت برای پردازش میله فشار
6 اثر به دست آمده
از طریق این تحقیق، ما تجربه فنی در پردازش موادی که ماشینکاری مشکل دارند، انباشتهایم. تحقیق و توسعه بعدی قطعات ساخته شده از مواد سخت ماشین کاری مانند آلیاژهای با دمای بالا و آلیاژهای تیتانیوم نیز می توانند با توجه به فناوری reaming پردازش شوند و نتایج خوبی به دست آمده است. به عنوان مثال، با استفاده از یک ریمر φ2.12 میلیمتر، ریمینگ کامل مواد سوپرآلیاژی، تصاویر قطری و سوراخهای عمیق با عمق بیش از 40 میلیمتر. فناوری پردازش reaming نه تنها در هزینه ابزار صرفه جویی می کند، بلکه کارایی پردازش را نیز بهبود می بخشد. برای مقایسه اثر پردازش قطعات قبل و بعد از بهبود به جدول 2-جدول 4 مراجعه کنید.
جدول 2 پردازش تصاویر سوراخ های پوسته آب بندی مستطیلی قبل و بعد از بهبود
جدول 3 پردازش سوراخ های میله فشار قبل و بعد از بهبود
تصویر
جدول 4 هزینه ابزار قبل و بعد از بهبود
تصویر
از جدول 2 تا جدول 4 می توان نتیجه گرفت که استفاده از روش پردازش بهبود یافته باعث بهبود کیفیت پردازش، ضریب عبور قطعات به 99 درصد، راندمان تولید 33 درصد و هزینه ابزار شده است. بسیار کاهش یافته است.
7 نتیجه گیری
مواد نوظهور جدید و مواد سخت در ماشین کاری در زمینه هوافضا، الزامات بالاتری را برای فناوری پردازش برش ایجاد کرده است. تنها با تحقیق عمیق در مورد ویژگی های برش مواد سخت ماشین کاری و تسلط بر خواص بیشتر مواد جدید می توانیم ابزارهای منطبق را برای برش انتخاب کنیم. سیستم نظارت بر وضعیت برش ابزار برای نظارت بر وضعیت استفاده از ابزار در زمان واقعی معرفی شده است. با توجه به طول عمر مختلف مواد مختلف، ابزار را می توان به موقع قضاوت و انتخاب کرد، که می تواند هزینه را کاهش دهد و کارایی را افزایش دهد و در عین حال دقت ماشینکاری قطعات پشتیبان فضاپیما را بهبود بخشد. اثر.
