35CD4 há-sterkt stál er mikið notað í nákvæmni sívalningshluta flugrýmis vegna frábærrar frammistöðu þess, en það hefur tæknilega erfiðleika eins og mikla hörku, mikla skurðarerfiðleika, auðveld aflögun á þunnum-veggjum hlutum og strangar kröfur um umburðarlyndi. Til að bregðast við þessum tæknilegum erfiðleikum var mótað slétt vinnslukerfi sem nær yfir marga ferla með því að sameina efniseiginleikana með nákvæmni stærðum og sérstökum vinnslukröfum hlutanna. Með því að fínstilla færibreytur og verkfæri lykiltengla eins og ytri beygju, innri borunar, skáhola og leguholavinnslu í vinnsluferlinu og stilla röð skotsmíðunar og slípunar, voru vandamál eins og aflögun vinnslu og víddarfrávik leyst. Að lokum náðist stöðug fjöldaframleiðsla á hlutum og viðkomandi ferli getur veitt viðmiðun fyrir vinnslu nákvæmnishluta úr efnum sem erfitt er að-klippa.
HLUTI 1
Inngangur
Frammistöðubylting flugvélabúnaðar er mjög háð vinnslunákvæmni og áreiðanleika kjarnahluta[1]. Há-styrkt stál 35CD4 hefur orðið tilvalið efni fyrir nákvæma sívalningshluta flugrýmis vegna framúrskarandi eiginleika þess eins og mikils styrks og mikillar herslu. Hins vegar er mikill skurðarkraftur og veruleg vinnuherðandi tilhneiging þessa efnis, ásamt óreglulegri lögun og auðveldlega aflögunarhæfni, og ströng nákvæmni víddarvikmörk sívalningslaga hluta, veruleg áskorun fyrir hefðbundna vinnsluferla.
Til að sigrast á þessari framleiðsluáskorun er lögð áhersla á efniseiginleika 35CD4 og vinnslukröfur sívalningslaga hluta og rannsóknir á sléttum vinnsluferlum. Með röð ráðstafana, þar á meðal að fínstilla ferlihönnun, bæta val á verkfærum og stilla vinnslufæribreytur, voru lykilatriði eins og aflögun vinnslu og víddarfrávik leyst á kerfisbundinn hátt, sem leiddi til stöðugrar og áreiðanlegrar fjöldaframleiðslulausn.
Þessi grein fer kerfisbundið yfir rannsóknar- og þróunarhugmyndir og sannprófunarferli þessarar tækni, með það að markmiði að veita tæknilega viðmiðun fyrir vinnslu svipaðra nákvæmnishluta í geimferðum.
2. HLUTI
Aðferðareiginleikar nákvæmni sívalningshluta í geimferðum
Ákveðinn sívalur hluti af nákvæmni loftrýmis sem framleiddur er af fyrirtækinu okkar er úr 35CD4 og lögun hans er sýnd á mynd 1. Þessi hluti er óreglulega lagaður hluti, sérstök uppbygging hans er viðkvæm fyrir aflögun og veggþykktin er tiltölulega þunn. Stranglega er krafist fráviks fyrir innra gatið og ytri hringinn, burðargatið við tindinn er nákvæmnisgat og hluturinn er með ská holur að innan, sem gerir eftirlit með tengdum víddarvikum erfitt. Tæknilegir eiginleikar þessa sívalningslaga hluta endurspeglast aðallega í eftirfarandi þáttum.
Mynd 1. Ytri lögun sívalningshlutans
2.1 Efniseiginleikar
(1) Málmeiginleikar
35CD4 há-blendistál er algengt meðal-kolefni nikkel-króm-mólýbdenstál í geimferðaiðnaðinum. Efnasamsetning þess er sýnd í töflu 1. Í samanburði við aðra málma hefur þetta stál einstaka kosti í efnafræðilegum, eðlisfræðilegum og vélrænum eiginleikum.
Tafla 1. Málefni og færibreytur 35CD4 (efnasamsetning)
(2) Efniseiginleikar 35CD4
Inniheldur aðallega eftirfarandi fjögur atriði:
① Hár styrkur. Vegna þess að það er lágt-kolefnis, lágt-blandað stál, hefur það meiri styrk en ó-blandað stál, þess vegna er það kallað "lágt-blandað hár-stál".
② Hár afrakstursstyrkur. Flutningsmark þess er hærra en ó-blandað stál. Við sama álag er hægt að minnka þyngd hluta úr þessu efni um 20% til 30%.
③ Góð mýkt og seigja. Hlutfall álhluta er tiltölulega lágt, sem gefur efninu bæði góða mýkt og seigleika. ④ Mikil herðni. Blandan inniheldur efni eins og nikkel, króm og mólýbden, sem getur haldið ofurkældu austeníti stálsins mjög stöðugu. Martensít og bainít mannvirki er hægt að fá með loftslökkvun.
(3) Eiginleikar efnisvinnslu. Þetta efni hefur yfirleitt tvö hitameðhöndlunarstig: eðlileg + temprun og slökkva + temprun. Hörkan sem samsvarar þessum tveimur ríkjum er sýnd í töflu 2.
Tafla 2 Efnishörku
Eins og sjá má af töflu 2 eru hörku og togþol þessa efnis bæði á háu stigi. Það er einnig ríkt af frumefnum eins og króm og mangan. Þessir þættir saman gera það erfitt að vinna úr því og það er dæmigert erfitt-að-gera efni. Sérstakir vinnsluerfiðleikar eru sem hér segir:
1) Mikill skurðarkraftur. Efnið hefur mikla hörku og styrk, mikinn atómþéttleika og bindikraft, og framúrskarandi brotseigu og langtíma mýkt. Meðan á skurðarferlinu stendur er skurðarkrafturinn ekki aðeins mikill heldur sveiflast skurðarkrafturinn einnig verulega [2].
2) Hátt skurðarhitastig. Skurðaraflögunin eyðir miklu afli og framleiðir mikinn hita. Mikið magn af skurðarhita safnast saman í skurðarsvæðinu og myndar umhverfi með háan-hita.
3) Mikil tilhneiging til vinnuherðingar. Efnið sýnir góða mýkt og seigleika, með háum styrkingarstuðli. Undir sameinuðum áhrifum skurðarkrafts og skurðarhita verður það fyrir alvarlegri plastaflögun, sem leiðir til vinnuherðingar. Á sama tíma veldur skurðarhiti að efnið gleypir vetnis-, súrefnis- og köfnunarefnisatóm úr nærliggjandi miðli, myndar hart og brothætt yfirborðslag, sem eykur enn erfiðleika við að klippa.
4) Mikið slit á verkfærum. Háir skurðarkraftar og hitastig meðan á skurði stendur eykur núning á milli verkfæris og spóna og verkfæraefnið er viðkvæmt fyrir skyldleikasamskiptum við vinnustykkisefnið. Ásamt nærveru harðra agna í efninu og mikilli vinnuherðingu, er tólið mjög viðkvæmt fyrir límsliti, dreifingarsliti, slípiefnissliti, sliti á mörkum og sliti með rifum við klippingu og missir að lokum skurðargetu sína.
5) Erfið meðhöndlun flísar. Mikill styrkur, mýkt og seigleiki efnisins veldur því að borði-eins og flísar flækjast við klippingu, sem skapar öryggishættu, hindrar skurðarferlið og veldur rispum á yfirborði hlutans, sem gerir það erfitt að uppfylla kröfur um ójöfnur yfirborðs.
6) Mikil aflögun skurðar. Hátt skurðarhitastig og mikil mýkt efnis við vinnslu leiða auðveldlega til varma aflögunar, sem gerir það erfitt að tryggja nákvæmar stærðir og lögun.
(4) Efnisvinnslukerfi Til að tryggja að hráefnin geti lokið slökkvi- og temprunarmeðferðinni að fullu, þarf að gróft-gera smiðjuna fyrir hitameðhöndlun til að tryggja að veggþykkt hvers-þversniðs sé<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.
Mynd 2: Autt
Mynd 3: Gróft-lagað form
2.2 Ferlaeiginleikar Þessi hluti hefur nokkrar háar-kröfur um nákvæmni víddar. Stöðugt og áreiðanlegt ferliflæði verður að vera hannað með því að ítarlega íhuga allar nákvæmni víddarbreytur til að tryggja gæði vöru. Helstu nákvæmnismál hlutans eru sýndar á mynd 4.
Mynd 4: Helstu nákvæmnismál hlutans
(1) Ytri þvermál nákvæmni. Ytri þvermál nákvæmni við höfnina er mm, með vikmörk á breidd svæðisins sem er aðeins 0,022 mm; innra gatastærð er φ83,37 mm, sem samsvarar 2,81 mm veggþykkt. Þessi krafa um víddarþol er ströng, hlutaveggurinn er þunnur og vinnsluerfiðleikar eru mjög miklir. (2) Nákvæmni innra gat: Nákvæmni innra gat hefur þvermál φ mm og vikmörk 0,04 mm. Krafa um samáxlun þessa innra gats miðað við ytri hringinn er φ0,04 mm, krafan um sívalning er φ0,02 mm og holudýpt er 287,5 mm.
(3) Framlengt hallað gat: Eins og sýnt er á mynd 5 hefur halla gatið sem staðsett er í eyrnastöðu hlutans þvermál mm og 45 gráðu horn við ás hlutans. Þegar þetta gat er unnið þarf að stilla vélarsnælduna í 45 gráðu horn við hlutann. Til að koma í veg fyrir truflun á milli tólsins og festingarinnar, þarf langa yfirhangsbyggingu fyrir vinnslutólið, sem er mikil áskorun við vinnslu þessa hluta.
Mynd 5: Framlengt hallað gat og legugat
(4) Leguhol: Eins og sýnt er á mynd 5, hefur legugatið við eyrað mm í þvermál. Þetta gat er aðeins hægt að vinna frá vinstri endahlið hlutans. Yfirhengið á tólinu er stórt og þvermálsþolsþörfin eru ströng, sem gerir það erfitt að tryggja víddarnákvæmni. 2.3 sérferla
Til viðbótar við ofangreindar vinnslukröfur, krefst þessi hluti nokkur sérstök vinnsluþrep, eins og hér segir:
1) Skotpípa. Skotplásssvæðið er ytra þvermál hlutans, en forðast verður ytri þvermál hlutans með þvermál φmm. Það er stranglega bannað að sprauta innri holuna.
2) Krómhúðun. Krómhúðunarsvæðið er innra gatið með þvermál φmm. Þykkt krómlagsins verður að vera stjórnað á milli 20 og 25 μm.
3) Kadmíumhúðun. Kadmíumhúðunarsvæðið er allt yfirborð nema krómhúðunarsvæðið.
4) Málverk. Málningarsvæðið er ytra þvermál hlutans, en forðast verður ytri þvermál hlutans með þvermál φmm.
3. HLUTI
Flugvél nákvæmni strokka vinnsluferli hönnun
Byggt á greiningu á efniseiginleikum, nákvæmni víddum og sérstökum ferlum þessa strokkahluta er vinnsluáætlunin sýnd í töflu 3.
Tafla 3 Ferliáætlun
4. HLUTI
Staðfesting á nákvæmni strokka vinnsluferli flugvéla
4.1 Frágangur á ytri þvermál eyrna
35CD4 efni hefur sterka viðloðun, sem gerir flísbrot erfitt við vinnslu. Þegar lægri vinnslufæribreytur eru notaðar birtast djúp skurðarmerki á endahlið hlutans, sem leiðir til rifins útlits á yfirborðsefninu. Til að leysa þetta vandamál þarf að stilla ytri beygjuvinnslufæribreytur. Sérstakar hagræðingarfæribreytur eru sýndar í töflu 4. Með hagræðingu færibreytu eru skurðarmerkin á endaflötum hlutans eytt, vinnsluendahliðin er slétt og vinnslugæði eru stöðug frá miðju til brúnar. Bjartsýni endaflatarstaða er sýnd á mynd 6.
Tafla 4 Fínstilling á færibreytum endasnúnings
Mynd 6 Hlutaástand eftir beygjulokun á endahliðinni
4.2 Nákvæm ytri þvermál beygja
14. CNC beygjuaðgerðin er lykilferli í vinnslu þessa hluta. Þessi aðgerð notar sjálf-miðja spennu og miðstöðu til að styðja við ytra þvermál. Sérstakar vinnslukröfur eru sýndar á mynd 7. Nákvæmni ytra þvermálsþol hlutans er 0,024 mm og vinnsla þarf að fara fram í þremur áföngum. Sérstakar vinnslubreytur eru sýndar í töflu 5. Vegna mikillar seigju efnisins er þörf á beittum ytri snúningsinnskoti. Ákjósanlegur radíus innskotsins er R0,2 mm. Ef radíus innsetningaroddsins er of stór er ekki hægt að tryggja yfirborðsgrófleikakröfur hlutans.
Mynd 7 Kröfur fyrir CNC beygjuferli Tafla 5 Hagræðing ytri beygjubreyta Eftir frágang er ytri þvermál hlutans 88,85~88,89mm, sem er umfram kröfur teikningarinnar. Áður en grunnorsökin er fundin er eina leiðin til að stilla stærðina að skilja eftir spássíu á ytri þvermáli og pússa hana síðan handvirkt. Eftir greiningu mun kringlun ytri þvermáls sem studd er af miðjupúðanum við klemmingu hafa veruleg áhrif á snúningshlaup hlutans [3]. Undir kröfum um mikla nákvæmni umburðarlyndis eru þessi áhrif sérstaklega áberandi. Ytra þvermál klemmuhlutans utan-af-vikmarkshlutans var mæld og hringleikabreyting hans var 0,020~0,035 mm, sem er í grundvallaratriðum í samræmi við út-viðburðarsveiflu ytra þvermáls hlutans. Til að leysa þetta vandamál er nauðsynlegt að hagræða og leiðrétta tæknilegar kröfur viðmiðunarferlisins. Í ytri beygjuferli 11. ferlisins er greinilega krafist að hringleika ytri þvermálsins sé stjórnað innan 0,01 mm. Sérstakar umbótakröfur eru sýndar á mynd 8. Eftir að kröfum um kringlunarstýringu var bætt við 11. ferli, var víddarstöðugleiki ytri þvermálssnúnings í 14. ferli verulega bætt. Sveiflusvið ytra þvermáls var minnkað í 88,865–88,875 mm og hægt var að stjórna aflöguninni innan við 0,01 mm. Engar staðbundnar lagfæringar af hálfu rekstraraðila voru nauðsynlegar til að tryggja að vikmörk ytra þvermáls uppfylltu kröfurnar. Stöðugleikapróf staðfestu að einn skurðarverkfæri gæti vélað fjóra hluta stöðugt; Hins vegar var ekki hægt að tryggja víddarnákvæmni eftir slit á verkfærum.
Mynd 8: Umbótakröfur fyrir grunnferlið
4.3 Lean endurbætur á botnfleti innra holunnar
Meðan á CNC beygjuferlinu í 14. ferlinu stóð kom fram vinnslugalli neðst á hlutanum, sem birtist sem afgangur með 1 mm í þvermál og 0,3 mm hæð, eins og sýnt er á mynd 9. Upphaflega vinnsluáætlunin var að nota flata -endafressu til að fjarlægja botnafganginn, nota síðan stórt {{5} þvermál til að stilla út, og nota stórt{5} skurðarverkfæri. neðsta yfirborðið. Þegar botnhlutfallið er fjarlægt með fræsara verður að stjórna úthlaupi verkfæra innan við 0,01 mm. Hins vegar, vegna lítillar skábrautar neðst á flatu-endakvörnunni, er ekki hægt að vinna botn hlutans í flatt ástand. Flata-endamyllan er sýnd á mynd 10.
Mynd 9: Botngalli
Mynd 10: Flat-endamill
Til að leysa þetta vandamál var vinnslukerfið fínstillt með því að skipta botninum út fyrir borskútu með litlum -þvermáli, eins og sýnt er á mynd 11. Vinnsluprófanir sönnuðu að með því að nota borskútu til að bora botninn var botngallann algjörlega eytt.
Mynd 11: Bætt við Boring Cutter
4.4 Hagræðing fyrir innri holubeygju
Í 14. CNC beygjuaðgerðinni skilur innri holuboringin eftir 0,05 mm hlunnindi á annarri hliðinni fyrir síðari slípun. Hins vegar, eftir leiðindi, komu ýmsir gæðagallar fram í innra gatinu. Tegund galla og hlutföll eru sýnd í töflu 6. Þessir gallar hafa í för með sér verulega hættu fyrir síðari slípun.
Tafla 6. Tegundir galla og hlutfall
Greining leiddi í ljós þrjár meginorsakir fyrrnefndra galla: Í fyrsta lagi var þvermál innra borunarverkfærisins of lítið, sem leiddi til ófullnægjandi stífni verkfæra og óstöðugra gatamáls eftir borun. Í öðru lagi hafði efnið mikla seigju, sem leiddi til óstöðugs skurðar og lélegs flísbrots þegar hefðbundnar frágangsbreytur eru notaðar, með flísum sem þyrlast í kringum og klóra holuvegginn. Í þriðja lagi var skurðarhraðinn of lágur og uppfyllti ekki kröfur um víddarnákvæmni og yfirborðsgrófleika hlutans.
Til að takast á við þessi vandamál voru eftirfarandi hagræðingarráðstafanir framkvæmdar: Í fyrsta lagi skaltu skipta um innra borunarverkfæri fyrir stærra þvermál til að bæta stífni verkfæra; bjartsýni borunarverkfærið er sýnt á mynd 12. Í öðru lagi skaltu auka skurðarhraðann til að auka skurðardýpt í frágangi. Í þriðja lagi, fínstilltu innra kælikerfið til að leyfa skurðvökvanum að virka beint á leiðinda tólið. Samanburður á hagræðingu verkfæra er sýndur í töflu 7.
Mynd 12 Optimized Boring Tool
Tafla 7 Samanburður á hagræðingu verkfæra
4.5 Hagræðing útvíkkaðs hallandi gats
Í 13. aðgerðinni, lárétt mölun á útbreiddu hallandi holunni, var upphafsáætlunin: með því að nota φ6mm útbreiddan fræsunarskera til að stækka gatið í φ7,3 mm, raunverulegt holuþvermál eftir vinnslu var 7,1 ~ 7,2 mm, með víddarsveiflu upp á 0,1 mm; eftir að forritið hefur verið stillt til að mala í φ7,5 mm var þvermál holunnar 7,35 ~ 7,42 mm og sveiflan minnkað í 0,07 mm; loks var notaður beinn skaftrúfur til að klára, þvermál holunnar var 7,62 ~ 7,69 mm og stærðin var mjög óstöðug.
Í fyrstu hagræðingu var reamer skipt út fyrir leiðindaverkfæri og gat þvermál eftir vinnslu var 7,60 ~ 7,72 mm, sem fór yfir þolkröfur og olli því að hluturinn var rifinn. Endanleg fínstilla áætlunin var: með því að nota 7 mm þvermálsfræsara með breytilegri -þvermálsfræsingu fyrir hallandi holufræsingu, náði yfirferðarhraði vélrænna hlutanna 100%. Verkfærið fyrir vinnslu með skáhalla holu er sýnt á mynd 13.
a) Bein skafta endafres b) Bein skaft ræmi c) Borunarskera d) Endakreysa með breytilegu þvermáli Mynd 13 Framlengd skáhola vinnsluverkfæri
4.6 Endurbætur á vinnslu á leguholum
Í 13. vinnsluferli burðarholunnar er krafan um holuþvermál mm. Upphafleg áætlun var: Notaðu φ20mm endafres til að fræsa í φ34,4mm og notaðu síðan leiðindaskera til að bora í fullunna stærð. Hins vegar, eftir vinnslu, birtust titringsmerki á holuveggnum, sem ekki var hægt að leysa eftir margar stillingar á færibreytum. Vinnsluverkfærin eru sýnd á mynd 14.
a) Borskúta b) Endafræsa Mynd 14 Verkfæri til vinnslu á burðarholum
4.7 Áhrif skotpeningar á hluta
Upphaflega nákvæmnisholavinnsluáætlunin var: CNC snúningsnákvæmni borun á innri holunni með 0,05 mm hlunnindi á annarri hliðinni, slípun til að tryggja holuþvermál umburðarlyndi upp á 0,02 mm og sívalur 0,02 mm, og að lokum kúlublekking á ytra þvermáli hlutans. Samt sem áður olli kúlupening aflögun á innra gati hlutans, þar sem þvermálið jókst um 0,015–0,025 mm í axial miðstöðu. Sumir hlutar fóru yfir efri þolmörk og voru rifnir.
Til að leysa þetta vandamál var vinnsluröðin aðlöguð að höfðu samráði við viðskiptavininn, sett á slípun eftir kúlupening. Aflögun innra gatsins eftir kúlubeitingu var u.þ.b. 0,025 mm, sem var algerlega þakið 0,05 mm einhliða-frávikinu sem er frátekið fyrir slípun. Eftir aðlögunina var hægt að stjórna innri holuþvermálsþolinu eftir slípun innan 0,010 mm og sívalningurinn innan 0,015 mm, sem uppfyllir kröfur um teikningu. Áhrif kúluvarps á innra holuna eru sýnd í töflu 8.
Tafla 8 Áhrif skotgræðslu á innri holastýringu (eining: mm)
5. HLUTI
Niðurstaða
Með mörgum lotum af fínstillingu og endurbótum á vinnslustaðfestingarstigi náði þessi sívalningshluti loftrýmis að lokum stöðugri fjöldaframleiðslu. Hefðbundin vinnslureynsla á ekki lengur við um vinnsluerfiðleika 35CD4 efnis. Margar ráðstafanir, eins og vinnslufínstillingu, fínstillingu verkfæravals og fínstillingu vinnslufæribreyta, eru nauðsynlegar til að sigrast á vinnsluáskorunum [4]. 35CD4 há-sterkt stál hefur framúrskarandi afköst, en það hefur einnig í för með sér meiri vinnsluáskoranir. Í raunverulegri framleiðslu er nauðsynlegt að velja verkfæralíkön sérstaklega og móta sanngjarnar vinnslubreytur. Með þróun nýrrar vinnslutækni minnkar vinnsluerfiðleikar svo erfitt-að-vinnsla efna smám saman og sífellt þarf að draga saman og safna viðeigandi vinnslureynslu. Auk þess hefur kúluflögunarferlið óafturkræf áhrif á nákvæmni stærð hluta, sem gefur til kynna að ferlihönnun sé kerfisbundið verkefni. Ferlafyrirkomulagið þarf að fylgja rökréttum reglum og taka fyllilega tillit til gagnkvæmra áhrifa á milli hvers ferlis til að móta vísindalega og sanngjarna vinnsluáætlun [5] og ná fram skilvirkri framleiðslu um leið og gæði vörunnar er tryggt.
